CH554562A

CH554562A - Vorrichtung zum verhueten von ueberdrehzahl einer aus kompressor und gasturbine bestehenden, einen dampferzeuger aufladenden gruppe.

Info

Publication number: CH554562A
Application number: CH1069872A
Authority: CH
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1972-07-17
Filing date: 1972-07-17
Publication date: 1974-09-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verhüten von Überdrehzahl einer aus Kompressor und Gasturbine bestehenden, einen elektrischen Generator antreibenden und einen Dampferzeuger aufladenden Gruppe bei plötzlichem Lastabwurf.

Bei kombinierten Anlagen mit aufgeladenem Dampferzeuger, für die die eingangs genannte Vorrichtung bestimmt ist, bildet der Dampferzeuger einen Wärmespeicher, der im Falle eines plötzlichen Abschaltens des elektrischen Generators noch geraume Zeit heisse Gase abgibt, und zwar auch dann, wenn die Feuerung sofort abgestellt wird. Um im Falle eines Lastabwurfs eine für die Ladegruppe gefährliche Überdrehzahl zu vermeiden, war es bisher üblich, über eine über Dach führende Abblaseleitung, die bei Lastabwurf rasch geöffnet wird, das Gas ins Freie entweichen zu lassen. Hierbei entsteht starker Lärm, und ausserdem ist der Aufwand für die Abblaseleitung und das darin angeordnete, schnell-öffnende Ventil sehr beträchtlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung so zu verbessern, dass Lärm vermieden wird und der Aufwand verringert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass zwischen Austritt des Kompressors und Gasaustritt des Dampferzeugers eine absperrbare, bei Lastabwurf ansprechende Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser in das zur Gasturbine strömende Gas vorgesehen ist. Durch das Einspritzen von Wasser in flüssiger Form wird dem zur Gasturbine strömenden Gas eine beträchtliche Wärmemenge entzogen, die zum Aufwärmen und Verdampfen des Wassers dient. Dadurch wird das Gas gekühlt und das gesamte, aus Gas und Dampf bestehende Volumen verringert, so dass die Leistung der Gasturbine so rasch sinkt, dass keine gefährliche Überdrehzahl auftritt. Da für die Einspritzvorrichtung in der Dampftechnik übliche Einspritzventile verwendet werden können, ist der Aufwand für die erfindungsgemässe Vorrichtung verhältnismässig klein.

Schliesslich entsteht durch das Wassereinspritzen kein Lärm.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen
Fig. 1 schematisch vereinfacht eine kombinierte Anlage mit der erfindungsgemässen Vorrichtung und
Fig. 2 Übergangsfunktionen der in der Gasturbine freiwerdenden Leistung bei Abstellen der Feuerung des Dampferzeugers.

Gemäss Fig. ist eine Ladegruppe 1 vorgesehen, die aus einem Kompressor 16 und einer Gasturbine 11 besteht und einen elektrischen Generator 15 antreibt. Der Austritt des Kompressors 16 ist über eine Leitung 2 mit einem Brenner 3 verbunden, der in einem Dampferzeuger 5 angeordnet ist. Dem Brenner 3 wird über eine Leitung 4 Brennstoff zugeführt, dessen Menge mittels eines Ventils 12 einstellbar ist. Der Dampferzeuger 5 enthält eine Verdampferheizfläche 6 und eine Überhitzerheizfläche 7, die über eine Leitung 23 mit einer Dampfturbine 24 verbunden ist, die einen elektrischen Generator 25 antreibt. An den Austritt der Dampfturbine 24 schliesst sich ein Kondensator 27 an, der über eine Kondensatpumpe 28 mit einem Speisewassergefäss 20 in Verbindung steht. Das Speisewassergefäss 20 ist über eine Speisewasserleitung 26 mit der Verdampferheizfläche 6 verbunden.

In der Leitung 26 sind eine Speisepumpe 21 und ein Speisewasserregelventil 22 vorgesehen. Der Dampferzeuger 5 ist über eine Gasaustrittsleitung 10 mit dem Eintritt der Gasturbine 11 verbunden. In der Leitung 2 ist eine Wassereinspritzvorrichtung 32 angeordnet, die über eine Leitung 30 mit der Speisewasserleitung 26 verbunden ist. In der Leitung 30 ist ein die Einspritzwassermenge einstellendes Ventil 31 vorgesehen, das von einem Stellmotor 35 in Abhängigkeit von einem Verschwindsignal verstellt wird. Zur Erzeugung des Verschwindsignals ist ein Differentialglied 36 vorgesehen, das eingangsseitig mit einem am Generator 15 angeschlossenen Stromgerät 37 und ausgangsseitig mit dem Stellmotor 35 verbunden ist.

