DE102004012080A1

DE102004012080A1 - Apparatus and method for heating a gas stream

Info

Publication number: DE102004012080A1
Application number: DE200410012080
Authority: DE
Inventors: Flavio Dr. Ferrari; Alexei Dr. Gortychov; Marco Dr. Micheli; Sasha Dr. Savic
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-10-13
Also published as: WO2005088103A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Erwärmen eines einem Verdichter (2) einer stationären Gasturbine (3) zugeführten Luftstrom (4), wobei die Vorrichtung (1) eine Abgasrückführungsleitung (5) aufweist, welche einenends an einem Zuführungsende (6) eingangsseitig mit dem Verdichter (2) verbunden ist und anderenends an einem Entnahmeende (7) mit einem Abgasstrang (8) der Gasturbine (3) verbunden ist. Hierbei wird dem Abgasstrang (8) der Gasturbine (3) Abgas entnommen und eingangsseitig dem Verdichter (2) direkt oder indirekt wieder zugeführt.The present invention relates to a device (1) for heating a stream of air (4) supplied to a compressor (2) of a stationary gas turbine (3), the device (1) having an exhaust gas recirculation line (5) which is located at one end of the feed (6). On the input side to the compressor (2) is connected and the other end at a discharge end (7) with an exhaust line (8) of the gas turbine (3) is connected. In this case, the exhaust line (8) of the gas turbine (3) exhaust is removed and the input side of the compressor (2) fed directly or indirectly again.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erwärmen eines einem Verdichter einer stationären Gasturbine zugeführten Gasstroms.The The present invention relates to an apparatus and a method for heating a gas flow supplied to a compressor of a stationary gas turbine.

Bei stationären Gasturbinen kann es auf Grund ungünstiger Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise niedrige Umgebungstemperaturen und relativ hohe Luftfeuchtigkeit, bei den ersten Stufen eines Verdichters zu einer Eisbildung kommen. Das Eis verschlechtert zum einen den Wirkungsgrad des Verdichters und damit der Gasturbine und kann zum anderen bei seiner Ablösung zu einer Beschädigung des Verdichters führen. Um eine Vereisung der ersten Verdichterstufen zu vermeiden, kann beispielsweise der dem Verdichter zugeführte Gas-/Luftstrom erwärmt werden. Grundsätzlich lässt sich hierbei eine solche Erwärmung des Gas-/Luftstroms auf mehrere Arten realisieren. Beispielsweise kann am Verdichteraustritt komprimierte Luft entnommen und stromauf des Verdichters dem Luftstrom wieder zugeführt werden. Durch die hohe Kompression besitzt die am Verdichteraustritt entnommene Luft eine vergleichsweise hohe Verdichteraustrittstemperatur, was zur Erwärmung des Gas-/Luftstroms genutzt werden kann. Allerdings muss hierzu der am Verdichteraustritt herrschende Druck gedrosselt werden, um die erwärmte Luft in den Luftstrom einleiten zu können. Diese Vorgehensweise ist jedoch mit Nachteilen behaftet. Zum einen wird bei einer Drosselung der entnommenen Luft Reibungswärme entzogen, was zu Verlusten führt, zum anderen bewirkt die Entnahme der komprimierten Luft am Verdichter eine Wirkungsgradreduzierung des Verdichters. Bei einer derartigen Vorgehensweise reduziert sich somit insgesamt der Wirkungsgrad für die Gasturbine.at stationary Gas turbines may be affected by unfavorable environmental conditions, such as low ambient temperatures and relatively high Humidity, at the first stages of a compressor to one Ice formation is coming. The ice deteriorates on the one hand, the efficiency of Compressor and thus the gas turbine and can be another at his replacement to damage lead the compressor. To avoid icing of the first compressor stages, can For example, the compressor supplied gas / air flow can be heated. in principle let yourself in this case, such a warming realize the gas / air flow in several ways. For example can be taken at the compressor outlet compressed air and upstream of the compressor are returned to the air flow. By the high Compression has the air taken from the compressor outlet comparatively high compressor outlet temperature, resulting in heating of the Gas / air flow can be used. However, this must be the At the compressor outlet pressure prevailing be throttled to the heated To be able to introduce air into the airflow. This approach However, there are disadvantages. For one thing, in a throttling the extracted air frictional heat deprived, which leads to losses, on the other hand causes the removal of the compressed air at the compressor an efficiency reduction of the compressor. In such a The procedure thus reduces overall the efficiency for the gas turbine.

