DE10116117A1

DE10116117A1 - Verfahren zur Kühlung der thermisch belasteten Strukturen einer Kraftwerksanlage

Info

Publication number: DE10116117A1
Application number: DE2001116117
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Frutschi
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-10

Abstract

Bei einem Verfahren zur Kühlung der thermisch belasteten Strukturen einer Kraftwerksanlage mittels einer teilverdichteten Luftmenge (16) eines Verdichters (1) wird der Druck (p) oder der Massenstrom dieser teilverdichteten Luftmenge (16) durch Einspritzen von Wasser (18) in den Verdichter (1) oder in den Ansaugstrom (6) des Verdichters (1) stromauf der Entnahmestelle (20) der teilverdichteten Luftmenge (16) geregelt. Zusätzlich kann der Druck (p) durch verstellbare Leitschaufeln (19) über eine Veränderung des Verdichtermassenstroms geregelt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung der thermisch bela steten Strukturen einer Kraftwerksanlage gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Aus EP-A1-0 795 685 ist eine mehrstufige Gasturbine mit einer Dampfkühlung bekanntgeworden. Das hier zur Anwendung gelangende Verfahren geschieht in der Weise, dass mindestens ein Teil des mittelbar oder unmittelbar im Abhitze dampferzeuger erzeugten Dampfes zur Kühlung der thermisch belasteten Struktu ren ebendieser Gasturbine eingesetzt wird. Dabei ist dieser Dampf von verschie dener Aufbereitungsstufe: Während der Hochdruckdampf die hochdruckseitigen Strukturen der Gasturbogruppe kühlt, wird Mitteldruckdampf für die Kühlung der niederdruckseitigen Strukturen eingesetzt. Nach erfolgter Kühlung wird die jeweilige Kühldampfmenge in einen Arbeitsluftstrom des Gasturbinenprozesses einge leitet. Diese Ausrichtung zur Kühlung von thermisch belasteten Strukturen einer Gasturbine hat hinsichtlich Zuführung eines Mediums mit maximiertem Kühlpoten tial zweifelsohne ihre Richtigkeit, weist doch Dampf ein höheres Kühlpotential ge genüber Luft auf. Indessen, fällt die Dampfzuführung in qualitativer und quantitati ver Hinsicht aus irgendeinem Grund aus, so ist man unmittelbar mit einer nicht mehr ohne weiteres beherrschbaren Situation konfrontiert, welche eine schwer wiegende Havarie auslösen kann, auch im Hinblick darauf, dass die Reaktions zeiten um hier Remedur zu bieten in allen Fällen äusserst kurz ausfallen.

Weiter ist aus der EP-A1-0 978 635 ein Verfahren zur Kühlung der thermisch be lasteten Strukturen einer Kraftwerksanlage bekannt. In diesem Verfahren wird teil- und endverdichtete Verdichterluft mit Dampf gemischt und zur Kühlung von ther misch belasteten Strukturen einer Kraftwerksanlage eingesetzt. Bei derartigen Gasturbinen kann der Kühlluftstrom bis zu 20% des vom Verdichter angesaugten Luftstroms ausmachen. Zur Aufrechterhaltung der Kühlluftströmung kann ein er forderlicher Druckabfall einen Exergieverlust und somit einen Leistungs- und Wir kungsgradverlust bedeuteten. Weil sich bei nicht auslegungsgemässen Betriebs bedingungen die Drücke der teilverdichteten Luft verschieben, kann es zu einem Rückströmen der erhitzten Kühlluft zum Kompressor kommen, was verheerende Folgen für die Maschine haben würde. Umgekehrt kann es auch passieren, dass es bei einem zu starken Druckanstieg zu einer Überkühlung kommen würde. Zur Verhinderung müsste eine Drosselung der Kühlluft eingesetzt werden. Eine solche Drosselung dieses relativ grossen Teilluftstroms des Kreisprozesses würde die oben genannten Verluste unnötig erhöhen. Eine aufwendigere Entnahmegeome trie zur Umschaltung auf verschiedene Druckniveaus ist jedoch viel zu aufwendig.

