CH701236A1

CH701236A1 - Device for sound damping in a flow channel of a gas turbine having apparatus for supplying recirculated exhaust gases elements into the intake air.

Info

Publication number: CH701236A1
Application number: CH00888/09A
Authority: CH
Inventors: Juergen Dr Hoffmann; Floris Van Straaten
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-12-15
Also published as: WO2010142573A2; WO2010142573A3

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung (8) zur Schalldämpfung in einem Strömungskanal einer Gasturbine. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Zuführungselemente (18,19) für die Zuführung von rezirkulierten Abgasen in den Ansaugluftstrom (16) und zur Vermischung der Abgase mit dem Ansaugluftstrom (16) aufweist.A device (8) for sound damping in a flow channel of a gas turbine is described. The apparatus is characterized in that it comprises feed elements (18,19) for the supply of recirculated exhaust gases into the intake air flow (16) and for mixing the exhaust gases with the intake air flow (16).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermischung von zurückgeführten Abgasen einer Gasturbine mit Frischluft vor dem Eintritt in einen Kompressor der Gasturbine. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine unter Verwendung einer solchen Vorrichtung. The present invention relates to a device for mixing recirculated exhaust gases of a gas turbine with fresh air before entering a compressor of the gas turbine. Furthermore, the invention relates to a method for operating a gas turbine using such a device.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

[0002] Um die Leistungsverluste und Wirkungsgradverluste von Kraftwerken mit Kohlendioxid-Abscheidung zu reduzieren, sind in der Literatur verschiedene Möglichkeiten, den Kohlendioxid-Partialdruck vor der Abscheidung zu erhöhen, vorgeschlagen worden. Die Rezirkulation von Abgasen ist eine Technologie, welche grundsätzlich für unterschiedlichste Zwecke bei Gasturbinen eingesetzt werden kann. So beispielsweise für die Kontrolle der Emission, für die Reduktion des Abgasvolumens für die Kohlendioxid-Abscheidung etc. Bei der Rezirkulation von Abgasen bei einer Gasturbine wird ein wesentlicher Anteil des Abgases aus dem gesamten Abgasstrom abgezweigt und wird normalerweise, nach Kühlung und Reinigung, dem Eingangsmassenstrom der Turbine respektive dem Kompressor der Turbine wieder zugeführt, wobei der rückgeführte Abgasstrom mit frischer Luft vermischt wird, und diese Mischung anschliessend dem Kompressor zugeführt wird. In order to reduce the power losses and efficiency losses of power plants with carbon dioxide deposition, various ways in the literature to increase the carbon dioxide partial pressure before deposition have been proposed. The recirculation of exhaust gases is a technology that can basically be used for a wide variety of purposes in gas turbines. For example, for the control of the emission, for the reduction of the exhaust gas volume for carbon dioxide deposition, etc. In the recirculation of exhaust gases in a gas turbine, a substantial portion of the exhaust gas is diverted from the entire exhaust stream and will normally, after cooling and purification, the input mass flow the turbine or the compressor of the turbine fed back, the recirculated exhaust gas stream is mixed with fresh air, and this mixture is then supplied to the compressor.

[0003] So beschreibt beispielsweise die EP-A-1 484 102 einen Prozess, bei welchem Rauchgas beim Ausgang der Turbine abgezweigt wird, gegebenenfalls über einen Kondensator geführt wird, und anschliessend dem Eingangsluftstrom des Kompressors zugemischt wird. Die Abtrennung des Kohlendioxids findet beim in diesem Dokument vorgeschlagenen Prozess vor dem Eintritt der komprimierten Gase in die Brennkammer statt, entweder unmittelbar davor oder in einer Zwischenstufe des Kompressors. For example, EP-A-1 484 102 describes a process in which flue gas is branched off at the outlet of the turbine, optionally passed through a condenser, and then admixed with the inlet air flow of the compressor. The separation of the carbon dioxide takes place in the process proposed in this document before the entry of the compressed gases into the combustion chamber, either immediately before or in an intermediate stage of the compressor.

[0004] Aus der WO-A-2005/064 232 ist ein Verfahren im Zusammenhang mit einer sequenziellen Verbrennung bekannt, bei welchem ebenfalls ein Teil des Rauchgases beim Ausgang der Turbine abgezweigt wird, und dem Eingangsmassenstrom des Kompressors wiederum zugeführt wird. Hier findet die Abtrennung des Kohlendioxids in einem teil-verdichteten Luftstrom, welcher in einer Kompressor-Zwischenstufe abgezweigt wird und der zweiten Brennkammer zugeführt wird, statt. From WO-A-2005/064 232 a method in the context of a sequential combustion is known, in which also a part of the flue gas is branched off at the outlet of the turbine, and the input mass flow of the compressor is in turn supplied. Here, the separation of the carbon dioxide in a partially compressed air flow, which is branched off in a compressor intermediate stage and the second combustion chamber is supplied instead.

[0005] Aus der WO 2006/018 389 ist ebenfalls ein Verfahren bekannt, bei welchem aus der Turbine austretende Rauchgase zum Eingang des Kompressors rezirkuliert werden. Hier ist der Separator für das Kohlendioxid hinter einer ersten Verdichtungsstufe angeordnet. Diese wie auch andere bekannte Veröffentlichungen beschäftigen sich mit dem theoretischen Kraftwerksprozess und vernachlässigen dabei praktische Probleme, die bei der Realisierung eines solchen Kraftwerks im Wege stehen. Insbesondere machen sie keine Angaben über Wege einer effektiven Zumischung der rezirkulierten Abgase in die Ansaugluft. From WO 2006/018 389 a method is also known in which exiting the turbine flue gases are recirculated to the input of the compressor. Here, the separator for the carbon dioxide is arranged behind a first compression stage. These as well as other well-known publications deal with the theoretical power plant process neglecting practical problems that stand in the way of the realization of such a power plant. In particular, they do not provide information on ways of effectively adding the recirculated exhaust gases to the intake air.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