Alternativ ist denkbar, den dem Verdichter zugeführten Luftstrom stromauf des Verdichters durch einen geeigneten Wärmeübertrager zu leiten, um die erwünschte Temperaturerhöhung im Gas-/Luftstrom zu erzielen. Die Durchströmung eines Wärmeübertragers ist zwangsläufig mit einem Druckabfall verbunden, der die Leistungsfähigkeit der Gasturbine reduziert. Besonders nachteilig ist hierbei außerdem der Umstand, dass ein derartiger Wärmeübertrager immer durchströmt werden muss, also auch dann, wenn eine Erwärmung des Luftstroms gar nicht erforderlich ist. Üblicherweise ist jedoch gerade der Zeitraum, in dem für eine Eisbildung günstige Umgebungsbedingungen herrschen, in der Regel vergleichsweise klein gegenüber der Gesamtbetriebsdauer der Gasturbine. Dementsprechend arbeitet die Gasturbine unverhältnismäßig lange mit einem unnötig reduzierten Wirkungsgrad. Darüber hinaus ist ein derartiger Wärmeübertrager mit hohen Zusatzkosten verbunden.alternative is conceivable, the compressor supplied air flow upstream of the Through a suitable heat exchanger to direct the compressor through the desirable temperature increase to achieve in the gas / air flow. The flow through a heat exchanger is inevitable associated with a pressure drop, which reduces the efficiency the gas turbine reduced. Particularly disadvantageous here is also the Circumstance that such a heat exchanger always flows through must be, even then, if a warming of the air flow not at all is required. Usually however, is just the period in which favorable conditions for ice formation rule, as a rule comparatively small compared to the Total operating time of the gas turbine. Accordingly, the works Gas turbine disproportionately long with an unnecessary reduced efficiency. About that In addition, such a heat exchanger associated with high additional costs.

Eine weitere Möglichkeit der Erwärmung des Luftstroms und damit der Verhinderung einer Eisbildung besteht z.B. in der Anordnung einer Zusatzheizung. Diese kann beispielsweise im Bereich eines stromauf des Verdichters angeordneten Filters angeordnet werden und über eine externe Energiequelle, beispielsweise eine Stromquelle, mit Energie versorgt werden.A another possibility the warming the air flow and thus the prevention of ice formation e.g. in the arrangement of an additional heater. This can for example arranged in the region of a filter arranged upstream of the compressor be and over an external power source, such as a power source, with Be supplied with energy.

Der Hauptnachteil einer derartigen Zusatzheizung liegt in den hohen zusätzlichen Energiekosten, welche für die Erwärmung des Gas-/Luftstromes benötigt werden.Of the The main disadvantage of such additional heating is in the high additional Energy costs, which for the warming the gas / air flow needed become.

Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer Möglichkeit, den dem Verdichter zugeführten Gas-/Luftstrom bei Bedarf erwärmen zu können, ohne dass dabei der Wirkungsgrad der Gasturbine bzw. damit ausgestatteten Gasturbinenanlage allzu sehr beeinträchtigt wird.It There is therefore a need for a way the gas / air flow supplied to the compressor heat if necessary to be able to without that while the efficiency of the gas turbine or so equipped Gas turbine plant is too much affected.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Hier setzt die Erfindung an. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für die Vorwärmung des dem Verdichter zugeführten Gasstroms einen verbesserten Weg aufzuzeigen, der sich insbesondere nur in geringem Umfang nachteilig für den Wirkungsgrad der Gasturbine auswirkt.Here implements the invention. The invention as characterized in the claims is busy dealing with the problem, for the preheating of the supplied to the compressor Gas stream to show an improved way, in particular only to a small extent disadvantageous for the efficiency of the gas turbine effect.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention this Problem with the objects the independent one claims solved. Advantageous embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Teilabgasstrom aus einem Abgasstrom der Gasturbine abzuzweigen und stromauf des Verdichters dem Gasstrom zu dessen Erwärmung wieder zuzuführen. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise das heiße Abgas der Gasturbine dazu benutzt, den dem Verdichter einer stationären Gasturbine zugeführten Gasstrom zu erwärmen und dadurch den Verdichter vor einer Vereisung zu schützen. Da eine Entnahme eines Teilabgasstromes nach der Gasturbine den Wirkungsgrad derselben nicht beeinflusst, kann der entnommene Teilabgasstrom nahezu ohne Einfluss auf den Wirkungsgrad der Gasturbine zur Vorwärmung des in den Verdichter eintretenden Gasstromes genutzt werden. Realisiert wird die Abgasrückführung über eine Abgasrückführungsleitung, welche einenends an einem Zuführungsende eingangsseitig mit dem Verdichter verbunden ist und anderenends mit einem Entnahmeende mit einem Abgasstrang der Gasturbine verbunden ist.The present invention is based on the general idea of branching off a partial exhaust gas stream from an exhaust gas stream of the gas turbine and feeding it back upstream of the compressor to the gas stream for its heating. As a result, the hot exhaust gas of the gas turbine is used in a particularly advantageous manner to heat the gas flow supplied to the compressor of a stationary gas turbine and thereby protect the compressor from icing. Since removal of a partial exhaust gas flow to the gas turbine does not affect the efficiency of the same, the withdrawn partial exhaust gas flow can be used with almost no effect on the efficiency of the gas turbine for preheating the gas flow entering the compressor. The exhaust gas recirculation is realized via an exhaust gas recirculation line, which at one end at a feed end on the input side with the Compressor is connected and the other end is connected to a discharge end with an exhaust line of the gas turbine.

