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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Gasturbinen und insbesondere ein System zur Zuführung von Luft von einem mehrstufigen Verdichter zu einem Turbinenabschnitt einer Gasturbine, um während eines niedrigen Teillastbetriebs und/oder eines Betriebs unterhalb von Auslegungstemperaturen die Turbinenleistung zu steigern.
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Turbinenmaschinen (kurz: Turbinen) sind dazu bestimmt, unter Bedingungen der Internationalen Organisation für Normung (ISO) mit voller Drehzahl zu arbeiten. Dies bedeutet, dass Turbinen dazu bestimmt sind, einen definierten Bereich von Eingangsbedingungen, wie z.B. Auslegungspunkttemperatur, Luftdruck, Brennstofftyp, etc., auszunutzen, um zur Erzeugung einer optimalen, hohen Ausgangsleistung innerhalb eines definierten Drehzahlbandes zu arbeiten, unterhalb dessen der Betrieb weniger effizient ist. Jedoch liegen die Eingangsbedingungen häufig außerhalb der Auslegungspunkte, und/oder es ist eine Leistungsabgabe erwünscht, die kleiner ist als die volle Ausgangsleistung. Im ISO-Betrieb wird Luft in eine Brennkammer eingespeist, damit sie sich mit Brennstoff vermischt, um ein Verbrennungsprodukt hohen Drucks und hoher Temperatur zu erzeugen, das zu der Turbine geliefert wird. Bei voller Drehzahl erfordert die Brennkammer eine hohe Luftmenge, um ausreichend Verbrennungsprodukte zu erzeugen, um die Turbine antreiben zu können. Zusätzlich benötigen verschiedene Komponenten der Turbine, wie beispielsweise Rotorlaufschaufeln, eine Kühlung.
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Kühlkreisläufe für Turbinenkomponenten nutzen Luft, die von einer Verdichterstufe bezogen wird, die über einem Großteil eines gesamten Betriebsbereiches der Gasturbine einen passenden Druck liefert. Die meisten Verbrennungsturbinen nutzen Luft, die von einer oder mehreren Verdichterentnahmestufen einer integralen Verdichterkomponente abgezapft wird, um in der Turbinenkomponente für eine Kühlung und Abdichtung zu sorgen. Von dem Verdichter zu diesem Zweck entnommene Luft kann intern durch Kanäle, die in einer Verdichter-Turbinen-Rotoranordnung ausgebildet sind, oder dergleichen zu Stellen geleitet werden, die in der Turbinenkomponente eine Kühlung und Abdichtung erfordern. Alternativ kann Luft extern durch eine Leitungsanordnung geleitet werden, die sich zwischen der Verdichterkomponente und der Turbinenkomponente erstreckt.
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Entnahmeluft, die während optimaler Betriebsbedingungen einen ausreichenden Druck aufweist, weist häufig während weniger optimalen Bedingungen, beispielsweise in einem Betrieb unterhalb der Auslegungspunkttemperatur und/oder während eines Teillastbetriebs, wenn die Leistungsabgabe reduziert ist, keinen ausreichenden Druck auf. Um einen ausreichenden Druck während der weniger als optimalen Bedingungen bereitzustellen, wird eine primäre Entnahmeluft durch eine zusätzliche Hochdruck-Entnahmeluft von einer hohen Verdichterstufe ergänzt. Obwohl Luft von einer höheren Stufe den Kühlluftdruck vergrößert, ist die Nutzung der Hochdruckluft bedauerlicherweise sehr ineffizient oder für den gesamten Energieerzeugungsprozess nachteilig. Das heißt, es wird mehr Arbeit zur Bildung von Hochdruckluft eingebracht, als erforderlich ist, um eine Entnahmeluft niedrigeren Drucks zu erzeugen. Aus diesem Grunde ist die Zusatzluft gewöhnlich auf Verdichterstufen mittlerer Stufen beschränkt. Wenn Zusatzluft einer höheren Verdichterstufe entnommen wird, wird die Luft der hohen Stufe lediglich mit einer Entnahmeluft einer mittleren primären Stufe kombiniert, um dadurch jede Druckdifferenz zwischen den Entnahmestufen auf ein Minimum zu reduzieren, so dass nur ein kleiner Teil der Entnahmeluft der hohen Stufe erforderlich ist. Auf diese Weise bleibt ein Maschinenbetrieb an kalten Tagen und während Teillastperioden kosteneffektiv.