[0006] Für eine effiziente und unproblematische Zuführung des Luftstroms der zurückgeführten Abgase ist es wichtig, dass die zurückgeführten Abgase optimal mit der frisch zugeführten Luft vermischt werden. Insbesondere bei einem hohen Rezirkulationsanteil (typischerweise grösser als 30 %) ist eine gute Vermischung der rezirkulierten Abgase mit der Ansaugluft notwendig. Da der Restsauerstoffgehalt der Abgase zu klein ist, um eine vollständige Verbrennung im Kraftwerk zu erlauben, führt eine ungenügende Vermischung mit der Ansaugluft lokal zu unvollständiger Verbrennung, zu hohen Kohlenmonoxid und UHC (unburned hydrocarbon) Emissionen und im Bereich mit unverdünnter Frischluft zu lokal hohen Verbrennungstemperaturen mit potentiell hohen NOx Emissionen. Da die rezirkulierten Abgase typischerweise nicht auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden, sondern 10-20 °C wärmer sind als die frische Ansaugluft, führt eine ungenügende Vermischung bei Gasturbinen ausserdem zu kalten und warmen Strähnen in der Kompressoransaugluft. Diese reduzieren die Pumpgrenze und beeinträchtigen die Betriebssicherheit. For an efficient and unproblematic supply of the air flow of the recirculated exhaust gases, it is important that the recirculated exhaust gases are optimally mixed with the fresh air supplied. Especially with a high recirculation proportion (typically greater than 30%), a good mixing of the recirculated exhaust gases with the intake air is necessary. Since the residual oxygen content of the exhaust gases is too small to allow complete combustion in the power plant, insufficient mixing with the intake air results locally in incomplete combustion, high carbon monoxide and UHC unburned hydrocarbon emissions and in the undiluted fresh air region, local combustion temperatures with potentially high NOx emissions. Since the recirculated exhaust gases are typically not cooled to ambient temperature, but are 10-20 ° C warmer than the fresh intake air, insufficient mixing in gas turbines also leads to cold and warm strands in the compressor intake air. These reduce the surge limit and impair operating safety.

[0007] Um die Leistungs- und Wirkungsgradverluste durch Rezirkulation zu minimieren, ist ausserdem der Druckverlust bei der Zumischung der rezirkulierten Abgase beziehungsweise durch Einbauten zur Zumischung zu minimieren. Entsprechend müssen also spezielle Vorrichtungen im Ansaugluftpfad installiert werden, um eine optimale Mischung zwischen der frischen Luft und dem Abgas zu gewährleisten. Die Gestaltung solcher Vorrichtungen muss insbesondere die zwei folgenden Haupterfordernisse erfüllen: 1. Es muss beim Ausgang der Mischvorrichtung eine genügend homogene Verteilung der Gastemperatur und der Sauerstoffkonzentration in der Mischung erreicht werden, um eine stabile Betriebsweise des Kompressors und des Verbrennungssystems der Gasturbine gewährleisten zu können; 2. Druckverluste in den Pfaden der Frischluft und der Abgasluft aufgrund einer solchen Vorrichtung müssen so gering sein wie möglich, um die mit einer solchen Vermischung verbundenen Leistungsverluste der Gasturbine so gering zu halten wie möglich. In order to minimize the performance and efficiency losses by recirculation, in addition, the pressure loss in the admixture of the recirculated exhaust gases or by internals to be admixed to minimize. Accordingly, special devices must be installed in the intake air path to ensure optimum mixing between the fresh air and the exhaust gas. The design of such devices must meet, in particular, the following two main requirements: 1. At the outlet of the mixing device, a sufficiently homogeneous distribution of the gas temperature and the oxygen concentration in the mixture must be achieved in order to ensure a stable operation of the compressor and the combustion system of the gas turbine; 2. Pressure losses in the paths of the fresh air and the exhaust air due to such a device must be as low as possible in order to minimize the power losses of the gas turbine associated with such mixing as possible.

[0008] Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mischvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche beide diese Kriterien erfüllen kann. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a mixing device available, which can meet both these criteria.

[0009] Kernpunkt der Erfindung ist es nun unter anderem, erkannt zu haben, dass es unerwarteterweise möglich ist, zur Vermischung ein bereits häufig im Ansaugluftpfad eines Kompressors vorhandenes Element, namentlich den Schalldämpfer, einzusetzen. Um zusätzliche Einbauten und Druckverluste zu verhindern respektive zu minimieren, werden also modifizierte Schalldämpfer zur Zumischung der rezirkulierten Abgase vorgeschlagen. Schalldämpfer sind grossvolumige Bauteile, die durch den gesamten Strömungsquerschnitt des Filterhauses oder Ansaugtrakts gehen und sie dienen dazu, die Schallemissionen im Ansaugtrakt zu reduzieren. Durch ihr Inneres kann die rezirkulierte Luft geführt werden und über ihre häufig als Lochblech ausgeführte Oberfläche mit der Frischluft vermischt werden. Weiter kann mindestens ein Teil der rezirkulierten Abgase durch die stromab gelegene Austrittskante der Schalldämpfer in Richtung der Hauptströmung zugemischt werden. Damit wird die kinetische Energie der zugemischten Abgase nicht durch Verwirbelung vernichtet. Weiter kann durch die Einleitung der Abgase durch die Hinterkante der Schalldämpfer deren effektiver Druckverlust reduziert werden. Durch Einleitung der rezirkulierten Abgase über die Schalldämpfer wird also deren effektiver Druckverlust reduziert und der Druckverlust zur Einleitung der rezirkulierten Abgase durch die Verwendung dieser gross volumigen Bauteile minimiert. Ausserdem wird eine quasi ideale Vermischung mit Frischluft realisiert und Strähnen von heisser Luft in der Kompressoransaugluft vermieden. Auch braucht es wenig zusätzliche Bauteile im Ansaugsystemen, was Kosten und Sicherheitsvorteile mit sich bringt. Zudem kann man in Kraftwerken, insbesondere bei solchen mit geplanter Kohlendioxid-Abscheidung, in einfacher Weise ein Nachrüsten ermöglichen, weil schon vorhandener Platz (Schalldämpfer) eingesetzt wird. Core of the invention, it is now, inter alia, to have recognized that it is unexpectedly possible, for mixing an already frequently in the intake air path of a compressor element present, namely the muffler to use. In order to prevent or minimize additional installations and pressure losses, therefore, modified mufflers for admixing the recirculated exhaust gases are proposed. Silencers are large-volume components that go through the entire flow cross-section of the filter house or intake system and serve to reduce the noise emissions in the intake system. The recirculated air can be guided through its interior and mixed with the fresh air via its surface, which is often designed as a perforated plate. Further, at least a portion of the recirculated exhaust gases may be admixed through the downstream trailing edge of the mufflers in the direction of the main flow. Thus, the kinetic energy of the admixed exhaust gases is not destroyed by turbulence. Further, by introducing the exhaust gases through the trailing edge of the mufflers, their effective pressure loss can be reduced. By introducing the recirculated exhaust gases through the muffler so their effective pressure loss is reduced and minimizes the pressure loss to initiate the recirculated exhaust gases through the use of these large-volume components. In addition, a quasi-ideal mixing with fresh air is realized and strands of hot air in the compressor intake air is avoided. Also, it requires little additional components in the intake systems, which brings costs and safety benefits. In addition, one can in power plants, especially those with planned carbon dioxide deposition, easily retrofit, because already existing space (muffler) is used.