Darstellung der Erfindung

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art den Druck teilverdichteter Kühl luft während des Betriebs auf einfache Art zu regeln.

Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass der Druck oder der Massenstrom der teilver dichteten Luftmenge durch Einspritzen von Wasser in den Verdichter oder in den Ansaugstrom des Verdichters stromauf der Entnahmestelle der teilverdichteten Luftmenge geregelt wird.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Kühlpotential in zweifacher Hinsicht erhöht wird: Zum einen bewirkt die Einspritzung eine innere Kühlung der Verdichterluft und erhöht somit die Wärmeaufnahmekapazität der Kühlluft. Zum anderen kann der Druck der teilverdichteten Kühlluft auf einfache Weise in einem Regelkreis geregelt werden. Der Sollwert des Drucks oder der Sollwert des Massenstroms der teilverdichtete Luftmenge kann vorteilhaft in Ab hängigkeit einer Betriebskenngrösse (Leistung, Temperatur etc.) der Kraftwerk sanlage dynamisch bestimmt werden.

Vorteilhaft kann zur Regelung des Abnahmedrucks der Kühlluft zusätzlich zur Wassereinspritzung auch der Verdichteransaugstrom durch Öffnen oder Schlie ssen der Verdichterleitreihe eingestellt werden. Im Rahmen der Erfindung ist es prinzipiell auch denkbar, Wasser hinter eine oder zwischen zwei oder mehrere verstellbare Verdichterstufen stromauf der Entnahmestelle der teilverdichteten Luftmenge einzuspritzen. Durch diese zwei einfache Massnahmen kann der Mas senstrom durch den Verdichter, damit die Druckverteilung in dem Verdichter und somit auch der Abnahmedruck der Kühlluft verbessert geregelt werden.

Selbstverständlich kann Wasser an mehreren Stellen stromauf der Entnahme stelle der teilverdichteten Luftmenge eingespritzt werden. Um den Effekt der inne ren Kühlung der Kühlluft noch zu verstärken kann nach Abnahme der teilverdich teten Luft in die Luft zusätzlich Wasser eingespritzt werden.

Die Kühlluft kann nach erfolgter Kühlung an geeigneter Stelle in den Gasturbinen prozess eingeleitet werden. Vorteilhaft wird die Gasturbogruppe mit einer sequen tiellen Verbrennung betrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Schaltung einer Gasturbine mit sequentieller Verbrennung darstellt und

Fig. 2 ein T-s-Diagramm der erfindungsgemässen Kühlluftabnahme zeigt.

Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen worden. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen ange geben.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Fig. 1 zeigt eine Gasturbogruppe mit sequentieller Befeuerung. Hinsichtlich der zum Einsatz gelangenden Brennstoffe zum Betreiben der Brennkammern ist fol gendes zu sagen: Der notwendige Brennstoff kann beispielsweise durch eine mit der Gasturbogruppe zusammenwirkende Kohlenvergasung bereitgestellt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die zum Einsatz gelangenden Brennstoffe aus einem Primärnetz zu beziehen. Wird die Versorgung eines gasförmigen Brennstoffes zum Betrieb der Gasturbogruppe über eine Pipeline beigestellt, so kann das Potential aus der Druck- und/oder Temperaturdifferenz zwischen Pri märnetz und Verbrauchernetz für die Belange der Gasturbogruppe, oder allge mein der Anlage, durch geeignete Massnahmen rekuperiert werden. Die Gastur bogruppe als autonome Einheit besteht aus einem Verdichter 1, welcher aus zwei Verdichterteilen 11, 12 aufgebaut ist, einer dem Verdichter 1 nachgeschalteten er sten Brennkammer 2, einer dieser Brennkammer 2 nachgeschalteten ersten Tur bine 3, einer dieser Turbine 3 nachgeschalteten zweiten Brennkammer 4 und ei ner dieser Brennkammer 4 nachgeschalteten zweiten Turbine 5. Die genannten Strömungsmaschinen 1, 3, 5 weisen eine einheitliche Rotorwelle 15 auf, welche durch eine nicht ersichtliche Kupplung mit einem Generator 14 gekoppelt ist. Die se Rotorwelle 15 ist vorzugsweise auf zwei nicht gezeigten Lagern gelagert, wel che vorzugsweise kopfseitig des Verdichters 1 und stromauf der zweiten Turbine 5 angeordnet sind. Der Ansaugstrom 6 des Verdichters strömt nach dessen Verdichtung vorzugsweise in ein nicht gezeigtes Gehäuse, das in sich den Verdich teraustritt und die erste Turbine 3 einschliesst. In diesem Gehäuse ist auch die erste Brennkammer 2 untergebracht, welche vorzugsweise als zusammenhän gende Ringbrennkammer ausgebildet ist und worin die verdichtete Luft 7 ein strömt. Selbstverständlich kann die verdichtete Luft zum Betrieb der ersten Brenn kammer 2 aus einer nicht gezeigten Luftspeicheranlage beigestellt werden. Die Ringbrennkammer 2 weist kopfseitig, auf den Umfang verteilt, eine Anzahl von nicht näher dargestellten Brennern auf, welche für die Verbrennung besorgt sind. An sich können hier Diffusionsbrenner zum Einsatz gelangen. Im Sinne einer Re duzierung der Schadstoff-Emissionen, insbesondere was die NOx-Emissionen betrifft, und zur Steigerung des Wirkungsgrades ist es vorteilhaft, eine Anordnung von Vormischbrennern gemäss EP-0 321 809 B1 vorzusehen, wobei der Patent gegenstand aus dieser Druckschrift einen integrierenden Bestandteil dieser Be schreibung darstellt; darüber hinaus gilt dies auch hinsichtlich der dort beschrie benen Art der Brennstoffzuführung und der Zusammensetzung der Verbren nungsluft, beispielsweise mit einem rückgeführten Rauchgas angereichert, die in der vorliegenden Fig. 1 über die Brennstoffzuführungen 12 resp. 13 zur Anwen dung gelangen kann. Bezüglich Art der Zuführung und der Zusammensetzung der Verbrennungsluft gilt dies auch für die zweite Brennkammer 4. Was die Anord nung der genannten Vormischbrenner in Umfangsrichtung der Ringbrennkanner 2 betrifft, so kann eine solche bei Bedarf von der üblichen Konfiguration gleicher Brenner abweichen, stattdessen können unterschiedlich grosse Vormischbrenner zum Einsatz kommen. Dies geschieht vorzugsweise so, dass jeweils zwischen zwei grossen Vormischbrennern ein kleiner Vormischbrenner gleicher Konfigurati on disponiert ist. Die grossen Vormischbrenner, welche die Funktion von Haupt brennern erfüllen, stehen zu den kleinen Vormischbrennern, welche die Pilotbren ner dieser Ringbrennkammer 2 sind, bezüglich der sie durchströmenden Verbren nungsluft, also im Normalfall der verdichteten Luft 7 aus dem Verdichter 1, in ei nem Grössenverhältnis, das fallweise festgelegt wird. Im gesamten Lastbereich der Ringbrennkammer 2 arbeiten die Pilotbrenner als selbstgängige Vormisch brenner, wobei die Luftzahl fast konstant bleibt. Die Zu- oder Abschaltung der Hauptbrenner erfolgt nach bestimmten anlagespezifischen Vorgaben. Weil die Pilotbrenner im ganzen Lastbereich bei idealem Gemisch gefahren werden können, sind die NOx-Emissionen auch bei Teillast sehr gering. Bei einer solchen Konstellation kommen die umlaufenden Stromlinien im Frontbereich der Ring brennkammer 2 sehr nahe an die Wirbelzentren der