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US 6 615 574 B1 beschreibt ein System zur Abzapfung von Luft von einem mehrstufigen Verdichter, um Bypassluft für Kühl- und Abdichtungszwecke zu einer Turbine zu liefern, wobei das System einen ersten Entnahmeluftkreislauf, der sich von einem Niederdruck-Entnahmeluftausgang des Verdichters zu einem Niederdruck-Eingangskanal der Turbine erstreckt, einen zweiten Entnahmeluftkreislauf, der sich von einem Mitteldruck-Entnahmeluftausgang des Verdichters zu einem Mitteldruck-Eingangskanal der Turbine erstreckt, und einen dritten Entnahmeluftkreislauf enthält, der sich von einem Hochdruck-Entnahmeluftausgang des Verdichters zu einem Hochdruck-Eingangskanal der Turbine erstreckt. Das System weist ferner Querüberströmpfade und Steuerventile auf, die eine wahlweise Strömungsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Entnahmeluftkreislauf bzw. zwischen dem zweiten und dem dritten Entnahmeluftkreislauf ermöglichen, um bedarfsweise Luft der Turbine bei einem geeigneten Druck mit einer Mischung der Entnahmeluft zuzuführen, so dass der erste Entnahmeströmungspfad mit niedrigerem Druck mit einem Zielbereich der Turbine mit einem höheren Druck als die Niederdruckentnahme verbunden werden kann.
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US 6 550 253 B2 und
EP 1 980 717 A2 beschreiben jeweils ein System zur Steuerung der Luftströmung in einer Turbomaschine mit einem ersten und einem zweiten Strömungspfad, die mit einer höheren bzw. mittleren Stufe eines Verdichters gekoppelt sind, um ein Kühlmedium mit verschiedenen Temperaturen und Drücken unterschiedlichen Abschnitten einer Turbine zuzuführen. Ein Ejektor ist in dem ersten Strömungspfad angeschlossen und mit dem zweiten Strömungspfad verbunden, und es sind Steuerventile vorgesehen, um bedarfsweise eine Strömung aus dem zweiten Niederdruck-Strömungspfad in dem Ejektor anzusaugen und eine Kombination beider Strömungen mit einer Temperatur und einem Druck zwischen den Temperaturen bzw. Drücken der ersten und der zweiten Strömung dem Hochdruck-Abschnitt der Turbine zuzuführen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein System zur Abzapfung von Luft von einem mehrstufigen Verdichter geschaffen, um Bypassluft zu einer Turbine zu liefern, um die Turbinenleistung im niedrigen Teillastbereich und/oder während eines Betriebs unterhalb der Auslegungstemperatur zu optimieren. Das System enthält eine Turbine mit mehreren Entnahmeluft-Eingangskanälen, einschließlich eines Hochdruck-Eingangskanals, eines Mitteldruck-Eingangskanals und eines Niederdruck-Eingangskanals. Zusätzlich zu der Turbine enthält das System einen mehrstufigen Verdichter mit mehreren Entnahmeluft-Ausgängen, einschließlich wenigstens eines Hochdruck-Entnahmeluftausgangs, wenigstens eines Mitteldruck-Entnahmeluftausgangs und wenigstens eines Niederdruck-Entnahmeluftausgangs. An dem wenigstens einen Hochdruck-Entnahmeluftausgang, dem wenigstens einen Niederdruck-Entnahmeluftausgang und dem Niederdruck-Eingangskanal der Turbine ist wenigstens ein Ventil strömungsmäßig angeschlossen. Das wenigstens eine Ventil wird wahlweise betrieben, um unter normalen Betriebsbedingungen den wenigstens einen Niederdruck-Entnahmeluftausgang mit dem Niederdruck-Eingangskanal strömungsmäßig zu verbinden und während entweder eines niedrigen Teillastbetriebs oder eines Betriebs unterhalb von Auslegungstemperaturen eine Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruck-Entnahmeluftausgang und dem Niederdruck-Eingangskanal zu schaffen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Zuführung von Zapfluft von einem Mehrstufenverdichter geschaffen, um eine Bypassluft zu einer Turbine zu liefern, um die Leistung einer Turbinenmaschine während eines Betriebs bei niedriger Teillast und/oder unterhalb einer Auslegungstemperatur zu optimieren. Das Verfahren enthält ein Betreiben der Turbine während optimaler Betriebsbedingungen und ein Betreiben der Turbine während nicht optimaler Bedingungen. Während optimaler Betriebsbedingungen wird Hochdruck-Entnahmeluft von einer Hochdruck-Verdichterentnahmestelle zu einem Hochdruck-Eingangskanal an der Turbine geliefert, und es wird Niederdruck-Entnahmeluft von einer Niederdruck-Verdichterentnahmestelle zu einem Niederdruck-Eingangskanal an der Turbine geliefert. Während nicht optimaler Betriebsbedingungen wird Hochdruck-Bypassentnahmeluft von der Hochdruck-Verdichterentnahmestelle sowohl zu dem Hochdruck-Eingangskanal als auch zu dem Niederdruck-Eingangskanal an der Turbine geliefert.