[0010] Entsprechend betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Schalldämpfung in einem Strömungskanal einer Gasturbine, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung Zuführungselemente für die Zuführung von rezirkulierten Abgasen in den Ansaugluftstrom und zur Vermischung der Abgase mit dem Ansaugluftstrom aufweist. Vorzugsweise werden dabei Schalldämpfer eingesetzt, welche wenigstens ein plattenförmiges Element aufweisen, welches innerhalb des Strömungskanals angeordnet ist, und welches sich im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Strömungskanals erstreckt. Dabei sind die Zuführungselemente in dem bevorzugtermassen plattenförmigen Element integriert und/oder an diesem plattenförmigen Element befestigt. Grundsätzlich sind solche Schalldämpfer bereits aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der US 6260658, deren Offenbarungsgehalt bezüglich der Bauweise solcher Schalldämpfer ausdrücklich in diesen Offenbarungsgehalt eingeschlossen werden soll. Eine erste bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl plattenförmiger Elemente parallel zueinander im Strömungskanal angeordnet sind, und dass in mehreren, vorzugsweise in allen plattenförmigen Elementen, Zuführungselemente integriert sind. Accordingly, the present invention relates to a device for sound damping in a flow channel of a gas turbine, which is characterized in that the device comprises feed elements for the supply of recirculated exhaust gases in the intake air flow and for mixing the exhaust gases with the intake air flow. In this case, silencers are preferably used which have at least one plate-shaped element which is arranged within the flow channel and which extends substantially parallel to the flow direction of the flow channel. In this case, the feed elements are integrated in the preferred plate-shaped element and / or attached to this plate-shaped element. In principle, such mufflers are already known from the prior art, for example from US Pat. No. 6,260,658, whose disclosure content with regard to the design of such mufflers is to be expressly included in this disclosure content. A first preferred embodiment of the invention is characterized in that a plurality of plate-shaped elements are arranged parallel to one another in the flow channel, and that in several, preferably in all plate-shaped elements, feed elements are integrated.

[0011] Alternativ ist es aber auch möglich, im Volumen eines Schalldämpfers gewissermassen selbsttragende Leitungssysteme für die Abgase mit entsprechenden Austrittsöffnungen vorzusehen. Ebenfalls ist es möglich, entweder zusätzlich zur Zuführung über ein solches Leitungssystem oder über die plattenförmigen Elemente, oder auch für sich allein, die Zuführung der Abgase über die äussere Kanalwand des Schalldämpfers sicherzustellen. Insbesondere bei der Bauweise mit plattenförmigen Elementen ist es möglich, die Zuführungselemente auf wenigstens einer Seite, vorzugsweise auf beiden Seiten der plattenförmigen Elemente, als Austrittsöffnungen für Abgase in den Ansaugluftstrom vorzusehen, wobei vorzugsweise jeweils auf jeder Seite eine Mehrzahl von solchen Austrittsöffnungen vorgesehen ist. Diese Austrittsöffnungen blasen also die Abgase gewissermassen transversal in den Frischluftstrom. Dies kann entweder senkrecht zur Richtung des Frischluftstroms erfolgen, oder aber auch gezielt unter einem Winkel, beispielsweise indem die Hauptrichtung der eingetragenen Abgase mit der Strömungsrichtung der Frischluft einen Winkel von wenigstens 30° einschliesst. Diese Austrittsöffnungen können dabei in Strömungsrichtung des Ansaugluftstroms und/oder senkrecht dazu hintereinander respektive nebeneinander angeordnet sein. Es kann sich also um in im wesentlichen quer zur Durchströmungsrichtung orientierten Linien angeordnete Reihen von Austrittsöffnungen handeln, es kann sich um parallel zur Durchströmungsrichtung angeordnete Reihen von Austrittsöffnungen handeln,, es kann sich um schräg zur Durchströmungsrichtung angeordnete Reihen von Austrittsöffnungen handeln, und es kann sich insbesondere bevorzugt um eine Mehrzahl von quer zur Durchströmungsrichtung orientierten Reihen handeln, welche in Strömungsrichtung hintereinander oder versetzt hintereinander angeordnet sind. Alternatively, it is also possible to provide in the volume of a muffler to some extent self-supporting conduit systems for the exhaust gases with corresponding outlet openings. It is also possible, either in addition to the supply via such a conduit system or on the plate-shaped elements, or on their own, to ensure the supply of exhaust gases through the outer channel wall of the muffler. In particular, in the construction with plate-shaped elements, it is possible to provide the feed elements on at least one side, preferably on both sides of the plate-shaped elements, as outlet openings for exhaust gases in the intake air flow, wherein preferably on each side a plurality of such outlet openings is provided. These outlet openings thus blow the exhaust gases, as it were, transversely into the fresh air flow. This can be done either perpendicular to the direction of the fresh air flow, or even deliberately at an angle, for example by the main direction of the registered exhaust gases with the flow direction of the fresh air encloses an angle of at least 30 °. These outlet openings can be arranged in the flow direction of the intake air flow and / or perpendicular thereto one behind the other or next to each other. It may therefore be arranged in lines oriented substantially transversely to the flow direction lines of outlet openings, it may be arranged parallel to the flow direction rows of outlet openings, it may be arranged obliquely to the flow direction rows of outlet openings, and it may Particularly preferably, a plurality of transversely oriented to the flow direction rows act, which are arranged one behind the other or offset one behind the other in the flow direction.

