Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftanlage mit befeuertem Dampferzeuger und Gasturbinengruppe, die abgasseitig mit dem Brenner des Dampferzeugers verbunden ist und ausserdem mit einer Stelle stromunterhalb des Brenners verbindbar ist, wobei sowohl zwischen dem Brenner und der Stelle als auch stromunterhalb dieser Stelle arbeitsmitteldurchströmte Heizflächen angeordnet sind.
Bei einer bekannten Anlage dieser Art ist nur eine Gasturbinengruppe vorgesehen, die sowohl den Brenner als auch die Mischstelle mit Gas versorgt. Bei dieser Anlage muss für den Fall, dass die Turbinengruppe ausfällt, ein Unterwindgebläse vorgesehen werden, damit der Dampferzeuger weiter betrieben werden kann. Das Inbetriebsetzen des Unterwindgebläses braucht eine gewisse Zeit, so dass meistens ein Betriebsunterbruch der ganzen Anlage oder mindestens ein starker Leistungsabfall der Dampfkraftanlage unvermeidlich ist, zumal die vom Unterwindgebläse gelieferte Luft kälter ist als das von der Turbinengruppe gelieferte Gas.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein kontinuierlicher Betrieb auch dann durchführbar ist, wenn die Gasturbinengruppe infolge einer Störung ausfallen sollte.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass mindestens zwei mit dem Brenner verbindbare Gasturbinengruppen vorgesehen sind, von denen jede so bemessen ist, dass wenn eine Gruppe ausfällt, die restliche Gruppe bzw. die restlichen Gruppen mindestens soviel abgibt bzw. abgeben, dass die Vollastbrennstoffmenge des Dampferzeugers ver 'brannt werden kann. Durch das Vorsehen von mindestens zwei Gasturbinengruppen wird es auf einfache Weise möglich, schnell und ohne Temperaturabfall im Dampferzeuger den Betrieb weiterzuführen, wenn eine Gasturbinengruppe ausfallen sollte. Im Falle dass die eine Gruppe ausfällt, liefert die andere Gruppe unverzüglich das zur Verbrennung notwendige Gas mit gleicher Temperatur wie vorher die inzwischen ausgefallene Gruppe.
Das Umschalten von einer Gruppe auf die andere ist einfacher und schneller als das Inbetriebsetzen eines Unterwindgebläses.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind alle Gruppen über eine gemeinsame, ein Einstellorgan aufweisende Leitung mit der Mischstelle verbunden, und es ist ein Minimalwert-Auswählgerät vorgesehen, dem die Leistung jeder Gruppe repräsentierende Signale aufgeschaltet sind und das mit dem Einstellorgan über eine ein Sollwertsignal für die Öffnung des Einstellorgans führende Signalleitung verbunden ist. Mit dieser Ausführungsform, bei der das Einstellorgan immer von der Gruppe beeinflusst wird, die gerade die kleinere Leistung hat, wird selbsttätig ein Umschalten von einer Gruppe auf die andere möglich indem nämlich das Einstellorgan schliesst, wenn die Leistung einer Gruppe null ist. Somit werden selbsttätig die restlichen Gruppen auf den Brenner des Dampferzeugers geschaltet.
Im gleichen Sinne wirkt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, mit einem Einstellorgan am Austritt jeder Gasturbine, wobei für jede Gruppe ein die Leistung erfassendes Messorgan vorgesehen ist, das mit dem zugehörigen Einstellorgan in Wirkungsverbindung steht.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind alle Gruppen über eine gemeinsame, ein Einstellorgan aufweisende Leitung miteinander verbunden. Mit dieser Massnahme lässt sich der Druck des Gases am Austritt der Gasturbinen unterschiedlich einstellen, und zwar zweckmässig so, dass der Druckunterschied dem Druckabfall an den Heizflächen zwischen dem Brenner und der Mischstelle entspricht. Hierdurch lässt sich der Wirkungsgrad verbessern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema der erfindungsgemässen Dampfkraftanlage und
Fig. 2 ein Schema für die Beeinflussung der Ventile zwischen den Gasturbinengruppen und dem Dampferzeuger.