Pilotbrenner heran, so dass eine Zündung an sich nur mit den Pilotbrennern möglich ist. Beim Hochfahren wird die Brennstoffmenge 12, die über die Pilotbrenner zugeführt wird, soweit gestei gert, bis die Pilotbrenner ausgesteuert sind, d. h. bis die volle Brennstoffmenge zur Verfügung steht. Die Konfiguration wird so gewählt, dass dieser Punkt den jeweili gen Lastabwurfbedingungen der Gasturbogruppe entspricht. Die weitere Lei stungssteigerung erfolgt dann über die Hauptbrenner. Bei der Spitzenlast der Ga sturbogruppe sind sonach auch die Hauptbrenner voll ausgesteuert. Weil die durch die Pilotbrenner injizierte Konfiguration "kleiner" heisser Wirbelzentren zwi schen den von den Hauptbrennern stammenden "grossen" kühleren Wirbelzen tren extrem instabil ausfällt, wird auch bei mager betriebenen Hauptbrennern im Teillastbereich ein sehr guter Ausbrand mit zusätzlich zu den NOx-Emissionen niedrigen CO- und UHC-Emissionen erreicht, d. h. die heissen Wirbel der Pilot brenner dringen sofort in die kleinen Wirbel der Hauptbrenner ein. Selbstverständ lich kann die Ringbrennkammer 2 aus einer Anzahl einzelner rohrförmiger Brenn räume bestehen, welche allenfalls schrägringförmig, bisweilen auch schrauben förmig, um die Rotorachse angeordnet sind. Diese Ringbrennkammer 2, unab hängig von ihrer Auslegung, wird und kann geometrisch so angeordnet werden, dass sie auf die Rotorlänge praktisch keinen Einfluss ausübt. Auf die daraus re sultierenden Vorteile aus einer solchen Disposition, wird weiter unten näher ein gegangen. Die Heissgase 8 aus dieser Ringbrennkammer 2 beaufschlagen die unmittelbar nachgeschaltete erste Turbine 3, deren kalorisch entspannende Wir kung auf die Heissgase 8 bewusst minimal gehalten wird, d. h. diese Turbine 7 wird demnach aus nicht mehr als ein bis zwei Laufschaufelreihen bestehen. Bei einer solchen Turbine 3 wird es nötig sein, einen Druckausgleich an den Stirnflä chen zwecks Stabilisierung des Axialschubes vorzusehen. Die in Turbine 3 tei lentspannten heissen Abgase 9, welche unmittelbar in die zweite Brennkammer 4 strömen, weisen aus dargelegten Gründen eine recht hohe Temperatur auf, vor zugsweise ist sie betriebsspezifisch so auszulegen, dass sie sicher noch um 1000°C beträgt. Diese zweite Brennkammer 4 hat im wesentlichen die Form eines zusammenhängenden ringförmigen axialen oder quasi-axialen Zylinders; sie kann selbstverständlich auch aus einer Anzahl axial, quasi-axial oder schraubenförmig angeordneten und in sich abgeschlossenen Brennräumen bestehen. Was die Konfiguration der ringförmigen, aus einem einzigen Brennraum bestehenden Brennkammer 4 betrifft, so sind in Umfangsrichtung dieses ringförmigen Zylinders mehrere Brennstofflanzen disponiert, wobei sie selbstverständlich über eine nicht gezeigte Ringleitung miteinander verbunden sein können. Diese Brennkammer 4 weist an sich keinen Brenner auf: Die Verbrennung des in die aus der Turbine 3 kommenden heissen Abgase 9 eingedüsten Brennstoffes 13 geschieht hier durch Selbstzündung, soweit freilich das Temperaturniveau eine solche Betriebssart zulässt. Ausgehend davon, dass die Brennkammer 4 mit einem gasförmigen Brennstoff, also beispielsweise Erdgas, betrieben wird, muss für eine Selbstzün dung eine Temperatur der heissen Abgase 9 aus der Turbine 3 um die 1000°C vorherrschen, und dies selbstverständlich auch bei Teillastbetrieb, was für die Auslegung dieser Turbine 3 eine ursächliche Rolle spielt. Um die Betriebssicher heit und einen hohen Wirkungsgrad bei einer auf Selbstzündung ausgelegten Brennkammer zu gewährleisten, ist es eminent wichtig, dass die Flammenfront ortsmässig stabil bleibt. Zu diesem Zweck werden in dieser Brennkammer 4, vor zugsweise an der Innen- und Aussenwand, in Umfangsrichtung disponiert, eine Reihe von in der Figur nicht gezeigten Wirbel-Generatoren vorgesehen, welche in Strömungsrichtung vorzugsweise stromauf der Brennstofflanzen angeordnet sind. Die Aufgabe dieser Wirbel-Generatoren besteht darin, Wirbel zu erzeugen, in wel che dann der Brennstoff eingegeben wird, und welche dann weiter stromauf eine stabilisierende Rückströmzone induzieren, analog derjenige aus den Vormisch brennern in der Ringbrennkammer 2. Da es sich bei dieser zweiten Brennkammer 4, aufgrund der axialen Anordnung und der Baulänge, um eine Hochgeschwindig keitsbrennkammer handelt, deren mittlere Geschwindigkeit grösser ca. 60 m/s beträgt, müssen die wirbelerzeugenden Elemente, also die Wirbel-Generatoren, strömungskonform ausgebildet