[0012] Davon ausgehend, dass ein plattenförmiges Element ein bezüglich Ansaugluftstrom stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Austrittsöffnungen für Abgase in der stromabwärtigen Hälfte, vorzugsweise im stromabwärtigen Drittel des plattenförmigen Elementes angeordnet sind. Wie bereits eingangs erwähnt, ist es alternativ oder zusätzlich möglich, die Austrittsöffnungen für Abgase an der Kante am stromabwärtigen Ende des plattenförmigen Elements anzuordnen. Assuming that a plate-shaped member has an upstream with respect to Ansaugluftstrom end and a downstream end, it proves to be advantageous if the outlet openings are arranged for exhaust gases in the downstream half, preferably in the downstream third of the plate-shaped element. As already mentioned, it is alternatively or additionally possible to arrange the outlet openings for exhaust gases at the edge at the downstream end of the plate-shaped element.

[0013] Das wenigstens eine plattenförmige Element kann wenigstens zwei parallel verlaufende, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigte Wandelemente umfassen, welche am bezüglich Ansaugluftstrom stromaufwärtigen Ende und am stromabwärtigen Ende unter Bildung eines Hohlraums verbunden sind. Diese Verbindungsbereiche sind vorzugsweise in einer strömungsgünstigen Form ausgebildet, beispielsweise an der Anströmkante in einer abgerundeten Form und an der Abströmkante in einer auslaufenden Form, oder beidseits in einer abgerundeten strömungsgünstigen Form. Vorzugsweise wird im Hohlraum, innerhalb des plattenförmigen Elements, schalldämmendes Material angeordnet. Weiterhin bevorzugtermassen sind die Wandelemente als perforierte Metallbleche ausgebildet. The at least one plate-shaped element may comprise at least two parallel, preferably made of a metallic material wall elements, which are connected at the upstream with respect to the intake air flow end and at the downstream end to form a cavity. These connecting regions are preferably formed in a streamlined shape, for example at the leading edge in a rounded shape and at the trailing edge in an expiring form, or on both sides in a rounded aerodynamic shape. Preferably, in the cavity, within the plate-shaped element, sound-absorbing material is arranged. Further preferably, the wall elements are formed as perforated metal sheets.

[0014] Im Hohlraum kann dann ein Bereich (beispielsweise in diesem Bereich kein schalldämmendes Material, das heisst die Wandelemente bilden den Strömungskanal für die Abgase) und/oder eine separate Leitung zur Zuführung der Abgase zu den Austrittsöffnungen vorgesehen werden, wobei der Bereich respektive die Leitung bevorzugtermassen in der stromabwärtigen Teil des plattenförmigen Elementes angeordnet ist. Vorzugsweise werden die Austrittsöffnungen in der stromabwärtigen Hälfte oder im stromabwärtigen Drittel, insbesondere bevorzugt im Wesentlichen unmittelbar am stromabwärtigen Ende angeordnet. Eine besonders einfache Bauweise resultiert, indem an der stromabwärtigen Kante bei einem solchen Schalldämpfer einfach das schalldämmende Material aus dem Hohlraum entfernt wird und dieser Hohlraum von aussen mit Abgasen beaufschlagt wird. Die üblicherweise als Lochplatten ausgeführten Wandelemente bilden dann gleichzeitig den Zuführungskanal für die Abgase und die Löcher bilden die Austrittsöffnungen. In the cavity then an area (for example, in this area no sound-absorbing material, that is, the wall elements form the flow channel for the exhaust gases) and / or a separate line for supplying the exhaust gases are provided to the outlet openings, wherein the area respectively Conduit is preferably arranged in the downstream part of the plate-shaped element. Preferably, the outlet openings are arranged in the downstream half or in the downstream third, particularly preferably substantially immediately at the downstream end. A particularly simple construction results in that at the downstream edge in such a silencer simply the sound-absorbing material is removed from the cavity and this cavity is acted upon from the outside with exhaust gases. The wall elements usually designed as perforated plates then simultaneously form the feed channel for the exhaust gases and the holes form the outlet openings.

[0015] Ausserhalb der Kanalwand des Ansaugluftstroms kann gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform im Bereich der Vorrichtung zur Schalldämpfung auf beiden Seiten, an welchen die mehreren plattenförmigen Elemente an die Kanalwand Stessen und normalerweise mit dieser verbunden respektive an dieser befestigt sind, ein Verteilerplenum angeordnet werden, welches mit rückgeführten Abgasen beaufschlagt ist und welches den rückgeführten Abgasstrom den Zuführungselementen in den plattenförmigen Elementen zuführt. Outside the channel wall of the intake air flow may, according to a further preferred embodiment in the region of the device for sound attenuation on both sides, at which the plurality of plate-shaped elements to the channel wall Stessen and normally attached to this, respectively attached to this, a Verteilerplenum be arranged which is acted upon by recirculated exhaust gases and which supplies the recirculated exhaust gas flow to the feed elements in the plate-shaped elements.