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Bei Teillast und im Betrieb unterhalb von Auslegungstemperaturen weist die Hochdruckentnahmestelle einen ausreichenden Druck auf, um den Hochdruckzugang zu der Turbine angemessen zu speisen. Jedoch haben die Mittel- und Niederdruckentnahmestellen keinen ausreichenden Druck mehr, um den jeweiligen Mittel- bzw. Niederdruck-Turbineneingang angemessen zu versorgen. In der Vergangenheit wurde eine Nutzung von Hochdruck-Entnahmeluft als sehr ineffizient angesehen. Hochdruckluft wurde allenfalls dazu verwendet, einem Mitteldruck-Turbineneingang zugeführte Mitteldruckluft zu ergänzen. Eine Kombination von Hoch- und Niederdruckluft wurde als sehr ineffizient erachtet und galt somit als nicht kosteneffektiv.
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Es ist jedoch überraschenderweise festgestellt worden, dass ein Umleiten der Hochdruckentnahme zu dem Niederdruck-Turbineneingang an dem Niederdruck-Eingang höhere Druckverhältnisse als die Auslegungsdruckverhältnisse herbeiführt. Die Erhöhung der dem Niederdruckeingang zugeführten Luftmenge führt dazu, dass weniger Luft zu einer Brennkammer in der Turbine geleitet wird. Wenn der Brennkammer weniger Luft zugeführt wird, ist weniger Brennstoff erforderlich, um eine Brennkammerfeuerungstemperatur in Einklang mit Emissionsvorschriften aufrechtzuerhalten. Die Verwendung einer geringeren Brennstoffmenge verringert ferner die Brennstoffverbrennungsrate, und die Ausgangsleistung der Anlage kann infolgedessen auf einen Wert unterhalb dessen, was momentan möglich ist, verringert werden, was bedeutet, dass die vorliegende Erfindung einen Maschinenteillastbetrieb von 15%-20% der vollen Leistungsabgabe ermöglicht. Auf diese Weise kann ein Kraftwerk bei einer sehr niedrigen Teillast arbeiten und während einer Zeitspanne mit niedriger Leistungsanforderung am Netz verbleiben, während zur gleichen Zeit Generatoren auf eine kosteneffiziente Weise betrieben werden. Infolgedessen kann das Kraftwerk schnell Leistung steigern, um zusätzliche Ausgangsleistung zu liefern, wenn ein anderes System heruntergefahren wird. Außerdem ist der Generator, indem er am Netz verbleibt, der erste in der Reihe, der Leistung liefert, wenn die Leistungsanforderung steigt, so dass die Generatorleistungsabgabe auf Grundlastniveaus vergrößert werden kann.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile verschiedener Aspekte beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen die entsprechenden Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Turbinenmaschine, die ein System zur Zuführung von Luft von einem Mehrstufenverdichter zu einer Turbine zur Leistungsoptimierung bei niedriger Teillast und/oder während eines Betriebs unterhalb von Auslegungstemperaturen enthält und gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Indem zunächst auf 1 Bezug genommen wird, ist dort bei 2 allgemein eine Gasturbine angezeigt, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Turbinenmaschine 2 enthält einen Verdichter 4, der mit einer Turbine 6 über eine (nicht gesondert bezeichnete) Welle betriebsmäßig verbunden ist. Die Maschine 2 ist ferner veranschaulicht, wie sie eine Brennkammeranordnung 8 enthält, die eine Brennkammer 12 enthält. In der Brennkammeranordnung 8 werden Verbrennungsgase erzeugt, die verwendet werden, um die Turbine 6 anzutreiben, wie dies nachstehend näher beschrieben ist.