Durch die erfindungsgemäße Lösung kann auf kostenintensive und technisch aufwändige zusätzliche Heizelemente, wie beispielsweise Heizspulen und/oder Wärmeübertrager, verzichtet werden, so dass Kostenvorteile realisiert werden können. Darüber hinaus ist für die Erfindung keine zusätzliche Energiequelle zum Betreiben der Zusatzheizung erforderlich. Auch einen Schalldämpfer bzw. ein Druckwellendämpfungssystem, welches stoßartige Druckwellen dämpft und damit die Gasturbine vor Beschädigungen schützt, sind durch die Erfindung entbehrlich. Der Hauptvorteil liegt jedoch in der einfachen konstruktiven Ausführung der Erfindung, welche im wesentlichen die Abgasrückführleitung sowie insbesondere ein Filter zur Reinigung des entnommenen Teilabgasstromes und gegebenenfalls Ventile zur Steuerung desselben aufweist.By the solution according to the invention can costly and technically complex additional heating elements, such as Heating coils and / or heat exchangers, be omitted, so that cost benefits can be realized. Furthermore is for the invention no additional energy source required to operate the auxiliary heater. Also a silencer or a pressure wave damping system, which jerky Dampens pressure waves and thus the gas turbine protects against damage are dispensable by the invention. The main advantage, however, lies in the simple structural design the invention, which essentially the exhaust gas recirculation line and in particular a filter for cleaning the withdrawn partial exhaust stream and optionally Has valves for controlling the same.

Da es sich bei der Verbrennung in der Gasturbine regelmäßig um eine magere Verbrennung handelt, enthält der Abgasstrom einen hohen Sauerstoffanteil, so dass das rückgeführte Abgas ohne zusätzliche Aufbereitung zur erneuten Verbrennung dem Verdichter bzw. der nachfolgenden Brennkammer wieder zugeführt werden kann. Gleichzeitig bleibt der Einfluss der Abgasrückführung auf den eigentlichen Verbrennungsvorgang somit vergleichsweise gering.There it is the combustion in the gas turbine regularly to a contains lean combustion the exhaust gas stream has a high oxygen content, so that the recirculated exhaust gas without additional Treatment for re-combustion of the compressor or the subsequent Combustion chamber fed again can be. At the same time, the influence of exhaust gas recirculation remains the actual combustion process thus comparatively low.

Im Vergleich zu herkömmlichen Vereisungsschutzsystemen weist die Erfindung bei geringeren Kosten und geringerem konstruktivem Aufwand einen verbesserten Wirkungsgrad auf.in the Compared to conventional Anti-icing systems, the invention at a lower cost and less constructive effort improved efficiency on.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann in der Abgasrückführungsleitung ein Filter angeordnet sein. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Partikelfilter, der zum Ausfiltern von Ruß- bzw. Kleinstpartikeln geeignet ist und dadurch Ablagerungen derartiger Rußpartikel an Teilen des Verdichters bzw. der Gasturbine verhindert. Derartige Partikelfilter zur Reinigung von Abgasen sind heutzutage weit verbreitet und langjährig erprobt, wodurch eine zuverlässige Filterung des abgezweigten Teilabgasstromes gewährleistet wird.According to one advantageous embodiment can in the exhaust gas recirculation line a filter can be arranged. These are for example a particle filter suitable for filtering soot or micro particles is and thereby deposits of such soot particles on parts of the compressor or the gas turbine prevented. Such particle filter for cleaning of exhaust gases are nowadays widespread and tried and tested for many years, making a reliable Filtration of the branched partial exhaust gas flow is ensured.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung kann in der Abgasrückführleitung ein Steuerventil zur Steuerung der Abgasrückführung angeordnet sein. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Regelung der zugeführten Abgasmenge und dadurch einen optimalen Wirkungsgrad der Gasturbine. Vorzugsweise wird das Steuerventil und damit eine rückgeführte Abgasmenge über eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit zumindest der Umgebungstemperatur und/oder der relativen Feuchte der Umgebungsluft und/oder der Temperatur des entnommenen Abgases und/oder eines Betriebszustandes der Gasturbine und/oder einer Stellung der Einlassleitschaufeln des Verdichters gesteuert. Hierdurch kann auf etwaige ungünstige Witterungsbedingungen, wie beispielsweise hohe Luftfeuchtigkeit und geringe Temperaturen bedarfsgerecht reagiert werden, wodurch die Gasturbine effizient vor einer Vereisung und damit vor einer Beschädigung geschützt werden kann. Gleichzeitig lässt sich durch die Steuerung des Steuerventils in Abhängigkeit der genannten Parameter der Wirkungsgrad der Gasturbine verbessern.Corresponding an advantageous development of the solution according to the invention can in the exhaust gas recirculation line a control valve for controlling the exhaust gas recirculation may be arranged. This allows a needs-based control of the amount of exhaust gas supplied and thereby an optimal efficiency of the gas turbine. Preferably, the control valve and thus a recirculated exhaust gas amount over a Control device in dependence at least the ambient temperature and / or the relative humidity the ambient air and / or the temperature of the exhaust gas removed and / or an operating state of the gas turbine and / or a position the inlet guide vanes of the compressor controlled. This can to any adverse weather conditions, such as high humidity and low temperatures be responsive to demand, making the gas turbine efficient from icing and thus protected from damage can. At the same time lets itself by the control of the control valve in dependence the above-mentioned parameters improve the efficiency of the gas turbine.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann am Zuführungsende der Abgasrückführleitung eine Zumischeinrichtung zum Zumischen der rückgeführten Abgase zu dem dem Verdichter zugeführten Gasstrom angeordnet sein. Die Zumischeinrichtung gewährleistet dabei eine bedarfsgerechte, beispielsweise gleichmäßige, Zumischung der rückgeführten Abgase und dadurch ein für den Wirkungsgrad bzw. die Lebensdauer der Gasturbine besonders günstiges Mischverhältnis zwischen rückgeführtem Abgas und Frischluftstrom.Corresponding a preferred embodiment can at the feeder end the exhaust gas recirculation line an admixing device for admixing the recirculated exhaust gases to the compressor supplied Gas flow can be arranged. Ensures the admixing while a needs-based, for example, uniform, admixture the recirculated exhaust gases and thereby one for the efficiency and the life of the gas turbine particularly favorable mixing ratio between recirculated exhaust gas and fresh air flow.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können in der Abgasrückführungsleitung stromab des Filters ein Gebläse und/oder eine Strahlpumpe zum Antreiben des rückgeführten Abgasstromes angeordnet sein. Derartige Antriebseinrichtungen erhöhen oder vermindern eine Geschwindigkeit des rückgeführten Abgases, so dass die rückgeführte Abgasmenge stets optimal an den Bedarf der Gasturbine angepasst werden kann. Vorzugsweise ist/sind das Gebläse und/oder die Strahlpumpe mit einer Kontrolleinrichtung zur Überwachung des rückgeführten Abgasvolumens und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des rückgeführten Abgasstromes verbunden, welche das Gebläse und/oder die Strahlpumpe zumindest in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und/oder der relativen Feuchte der Umgebungsluft und/oder einer Temperatur des entnommenen Abgas und/oder des Betriebszustandes der Gasturbine und/oder der Stellung der Einlassleitschaufeln des Verdichters steuert. Ähnlich der Steuereinrichtung für die Steuerventile ermöglicht die Kontrolleinrichtung die individuelle Einstellung des Gebläses bzw. der Strahlpumpe auf die jeweiligen Anforderungen der Gasturbine, so dass eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades der Gasturbine möglich ist.According to one advantageous development can in the exhaust gas recirculation line downstream of the filter a blower and / or a jet pump for driving the recirculated exhaust gas flow be. Such drive devices increase or decrease a speed the recirculated exhaust gas, so the recirculated exhaust gas amount always optimally adapted to the needs of the gas turbine. Preferably, the blower is / are and / or the jet pump with a control device for monitoring the recirculated exhaust gas volume and / or the flow rate the recirculated exhaust gas stream connected to the blower and / or the jet pump at least as a function of the ambient temperature and / or the relative humidity of the ambient air and / or a temperature the extracted exhaust gas and / or the operating state of the gas turbine and / or the position of the inlet guide vanes of the compressor controls. Similar to the Control device for the Control valves allows the control device the individual setting of the fan or the jet pump to the respective requirements of the gas turbine, so that a further increase in the efficiency of the gas turbine possible is.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further provide important features and advantages of the present invention from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,preferred embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explains where like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components. Show, respectively schematically