sein. Anströmungsseitig sollen diese vorzugsweise aus einer tetraederförmigen Form mit anströmungsschiefen Flächen bestehen. Die wirbelerzeugenden Elemente können, wie bereits erwähnt, entweder an der Aussenfläche oder an der Innenfläche der Brennkammer 4 plaziert sein, oder bei derorts wirken. Die schiefen Flächen zwischen den aussenliegenden und innen liegenden wirbelerzeugenden Elementen sind vorzugsweise spiegelbildlich angeordnet, dergestalt, dass der Durchflussquerschnitt in der Brennkammer 4 stromauf dieses Ortes im Bereich der Eindüsung des Brennstoffes 13 eine Rückströmung erzeugende Erweiterung erfährt. Selbstverständlich können die wirbelerzeugen den Elemente auch axial zueinander verschoben sein. Die abströmungsseitige Fläche der wirbelerzeugenden Elemente ist im wesentlichen senkrecht auf die In nenwand gerichtet, so dass sich ab dort die angestrebte Rückströmzone einstel len kann. Hinsichtlich der spezifischen Ausgestaltung der Wirbel-Generatoren wird auf die Druckschrift EP-0 619 133 A1 verwiesen, welche integrierender Bestand teil dieser Beschreibung ist. Die Selbstzündung in der Brennkammer 4 muss in dessen bei verschiedenen Brennstoffen auch in den transienten Lastbereichen sowie im Teillastbereich der Gasturbogruppe gesichert bleiben, d. h. es müssen Hilfsvorkehrungen vorgesehen werden, welche die Selbstzündung in der Brenn kammer 4 auch dann sicherstellen, wenn sich allenfalls eine Verminderung der Temperatur der heissen Abgase 9 im Bereich der Eindüsung des Brennstoffes 13 einstellen sollte. Um dies zu gewährleisten, kann diesem Brennstoff eine kleine Menge eines anderen Brennstoffes mit einer niedrigeren Zündtemperatur beige geben werden. Als "Hilfsbrennstoff" eignet sich hier beispielsweise Brennöl sehr gut. Der flüssige Hilfsbrennstoff, entsprechend eingedüst, erfüllt die Aufgabe, so zusagen als Zündschnur zu wirken, und lässt auch dann eine Selbstzündung in der Brennkammer 4 zu, wenn die heissen Abgase 9 aus der ersten Turbine 3 eine Temperatur unterhalb des angestrebten optimalen Niveaus aufweisen sollten. Diese Vorkehrung, Brennöl zur Sicherstellung einer Selbstzündung vorzusehen, erweist sich freilich immer dann als besonders angebracht, wenn die Gasturbo gruppe mit reduzierter Last betrieben wird. Diese Vorkehrung trägt des weiteren entscheidend dazu bei, dass die Brennkammer 4 eine minimale axiale Länge auf weisen kann. Die kurze Baulänge der Brennkammer 4, die Wirkung der gewür digten Wirbel-Generatoren zur Gemischbildung und Flammenstabilisierung sowie die fortwährende Sicherstellung der Selbstzündung sind ursächlich dafür verant wortlich, dass die Verbrennung sehr rasch erfolgt, und die Verweilzeit des Brenn stoffes im Bereich der heissen Flammenfront minimal bleibt. Eine unmittelbar ver brennungsspezifisch messbare Wirkung hieraus betrifft die NOx-Emissionen, wel che eine Minimierung erfahren, dergestalt, dass sie nunmehr kein Thema mehr bilden. Diese Ausgangslage ermöglicht ferner, den Ort der Verbrennung klar zu definieren, was sich auf eine optimierte Kühlung der Strukturen dieser Brenn kammer 4 niederschlägt. Die in der Brennkammer 4 aufbereiteten Heissgase 10 beaufschlagen anschliessend eine nachgeschaltete zweite Turbine 5. Die thermo dynamischen Kennwerte der Gasturbogruppe können so ausgelegt werden, dass die Abgase 11 aus der zweiten Turbine 5 noch soviel kalorisches Potential auf weisen, um damit einen nicht dargestellten, nachgeschalteten Abhitzedampfer zeuger 30 zu betreiben. Wie bereits bei der Beschreibung der Ringbrennkammer 2 hingewiesen wurde, ist diese geometrisch so angeordnet, dass sie auf die Ro torlänge praktisch keinen Einfluss ausübt. Des weiteren konnte festgestellt wer den, dass die zweite Brennkammer 4 zwischen Abströmungsebene der ersten Turbine 3 und Anströmungsebene der zweiten Turbine 5 eine minimale Länge einnimmt. Da ferner die Entspannung der Heissgase 8 in der ersten Turbine 3, aus dargelegten Gründen, über wenige Laufschaufelreihen geschieht, lässt sich eine kompakte Gasturbogruppe bereitstellen. Es ist zur Steigerung des Wirkungs grades der Gasturbogruppe von Vorteil, wenn vor der zweiten Brennkammer 4 ein in der Figur nicht ersichtlicher Kleindiffusor vorgesehen wird. Damit liesse sich der Totaldruckverlust im Gesamtsystem vermindern. Es lässt sich anhand der übli chen Diffusorauslegungsdiagramme beweisen, dass sich bereits bei einer mini malen Länge des Diffusors grosse Rückgewinnungsraten des dynamisches Druc kes erreichen lassen.