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Im Betrieb strömt Luft zu dem Verdichter 4 und wird zu einem Hochdruckgas komprimiert. Das Hochdruckgas wird der Brennkammeranordnung 8 zugeführt und mit einem Brennstoff, beispielsweise einem Prozessgas und/oder Synthesegas (Syngas), vermischt. Das Brennstoff/Luft- oder brennbare Gemisch wird in die Brennkammer 12 geleitet und gezündet, um einen Hochdruck-Hochtemperatur-Verbrennungsgasstrom mit einer Temperatur von etwa 871° Celsius (C) bis 1621°C (1600° Fahrenheit (F) bis 2950°F) zu erzeugen. Alternativ kann die Brennkammeranordnung 8 Brennstoffe verbrennen, die Erdgas und/oder Heizöl enthalten, jedoch nicht darauf beschränkt sind. In jedem Fall leitet die Brennkammeranordnung 8 den Verbrennungsgasstrom zu der Turbine 6, die Wärmeenergie in mechanische Rotationsenergie wandelt. Die hohen Temperaturen, die in der Maschine 2 entstehen, rufen einen Bedarf nach einer Kühlung in der Brennkammeranordnung 8 sowie in verschiedenen sonstigen Komponenten der Turbine 6 hervor. Zu diesem Zweck enthält die Maschine 2 ein Kühlsystem 17.
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Gemäß der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform enthält das Kühlsystem 17 einen ersten Gehäuse- oder Kammerabschnitt 20, der einen Niederdruck-Entnahmeluftausgang 22 enthält, der mit einer Niederdruckstufe, beispielsweise der neunten Stufe des Verdichters 4 strömungsmäßig verbunden ist. Das Kühlsystem 17 enthält ferner einen zweiten Gehäuse- oder Kammerabschnitt 26 mit einem Mitteldruck-Entnahmeluftausgang 28, der mit einer Mitteldruckstufe, beispielsweise der dreizehnten Stufe des Verdichters 4 strömungsmäßig verbunden ist, sowie einen dritten Gehäuse- oder Kammerabschnitt 32 mit einem Hochdruck-Entnahmeluftausgang 34, der mit einer Hochdruckstufe, beispielsweise der achtzehnten Stufe des Verdichters 4 strömungsmäßig verbunden ist. Wie nachstehend näher erläutert, ist der erste Kammerabschnitt 20 mit einem Niederdruck-Eingangskanal 40 strömungsmäßig verbunden, der an der Turbine 6 vorgesehen ist. In ähnlicher Weise steht der zweite Kammerabschnitt 26 mit einem Mitteldruck-Eingangskanal 41 in Strömungsverbindung, während der dritte Kammerabschnitt 32 mit einem Hochdruck-Eingangskanal 42 strömungsmäßig verbunden ist, der an der Turbine 6 vorgesehen ist.
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Wie veranschaulicht, enthält das Kühlsystem 17 einen Niederdruck-Entnahmekreislauf 51, einen Mitteldruck-Entnahmekreislauf 52 und einen Hochdruck-Entnahmekreislauf 53. Der Niederdruck-Entnahmekreislauf 51 enthält einen Niederdruck-Ausgangsleitungsabschnitt 60, der zu einem Niederdruck-Steuerventil bzw. -Regelventil 64 führt. Von dem Niederdruck-Steuerventil 64 verläuft der Niederdruck-Entnahmekreislauf 51 anschließend zu einem Niederdruckejektor 65 und zu einem Niederdruck-Ausgangsleitungsabschnitt 66, bevor er an dem Niederdruck-Eingangskanal 40 endet. Der Mitteldruck-Entnahmekreislauf 52 enthält einen Mitteldruck-Ausgangsleitungsabschnitt 70, der sich bis zu einem Mitteldruck-Steuerventil bzw. -Regelventil 74 erstreckt. Von dem Mitteldruck-Steuerventil 74 aus erstreckt sich der Mitteldruck-Entnahmekreislauf 52 zu einem Mitteldruckejektor 75 und zu einem Mitteldruck-Ausgangsleitungsabschnitt 76, bevor er an dem Mitteldruck-Eingangskanal 41 an der Turbine 6 endet. Schließlich enthält der Hochdruck-Entnahmekreislauf 53 eine direkte Leitung 80, die mit dem Hochdruck-Eingangskanal 42 an der Turbine 6 verbunden ist. Der Hochdruck-Entnahmekreislauf 53 enthält ferner eine Zweigleitung 82, die eine erste und eine zweite Hochdruck-Zuführungsleitung 85 und 86 aufweist. Jede Hochdruck-Zuführungsleitung 85 und 86 enthält ein zugehöriges Steuerventil 87 bzw. 88. Von den Steuerventilen 87 und 88 aus sind die Hochdruck-Zuführungsleitungen 85 und 86 an den Niederdruckejektor 65 bzw. den Mitteldruckejektor 75 angeschlossen.