1 eine stark vereinfachte, schaltplananige Prinzipdarstellung einer Gasturbinenanlage, die mit einer erfindungsgemäßen Abgasrückführung ausgestattet ist, 1 a greatly simplified, schematized schematic diagram of a gas turbine plant, which is equipped with an exhaust gas recirculation according to the invention,

2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform der Abgasrückführung, 2 a representation like in 1 but in another embodiment of exhaust gas recirculation,

3 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer weiteren Ausführungsvariante der Abgasrückführung. 3 a representation like in 1 , but in a further embodiment of the exhaust gas recirculation.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

Entsprechend den 1 bis 3 umfasst eine stationäre Gasturbinenanlage u.a. einen Verdichter 2, eine Brennkammer 21 und eine Gasturbine 3. Eine derartige stationäre Gasturbine 3 dient in der Regel der Stromproduktion. Im Betrieb der Gasturbinenanlage wird dem Verdichter 2 ein Gas-/Luftstrom 4 zugeführt, der hier durch einen Pfeil repräsentiert ist. Der Gasstrom 4 wird im Verdichter 2 komprimiert und gelangt anschließend zur Brennkammer 21. Der komprimierte und in der Brennkammer 21 erhitzte Gasstrom bzw. die heißen Verbrennungsabgase der Brennkammer 21 werden dann in der Gasturbine 3 entspannt. Aus der Gasturbine 3 treten dann entsprechend einem Pfeil entspannte heiße Abgase in einen Abgasstrang 8 aus.According to the 1 to 3 includes a stationary gas turbine plant including a compressor 2 , a combustion chamber 21 and a gas turbine 3 , Such a stationary gas turbine 3 usually serves the power production. In operation of the gas turbine plant is the compressor 2 a gas / air stream 4 is supplied, which is represented here by an arrow. The gas flow 4 is in the compressor 2 compressed and then passes to the combustion chamber 21 , The compressed and in the combustion chamber 21 heated gas stream or the hot combustion gases of the combustion chamber 21 then be in the gas turbine 3 relaxed. From the gas turbine 3 then occur according to an arrow relaxed hot exhaust gases in an exhaust system 8th out.

