DE1011669B - Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer gasfoermige Brennstoffe verarbeitenden Gasturbinenanlage, in welcher bei Brenngasmangel mindestens ein Zusatzbrennstoff verbrannt wird - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer gasfoermige Brennstoffe verarbeitenden Gasturbinenanlage, in welcher bei Brenngasmangel mindestens ein Zusatzbrennstoff verbrannt wird

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DE1011669B
DE1011669B DEM32454A DEM0032454A DE1011669B DE 1011669 B DE1011669 B DE 1011669B DE M32454 A DEM32454 A DE M32454A DE M0032454 A DEM0032454 A DE M0032454A DE 1011669 B DE1011669 B DE 1011669B
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fuel gas
fuel
turbine
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Heinrich Lahmann
Christian Schoerner
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MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/36Open cycles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26Control of fuel supply
    • F02C9/40Control of fuel supply specially adapted to the use of a special fuel or a plurality of fuels

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer gasförmige Brennstoffe verarbeitenden Gasturbinenanlage, in welcher bei Brenngasmangel mindestens ein Zusatzbrennstoff verbrannt wird Von mit gasförmigen Brennstoffen, z. B. Gichtgas, betriebenen Gasturbinenanlagen wird häufig auch bei Brenngasmangel zumindest ein Teil der Nennleistung zur Aufrechterhaltung des Betriebes gefordert. In besonderen. Bedarfsfällen wird sogar verlangt; daß die Gasturbinenanlage auch beim völligen Aussetzen der Brenn.ga.sanlieferung, also. im Betrieb mit einem nichtgasförmigen Zusatzbrennstoff, die volle Nennleistung abgibt.
  • Theoretisch wäre dies möglich, indem man in der Brennkammer der Gastu.rbinenanlage während einer Periode des Brenngasmangels so viel flüssigen oder festen Brennstoff verbrennt, daß das zur Erzielung der geforderten Teilleistung oder der Nennleistung erforderliche Temperaturgefälle erzeugt wird. Dieser Betriebsweise wird aber durch die zulässige Betriebstemperatur der Gasturbine bald eine Grenze gesetzt, da - wegen des meist wesentlich geringeren Heizwertes - das Brenngasgewicht einen beträchtlichen Anteil des gesamten Treibgasdurchsatzes der Turbine ausmacht. Mit geringerer in die Brennkammer eingespeister Brenngasmenge ergibt sich daher trotz zusätzlicher Verbrennung beispielsweise eines Brennöles eine geringere Leistung.
  • Hinzu kommt, daß zwecks einfacheren Aufbaues und größerer Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage der Brenngasverdichter meist mit der oder einer der Wellen der Gasturbin:enanlage fest gekuppelt ist und die Anlage mit einer Rückführungsleitung mit Regelventil versehen ist, durch die die nicht zur Brennkammer gelangende Brenngasteilmenge zum Eintrittsstutzen des Verdichters zurückgeführt wird. Der Brenngasveirdichter läuft dann also auch im reinen Brennölbetrieb mit. Es muß hierbei aber die volle Verdichtungsarbeit aufgebracht werden, was sich in einer noch größeren Verringerung der Nutzleistung auswirkt.
  • Infolge dieser veränderten Betriebsbedingungen bei gemischtem bzw. reinem Betrieb mit nichtgasförmigen Brennstoffen stellt sich schließlich der den Luftverdichter enthaltende Maschinensatz bei gleichen Lasten auf geringere Drehzahlen als bei reinem Brenngasbetrieb ein, wodurch die geförderte Luftmenge geringer wird. Dementsprechend muß die Menge des flüssigen. oder festen Brennstoffes weiter verringert werden, damit die höchstzulässige Betriebstemperatur nicht überschritten wird.