Gemäss Fig. 1 weist die Dampfkraftanlage einen als Ganzes mit 1 bezeichneten Dampferzeuger auf, der mit einem Brenner 2 versehen ist und in dem in Richtung des Rauchgasstromes eine Verdampferheizfläche 3, eine Überhitzerheizfläche 4, eine Zwischenüberhitzerheizfläche 5 und ein Speisewasservorwärmer 6 angeordnet sind. Der Speisewasservorwärmer 6 steht mit einem Speisewasserbehälter 7 in Verbindung, dem eine Speisepumpe 8 das Speisewasser entnimmt und dem Vorwärmer 6 zuführt. Die Dampfkraftanlage weist ferner eine aus Hochdruckteil und Niederdruckteil bestehende Kraftmaschine 9 auf, die einen elektrischen Generator 10 antreibt. Der Hochdruckteil erhält den Dampf aus dem Überhitzer 4. Nach teilweiser Entspannung wird der Dampf in dem zwischen Hochdruck- und Niederdruckteil geschalteten Überhitzer 5 zwischenüberhitzt und gelangt dann in den Niederdruckteil.
An den Niederdruckteil schliesst sich ein Kondensator 11 an, der über eine Kondensatpumpe 12 und mehrere dampfbeheizte Vorwärmer 13 mit dem Speisewasserbehälter 7 verbunden ist.
Der Brenner 2 erhält den zu verbrennenden Brennstoff über eine Leitung 14 zugeführt. Für die Zufuhr der Verbrennungsluft sind zwei Gasturbinengruppen 15 und 16 vorgesehen, die in diesem Beispiel unter sich gleich aufgebaut sind. Jede Gruppe besteht aus Verdichter 17 bzw. 18, einer Brennkammer 19 bzw. 20, einer Turbine 21 bzw. 22 und einem elektrischen Generator 23 bzw. 24, der beim Anfahren der Gruppe auch als Anwurfmotor dient. Der Austritt der Gasturbine 21 ist über eine Leitung 25, die ein Einstellorgan 26 aufweist, mit der zum Brenner 2 führenden Verbrennungsluftleitung 27 verbunden. Entsprechend ist am Austritt der Gasturbine 22 der Gruppe 16 eine Leitung 28 mit Einstellorgan 29 angeschlossen, die über eine Leitung 30 mit einer Stelle 31 des Dampferzeugers verbunden ist. Die Anschlusstelle befindet sich strom unterhalb des Brenners 2 des Dampferzeugers.
An dieser Stelle mischen sich die Rauchgase des Brenners mit dem die Leitung 30 durchströmenden Gas. In der Leitung 30 ist ein Einstellorgan 32 angeordnet. Zwischen den Leitungen 30 und 27 ist eine Verbindungsleitung 33 vorgesehen, die ebenfalls ein Einstellorgan aufweisen kann, wie dies in Fig. 2 dargestellt und mit 34 bezeichnet ist. Mit Hilfe der Einstellorgane 26, 29 und 32 lassen sich die beiden Gasturbinengruppen jede für sich mit dem Brenner 2 verbinden. Jede der beiden Gruppen ist so bemessen, dass wenn eine von ihnen ausfällt, die andere Gruppe mindestens soviel Gas abgibt, dass die Vollastbrennstoffmenge des Dampferzeugers verbrannt werden kann.
Im Normalbetrieb der Anlage liefert die Gruppe 15 allein eine Gasmenge, die soviel Sauerstoff enthält, dass der durch die Leitung 14 zugeführte Brennstoff im Dampferzeuger verbrannt wird. Die andere Gruppe 17 führt ihr Gas über die Leitung 30 der Mischstelle 31 zu, so dass der Speisewasservorwärmer 6 zusätzlich beheizt wird. Fällt die Gruppe 15 infolge einer Störung aus, so werden die Einstellorgane 26 und 32 geschlossen, so dass nur der Brenner 2 mit Gas aus der Gruppe 16 versorgt wird.
Gemäss Fig. 2 ist an die Austrittsleitung der Gasturbine 21 ein Mengenmessorgan 36 und an die Austrittsleitung 28 der Gasturbine 22 ein Mengenmessorgan 37 angeschlossen. Das Mengenmessorgan 36 ist über eine Signalleitung mit einem Servomotor 38 des Einstellorgans 26 verbunden. In gleicher Weise besteht auch eine Verbindung des Messorgans 37 mit einem Servomotor 39 des Einstellorgans 29. Ausserdem ist jedes der beiden Messgeräte über eine Signalleitung mit einem Minimalwert-Auswählgerät 40 versehen, dessen Ausgang über eine Signalleitung mit einem Servomotor 41 in Verbindung steht, der das Einstellorgan 32 in der zur Mischstelle 31 führenden Leitung 30 steuert. Ausserdem ist dem Gerät 40 ein Lastsignal 42 der Dampfkraftanlage aufgeschaltet.