Erfindungsgemäß ist die Gasturbine 3 bzw. die Gasturbinenanlage mit einer Vorrichtung 1 ausgestattet, welche es ermöglicht, den dem Verdichter 2 zugeführten Gasstrom 4 vor dem Eintritt in den Verdichter 2 zu erwärmen. Die Vorrichtung 1 umfasst hierzu im wesentlichen eine Abgasrückführungsleitung 5, welche einenends an einem Zuführungsende 6 eingangsseitig mit dem Verdichter 2 verbunden ist und anderenends mit einem Entnahmeende 7 mit dem Abgasstrang 8 der Gasturbine 3 verbunden ist. Erfindungsgemäß ist dabei das Entnahmeende 7 im Bereich zwischen einer Ausgangsseite der Gasturbine 3 und einem stromab gelegenen Abgaskamin 9 mit dem Abgasstrang 8 der Gasturbine 3 verbunden. Prinzipiell ist somit eine beliebige Anordnung des Entnahmeendes 7 im vorgenannten Bereich denkbar, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 individuell an einen jeweiligen zur Verfügung stehenden Bauraum bzw. an individuelle konstruktive Erfordernisse angepasst werden kann.According to the invention, the gas turbine 3 or the gas turbine plant with a device 1 equipped, which allows the compressor 2 supplied gas stream 4 before entering the compressor 2 to warm up. The device 1 For this purpose, essentially comprises an exhaust gas recirculation line 5 which at one end at a feeder end 6 on the input side with the compressor 2 connected and at the other end with a withdrawal end 7 with the exhaust system 8th the gas turbine 3 connected is. According to the invention is the removal end 7 in the region between an output side of the gas turbine 3 and a downstream exhaust stack 9 with the exhaust system 8th the gas turbine 3 connected. In principle, therefore, any arrangement of the removal end 7 in the aforementioned range is conceivable, so that the device according to the invention 1 can be individually adapted to a respective available space or to individual constructive requirements.

Entsprechend den 1 bis 3 ist in der Abgasrückführungsleitung 5 ein Filter 10 angeordnet. Dieser Filter 10 dient zum Herausfiltern von Partikeln, wie beispielsweise Rußteilchen, welche sich ohne den Filter auf Teilen der Gasturbinenanlage, insbesondere des Verdichters 2, ablagern können und dadurch Beschädigungen an genannten Bauteilen bewirken können.According to the 1 to 3 is in the exhaust gas recirculation line 5 a filter 10 arranged. This filter 10 is used to filter out particles, such as soot particles, which are without the filter on parts of the gas turbine plant, in particular the compressor 2 , can deposit and thereby cause damage to said components.

Stromab des Filters 10 ist in der Abgasrückführungsleitung 5 ein Gebläse 11 (vergleiche 1 und 2) oder eine Strahlpumpe 12 (vergleiche 3) mit Gebläse 11 zum Antreiben des rückgeführten Abgasstroms angeordnet. Das Gebläse 11 und/oder die Strahlpumpe 12 ermöglichen eine gezielte Einflussnahme auf eine Strömungsgeschwindigkeit und damit auch auf eine rückgeführte Abgasmenge, so dass sowohl die Geschwindigkeit als auch die rückgeführte Abgasmenge optimal an aktuelle Anforderungen anpassbar sind. Da insbesondere eine zu geringe oder zu große rückgeführte Abgasmenge den Wirkungsgrad der Gasturbine 3 negativ beeinträchtigen, kann mit dem Gebläse 11 und/oder mit der Strahlpumpe 12 die Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstromes bzw. die rückgeführte Abgasmenge optimal eingestellt werden und dadurch der Wirkungsgrad der Gasturbine 3 bzw. der Gasturbinenanlage verbessert werden.Downstream of the filter 10 is in the exhaust gas recirculation line 5 a fan 11 (see 1 and 2 ) or a jet pump 12 (see 3 ) with blower 11 for driving the recirculated exhaust gas flow. The fan 11 and / or the jet pump 12 allow a targeted influence on a flow velocity and thus also on a recirculated exhaust gas amount, so that both the speed and the recirculated exhaust gas amount are optimally adapted to current requirements. In particular, too low or too large recirculated exhaust gas amount the efficiency of the gas turbine 3 adversely affect the blower 11 and / or with the jet pump 12 the flow rate of the exhaust gas flow and the recirculated exhaust gas amount are optimally adjusted and thus the efficiency of the gas turbine 3 or the gas turbine plant can be improved.

Um beispielsweise in einem Notfall die Abgasrückführung schlagartig zu unterbrechen, ist in der Abgasrückführungsleitung 5 ein Sperrventil 13 angeordnet, welches im wesentlichen zwischen einer Auf- und Zustellung verstellbar ist.To abruptly interrupt the exhaust gas recirculation, for example in an emergency, is in the exhaust gas recirculation line 5 a check valve 13 arranged, which is substantially adjustable between an order and delivery.