  • Bei einer bekannten Gasturbinenanlage wird bei Betrieb mit nichtgasförmigen. Brennstoffen der Brenngasverdichter als Luftverdichter verwendet. Man erreicht dann etwa den gleichen Durchsatz wie bei Brenngasbetrieb. Dies ist allerdings nur bei reinem Betrieb mit nichtgasförmigen Brennstoffen, aber nicht bei gemischtem Betrieb möglich. Ferner setzt diese Betriebsweise voraus, daß die Gasturbinenanlage vorübergehend stillgesetzt werden kann, um die Gas enthaltenden Teile der Anlage zu entleeren. Bei Umstellung des Brenngasverdichters auf Verdichtung von Luft wäre sonst Explosionsgefahr vorhanden. Solche Betriebsunterbrechungen. sind aber unerwünscht; man fordert vielmehr, daß die Umstellung vom Betrieb mit gasförmigen Brennstoffen auf nichtgasförmige kontinuierlich durchführbar ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb. einer gasförmige Brennstoffe verarbeitenden Gasturb.inenanlage, bei welcher in der Brennkammer ein nichtgasförmiger Zusatzbrennstoff verbrannt und die: nicht zur Verbrennung kommende Teilmenge des vom Brenngasverdichter geförderten Brenngases zu dessen Einlaßstutzen zurückgeführt wird. Die: größere Leistung bei verringerter Brenngaszufuhr, die bis zur vollen Nennleistung gesteigert werden kann., wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die rückzuführende Brenngastei.lrnenge aufgeheizt und unter Leistungsabgabe an eine Gasturbinenwelle entspannt wird.
  • Im Interesse eines guten thermischen Wirkungsgrades empfiehlt sich, für die Aufheizung der, umlaufenden Brenngasteilmenge soweit als möglich die Abwärme der Gasturbine bzw. -turbinen zu verwerten. Zur weiteren Steigerung der Leistung kann dann die Temperatur des für die Brenngasvorwärmun. g vorgesehenen Anteils der Turbinenabgase der -Anlage durch Verbrennung ' von. Züs.ätzbrennstoff erhöht werden.
  • Es sei hier erwähnt, daß Verdichter mit Entspannüngs- oder Rückgewinnüngstürbineri, in denen die vom - Verbraucher nicht bünötigte Druckluftmenge arbeitsleistend entspannt wird, bekannt sind und nicht zum Gegenstand der -vorliegenden Erfindung gehören.. Es überrascht jedoch, daß mit dem Verfahren nach der Erfindung bei -einer gasförmige Brennstoffe, namentlich; solchen mit geringem Heizwert, verarbeitenden Gasturbinenanlage nicht nur der bei verminderter Brenngaseinspeisung auftretende starke Leistungsabfall ausgeglichen . werden:. -kann; -sondern daß auch. der thermische Wirkungsgrad im Mischbetrieb praktisch aufrechterhalten wird. Außer dem bereits erwähnten Vorteil des kontinuierlichen Überganges auf reinen Betrieb mit nichtgasförmigen Brennstoffen kann die zur Durchführung dieses Verfahrens erforderliche Einrichtung - wie weiter unten noch dargelegt wird - ohne beträchtlichen Mehraufwand erstellt werden.
  • Von den Zeichnungen erläutern die Fig. 1 und 2 die Wirkungen der Erfindung; ferner zeigt Fig.3 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung und Fig.4 einen Schnitt durch das Einströmgehäuse einer zugleich zur Entspannung und zum Anfahren verwendbaren .Turbine.
  • In dem Diagramm der Fig. 1 ist auf der Abszisse die Brenngasmenge und auf der Ordinate die in die Brennkammer als Zusatzbrennstoff eingespeiste Ölmenge aufgetragen.. Da bei unmittelbarer Rückführung der nicht zur Verbrennung kommenden- Bremmgasmenge infolge der nicht rückgewinnbaren Verdichtungsarbeit und der geringeren. Ausnutzung der Abgaswärme der Wirkungsgrad geringer ist als mit Aufheizung und Entspannung,- gilt für deii ' efsfen Fall für die einzuführende Zusatzbrennstoffmenge die Skala I und für den zweiten Fall die Skala 11. 1V1, N2, N3, N4, N5, NB sind Linien gleicher Leistung, und zwar ist Ni die Nennleistung und N0 die Leerlaufleistung. Die Leistung N5 beispielsweise wird bei reinem Brenngasbetrieb bei etwa 331/3% des Vollast-Gasbedarfs (Punkt 1) oder bei reinem. Ölbetrieb. bei etwa 331/3 %. des - Vollast-Ölbedarfs (Punkt 2) erreicht. Bei gemischtem Betrieb müssen sich die den jeweiligen Gas- und Olmengen entsprechenden Koordinaten auf der Linie N5 schneiden. Im Diagramm ist ferner eine Linie a. eingetragen, die anzeigt, bei welchen Gas-- und Ölmengen die zulässige Be itriebstemperatur, z. B. von 700° C, am Brennkarrimeraustritt erreicht wird, -,venm der Überschuß der Brenngasförderung über den zulässigen Verbrauch ohne Arbeitsleistung zur Saugseite des Verdichters zurückgefördert wird. Es können hiermit also nur die innerhalb des schraffierten Vierecks 3-4-5-6 liegenden Leistungspunkte gefahren werden.