Zur Kühlung der hochdruckseitigen thermisch belasteten Strukturen der Gastur bogruppe, also den Strukturen der ersten Brennkammer 2, der ersten Turbine 3, der zweiten Brennkammer 4 und der zweiten Turbine 5, wird dem Verdichter 1 zwischen den Verdichterteilen 11, 12 eine teilverdichtete Luftmenge 16 an einer Entnahmestelle 20 abgezweigt und den zu kühlenden Strukturen als Kühlluft 17, 22 zugeführt. Ein derartiger Turboverdichter mit einer Entnahmestelle 20 zwischen zwei Verdichterteilen 11, 12 ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE-A1-199 07 907 bekannt. Diese Schrift ist ein integraler Bestandteil der vorliegenden Be schreibung. Erfindungsgemäss wird der Druck p oder der Massenstrom der teil verdichteten Luftmenge 16 durch die Einspritzung von Wasser 18 in den Ver dichter 1 geregelt. Wie in der Fig. 1 dargestellt wird Wasser 18 an einer Stelle stromauf der Entnahmestelle 20 der teilverdichteten Luftmenge 16 in den Verdichter 1 eingespritzt. Selbstverständlich können auch mehrere Wassereinspritz stellen vorgesehen sein. Auch eine Einspritzung von Wasser 18 in den Ansaug strom 6 des Verdichters 1 ist möglich. Die Wassereinspritzung bewirkt zusätzlich eine innere Kühlung der Verdichterluft, was sich ebenso auf das Druckniveau in nerhalb des Verdichters 1 auswirkt. Dies wirkt sich auch positiv auf die Kühllei stung der eingesetzten Kühlung durch die Kühlluft 17, 22 aus. Weiter ist es mög lich, zusätzlich den Ansaugstrom 6 des Verdichters 1 durch eine verstellbare Leit reihe 19, welche am Eingang des Verdichters 1 vorgesehen ist, zu variieren. Da mit kann der Druck p bzw. der Massenstrom der teilverdichteten Luftmenge 16 zusätzlich geregelt werden. Zudem ist es denkbar, das Wasser 18 hinter eine oder zwischen zwei verstellbare Leitschaufelreihen einzuspritzen. Derartige, verstellba re Leitschaufelreihen sind ebenfalls aus der Schrift DE-A1-199 07 907 bekannt. Die Variation der Leitschaufeln bewirkt wieder eine Variation des Massenflusses durch den ganzen Verdichter 1. Ein verringerter Massenstrom des Ansaugstrom 6 des Verdichters 1 kann so mit dem eingespritzten Wasser 18 angereichert wer den, was zu einer Veränderung des Drucks oder des Massenstroms der teilver dichteten Luftmenge 16 führt. Zur weiteren Kühlung der Kühlluft 17, 22 kann vor gesehen sein, dass Wasser 27, welches durch eine Pumpe 28 gefördert wird, in die Kühlluft 17, 22 eingedüst wird. Die Menge des geförderten Wasser 27 kann über ein Regelorgan 26 geregelt werden.