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Bei diesem Aufbau werden verschiedene Teile der Turbine 6, wie beispielsweise Schaufelblätter und Laufschaufeln, unter normalen ISO-Betriebsbedingungen mit einer Kühlgasströmung von den Nieder- und Mitteldruck-Entnahmeluftauslässen 22 und 28 versorgt. Beispielsweise versorgt Hochdruckluft von dem Hochdruck-Entnahmeausgang 34 die Brennkammeranordnung 8 und den Hochdruck-Eingangskanal 42 an der Turbine 6. Jedoch ist unter niedrigen Teillastbedingungen und/oder im Betrieb unterhalb von Auslegungstemperaturen, wie beispielsweise 59°F (15°C), der Druck in dem Niederdruck-Entnahmekreislauf 51 und dem Mitteldruck-Entnahmekreislauf 52 zur Versorgung jeweils des Niederdruck-Eingangskanals 40 bzw. des Mitteldruck-Eingangskanals 41 mit einem ausreichenden Massenstrom der Kühlluft unzureichend. Natürlich sollte es verständlich sein, dass 59°F (15°C) lediglich ein einzelnes Beispiel für eine Auslegungspunkttemperatur darstellt, so dass verschiedene andere Auslegungstemperaturen in Abhängigkeit von der Betriebsstelle, den Umgebungsbedingungen, der Höhe, etc., eingerichtet werden können. In jedem Fall müssen die Nieder- und Mitteldruckentnahmen ohnen angemessenen Druck entweder durch eine Zusatzluft ergänzt werden, oder es muss die Ausgangsleistung auf ein Niveau vergrößert werden, das eine passende Kühlung für die Turbine 6 sicherstellt und gewährleistet, dass die Maschine 2 weiterhin emissionsstandardskonform arbeitet. Die Erzeugung einer Hochdruck-Entnahmeluft erfordert ein beträchtliches Maß an Arbeit durch den Verdichter 4. Folglich ist es in der Vergangenheit als nachteilig angesehen worden, eine Hochdruck-Entnahmeluft in Niederdruck-Entnahmeeingängen zu nutzen. Überraschenderweise ist jedoch festgestellt worden, dass eine Hochdruckluft vorteilhafterweise dazu verwendet werden kann, der Maschine 2 zu ermöglichen, niedrige Ausgangsleistungsniveaus zu erreichen und dennoch mit Emissionsstandards vereinbar zu bleiben, selbst wenn sie unterhalb von Auslegungsparametern arbeitet, wenn das Betriebsniveau gewöhnlich weniger als effizient ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden, um während nicht optimaler Betriebsbedingungen, wie beispielsweise während Zeiträume im niedrigen Teillastbetrieb und/oder im Betrieb unterhalb von Auslegungstemperaturen, für den Niederdruck-Eingangskanal 40 und den Mitteldruck-Eingangskanal 41 eine angemessene Luftversorgung bereitzustellen, das Niederdruck-Steuerventil 64 und das Mitteldruck-Steuerventil 74 geschlossen, während die Hochdruck-Steuerventile 87 und 88 geöffnet werden. Auf diese Weise wird Hochdruckluft von dem Verdichter 4 in den Niederdruck-Eingangskanal 40 und den Mitteldruck-Eingangskanal 41 hinein geleitet. Die Hochdruckluft ruft einen Überfluss an den Schaufelblättern und zugehörigen Kühl- und Spülkreislaufabschnitten der Turbine 6 hervor und sorgt für eine hinreichende Kühlung bei niedrigen Ausgangsleistungsniveaus. Zur gleichen Zeit strömt Hochdruck-Entnahmeluft weiterhin zu dem Hochdruck-Eingangskanal 42, um die Turbine 6 mit Hochdruckluft zu versorgen. Bei dieser Anordnung umströmt eine große Luftmenge die Brennkammeranordnung 8 und erzeugt dabei einen mageren Betriebszustand, der dazu führt, dass die Feuerungstemperaturen derart bleiben, dass sie Emissionsstandards erfüllen. Außerdem sind Temperaturen in der Turbine 6 aufgrund der geringen Leistungsabgabeniveaus kleiner, so dass folglich der Bedarf an Kühlung tatsächlich niedriger ist. Unter diesen Bedingungen, insbesondere bei sehr niedriger Teillast, wenn die Ausgangsleistungsniveaus unterhalb von 40% liegen, stellt die