  • Wird nun- die umlaufende Brenngasteilmenge vor ihrer Rückführung in den Brenngasverdichter von den Turbinenabgasen aufgeheizt und zur Arbeitsleistung in einer Entspannungsturbine herangezogen, dann verläuft die Temperaturgrenze entsprechend der Linie b steiler; d: h., bei dieser. Verfahrensweise können alle innerhalb des schraffierten- -Vierecks 3-7-5-6 liegenden Leistungspunkte gefahren, werden. Dies -erklärt sich-- dadurch, daß infolge der zusätzlichen Antriebsleistung der Entspannungsturbine die gesamte Antriebsleistung größer wird, der Luftverdichtersatz 7sich also auf eine höhere Drehzahl einstellt, bei der eine größere Luftmenge geliefert wird, so daß in der Brennkammer eine größere Brennstoffmenge des nichtgasförmigen Brennstoffes verbrannt werden kann.
  • Weiterhin kann man nun auch das Treibmittel der Entspannungsturbine, dessen Temperatur bei Wärmeaustausch mit den Turbinenabgasen ja unter deren Temperatur liegt, noch aufheizen, um die Leistung der Entspannungsturbine- zu erhöhen. Hierb°i ergibt sich eine weitere Drehzahlsteigerung des Luftverdichtersa.tzes, somit ein noch größeres Fördervolumen, so daß die in der Brennkammer der Gasturbinenanlage. verbrennbare Ölmenge. noch, größer werden kann. In diesem Falle verläuft die Linie der höchstzulässigen Temperatur c längs der Linie Ni der Nennleistung.
  • Im Diagramm der Fig. 2 sind die nach den: soeben erläuterten Verfahrensweisen erzielbaren Höchst= Leistungen über der jeweiligen Brenngasmenge aufgetragen-, wobei die bei reinem Brenngasbetrieb zur Erzielung der Nennleistung erforderliche Menge zu 1001/o angesetzt wurde. Die Linie d gibt den Leistungsverlauf bei reinem Brenngasbetrieb wieder. Linie e gibt dem Verlauf der Höchstleistungen längs der Temperaturgrenzlinie d in Fig. 1, Linie f längs der Temperaturgrenzlinie b und Linie g längs der Temperaturgrenzlinie c an. Alle Linien d bis g schneiden sich im Auslegungspunkt P. Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß bei reinem Betrieb mit nichtgasförmigem Brennstoff und Aufheizung der zu entspannenden Brenngasmenge die erreichbare Höchstleistung (Punkt 9) etwa den, dreifachen Wert annimmt als die Leistung (Punkt 10) ohne Aufheizung und ohne Entspannung.
  • Bei der in Fig. 3 gezeigten Gasturbinenanlage wird die vom Verdichter 11 verdichtete Luft über den Wärmeaustauscher 12 der Brennkammer 13 zugkführt. Das Brenngas wird durch die Leitung 14 angeliefert, im Brenngasverdichter 15 verdichtet und über den Wärmeaustauscher 16, der mit dem Wärmeaustauscher 12 eine Baueinheit bilden kann, der Brennkammer 13 zugeführt. Die hierin erzeugten heißen Treibgase werden der Verdichterantriebsturbine 17 zugeführt, wo sie sich teilweise entspannen, und gelangen dann in die einen Energieverbraucher (z. B. Generator 18) antreibende Nützleistungsturbine 19. Ein Teil' der Turbinenabgase strömt über die, Leitungen 20, 21 zum Wärmeaustauscher 12, wo -sie ihre Wärme an die verdichtete Luft abgeben, und werden von hier -in. die Atmosphäre en.tlaissen. 'Der übrige Teil der Turbinenabgase gelangt über die Leitungen 20, 22 in die Hilf sbrennkammer 23 und weiter über die, Leitung 24 in. den Wärm:eaustauscher 16, wo sie die verdichteten Brenngase aufheizen. Vom Wärmeaustauscher 16 wird auch dieser Teil der Turbinenabgase in die Atmosphäre entlassen.