Im Normalbetrieb der Anlage wird die im Kompressor 16 verdichtete Luft über die Leitung 2 dem Dampferzeuger 5 zugeführt, in dem sie der Verbrennung des über die Leitung 4 zugeführten Brennstoffs dient. Ein Teil der dabei freiwerdenden Wärme wird auf das in den Heizflächen 6 und 7 strömende Arbeitsmittel übertragen, das als überhitzter Dampf der Dampfturbine 34 zugeführt wird und dann im Kondensator 27 niedergeschlagen wird. Die Rauchgase verlassen mit einer Temperatur von beispielsweise 700 C den Dampferzeuger 5 über die Leitung 10 und werden in der Gasturbine 11 entspannt. Während dieses Betriebes findet keine Wassereinspritzung mittels der Vorrichtung 32 statt.

Bei Lastabwurf, d. h. plötzlichem Abschalten des Generators 15 wird, ausgehend vom Strommessgerät 37, im Differentialglied 36 ein Verschwindsignal erzeugt, das den Stellmotor 35 des Ventils 31 in dem Sinne betätigt, dass Wasser aus der Leitung 30 in die Einspritzvorrichtung 32 gelangt, wo es fein verteilt in den dem Kompressor 16 verlassenden Luftstrom eingespritzt wird. Dieses Wasser nimmt dabei Wärme aus dem Luftstrom auf und verdampft, wobei das Gas abgekühlt wird, so dass die Leistung der Gasturbine 11 auf einen Wert absinkt, der praktisch gleich der vom Kompressor 16 aufgenommenen Leistung ist. Die Drehzahl der Ladegruppe 1 bleibt somit praktisch konstant. Mit dem Lastabwurf wird die Brennstoffzufuhr unterbrochen oder zumindest sprunghaft verringert.

Anstatt von der Leistung des Generators 15 kann das Einspritzen von Wasser auch von einer anderen, mit der Leistung zusammenhängenden, physikalischen Grösse aus erfolgen, z.B. von der Drehzahl der Ladegruppe.

Gemäss Fig. 2 ist mit der Geraden Nk der Leistungsbedarf des Kompressors 16 und mit der Kurvenschar Ng die vom Gas in der Gasturbine 11 erzeugbare Leistung für den Fall angedeutet, dass im Augenblick t das Feuer im Dampferzeuger auf 75, 50,25% oder auf Null zurückgenommen wird. Fällt im Augenblick t wegen elektrischer Abschaltung der Leistungsbezug durch den Generator 15 weg, so verbleibt - auch bei sofortiger Abschaltung des Feuers - zunächst eine Leistungsdifferenz A ,N, die ohne Anwendung geeigneter Gegenmassnahmen die Ladegruppe 1 auf gefährliche Überdrehzahl bringen würde. Durch das Einspritzen von Wasser werden zusätzliche Verluste hervorgerufen, die den Leistungsüberschuss der Turbine 11 kompensieren.

Wird das Feuer im Augenblick t auf Null zurückgenommen, so muss eine solche Wassermenge eingespritzt werden, dass die Drehzahl der Ladegruppe die Nenndrehzahl nicht übersteigt; diese Wassermenge entspricht der schraffierten Fläche in Fig. 2. Im Augenblick t1 hört dann die Wassereinspritzung auf und die Drehzahl der Gruppe geht, die Nenndrehzahl unterschreitend, asymptotisch auf Null zurück. Soll n ach einem Lastabwurf die Ladegruppe 1 im Leerlauf weitergefahren werden, so nimmt man bei Lastabwurf das Feuer sprunghaft auf den entsprechenden Leerlaufwert zurück, z.B. auf 50% der Vollastbrennstoffmenge. Die Drehzahl wird dann zunächst durch BeeinflussungderEinspritz- wassermenge und später durch Beeinflussung des Feuers geregelt.

PATENTANSPRUCH

Vorrichtung zum Verhüten von Uberdrehzahl einer aus Kompressor und Gasturbine bestehenden, einen elektrischen Generator antreibenden und einen Dampferzeuger aufladenden Gruppe bei plötzlichem Lastabwurf, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Austritt des Kompressors und Gasaustritt des Dampferzeugers eine absperrbare, bei Lastabwurf ansprechende Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser in das zur Gasturbine strömende Gas vorgesehen ist.