Entsprechend 1 ist zusätzlich zum Sperrventil 13 ein Steuerventil 14 in der Abgasrückführungsleitung 5 angeordnet, welches zur Steuerung der Abgasrückführung ausgebildet ist. Im Unterschied zum Sperrventil 13 ermöglicht das Steuerventil 14 auch eine beliebige Drosselung der Abgasrückführung. Gesteuert wird das Steuerventil 14 von einer damit verbundenen Steuereinrichtung 15, welche die Abgasrückführung in Abhängigkeit zumindest eines der nachfolgenden Parameter steuert: Umgebungstemperatur, relative Feuchte der Umgebungsluft, Temperatur des entnommenen Abgases, Betriebszustand der Gasturbine, Stellung der Einlassleitschaufeln des Verdichters. Die Steuereinrichtung 15 ist dazu über Steuerleitungen 22 mit dem Abgasstrang 8 und/oder mit dem Verdichter 2 und/oder mit einer Wetterstation 23 verbunden, welche zumindest einen der vorgenannten Witterungsparameter ermittelt. Zur Ermittlung der vorgenannten Parameter sind entsprechende und nicht näher bezeichnete Sensoren, beispielsweise ein Temperatursensor, im Bereich des Abgasstranges 8 bzw. des Abgaskamins 9 angeordnet.Corresponding 1 is in addition to the check valve 13 a control valve 14 in the exhaust gas recirculation line 5 arranged, which is designed to control the exhaust gas recirculation. In contrast to the check valve 13 allows the control valve 14 also any throttling of the exhaust gas recirculation. The control valve is controlled 14 from an associated controller 15 which controls the exhaust gas recirculation in response to at least one of the following parameters: ambient temperature, relative humidity of the ambient air, temperature of the exhaust gas removed, operating state of the gas turbine, position of inlet inlet vanes of the compressor. The control device 15 is via control lines 22 with the exhaust system 8th and / or with the compressor 2 and / or with a weather station 23 connected, which determines at least one of the aforementioned weather parameters. To determine the aforementioned parameters are corresponding and unspecified sensors, such as a temperature sensor, in the region of the exhaust line 8th or the exhaust stack 9 angeord net.

Am Zuführungsende 6 der Abgasrückführungsleitung 5 ist eine Zumischeinrichtung 16 angeordnet, welche zum Zumischen der rückgeführten Abgase zu dem dem Verdichter 2 zugeführten Gasstrom 4 ausgebildet ist. Die Zumischeinrichtung 16 gewährleistet eine bedarfsgerechte, beispielsweise gleichmäßige Zumischung der rückgeführten Abgase zum Gasstrom 4. Beispielsweise kann dadurch eine hinreichende Vorwärmung des Gasstroms 4 mit einem möglichst kleinen rückgeführten Abgasstrom erreicht werden, wodurch ein verbesserter Wirkungsgrad der Gasturbine 3 bzw. der Gasturbinenanlage erzielbar ist. Die Zumischeinrichtung 16 ist dazu am Eintritt eines Frischgasstranges 17 und damit eingangsseitig des Verdichters 2 angeordnet. Zusätzlich können im Frischgasstrang 17 stromab der Zumischeinrichtung 16 ein zweites Filter 18 und/oder ein Schalldämpfer 19 angeordnet sein.At the feed end 6 the exhaust gas recirculation line 5 is a Zumischeinrichtung 16 arranged, which for mixing the recirculated exhaust gases to the compressor 2 supplied gas stream 4 is trained. The admixing device 16 ensures a demand-based, for example, uniform admixture of the recirculated exhaust gases to the gas stream 4 , For example, this can be sufficient preheating of the gas stream 4 be achieved with the smallest possible recirculated exhaust gas flow, thereby improving the efficiency of the gas turbine 3 or the gas turbine plant can be achieved. The admixing device 16 is at the entrance of a fresh gas train 17 and thus the input side of the compressor 2 arranged. In addition, in the fresh gas line 17 downstream of the admixing device 16 a second filter 18 and / or a silencer 19 be arranged.

Entsprechend 2 ist das Gebläse 11 mit einer Kontrolleinrichtung 20 zur Überwachung des rückgeführten Abgasvolumens und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des rückgeführten Abgasstromes verbunden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Kontrolleinrichtung 20 mit der Strahlpumpe 12 zur Überwachung des rückgeführten Abgasvolumens bzw. der Strömungsgeschwindigkeit des rückgeführten Abgasstromes verbunden sein (vergleiche 3).Corresponding 2 is the fan 11 with a control device 20 connected to monitor the recirculated exhaust gas volume and / or the flow rate of the recirculated exhaust gas stream. Additionally or alternatively, a control device 20 with the jet pump 12 be connected to monitor the recirculated exhaust gas volume and the flow rate of the recirculated exhaust gas stream (see 3 ).

Ähnlich der Steuereinrichtung 15 steuert die Kontrolleinrichtung 20 das Gebläse 11 und/oder die Strahlpumpe 12 in Abhängigkeit zumindest der Umgebungstemperatur und/oder der relativen Luftfeuchte und/oder der Temperatur des entnommenen Abgases und/oder des Betriebszustandes der Gasturbine 3 und/oder der Stellung der Einlassleitschaufeln des Verdichters 2. Zur Ermittlung der relevanten Daten ist die Kontrolleinrichtung 20 ähnlich der Steuereinrichtung 15 über entsprechende Steuerleitungen 22 mit den entsprechenden Sensoren, beispielsweise Temperatur-/Feuchtesensoren in der Wetterstation 23, verbunden. Grundsätzlich kann die Kontrolleinrichtung 20 in die Steuereinrichtung 15 integriert sein oder umgekehrt.Similar to the controller 15 controls the control device 20 the blower 11 and / or the jet pump 12 as a function of at least the ambient temperature and / or the relative humidity and / or the temperature of the exhaust gas removed and / or the operating state of the gas turbine 3 and / or the position of the inlet guide vanes of the compressor 2 , To determine the relevant data is the control device 20 similar to the controller 15 via appropriate control lines 22 with the appropriate sensors, such as temperature / humidity sensors in the weather station 23 , connected. In principle, the control device 20 in the control device 15 be integrated or vice versa.