Allgemein kann der Druck oder der Massenstrom in der Leitung der teilverdichte ten Luftmenge 16 gemessen werden. In einem Regelkreis wird dann ein Sollwert für diesen Druck oder für diesen Massenstrom über die Wassereinspritzung 18 bzw. über eine Variation des Verdichtermassenstroms eingestellt. Dieser Sollwert des Drucks oder des Massenstroms der teilverdichtete Luftmenge wird beispiels weise in Abhängigkeit einer Betriebskenngrösse (Leistung, Temperatur etc.) der Kraftwerksanlage dynamisch bestimmt.

Die Fig. 2 zeigt ein T-s-Diagramm des Prozesses. Sichtbar ist in diesem Dia gramm, die Druckdifferenz Δp, welche sich an der Entnahmestelle 20 aus einer Einspritzung von Wasser 18 ergibt.

Die Kühlung aller genannten Strukturen geschieht in offenem oder geschlosse nem Pfad, d. h. im konkreten Fall, dass die Brennkammern und die Turbinen ei nerseits parallel oder in Serie gekühlt werden können und andererseits, dass nach erfolgter Kühlung die Kühlluft an passender Stelle in den Gasturbinenprozess ein geleitet wird. Hier ist vorzugsweise auf die Schaltung hinzuweisen, wonach die Kühlluft nach erfolgter Kühlung zusammen mit den teilentspannten Heissgasen 9 aus der ersten Turbine 3 durch den Brennstoff in offener Verbrennung auf die verlangte Mischtemperatur am Eintritt in die zweite Turbine 5 gebracht wird. Selbstverständlich kann auch die Einbringung der Kühlluft in den Arbeitsluftstrom des Gasturbinenprozesses, mindestens teilweise, stromauf der Brennstoffein düsung vorgesehen werden.