Das Gerät 40 arbeitet so, dass jeweils das kleinere von den beiden Messorganen 36 und 37 abgegebene Signal das Einstellorgan 32 beeinflusst, und zwar so, dass mit kleiner werdender Abgasmenge das Organ 32 in schliessendem Sinne bewegt wird. Das Signal 42 ist so geschaltet, dass mit grösser werdender Last der Durchströmquerschnitt des Organs 32 verkleinert und mit abnehmender Last vergrössert wird. Die Beeinflussung der Einstellorgane 26 und 29 geschieht in der Weise, dass sie von dem zugehörigen Mengenmessorgan 36 bzw. 37 bei abnehmender Gasmenge in schliessendem Sinne verstellt werden.
Als Lastsignal 42 der Dampfkraftanlage wird beispielsweise die Frischdampfmenge oder auch die elektrische Leistung des Generators 10 verwendet.
Anstelle der Mengenmessung mit Hilfe der Messorgane 36 und 37 ist es nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch möglich, eine andere, die Leistung der Turbinengruppe repräsentierende Grösse zu messen, z.B. die Drehzahl der betreffenden Gruppe. Weiter ist es möglich, anstelle von zwei Gruppen auch drei Gasturbinengruppen vorzusehen.
Die Schliesszeit des Einstellorgans 32 wird zweckmässig so gewählt, dass sie dem normalen Absinken der Drehzahl der betreffenden Gruppe entspricht, so dass der Druck des dem Brenner zugeführten Gases praktisch konstant bleibt.
The invention relates to a steam power plant with a fired steam generator and gas turbine group, which is connected to the exhaust gas side with the burner of the steam generator and can also be connected to a point downstream of the burner, with heating surfaces through which working medium flows are arranged both between the burner and the point and downstream of this point.
In a known system of this type, only one gas turbine group is provided, which supplies both the burner and the mixing point with gas. In the event that the turbine group fails, an under-wind blower must be provided for this system so that the steam generator can continue to operate. It takes a certain amount of time to start up the wind blower, so that an interruption in operation of the entire system or at least a sharp drop in performance of the steam power plant is inevitable, especially since the air supplied by the wind blower is colder than the gas supplied by the turbine group.
The invention is based on the object of creating a plant of the type mentioned at the outset, in which continuous operation can also be carried out if the gas turbine group should fail as a result of a malfunction.
This object is achieved according to the invention in that at least two gas turbine groups that can be connected to the burner are provided, each of which is dimensioned so that if one group fails, the remaining group or groups emit or emit at least enough that the full-load fuel quantity of the Steam generator can be burned. The provision of at least two gas turbine groups makes it possible in a simple manner to continue operation quickly and without a temperature drop in the steam generator if one gas turbine group should fail. In the event that one group fails, the other group immediately supplies the gas required for combustion at the same temperature as the group that has since failed.
Switching from one group to the other is easier and faster than starting an underwind blower.
According to one embodiment of the invention, all groups are connected to the mixing point via a common line having an adjusting element, and a minimum value selector is provided to which signals representing the power of each group are switched on and that with the adjusting element via a setpoint signal for the Opening of the adjusting device leading signal line is connected. With this embodiment, in which the setting element is always influenced by the group that currently has the lower power, it is possible to automatically switch from one group to the other in that the setting element closes when the power of a group is zero. In this way, the remaining groups are automatically switched to the burner of the steam generator.
Another embodiment of the invention acts in the same way, with an adjusting element at the outlet of each gas turbine, with a measuring element which detects the power and which is operatively connected to the associated adjusting element is provided for each group.
According to a further embodiment of the invention, all groups are connected to one another via a common line having an adjusting element. With this measure, the pressure of the gas at the outlet of the gas turbine can be set differently, specifically in such a way that the pressure difference corresponds to the pressure drop at the heating surfaces between the burner and the mixing point. This improves the efficiency.