[0016] Zur Verbesserung der Effizienz der Vorrichtung können zusätzlich im Bereich der Austrittsöffnungen Verwirbelungselemente (Turbulatoren) angeordnet werden, um den Mischprozess zwischen Abgasen und Ansaugluftstrom zu unterstützen, wobei diese Verwirbelungselemente vorzugsweise stromauf und/oder stromab der Austrittsöffnungen angeordnet sind. To improve the efficiency of the device swirling elements (turbulators) can be arranged in addition to support the mixing process between exhaust gases and intake air flow in the region of the outlet openings, wherein these swirling elements are preferably arranged upstream and / or downstream of the outlet openings.

[0017] Da die Temperatur der rezirkulierten Abgase typischerweise höher ist als die der Frischluft, werden die rezirkulierten Abgase bei der Zumischung und insbesondere unmittelbar vor der Vormischung in dem Schalldämpfer durch die von der Frischluft abgekühlten Wände des Schalldämpfers gekühlt. Da die relative Feuchte in den rezirkulierten Abgasen typischerweise nahe der Sättigung ist, kann es in dem Schalldämpfer durch die zusätzliche Abkühlung zur Kondensation kommen. Um zu verhindern, dass mit den rezirkulierten Abgasen grössere Kondensattropfen mitgerissen werden, die mit der Ansaugluft in den Verdichter eingesaugt werden und dort zu Erosionen führen können, können geeignete Tropfenabscheider in dem Schaldämpfer vorgesehen werden. Dies können beispielsweise kleine Leitbleche oder U-Profile sein, die in Strömungsrichtung vor den Austrittsöffnungen angeordnet sind und vertikal oder unter einem Winkel von oben nach unten auf der Innenseite des Schalldämpfers verlaufen. Alternativ können beispielsweise die einzelnen Austrittsöffnungen auch auf der Innenseite mit einer ringförmigen Wulst ausgeführt sein. Weiter ist eine ausreichend dimensionierte Entwässerung aus dem Inneren des Schaldämpfers vor zu sehen. Dies kann beispielsweise eine einfache Ableitung am Boden der Innenseite jedes Schalldämpfungselementes sein. Da im inneren des Ansaugkanals einer Gasturbine während des Betriebes typischerweise Unterdruck herrscht, ist abhängig von den Druckverhältnissen in dem Schalldämpfungselemente mindestens eine Absaugung oder Absaugpumpe vor zu sehen. Weiterhin bevorzugtermassen kann zusätzlich eine Vorrichtung zur Eindüsung einer Flüssigkeit in den plattenförmigen Elementen integriert, vorzugsweise eine Vorrichtung zur Eindüsung von Wasser unter Zuhilfenahme von mit Zuführungsleitungen verbundenen Eindüsungvorrichtungen, vorzugsweise in Form von Druckzerstäuberdüsen. Beispielsweise möglich ist die Kombination mit einer solchen Vorrichtung zur Eindüsung von Wasser, wie sie in der WO 2004/101 975 offenbart ist, die Offenbarung dieses Dokumentes wird hinsichtlich der zusätzlich vorgesehenen Eindüsung von Flüssigkeit ausdrücklich in diesen Offenbarungsgehalt mit eingeschlossen. Since the temperature of the recirculated exhaust gases is typically higher than that of the fresh air, the recirculated exhaust gases are cooled in the admixture and especially immediately before the premix in the muffler cooled by the fresh air walls of the muffler. Since the relative humidity in the recirculated exhaust gases is typically near saturation, the additional cooling may cause condensation in the muffler. In order to prevent the recirculated exhaust gases entrained larger condensate, which are sucked into the compressor with the intake air and there can lead to erosion, suitable mist eliminators can be provided in the shell damper. This may be, for example, small baffles or U-profiles, which are arranged in the flow direction in front of the outlet openings and extend vertically or at an angle from top to bottom on the inside of the muffler. Alternatively, for example, the individual outlet openings can also be designed on the inside with an annular bead. Next is a sufficiently sized drainage from the inside of the shock absorber to see before. This can be, for example, a simple discharge at the bottom of the inside of each sound attenuation element. Since negative pressure prevails in the interior of the intake duct of a gas turbine during operation, at least one suction or suction pump is to be seen depending on the pressure conditions in the sound damping elements. Further preferably, a device for injecting a liquid into the plate-shaped elements can additionally be integrated, preferably a device for injecting water with the aid of injection devices connected to supply lines, preferably in the form of pressure atomizing nozzles. For example, the combination with such a device for the injection of water, as disclosed in WO 2004/101 975, is possible, the disclosure of this document being expressly included in this disclosure with regard to the additionally provided injection of liquid.

[0018] Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung auch generell die Verwendung eines Schalldämpfers für die Vermischung von rezirkulierten Abgasen einer Gasturbine mit dem Ansaugluftstrom der Gasturbine. In other words, the present invention also generally relates to the use of a muffler for the mixing of recirculated exhaust gases of a gas turbine with the intake air flow of the gas turbine.

[0019] Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Gasturbine mit einer Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde. In addition, the present invention relates to a gas turbine with a device, as described above.

[0020] Eine solche Gasturbine ist bevorzugtermassen dadurch gekennzeichnet, dass der speziell ausgestaltete Schalldämpfer im Zuströmkanal hinter einem Luftfilter angeordnet ist. Bevorzugtermassen ist eine solche Gasturbine zudem dadurch gekennzeichnet, dass der zurückgeführte Abgasstrom stromab der Turbine und stromab eines Abhitzedampferzeugers vom gesamten Abgasstrom in vorzugsweise geregelter Weise abgezweigt wird., wobei vorzugsweise nach der Abzweigung ein Wärmetauscher und/oder ein Gebläse (Booster) angeordnet sein kann. Eine Regelung des zurückgeführten Massenstroms kann auch durch in der Rezirkulationsleitung angeordnete Klappen oder Ventile oder durch ein regelbares Gebläse (Boster) durchgeführt werden. Im Strömungspfad der rückgeführten Abgase und/oder im Strömungspfad der nicht abgezweigten Abgase und/oder vor der Verzweigung der Abgase kann zudem eine Einheit zur Abscheidimg von Kohlendioxid angeordnet sein. Such a gas turbine is preferably characterized in that the specially designed muffler is arranged in the inflow channel behind an air filter. Such a gas turbine is also characterized in that the recirculated exhaust gas stream downstream of the turbine and downstream of a heat recovery steam generator is branched off from the entire exhaust gas flow in a preferably controlled manner. Preferably, after the branching, a heat exchanger and / or a blower (booster) can be arranged. A regulation of the recirculated mass flow can also be carried out by valves or valves arranged in the recirculation line or by a controllable fan (Boster). In the flow path of the recirculated exhaust gases and / or in the flow path of the non-branched exhaust gases and / or before the branching of the exhaust gases can also be arranged a unit for Abscheidimg of carbon dioxide.