Im folgenden soll kurz die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Abgasrückführung erläutert werden:
Um eine Eisbildung an den Leitschaufeln des Verdichters 2 bzw. an anderen eisgefährdeten Bauteilen der Gasturbinenanlage zu vermeiden, wird insbesondere bei kritischen Parametern, wie beispielsweise einer niedrigen Außentemperatur bei einer gleichzeitigen hohen relativen Feuchte, der dem Verdichter 2 zugeführte Gasstrom 4 vorgewärmt. Hierzu wird einem Abgasstrang 8 der Gasturbine 3 Abgas entnommen und eingangsseitig dem Verdichter 2 direkt oder indirekt wieder zugeführt. Dies ist im Hinblick auf eine herkömmliche Erwärmung des Gasstromes 4, beispielsweise über Wärmeübertrager oder Heizelemente, eine besonders kostengünstig und konstruktiv einfach zu realisierende Lösung. Die Entnahme des Abgases erfolgt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen einer Ausgangsseite der Gasturbine 3 und einem stromab gelegenen Abgaskamin 9 im Abgasstrang 8, wobei der entnommene Abgasstrom vor der Rückführung einen Filter 10 durchströmt und dadurch gefiltert wird.In the following, the operation of the exhaust gas recirculation according to the invention will be explained briefly:
To form ice on the vanes of the compressor 2 or at other ice-endangered components of the gas turbine plant is, in particular at critical parameters, such as a low outdoor temperature with a high relative humidity, the the compressor 2 supplied gas stream 4 preheated. For this purpose, an exhaust system 8th the gas turbine 3 Taken off exhaust gas and the input side of the compressor 2 fed directly or indirectly. This is in view of conventional heating of the gas stream 4 , For example via heat exchangers or heating elements, a particularly cost-effective and structurally easy to implement solution. The removal of the exhaust gas is preferably carried out in the region between an output side of the gas turbine 3 and a downstream exhaust stack 9 in the exhaust system 8th , wherein the withdrawn exhaust gas stream before recycling a filter 10 is flowed through and thereby filtered.

Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen sind im Abgasrückführungskanal 5 ein Gebläse 11 und/oder eine Strahlpumpe 12 (vergleiche 3) angeordnet, wodurch der rückgeführte Abgasstrom angetrieben werden kann und wodurch gleichzeitig ein rückgeführtes Abgasvolumen und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit des rückgeführten Abgasstromes reguliert werden kann/können. Zur Steuerung des Gebläses und/oder der Strahlpumpe 12 kann gemäß den 2 und 3 eine Kontrolleinrichtung 20 vorgesehen sein, welche eine Leistung des Gebläses 11 und/oder der Strahlpumpe 12 in Abhängigkeit zumindest eines der oben genannten Parameter steuern kann.According to different embodiments are in the exhaust gas recirculation passage 5 a fan 11 and / or a jet pump 12 (see 3 ), whereby the recirculated exhaust gas flow can be driven and whereby at the same time a recirculated exhaust gas volume and / or a flow velocity of the recirculated exhaust gas flow can be regulated. For controlling the fan and / or the jet pump 12 can according to the 2 and 3 a control device 20 be provided, which is a power of the blower 11 and / or the jet pump 12 depending on at least one of the above parameters can control.

Alternativ kann die rückgeführte Abgasmenge mittels eines Steuerventils 14 dosiert werden, welches über eine Steuereinrichtung 15 in Abhängigkeit ebenfalls zumindest eines der oben genannten Parameter gesteuert werden kann.Alternatively, the recirculated exhaust gas amount by means of a control valve 14 be metered, which via a control device 15 depending on at least one of the above parameters can also be controlled.

Zusammenfassend lassen sich die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt charakterisieren:
Die Erfindung sieht eine Erwärmung eines einem Verdichter 2 einer stationären Gasturbine 3 zugeführten Gasstroms 4 vor, derart, dass einem Abgasstrang 8 der Gasturbine 3 Abgas entnommen und eingangsseitig den Verdichter 2 direkt oder indirekt wieder zugeführt wird (Abgasrückführung).In summary, the essential features of the solution according to the invention can be characterized as follows:
The invention provides heating of a compressor 2 a stationary gas turbine 3 supplied gas stream 4 before, such that an exhaust line 8th the gas turbine 3 Taken off exhaust gas and the compressor on the input side 2 is fed back directly or indirectly (exhaust gas recirculation).