  • Im Zuge der Brenngase ist hinter dem Wärmeaustauscher 16 eine Leitungsverzweigung 25 angeordnet, von der aus ein-Teil der Brenngase zur Brennkamtrier 13, der andere Teil aber über die Rückführungsleitung 26 mit Regelorgan 27 zur Entspannungsturbine 28 und von hier über Leitung 29 in den Wasserkühler 30 und schließlich über das Leitungsstück 31 in die Saugleitung 14 zurückgeführt wird. Die Entspannungsturbine 28 gibt ihre Leistung über, 'die Kupplung 32, die als feste oder auch als Freilaufkupplung ausgebildet sein kann, an das Getriebe 33 ab, durch. welches der Luftverdichter 11 und der Brenngasverdichter 15 miteinander verblockt sind. Zur Deckung von Überlast sowie für Beschleunigungszwecke kann der Brenngasverdichter 15 so ausgelegt sein, daß er bei Vollast im stationären Betrieb etwa 3 bis 5119 vom Vollastbedarf mehr Brenngas liefert. Diese überschüssige Brenngasmenge reicht im allgemeinen auch aus, um im reinen Brenngasbetrieb bei Vollast die Leerlaufleistung der Entspannungsturbine 28 zu decken: 34 ist ein Behälter für flüssigen Brennstoff, der von der Brennstoff-Förderpumpe 35 durch die Leitungen 36, 37, Ventil 38 und Leitung 39 in die Hauptbrennkarnmer 13 und durch die Leitungen 36, 40, Ventil 41, Leitung 42 in die Hilfsbrennkammer 23. eingespeist wird. . .
  • Die Bedienung des Regelorgans 27 in der -Rückführungsleitung 26 sowie der Ventile 38 und 41 für flüssigen Brennstoff erfolgt hydraulisch. Das Druckmittel wird von der Druckmittelpumpe 43 aus dem Sammelbehälter 44 in die Druckleitung 45 gedrückt, an welche die zum Stellmotor 46 des Ventils 27 führende Leitung 47, die zum, Stellmotor 48 des Ventils 38 führende Leitung 49 und die zum Steuerschieber 50 führende Leitung 51 angeschlossen sind. Am Eingang zu den Leitungen 47 und 49 sind die Drosselblenden 52 bzw. 59 angeordnet.
  • Der Druck in der Leitung 47 wird von dem Drosselventil 54 bestimmt, das mit der Leitung 55 an die Leitung 47 angeschlossen ist. Dieses Drosselventil 54 ist durch eine in der Schließrichtung wirkende Druckfeder belastet und wird sowohl von dem über Leitung 56 an die Brenngaszuleitung 14 angeschlossenen Druckregler 57 als auch von dem von der Nutzleistungsturbine 19 über den Wellenstrang 58 angetriebenen Fliehkraftregler 59 mit Hilfe der Regelstange 60 betätigt. Zwischen der Stehstange, des Druckreglers 57 und derjenigen des Drosselventils 54 ist eine Schleife 61 angeordnet, welche innerhalb einer begrenzten Weglänge die unabhängige Bewegung dieser beiden Teile gestattet.
  • Der Druck in der Leitung 49 wird von dem Drosselventil 62 bestimmt, das von einer in der Öffnungsrichtung wirkenden Druckfeder belastet ist und dessen Stellstange an einen Anschlag 63 anschlägt. Das Drosselventil 62 wird über die Regelstange 60. ebenfalls vom Druckregler 57 und dem Fliehkraftregler 59 betätigt. .
  • Der Steuerschieber 50 wird in Abhängigkeit von der Temperatur in der zur Verdichterturbine 17 führenden Leitung betätigt. Zu diesem Zweck ist in dieser Leitung ein elektrischer Temperaturfühler 64 angeordnet, dessen Impulse nach Verstärkung im Verstärker 65 dem Elektromagneten 66 zugeleitet werden. Der Weicheisenkern dieses Elektromagneten 66 ist mit der Stellstange des Steuerschiebers 50 verbunden, die durch eins Rückholfeder in die Nullstellung (Schließstellung) des Schiebers rückgeführt wird. Der Steuerschieber 50 steuert die Bewegungen des das Brennstoffventil 41 betätigenden. Stellmotors 67 derart, daß das Ventil 41 geöffnet wird, wenn die Temperatur vor der Turbine 17 über den zulässigen Wert ansteigt.
