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**.
The invention relates to a device for preventing overspeed of a group consisting of a compressor and gas turbine, driving an electric generator and charging a steam generator, in the event of a sudden load shedding.
In the case of combined systems with a charged steam generator, for which the device mentioned above is intended, the steam generator forms a heat accumulator which, in the event of a sudden switch-off of the electrical generator, emits hot gases for a long time, even if the furnace is switched off immediately. In order to avoid a dangerous overspeed for the loading group in the event of a load shedding, it was customary up to now to let the gas escape into the open via a vent line leading over the roof, which is quickly opened when the load is shed. This creates a lot of noise and, moreover, the effort for the blow-off line and the quick-opening valve arranged in it is very considerable.
The invention is based on the object of improving the device mentioned at the beginning in such a way that noise is avoided and the effort is reduced.
This object is achieved according to the invention in that a lockable device for injecting water into the gas flowing to the gas turbine is provided between the outlet of the compressor and the gas outlet of the steam generator. By injecting water in liquid form, a considerable amount of heat is extracted from the gas flowing to the gas turbine, which is used to heat up and evaporate the water. This cools the gas and reduces the entire volume, which consists of gas and steam, so that the output of the gas turbine drops so quickly that no dangerous overspeed occurs. Since injection valves customary in steam technology can be used for the injection device, the outlay for the device according to the invention is relatively small.
After all, there is no noise from injecting water.
An embodiment of the invention is explained in the following description with reference to the drawing. Show it
Fig. 1 schematically simplified a combined system with the inventive device and
2 transition functions of the power released in the gas turbine when the furnace of the steam generator is switched off.
According to FIG. 1, a charging group 1 is provided which consists of a compressor 16 and a gas turbine 11 and which drives an electrical generator 15. The outlet of the compressor 16 is connected via a line 2 to a burner 3 which is arranged in a steam generator 5. The burner 3 is fed via a line 4 with fuel, the amount of which can be adjusted by means of a valve 12. The steam generator 5 contains an evaporator heating surface 6 and a superheater heating surface 7, which is connected via a line 23 to a steam turbine 24 which drives an electrical generator 25. A condenser 27 connects to the outlet of the steam turbine 24 and is connected to a feed water vessel 20 via a condensate pump 28. The feed water vessel 20 is connected to the evaporator heating surface 6 via a feed water line 26.
A feed pump 21 and a feed water control valve 22 are provided in the line 26. The steam generator 5 is connected to the inlet of the gas turbine 11 via a gas outlet line 10. A water injection device 32 is arranged in the line 2 and is connected to the feedwater line 26 via a line 30. In the line 30 there is provided a valve 31 which adjusts the injection water quantity and which is adjusted by a servomotor 35 as a function of a disappearance signal. To generate the disappearance signal, a differential element 36 is provided, which is connected on the input side to a current device 37 connected to the generator 15 and on the output side to the servomotor 35.
During normal operation of the system, the air compressed in the compressor 16 is fed via the line 2 to the steam generator 5, in which it is used to burn the fuel supplied via the line 4. Part of the heat released in the process is transferred to the working medium flowing in the heating surfaces 6 and 7, which is fed as superheated steam to the steam turbine 34 and is then precipitated in the condenser 27. The flue gases leave the steam generator 5 via the line 10 at a temperature of 700 ° C., for example, and are expanded in the gas turbine 11. No water injection by means of the device 32 takes place during this operation.
With load shedding, i. H. Sudden shutdown of the generator 15, starting from the ammeter 37, a disappearing signal is generated in the differential element 36, which actuates the servomotor 35 of the valve 31 in the sense that water from the line 30 reaches the injection device 32, where it is finely distributed in the Compressor 16 leaving air stream is injected. This water absorbs heat from the air flow and evaporates, the gas being cooled so that the output of the gas turbine 11 drops to a value which is practically equal to the output consumed by the compressor 16. The speed of charge group 1 thus remains practically constant. With the load shedding, the fuel supply is interrupted or at least abruptly reduced.
Instead of the power of the generator 15, the injection of water can also take place from another physical quantity related to the power, e.g. on the speed of the loading group.
According to FIG. 2, the straight line Nk indicates the power requirement of the compressor 16 and the family of curves Ng indicates the power that can be generated by the gas in the gas turbine 11 for the case that at the moment t the fire in the steam generator is at 75, 50.25% or at Zero is withdrawn. If the power consumption by the generator 15 ceases to exist at the moment t due to electrical shutdown, there remains - even if the fire is switched off immediately - initially a power difference A, N which, without appropriate countermeasures, would bring charging group 1 to dangerous overspeed. The injection of water causes additional losses that compensate for the excess power of the turbine 11.
If the fire is reduced to zero at the moment t, such a quantity of water must be injected that the speed of the loading group does not exceed the rated speed; this amount of water corresponds to the hatched area in FIG. 2. At the moment t1, the water injection then ceases and the speed of the group goes asymptotically back to zero, falling below the nominal speed. If, after a load shedding, loading group 1 is to be continued in idle mode, the fire is suddenly reduced to the corresponding idling value in the event of load shedding, e.g. to 50% of the full load fuel quantity. The speed is then regulated first by influencing the amount of injection water and later by influencing the fire.
PATENT CLAIM
Device for preventing over-speed of a group consisting of a compressor and gas turbine, driving an electric generator and charging a steam generator, in the event of a sudden load shedding, characterized in that between the outlet of the compressor and the gas outlet of the steam generator, a lockable device for injecting water into the load shedding device to the gas turbine flowing gas is provided.
** WARNING ** End of DESC field could overlap beginning of CLMS **.