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verhüten von Überdrehzahl einer aus Kompressor und Gasturbine bestehenden, einen elektrischen Generator antreibenden und einen Dampferzeuger aufladenden Gruppe bei plötzlichem Lastabwurf.

Bei kombinierten Anlagen mit aufgeladenem Dampferzeuger, für die die eingangs genannte Vorrichtung bestimmt ist, bildet der Dampferzeuger einen Wärmespeicher, der im Falle eines plötzlichen Abschaltens des elektrischen Generators noch geraume Zeit heisse Gase abgibt, und zwar auch dann, wenn die Feuerung sofort abgestellt wird. Um im Falle eines Lastabwurfs eine für die Ladegruppe gefährliche Überdrehzahl zu vermeiden, war es bisher üblich, über eine über Dach führende Abblaseleitung, die bei Lastabwurf rasch geöffnet wird, das Gas ins Freie entweichen zu lassen. Hierbei entsteht starker Lärm, und ausserdem ist der Aufwand für die Abblaseleitung und das darin angeordnete, schnell-öffnende Ventil sehr beträchtlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung so zu verbessern, dass Lärm vermieden wird und der Aufwand verringert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass zwischen Austritt des Kompressors und Gasaustritt des Dampferzeugers eine absperrbare, bei Lastabwurf ansprechende Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser in das zur Gasturbine strömende Gas vorgesehen ist. Durch das Einspritzen von Wasser in flüssiger Form wird dem zur Gasturbine strömenden Gas eine beträchtliche Wärmemenge entzogen, die zum Aufwärmen und Verdampfen des Wassers dient. Dadurch wird das Gas gekühlt und das gesamte, aus Gas und Dampf bestehende Volumen verringert, so dass die Leistung der Gasturbine so rasch sinkt, dass keine gefährliche Überdrehzahl auftritt. Da für die Einspritzvorrichtung in der Dampftechnik übliche Einspritzventile verwendet werden können, ist der Aufwand für die erfindungsgemässe Vorrichtung verhältnismässig klein.

Schliesslich entsteht durch das Wassereinspritzen kein Lärm.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen Fig. 1 schematisch vereinfacht eine kombinierte Anlage mit der erfindungsgemässen Vorrichtung und Fig. 2 Übergangsfunktionen der in der Gasturbine freiwerdenden Leistung bei Abstellen der Feuerung des Dampferzeugers.

Gemäss Fig. ist eine Ladegruppe 1 vorgesehen, die aus einem Kompressor 16 und einer Gasturbine 11 besteht und einen elektrischen Generator 15 antreibt. Der Austritt des Kompressors 16 ist über eine Leitung 2 mit einem Brenner 3 verbunden, der in einem Dampferzeuger 5 angeordnet ist. Dem Brenner 3 wird über eine Leitung 4 Brennstoff zugeführt, dessen Menge mittels eines Ventils 12 einstellbar ist. Der Dampferzeuger 5 enthält eine Verdampferheizfläche 6 und eine Überhitzerheizfläche 7, die über eine Leitung 23 mit einer Dampfturbine 24 verbunden ist, die einen elektrischen Generator 25 antreibt. An den Austritt der Dampfturbine 24 schliesst sich ein Kondensator 27 an, der über eine Kondensatpumpe 28 mit einem Speisewassergefäss 20 in Verbindung steht. Das Speisewassergefäss 20 ist über eine Speisewasserleitung 26 mit der Verdampferheizfläche 6 verbunden.

In der Leitung 26 sind eine Speisepumpe 21 und ein Speisewasserregelventil 22 vorgesehen. Der Dampferzeuger 5 ist über eine Gasaustrittsleitung 10 mit dem Eintritt der Gasturbine 11 verbunden. In der Leitung 2 ist eine Wassereinspritzvorrichtung 32 angeordnet, die über eine Leitung 30 mit der Speisewasserleitung 26 verbunden ist. In der Leitung 30 ist ein die Einspritzwassermenge einstellendes Ventil 31 vorgesehen, das von einem Stellmotor 35 in Abhängigkeit von einem Verschwindsignal verstellt wird. Zur Erzeugung des Verschwindsignals ist ein Differentialglied 36 vorgesehen, das eingangsseitig mit einem am Generator 15 angeschlossenen Stromgerät 37 und ausgangsseitig mit dem Stellmotor 35 verbunden ist.