Bei allen hier gezeigten Schaltungen steht im Vordergrunde, die inhärente Sicher heit der Luftkühlung nach bewährter Methode beizubehalten, gleichzeitig das Po tential des Kühlmediums zu erhöhen, indem der Druck und damit der Massen strom der teilverdichteten Luftmenge 16 geregelt wird.

Bezugszeichenliste

1

Verdichter.

1 ₁

,

1 ₂

Verdichterteil

2

Erste Brennkammer

3

Erste Turbine

4

Zweite Brennkammer

5

Zweite Turbine

6

Ansaugstrom des Verdichters

1

7

Verdichtete Luft

8

Heissgase

9

Teilentspannte Heissgase

10

Heissgase

11

Abgase

12

Brennstoff

13

Brennstoff

14

Generator

15

Welle

16

Teilverdichtete Luftmenge

17

Kühlluft

18

Wasser

19

Leitreihe des Verdichters

1

, verstellbar

20

Entnahmestelle

22

Kühlluft

25

Dampfmenge

26

Regelorgan

27

Wasser

28

Pumpe
p Druck der teilverdichteten Luftmenge

16

Δp Druckdifferenz

Claims

1. Verfahren zur Kühlung der thermisch belasteten Strukturen einer Kraft werksanlage, wobei die Kraftwerksanlage aus mindestens einer Gasturbo gruppe besteht, welche Gasturbogruppe aus mindestens einem Verdichter (1), mindestens einer Brennkammer (2, 4), mindestens einer Turbine (3, 5) besteht, wobei ein Ansaugstrom (6) zu dem Verdichter (1) geleitet wird und von dem Verdichter (1) eine teilverdichtete Luftmenge (16) an einer Ent nahmestelle (20) abgezweigt wird und den thermisch belasteten Strukturen als Kühlluft (17, 22) zur Kühlung zugefügt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p) oder der Massenstrom der teilverdichteten Luftmenge (16) durch Einspritzen von Wasser (18) in den Verdichter (1) oder in den An saugstrom (6) des Verdichters (1) stromauf der Entnahmestelle (20) der teilverdichteten Luftmenge (16) geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p) oder Massenstrom der teilverdichteten Luftmenge (16) zu sätzlich durch eine Variation des Ansaugstroms (6) des Verdichters (1) ge regelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser (18) hinter einer verstellbaren Leitschaufelreihe eingespritzt wird, wobei der Druck (p) oder Massenstrom der teilverdichteten Luftmenge (16) zusätzlich durch eine Variation des Massenstroms mittels der verstell bare Leitschaufelreihe geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser (18) zwischen mindestens zwei verstellbaren Leitschaufelreihen eingespritzt wird, wobei der Druck (p) oder Massenstrom der teilverdichte ten Luftmenge (16) zusätzlich durch eine Variation des Verdichtermassen stroms mittels der mindestens zwei verstellbaren Leitschaufelreihen gere gelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser (18) an mehreren Stellen in den Verdichter (1) des Verdichters (1) eingespritzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die teilverdichtete Luftmenge (16) zusätzlich Wasser (27) eingespritzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Drucks (p) in Abhängigkeit einer Betriebskenngrösse der Kraftwerksanlage dynamisch bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Massenstroms der teilverdichtete Luftmenge (16) in Ab hängigkeit einer Betriebskenngrösse der Kraftwerksanlage dynamisch be stimmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft (17, 22) nach erfolgter Kühlung an geeigneter Stelle in den Ga sturbinenprozess eingeleitet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbogruppe mit einer sequentiellen Verbrennung betrieben wird.