[0021] Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Verfahren zur Rezirkulation von Abgasen einer Gasturbine, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Teilstrom der Abgase dem Ansaugtrakt des Kompressors zugeführt wird und mit frischer Ansaugluft vermischt wird, wobei ein modifizierter Schalldämpfer, wie er oben beschrieben wurde, zur Vermischung eingesetzt wird. Not least, the present invention also relates to a method for recirculation of exhaust gases of a gas turbine, which is characterized in that a partial flow of the exhaust gases is supplied to the intake manifold of the compressor and mixed with fresh intake air, wherein a modified silencer, as above has been described, is used for mixing.

[0022] Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Further embodiments are described in the dependent claims.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0023] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung einer Gasturbine mit Rückführung der Verbrennungsgase; und <tb>Fig. 2<sep>einen Schalldämpfer mit Zuführungsmöglichkeiten für zurückgeführte Verbrennungsgase, wobei in a) ein Schnitt senkrecht zu den Dämpfungselementen des Schalldämpfers dargestellt ist, Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, und in b) einen Schnitt im wesentlichen parallel zu den Dämpfungselementen des Schalldämpfers entlang der Linie III-III in Fig. 2a.Preferred embodiments of the invention are described below with reference to the drawings, which are merely illustrative and not restrictive interpreted. In the drawings show: <Tb> FIG. 1 <sep> is a schematic representation of a gas turbine with recirculation of the combustion gases; and <Tb> FIG. FIG. 2 shows a silencer with supply possibilities for recirculated combustion gases, wherein a) shows a section perpendicular to the damping elements of the silencer, section along the line II-II in FIG. 1, and in b) a section substantially parallel to the FIGS Damping elements of the muffler along the line III-III in Fig. 2a.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

[0024] Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die wesentlichen Elemente einer Gasturbine. Die Gasturbine umfasst einen Verdichter 1 (Kompressor), die darin verdichtete Verbrennungsluft wird einer Brennkammer 2 zugeführt und anschliessend werden die heissen Verbrennungsgase in einer Turbine 3 entspannt. Die in der Turbine erzeugte Nutzenergie wird dann zum Beispiel mit einem auf der gleichen Welle angeordneten Generator 4 in elektrische Energie umgewandelt. Fig. 1 shows a schematic representation of the essential elements of a gas turbine. The gas turbine comprises a compressor 1 (compressor), the combustion air compressed therein is fed to a combustion chamber 2 and then the hot combustion gases are expanded in a turbine 3. The useful energy generated in the turbine is then converted into electrical energy, for example with a generator 4 arranged on the same shaft.

[0025] Die aus der Turbine 3 austretenden Abgase werden zur optimalen Nutzung der darin noch enthaltenen Energie in einem Abhitzedampferzeuger 9 (Heat recovery steam generator, HRSG) dazu verwendet, Dampf für die Gasturbine oder für andere Anlagen zu erzeugen. Die Ansaugluft für den Kompressor wird typischerweise über einen speziell ausgestalteten Zuströmkanal 5 zugeführt. Frische Ansaugluft 16 wird dabei zunächst über einen am Eintritt mit grossem Querschnitt angeordneten Luftfilter 7 geführt, vor welchem üblicherweise Abdecklammellen 6 angeordnet sind. Stromab dieses Luftfilters 7 können Schalldämpfer 8 im Führungskanal der Ansaugluft angeordnet sein. Hinter dem Schalldämpfer 8 wird typischerweise der Ansaugluftstrom von der horizontalen in die vertikale Richtung umgelenkt und nach unten geführt, um anschliessend an diesen vertikalen Abschnitt wiederum in die horizontale Richtung umgelenkt zu werden (vor dem bell-mouth) und dort dem Kompressor zugeführt. The exiting the turbine 3 exhaust gases are used for optimum utilization of the energy still contained therein in a heat recovery steam generator 9 (HRSG heat recovery) to generate steam for the gas turbine or other equipment. The intake air for the compressor is typically supplied via a specially designed inflow channel 5. Fresh intake air 16 is thereby initially guided via an air filter 7 arranged at the inlet with a large cross-section, in front of which cover slats 6 are usually arranged. Downstream of this air filter 7 muffler 8 may be arranged in the guide channel of the intake air. Behind the muffler 8, the intake air flow is typically deflected from the horizontal to the vertical direction and guided downwards, to be subsequently deflected in the horizontal direction again (before the bell-mouth) to this vertical section and fed there to the compressor.

[0026] Ein Teil der Abgase wird nun bei einer solchen Anlage hinter dem Abhitzedampferzeuger 9 in einem Strömungsteiler 13, welcher geregelt sein kann, zurückgeführt in einem zurückgeführten Abgasstrom 14. Der nicht abgezweigte Teil 15 wird typischerweise zu einer Kohlendioxid Abscheidungseinheit geführt oder über ein Stack (Schornstein) an die Umwelt abgegeben. Part of the exhaust gases is now in such a system behind the heat recovery steam generator 9 in a flow divider 13, which may be regulated, returned in a recirculated exhaust gas stream 14. The non-branched part 15 is typically passed to a carbon dioxide separation unit or a stack (Chimney) to the environment.