Im Normalbetrieb der Anlage wird die im Kompressor 16 verdichtete Luft über die Leitung 2 dem Dampferzeuger 5 zugeführt, in dem sie der Verbrennung des über die Leitung 4 zugeführten Brennstoffs dient. Ein Teil der dabei freiwerdenden Wärme wird auf das in den Heizflächen 6 und 7 strömende Arbeitsmittel übertragen, das als überhitzter Dampf der Dampfturbine 34 zugeführt wird und dann im Kondensator 27 niedergeschlagen wird. Die Rauchgase verlassen mit einer Temperatur von beispielsweise 700 C den Dampferzeuger 5 über die Leitung 10 und werden in der Gasturbine 11 entspannt. Während dieses Betriebes findet keine Wassereinspritzung mittels der Vorrichtung 32 statt.

Bei Lastabwurf, d. h. plötzlichem Abschalten des Generators 15 wird, ausgehend vom Strommessgerät 37, im Differentialglied 36 ein Verschwindsignal erzeugt, das den Stellmotor 35 des Ventils 31 in dem Sinne betätigt, dass Wasser aus der Leitung 30 in die Einspritzvorrichtung 32 gelangt, wo es fein verteilt in den dem Kompressor 16 verlassenden Luftstrom eingespritzt wird. Dieses Wasser nimmt dabei Wärme aus dem Luftstrom auf und verdampft, wobei das Gas abgekühlt wird, so dass die Leistung der Gasturbine 11 auf einen Wert absinkt, der praktisch gleich der vom Kompressor 16 aufgenommenen Leistung ist. Die Drehzahl der Ladegruppe 1 bleibt somit praktisch konstant. Mit dem Lastabwurf wird die Brennstoffzufuhr unterbrochen oder zumindest sprunghaft verringert.

Anstatt von der Leistung des Generators 15 kann das Einspritzen von Wasser auch von einer anderen, mit der Leistung zusammenhängenden, physikalischen Grösse aus erfolgen, z.B. von der Drehzahl der Ladegruppe.

Gemäss Fig. 2 ist mit der Geraden Nk der Leistungsbedarf des Kompressors 16 und mit der Kurvenschar Ng die vom Gas in der Gasturbine 11 erzeugbare Leistung für den Fall angedeutet, dass im Augenblick t das Feuer im Dampferzeuger auf 75, 50,25% oder auf Null zurückgenommen wird. Fällt im Augenblick t wegen elektrischer Abschaltung der Leistungsbezug durch den Generator 15 weg, so verbleibt - auch bei sofortiger Abschaltung des Feuers - zunächst eine Leistungsdifferenz A ,N, die ohne Anwendung geeigneter Gegenmassnahmen die Ladegruppe 1 auf gefährliche Überdrehzahl bringen würde. Durch das Einspritzen von Wasser werden zusätzliche Verluste hervorgerufen, die den Leistungsüberschuss der Turbine 11 kompensieren.

Wird das Feuer im Augenblick t auf Null zurückgenommen, so muss eine solche Wassermenge eingespritzt werden, dass die Drehzahl der Ladegruppe die Nenndrehzahl nicht übersteigt; diese Wassermenge entspricht der schraffierten Fläche in Fig. 2. Im Augenblick t1 hört dann die Wassereinspritzung auf und die Drehzahl der Gruppe geht, die Nenndrehzahl unterschreitend, asymptotisch auf Null zurück. Soll n ach einem Lastabwurf die Ladegruppe 1 im Leerlauf weitergefahren werden, so nimmt man bei Lastabwurf das Feuer sprunghaft auf den entsprechenden Leerlaufwert zurück, z.B. auf 50% der Vollastbrennstoffmenge. Die Drehzahl wird dann zunächst durch BeeinflussungderEinspritz- wassermenge und später durch Beeinflussung des Feuers geregelt.

PATENTANSPRUCH

Vorrichtung zum Verhüten von Uberdrehzahl einer aus Kompressor und Gasturbine bestehenden, einen elektrischen Generator antreibenden und einen Dampferzeuger aufladenden Gruppe bei plötzlichem Lastabwurf, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Austritt des Kompressors und Gasaustritt des Dampferzeugers eine absperrbare, bei Lastabwurf ansprechende Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser in das zur Gasturbine strömende Gas vorgesehen ist.