An embodiment of the invention is explained in more detail in the following description with reference to the drawing. Show it:
1 shows a circuit diagram of the steam power plant according to the invention and
2 shows a scheme for influencing the valves between the gas turbine groups and the steam generator.
According to Fig. 1, the steam power plant has a steam generator designated as a whole with 1, which is provided with a burner 2 and in which an evaporator heating surface 3, a superheater heating surface 4, a reheater heating surface 5 and a feed water preheater 6 are arranged in the direction of the flue gas flow. The feed water preheater 6 is connected to a feed water tank 7, from which a feed pump 8 takes the feed water and supplies it to the preheater 6. The steam power plant also has an engine 9 consisting of a high-pressure part and a low-pressure part, which drives an electric generator 10. The high-pressure part receives the steam from the superheater 4. After partial relaxation, the steam is reheated in the superheater 5 connected between the high-pressure and low-pressure parts and then passes into the low-pressure part.
A condenser 11 connects to the low-pressure part, which is connected to the feed water tank 7 via a condensate pump 12 and several steam-heated preheaters 13.
The burner 2 receives the fuel to be burned via a line 14. For the supply of the combustion air, two gas turbine groups 15 and 16 are provided, which in this example are constructed in the same way. Each group consists of a compressor 17 or 18, a combustion chamber 19 or 20, a turbine 21 or 22 and an electrical generator 23 or 24, which also serves as a starting motor when the group starts up. The outlet of the gas turbine 21 is connected to the combustion air line 27 leading to the burner 2 via a line 25 which has an adjusting element 26. Correspondingly, at the outlet of the gas turbine 22 of the group 16, a line 28 with an adjusting element 29 is connected which is connected via a line 30 to a point 31 of the steam generator. The connection point is located downstream of the burner 2 of the steam generator.
At this point the flue gases from the burner mix with the gas flowing through the line 30. An adjusting member 32 is arranged in the line 30. Between the lines 30 and 27, a connecting line 33 is provided, which can also have an adjusting element, as shown in FIG. 2 and denoted by 34. The two gas turbine groups can each be connected to the burner 2 with the aid of the setting members 26, 29 and 32. Each of the two groups is dimensioned so that if one of them fails, the other group releases at least as much gas that the full-load fuel quantity of the steam generator can be burned.
During normal operation of the system, the group 15 alone supplies a quantity of gas that contains enough oxygen that the fuel supplied through the line 14 is burned in the steam generator. The other group 17 feeds its gas to the mixing point 31 via the line 30, so that the feedwater preheater 6 is additionally heated. If the group 15 fails as a result of a malfunction, the adjusting elements 26 and 32 are closed so that only the burner 2 is supplied with gas from the group 16.
According to FIG. 2, a quantity measuring element 36 is connected to the outlet line of the gas turbine 21 and a quantity measuring element 37 is connected to the outlet line 28 of the gas turbine 22. The quantity measuring element 36 is connected to a servomotor 38 of the setting element 26 via a signal line. In the same way, there is also a connection of the measuring element 37 to a servomotor 39 of the setting element 29. In addition, each of the two measuring devices is provided via a signal line with a minimum value selector 40, the output of which is connected via a signal line to a servomotor 41 which controls the Adjusting member 32 in the line 30 leading to the mixing point 31 controls. In addition, a load signal 42 of the steam power plant is connected to the device 40.
The device 40 works in such a way that the smaller signal emitted by the two measuring elements 36 and 37 influences the setting element 32 in such a way that the element 32 is moved in the closing sense as the amount of exhaust gas decreases. The signal 42 is switched in such a way that the flow cross section of the organ 32 is reduced as the load increases and increases as the load decreases. The adjustment elements 26 and 29 are influenced in such a way that they are adjusted in a closing sense by the associated quantity measuring element 36 or 37 when the amount of gas decreases.
For example, the amount of live steam or the electrical power of the generator 10 is used as the load signal 42 of the steam power plant.
Instead of measuring the quantity with the aid of the measuring elements 36 and 37, according to another embodiment of the invention it is also possible to measure another variable representing the output of the turbine group, e.g. the speed of the group concerned. It is also possible to provide three gas turbine groups instead of two groups.
The closing time of the adjusting member 32 is expediently chosen so that it corresponds to the normal drop in the speed of the relevant group, so that the pressure of the gas supplied to the burner remains practically constant.