  • In der gezeigten Stellung befinden sich die Drosselventile 54 und 62 sowie das Rückströmregelorgan, 27 ebenso wie die Brennstoffventile 38 und 41 in Normalstellung (\Tennleistung bei reinem Brenngasbetrieb) : Ventil 54 ist nahezu geschlossen; - infolge des Druckes in der Leitung 47 schließt der Stellmotor 46 das Regelorgan 27, aber nur so weit, d,aß noch die für Überlast und zum schnelleren Beschleunigen der Anlage benötigte Brenngasmenge durchströmen kann,. -die . dann in der Entspannungsturbine .zur Deckung der Leerlaufleistung ausgenutzt wird. Drosselventil 62 ist- ganz geöffnet und seine Ventilstange- liegt am Anschlag 63 an. Leitung 49 ist somit drucklos, so -daß°das Brennstoffventil 38 geschlossen bleibt und kein flüssiger Brennstoff in die Brennkammer 13 gelangt. Da Ventil 41 ebenfalls geschlossen ist, wird. auch. in die Hilfsbrennkammer 23 -kein Brennstoff eingespritzt. Mit Ausnahme des obenerwähnten kleinen Mengenanteils wird also die vom Brenngasverdichter.15 verdichtete Gasmenge in der Brennkammer 13 verbrannt. Da in der Leitung 14 genügend Druck vorhanden ist; stehen die Stellstange des Druckreglers-57 sowie die Schleife 61 in ihren niedrigsten Stellungen. Die Gasturbine arbeitet daher im reinen Brenngasbetrieb.
  • Sinkt nun die Belastung, dann- bewirkt- der Fliehkraftregler 59 eine Drehung der Regelstange 60 um den Drehpunkt 60a: im Uhrzeigersinn, wodurch das Drosselventil 54 um einen bestimmten Betrag geöffnet und der Druck in, der Leitung 47 entsprechend abgebaut wird. Gemäß dieser Druckabsenkung wird das Rückströmregelorgan 27 geöffnet und eine größere Breringasteilmenge zurückgeführt.
  • Bei zunehmender Belastung spielt sich der umgekehrte Vorgang ab: die Regelstange wird entgegen dem Uhrzeigersinn um den Drehpunkt 60a gedreht, wobei Ventil-54 mehr geschlossen wird. Dabei baut sich in. der Leitung 47 ein höherer Druck auf und Ventil 27 läßt entsprechend weniger Brenngas zurückströmen. Reicht die zur Verfügung stehende Brenngasmenge nicht zur Deckung der erforderlichen Leistung aus, hebt der Druckregler 57 infolge des kleiner werdenden Druckes in der Brenngassaugleitung 14 die Schleife 61 an. Die Ventilstange des Ventils 54 kommt nun zum Anschlag, so, da.ß 60 b fester Drehpunkt wird. Die Stellstange 60 dreht sich dann um 60b im Uhrzeigersinn und Drosselventil 62 wird dadurch in Schließrichtung bewegt. Leitung 49 erhält nun Druck, und der Stellmotor 48 öffnet das Venti138 in :-entsprechendem Maße, so daß flüssiger Brennstoff in die Brennkammer 13 gelangt. Bei Belastungsabnahme werden wiederum rückläufige Bewegungen ausgelöst.
  • Sinkt nun bei konstanter Last der Druck in der Zuleitung 14, so öffnet der Druckregler 57 das Drosselventil 54, wobei Punkt 60c fester Drehpunkt ist. Damit sinkt auch der Druck in der Leitung 47, und es wird entsprechend dieser Drucksenkung das Rückströmregelorgan 27 geöffnet. Ein größerer Teil des verdichteten Brenngases wird somit der Entspannungsturbine 28 zugeführt und gelangt nach Rückkühlung im Kühler 30 wieder in die Zuleitung 14. Die Entspannungsturbine 28 gibt jetzt Leistung an das Getriebe 33 ab, wodurch die Drehzahl des Verdichtersatzes 11/17 - steigt. Gleichzeitig mit der Eröffnung des Drosselventils 54 wird aber über die Regelstange 60 das. Drosselventil 62 nach Maßgabe des Druckreglers 57 geschlossen. Dadurch entsteht in der- Leitung 49 Druck, durch den das Brennstoffregelventi138 entsprechend geöffnet wird, so, daß in der Brennkammer 13 eine die fehlende Wärmemenge ausgleichende Menge flüssigen Brennstoffes zur Verbrennung gelangt.