[0027] Der zurückgeführte Abgasstrom 14 wird in einem Wärmetauscher 17, welcher mit Kondensator ausgestattet sein kann, auf etwas über Umgebungstemperatur abgekühlt. Stromab dieses Wärmetauschers 17 kann ein Booster 22 für den Rezirkulationsstrom angeordnet sein. The recirculated exhaust gas stream 14 is cooled to slightly above ambient temperature in a heat exchanger 17, which may be equipped with a condenser. Downstream of this heat exchanger 17, a booster 22 may be arranged for the recirculation flow.

[0028] Dieser zurückgeführte Abgasstrom 14 wird nun dem Schalldämpfer 8 zugeführt. Der Schalldämpfer 8 ist dabei ausgestaltet, wie dies im Zusammenhang mit der in der Folge beschriebenen Fig. 2 beschrieben werden soll. This recirculated exhaust gas flow 14 is now fed to the muffler 8. The muffler 8 is designed, as will be described in connection with the Fig. 2 described in the following.

[0029] Der Schalldämpfer 8 umfasst eine Mehrzahl (in diesem Fall vier) von im Strömungskanal parallel nebeneinander beabstandet angeordneten Platten 12. Zwischen diesen Platten strömt die frische Ansaugluft 16 hindurch. Die Platten 12 sind derart ausgebildet, dass sie perforierte Wandbleche aufweisen, welche einen an der Anströmkante und an der Abströmkante abgerundeten Verbindungsbereich aufweisen und dadurch einen Hohlraum 24 bilden. In diesem Hohlraum ist schalldämmendes Material angeordnet, wie dies durch den im Hohlraum 24 angegebenen schraffierten Bereich illustriert sein soll. Am stromabwärtigen Ende der plattenförmigen Elemente 12 ist nun dieses isolierende Material entfernt resp. weggelassen, so dass sich in diesem hinteren Bereich gewissermassen eine Rezirkulationsleitung 18 im Schalldämpfer bildet. Diese Rezirkulationsleitung 18 wird über ein Verteilerplenum 21 mit zurückgeführtem Abgasstrom 14 beaufschlagt. Es gibt dabei auf beiden Seiten der Kanalwand 11, dort wo die Platten 12 an die Kanalwand stossen, jeweils ein solches Verteilerplenum 21. Aus dieser Rezirkulationsleitung 18 strömt die Abgasluft nun einerseits durch an den Seiten der Platten 12 angeordnete Austrittsöffnungen 19 in den Ansaugluftstrom 16. Der entsprechende Luftstrom 23 ist also transversal zur Strömungsrichtung der Ansaugluft 16. Andererseits ist an der Abströmkante der Platten 12 eine weitere Lochreihe 19 ́ angeordnet, über welche ein Teil der Abgasluft axial, wie durch den Pfeil 20 angedeutet, in den Luftstrom 16 ausströmt. The muffler 8 comprises a plurality (four in this case) of parallel spaced apart in the flow channel arranged plates 12. Between these plates, the fresh intake air 16 flows through. The plates 12 are designed such that they have perforated wall panels which have a connection area rounded off at the leading edge and at the trailing edge and thereby form a cavity 24. In this cavity sound-insulating material is arranged, as should be illustrated by the hatched area indicated in the cavity 24. At the downstream end of the plate-shaped elements 12, this insulating material is now removed, respectively. omitted, so that to some extent forms a recirculation line 18 in the silencer in this rear area. This recirculation line 18 is acted upon by a Verteilerplenum 21 with recirculated exhaust gas stream 14. There are on both sides of the channel wall 11, where the plates 12 abut the channel wall, each such Verteilerplenum 21. From this recirculation line 18, the exhaust gas now flows on the one hand arranged on the sides of the plates 12 outlet openings 19 in the intake air flow sixteenth The corresponding air stream 23 is thus transverse to the flow direction of the intake air 16. On the other hand, a further row of holes 19 is arranged at the trailing edge of the plates 12, via which a portion of the exhaust gas axially, as indicated by the arrow 20, flows into the air stream 16.

[0030] So resultiert eine optimale Vermischung der frischen Ansaugluft 16 mit einerseits den transversalen Luftströmen 23 und andererseits mit den axialen Luftströmen 20. So kann über den gesamten Strömungskanal 10 verteilt und ohne grosse Druckverluste unter Zuhilfenahme der in diesem Bereich vorhandenen Verwirbelungen eine äusserst effiziente Vermischung gewährleistet werden. Thus, an optimal mixing of the fresh intake air 16 results on the one hand the transverse air streams 23 and on the other hand with the axial air streams 20. Thus, distributed over the entire flow channel 10 and without large pressure losses with the help of existing in this area turbulence an extremely efficient mixing be guaranteed.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