Im Vergleich zu herkömmlich eingesetzten Verfahren zur Erwärmung des Gasstromes 4, wie beispielsweise einem Heizelement und/oder einem Wärmeübertrager, kann auf derartige Zusatzelemente verzichtet werden, wodurch zum einen eine deutliche Kostenreduzierung realisieren werden kann und zum anderen die Gasturbinenanlage konstruktiv vereinfacht werden kann. Insbesondere durch den Wegfall zusätzlicher Heizelemente bzw. Wärmeübertrager kann der Wirkungsgrad der Gasturbine 3 gesteigert werden.In comparison to conventionally used methods for heating the gas stream 4 , Such as a heating element and / or a heat exchanger, can be dispensed with such additional elements, which on the one hand a significant cost reduction can be realized and on the other hand, the gas turbine plant can be structurally simplified. In particular, by eliminating additional heating elements or heat exchangers, the efficiency of the gas turbine 3 be increased.

11: Vorrichtungcontraption
22: Verdichtercompressor
33: Gasturbinegas turbine
44: Gasstromgas flow
55: AbgasrückführungsleitungExhaust gas recirculation line
66: Zuführungsendefeed end
77: Entnahmeenderemoval end
88th: Abgasstrangexhaust gas line
99: Abgaskaminexhaust stack
1010: Filterfilter
1111: Gebläsefan
1212: Strahlpumpejet pump
1313: Sperrventilcheck valve
1414: Steuerventilcontrol valve
1515: Steuereinrichtungcontrol device
1616: Zumischeinrichtungadmixing
1717: FrischgasstrangFresh gas line
1818: zweites Filtersecond filter
1919: Schalldämpfersilencer
2020: Kontrolleinrichtungcontrol device
2121: Brennkammercombustion chamber
2222: Steuerleitungencontrol lines
2323: WetterstationWeather station

Claims

Contraption ( 1 ) for heating a compressor of a stationary gas turbine ( 3 ) supplied gas stream ( 4 ), the device ( 1 ) an exhaust gas recirculation line ( 5 ), which at one end at a feed end ( 6 ) on the input side with the compressor ( 2 ) and at the other end at a withdrawal end ( 7 ) with an exhaust gas line ( 8th ) of the gas turbine ( 3 ) connected is.

Device according to claim 1, characterized in that the withdrawal end ( 7 ) in the region between an output side of the gas turbine ( 3 ) and a downstream exhaust stack ( 9 ) with the exhaust gas line ( 8th ) of the gas turbine ( 3 ) connected is.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the exhaust gas recirculation line ( 5 ) a filter ( 10 ) is arranged.

Apparatus according to claim 3, characterized in that in the exhaust gas recirculation line ( 5 ) downstream of the filter ( 10 ) a blower ( 11 ) and / or a jet pump ( 12 ) is arranged to drive the recirculated exhaust gas flow is / are.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the exhaust gas recirculation line ( 5 ) a check valve ( 13 ) is provided to block the exhaust gas recirculation.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the exhaust gas recirculation line ( 5 ) a control valve ( 14 ) is arranged to control the exhaust gas recirculation.

Apparatus according to claim 6, characterized in that a control device ( 15 ) for controlling the control valve ( 14 ), which controls the exhaust gas recirculation as a function of at least one of the following parameters: ambient temperature, relative humidity of the ambient air, temperature of the exhaust gas removed, operating state of the gas turbine, 3 ), - position of the inlet guide vanes of the compressor ( 2 ).

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that at the feed end ( 6 ) of the exhaust gas recirculation line ( 5 ) a mixing device ( 16 ) for admixing the recirculated exhaust gases to the compressor ( 2 ) supplied gas stream ( 4 ) is arranged.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the compressor ( 2 ) input side a fresh gas line ( 17 ) and that the admixing device ( 16 ) at the entrance of the fresh gas line ( 17 ) is arranged.

Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that between the compressor ( 2 ) and the admixing device ( 16 ) a second filter ( 18 ) and / or a silencer ( 19 ) is arranged.

Device according to one of claims 4 to 10, characterized in that the blower ( 11 ) and / or the jet pump ( 12 ) with a control device ( 20 ) is connected to monitor the recirculated exhaust gas volume and / or the flow rate of the recirculated exhaust gas flow.

Apparatus according to claim 11, characterized in that the control device ( 20 ) for controlling the fan ( 11 ) and / or the jet pump ( 12 ) is formed as a function of at least one of the following parameters: ambient temperature, relative humidity of the ambient air, temperature of the exhaust gas removed, operating state of the gas turbine 3 ), - position of the inlet guide vanes of the compressor ( 2 ).

Method for heating a compressor ( 2 ) of a stationary gas turbine ( 3 ) supplied gas stream ( 4 ), wherein an exhaust gas line ( 8th ) of the gas turbine ( 3 ) Exhaust gas and the input side of the compressor ( 2 ) is fed back directly or indirectly.

A method according to claim 12, characterized in that a removal of the exhaust gas in the region between an output side of the gas turbine ( 3 ) and a downstream exhaust stack ( 9 ) he follows.

Method according to claim 12 or 13, characterized that the withdrawn exhaust gas stream is filtered.

Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that the recirculated exhaust gas amount and / or a flow velocity of the recirculated exhaust gas flow is controlled depending on at least one of the following parameters: - ambient temperature, - relative humidity of the ambient air, - temperature of the exhaust gas withdrawn , - Operating state of the gas turbine ( 3 ), - position of the inlet guide vanes of the compressor ( 2 ).