  • Steigt bei unveränderter Last der Druck in: der Zuleitung 14: steht also mehr Brenngas =Verfügung, so betätigt der Druckregler 57 über die Regelstange 60 das Drosselventil 62 im Öffnungssinn, -wodurch der Druck in der Leitung 49 abgebaut und im gleichen Maße das Brennstoffventil 38 wieder geschlossen wird. Gleichzeitig wird dabei auch das Drosselventil 54 und - weiter oben. erläutert - das RückströmregeloTgan 27 in Schließstellung bewegt, so- daß die Gasturbine entsprechend mehr Brenngas verarbeitet.
  • Die. bisher geschilderten Vorgänge spielen sich in dem Betriebbereieh; 3-6-5-7-3 (Fig. 1) ab. Sollten, dagegen Arbeitspunkte innerhalb des Bereiches 3-7-8-3 (Fig. 1) gefahren werden., würden sich infolge des zu geringen Luftdurchsatzes für die jetzt in die Brennkammer 13 eingespeisten Brennstoffmengen Temperaturen oberhalb des. zulässigen Wertes einstellen. Sobald die Temperatur der die Brennkammer 13 verlassenden Treibgase über den zulässigen Wert ansteigt, wird der Steuerschieber 50 vom Elektromagneten 66 gegen die Fliehkraft nach links bewegt. Das durch die Leitung 51 zugeführte Druckmittel bewegt dann den Kolben 68 des Stellmotors 67 nach rechts und öffnet dabei das Brennstoffventil 41. Es wird nun, Zusatzbrennstoff in der Hilfsbrennkammer 23 verbrannt; das den Brenngaswärmeaustauscher 16 beaufschlagende Abgas wird dadurch stärker aufgeheizt, so daß der Entspannungsturbine. 28 ein höheres Gefälle zur Verfügung steht. Infolge dieses Leistungsanstieges am Verdichtersatz 11/17 wird eine größere Luftmenge gefördert und dadurch die Übertemperatur der die Brennkammer 13 verlassenden Treibgase unter den zulässigen Grenzwert abgebaut. Ist dieser Grenzwert wieder erreicht, halten sich die Kraft des Magneten 66 und die entgegengerichtete Federkraft in der Schließstellung des Steuerschiebers 50 das Gleichgewicht und der Kolben 68 kommt zur Ruhe. Bei Lastabfall oder größerer Brenngasanlieferung würde nun die Temperatur am Austritt aus der Brennkammer 13 absinken, damit Steuerschieber 50 nach rechts auswandern und Druckmittel auf die rechte Seite des Kolbens 68 treten lassen, so daß die Brennstoffzufuhr zur Hilfsbrennkammer23 abgesperrt wird.
  • In der schematischen Darstellung der Fig. 3 ist das Rückströmregelorgan 27 als Drosselventil dargestellt. Im Interesse der Wirtschaftlichkeit kann man aber in an sich bekannter Weise eine Mengenregelung vornehmen, indem einzelne Düsensegmente der Entspannungsturbine mittels Schaltventilen, zu- und abgeschaltet werden. Eine derart ausgebildet& Entspannungsturbine zeigt Fig.4 im Schnitt durch das Zuführungsgehäuse. 69 bedeutet darin die Turbinenwelle, 70 ist das Gehäuse und 71, 72, 73 und 74 sind einzelne Düsensegmente. Die Düsenkammern sind mit 75, 76, 77 und 78 bezeichnet; sie werden von den Ventilen 79, 80, 81 und 82 verschlossen. Die Ventile 79, 80 und 81 werden hydraulisch gesteuert. Das Druckmittel gelangt - wie zu Fig. 3 beschrieben -durch die Leitung 47 zu den Stellmotoren 83, 84 und 85, die auf verschiedene Druckmitteldrücke ansprechen, so däß die Ventile 79, 80, 81 nacheinander geöffnet bzw. geschlossen werden. Auf diese Weise werden die Düsensegmente 71, 72, 73 nacheinander zu- bzw. abgeschaltet.