[0031] <tb>1<sep>Verdichter <tb>2<sep>Brennkammer <tb>3<sep>Turbine <tb>4<sep>Generator <tb>5<sep>Zuströmkanal, Ansaugtrakt <tb>6<sep>Abdecklamellen <tb>7<sep>Luftfilter <tb>8<sep>Schalldämpfungsvorrichtung, <tb><sep>Ansaugschalldämpfer <tb>9<sep>Abhitzedampferzeuger, <tb><sep>HRSG <tb>10<sep>Strömungskanal <tb>11<sep>Kanalwand <tb>12<sep>plattenförmiges Element, <tb><sep>Schalldämpfungselement <tb>13<sep>Strömungsteiler, optional <tb><sep>regelbar <tb>14<sep>zurückgeführter Abgasstrom, <tb><sep>Rezirkulationsleitung <tb>15<sep>Abgas zum Stack oder C02 <tb><sep>Capture Plant <tb>16<sep>frische Ansaugluft, <tb><sep>Durchströmung, <tb><sep>Gasströmung <tb>17<sep>Wärmetauscher, optional mit <tb><sep>Kondensator <tb>18<sep>Rezirkulationsleitung im <tb><sep>Schalldämpfer <tb>19<sep>Austrittsöffnung transversal <tb>19 ́<sep>Austrittsöffnung axial <tb>20<sep>axialer Austritt <tb>21<sep>Verteilerplenum <tb>22<sep>Gebläse oder Booster für <tb><sep>Rezirkulationsstrom, optional <tb>23<sep>transversaler Austritt <tb>24<sep>Hohlraum in 12[0031] <Tb> 1 <sep> compressor <Tb> 2 <sep> combustion chamber <Tb> 3 <sep> Turbine <Tb> 4 <sep> Generator <tb> 5 <sep> inflow channel, intake tract <Tb> 6 <sep> shutter louvers <Tb> 7 <sep> Air filter <Tb> 8 <sep> silencing device <Tb> <sep> intake silencer <Tb> 9 <sep> heat recovery steam generator, <Tb> <sep> HRSG <Tb> 10 <sep> flow channel <Tb> 11 <sep> channel wall <tb> 12 <sep> plate-shaped element, <Tb> <sep> soundproofing element <tb> 13 <sep> flow divider, optional <Tb> <sep> adjustable <tb> 14 <sep> recirculated exhaust gas flow, <Tb> <sep> recirculation <tb> 15 <sep> exhaust to the stack or C02 <tb> <sep> Capture Plant <tb> 16 <sep> fresh intake air, <Tb> <sep> flow, <Tb> <sep> gas flow <tb> 17 <sep> heat exchangers, optional with <Tb> <sep> capacitor <tb> 18 <sep> recirculation line in <Tb> <sep> Silencers <tb> 19 <sep> Exit opening transversal <tb> 19 <sep> outlet opening axially <tb> 20 <sep> axial exit <Tb> 21 <sep> Distribution plenary <tb> 22 <sep> blower or booster for <tb> <sep> recirculation flow, optional <tb> 23 <sep> transversal exit <tb> 24 <sep> cavity in 12

Claims

1. Device (8) for sound damping in a flow channel (5) of a gas turbine, characterized in that the device feed elements (18,19,21) for the supply of recirculated exhaust gases (14) in the intake air flow (16) and for mixing the Exhaust gases (14) with the. Has intake air flow (16).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the device comprises at least one plate-shaped element (12) which is arranged within the flow channel and which extends substantially parallel to the flow direction (16) of the flow channel, and that the feed elements (18 , 19, 21) are integrated in the plate-shaped element (12) and / or fastened to this plate-shaped element (12).

3. A device according to claim 2, characterized in that a plurality of plate-shaped elements (12) are arranged parallel to one another in the flow channel, and that preferably in several, in particular preferably in all plate-shaped elements (12) feed elements (18, 19,21) are integrated ,

4. Device according to one of claims 2-3, characterized in that the feed elements (18, 19,21) on at least one side, preferably on both sides of the plate-shaped elements (12), arranged outlet openings (19) for exhaust gases (14) in the intake air flow (16), wherein preferably on each side a plurality of such outlet openings (19) is provided, and wherein preferably the outlet openings (19) in the flow direction of the intake air flow (16) and / or perpendicular to one behind the other or respectively side by side ,

Device according to claim 4, characterized in that a plate-shaped element (12) has an upstream end and a downstream end with respect to the intake air flow (16), and that the exhaust gas outlet openings (19) are in the downstream half, preferably in the downstream half downstream third of the plate-shaped element (12) are arranged.

6. Device according to one of the preceding claims 2-5, characterized in that a plate-shaped element (12) with respect to an intake air flow (16) upstream end and a downstream end, and that the outlet openings (19) for exhaust gases (14) the edge are arranged at the downstream end of the plate-shaped element (12).

7. Device according to one of the preceding claims 2-6, characterized in that the plate-shaped element (12) comprises at least two parallel, preferably made of a metallic material wall elements which at the intake air flow (16) upstream end and at the downstream end below Forming a cavity (24) are connected, preferably in a rounded aerodynamic shape, and that, preferably in the cavity (24), within the plate-shaped member (12) sound insulating materials are arranged, wherein preferably the wall elements are formed as perforated metal sheets.

8. The device according to claim 7, characterized in that in the cavity (24) an area and / or a line (18) for supplying the exhaust gases (14) to the outlet openings (19,19) is provided, wherein the area respectively the Conduit (18) is preferably arranged in the downstream half, preferably in the downstream third, more preferably substantially immediately at the downstream end of the plate-shaped element (12).

9. Device according to one of claims 2-8, characterized in that within the sound damping elements (12) are arranged droplet separators, the one. Prevent escape of condensate drops through the outlet openings (19) of the sound damping element (12) in the intake stream of the compressor (1).

10. Device according to one of the preceding claims 2-9, characterized in that in the region of the outlet openings (19,19) swirling elements are arranged to assist the mixing process between exhaust gases (14) and intake air flow (16), these swirling elements preferably upstream and / or downstream of the outlet openings (19,19) are arranged.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that in addition a device for injecting a liquid in the plate-shaped elements (12) is integrated, preferably a device for injection of water with the aid of supply lines connected to Eindüsungvorrichtungen, preferably in the form of Druckzerstäuberdüsen ,

12. Use of a muffler (8) for the mixing of recirculated exhaust gases (14) of a gas turbine with the intake air flow (16) of the gas turbine.

13. Gas turbine with a device (8) according to one of the preceding claims 1-11.

14. Gas turbine according to claim 13, characterized in that the device (8) in the inflow duct (5) behind an air filter (7) is arranged and that the recirculated exhaust gas flow (14) downstream of the turbine (3) and downstream of a heat recovery steam generator (9) is branched off from the entire exhaust stream in a preferably controlled manner, preferably after the branch, a heat exchanger (17) and / or a fan (22) is arranged, and preferably in the flow path of the recirculated exhaust gases (14) and / or in the flow path of the non-branched exhaust gases (15) and / or before the branch (13) of the exhaust gases is arranged a unit for the separation of carbon dioxide.

15. A process for the recirculation of exhaust gases (14) of a gas turbine, characterized in that a partial flow of the exhaust gases (14) is supplied to the intake tract (5) of the compressor and with fresh intake air (16) is mixed, wherein a device according to one of claims 1-11 is used for mixing.