  • Das in der Entspannungsturbine zu verarbeitende Gefälle kann normalerweise in einem ein- oder zweikränzigen Gleichdruckrad umgesetzt werden. Es ergibt sich hierfür also ein verhältnismäßig einfacher Aufbau. Ferner kann sie auch als Auf ahrmotor und für den Durchdrehbetrieb eingesetzt werden. Zu diesem Zweck sind bei der Turbine nach Fig. 4 das Düsensegment 74 mit der Düsenkammer 78 sowie das Ventil 82 und die Zuleitung 86 vorgesehen, durch die Dampf oder Druckluft als Treibmittel eingeführt werden. Die Mehrkosten für die Entspannungsturbine werden dadurch also weitgehend ausgeglichen, da weitere Antriebsmaschinen (Anfahrturbine, Elektromotor zum Durchdrehen) und zusätzliche Getrirbe und Schaltkupplungen nicht benötigt werden.
  • Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die in Fig. 3 gezeigte Anordnung mit mechanisch getrennter Verdichter- und Nutzleistungsturbine beschränkt ist, sondern ebenso auch bei Einwellenanlagen Anwendung finden kann.
  • Besonders für staubhaltige Brenngase, wie Lichtgas, empfiehlt es sich, als Brenngasverdichter einen Radialverdichter anzuordnen, da diese Bauart gegen Verschmutzungen nicht so empfindlich ist wie ein Axialverdichter. Letzterer hätte zwar wegen seiner steileren Drehzahlkennlinie den Vorteil, daß die zurückzuführende Brenngasteilmenge vergleichsweise geringer wird. Dieser Vorteil kann aber die mit den Schwierigkeiten und zusätzlichen Anlagekosten für die Brenngasreinigung gegebenen Nachteile nicht aufwiegen, zumal erfindungsgemäß die zurückgeführte Brenngasteilmenge Arbeit leistet.

Claims (13)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Betrieb einer gasförmige Brennstoffe, in.sb°sondere mit geringem Heizwert, verarbeitende Gasturbinenanlage, bei welcher die vom Brenngasverdichter zuviel geförderte Brenngasmenge zu dessen Ein:laßstutzen zurückgeführt wird und bei Brenngasmangel ein. Zusatzbrennstoff in der Brennkammer verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die rückzuführende Brenngasteilmenge aufgeheizt und unter Leistungsabgabe an eine Gasturbinenwelle entspannt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rückzuführende Brenngasteilmenge im Wärmeaustausch mit den Abgasen der Gasturbino aufgeheizt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der den Brenugasvorwärmer durchströmenden Turbinenabgase durch Verbrennung von Zusatzbrennstoff erhöht wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenngasverdichter auch bei Vollast eine überschüssige Brenngasmenge liefert.
  5. 5: Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da.ß abhängig vom Druck des Brenngases. im Anlieferungszustand und! von der Belastung der Anlage die rückzuführende Brenngasteilmenge und die in die Brennkammer einzuspeisende Menge von Zusatzbrennstoff geregelt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung der durch den Wärmeaustauscher (16) strömenden Turbinenabgase in Abhängigkeit von der Temperatur der die Brennkammer verlassenden Treibgase erfolgt.
  7. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführungsleitung (26) eine regelbare Entspannungsturbine (28) angeordnet ist; die mit einer der Wellen der Gasturbinen (17 bzw. 19) gekuppelt ist. B.
  8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kupplung eine Freilaufkupplung angeordnet ist.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmeinrichtungen der Turbine (27 bzw. 79) bei Vollast und reinem Brenngasbetrieb eine Durchlaßöffnung für die vom Brenngasverdichter (15) überschüssig geförderte Brenn.gasmenge freigeben.
  10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Wärmeaustauscher (16) für das Brenngas eine Hilfs,brennkammer (23) angeordnet ist.
  11. 11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsturbine (28) als Gleichdruckturbine ausgebildet ist.
  12. 12. Einrichtung nach einem oder mehreren, der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsturbine mit einem zusätzlichen Düsensegment (74) für die Beaufschlagung mit Druckluft oder Dampf versehen ist.
  13. 13. Einrichtung nach einem oder mehreren, der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Brenngasverdichter (15) ein Radialverdichter angeordnet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1290762B (de) * 1962-06-06 1969-03-13 Bristol Siddeley Engines Ltd Einrichtung zur Regelung der Zufuhr von gasfoermigem Brennstoff an einer Gasturbinenanlage

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