Verwendung von Hochdruckentnahmen an Nieder- und Mitteldruckeingängen zu der Turbine 6 eine angemessene Versorgung mit Kühlluft sicher, während gleichzeitig die Maschine 2 bei niedrigeren Teillastwerten auf mit Emissionsstandards verträglichen Niveaus betrieben wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bleiben während nicht optimaler Betriebsbedingungen das Niederdruck-Steuerventil 64 und das Mitteldruck-Steuerventil 74 offen, während die Hochdruck-Steuerventile 87 und 88 ebenfalls geöffnet werden, um zuzulassen, dass eine gesteuerte/geregelte Menge an Hochdruck-Entnahmeluft sich mit der Niederdruck-Entnahmeluft bzw. der Mitteldruck-Entnahmeluft vermischt. Auf eine ähnliche Weise, wie vorstehend beschrieben, überfluten kombinierte Luftströme Schaufelblattabschnitte der Turbine 6 und sorgen für eine hinreichende Kühlung. Infolgedessen wird ein passender Luftstrom an dem Niederdruck-Eingangskanal 40 und dem Mitteldruck-Eingangskanal 41 aufrechterhalten, während zur gleichen Zeit ein großes Kühlkreislauf-Druckverhältnis erzeugt wird, das in der Brennkammeranordnung 8 einen mageren Verbrennungszustand schafft, der sicherstellt, dass die Feuerungstemperaturen mit Emissionsstandards verträglich bleiben.
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An dieser Stelle sollte hervorgehoben werden, dass die vorliegende Erfindung einen bestimmten Vorteil erzielt, indem sie Kühlkreislauf-Druckverhältnisse erhöht und Schaufelblätter der Turbine überversorgt, um einem Kraftwerk zu ermöglichen, in Zeitspannen mit geringer Anforderung am Netz zu bleiben und dabei gleichzeitig auf eine kosteneffiziente Weise zu arbeiten. Im Ergebnis kann das Kraftwerk schnell, häufig in 15 Minuten oder schneller, auf einen Betriebsaufwand mit voller Leistungsabgabe gebracht werden. Indem ein effizienter Betriebszustand bei sehr niedrigen Teillasten geschaffen wird, ist die Maschine 2 weiterhin die erste in der Reihe, die Leistung liefert, wenn die Leistungsanforderung steigt, und die Generatorabgabe kann auf Grundlastniveaus gesteigert werden. Die schnelle Reaktionszeit ermöglicht einem Energieversorger, schnell die Ausgangsleistung zu steigern, wenn ein plötzlicher, unerwarteter Anstieg der Leistungsanforderung auftritt. Dies bedeutet, dass die vorliegende Erfindung höhere Verhältnisse als die Auslegungsdruckverhältnisse an den Mittel- und Niederdruck-Turbineneingängen schafft, was unerwarteter Weise der Turbine ermöglicht, in einem sehr niedrigen Teillastbereich und/oder unterhalb der Auslegungstemperatur zu arbeiten, ohne dabei an Grundlast, ISO-Tagesleistung einzubüßen.
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In jedem Falle verwendet diese Beschreibung Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, zu offenbaren und um ferner einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich einer Herstellung und Nutzung aller Vorrichtungen und Systeme und einer Durchführung aller enthaltenen Verfahren. Der Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die einem Fachmann einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich von dem Wortlaut bzw. Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit im Vergleich zu dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
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Ein System zur Zuführung von Luft von einem Mehrstufenverdichter zu einer Turbine enthält eine Turbine 2 mit einem Hochdruck-Eingangskanal 42 und einem Niederdruck-Eingangskanal 40. Das System enthält ferner einen Verdichter 4, der wenigstens einen Hochdruck-Entnahmeluftausgang 34 und wenigstens einen Niederdruck-Entnahmeluftausgang 22 aufweist. Mit dem wenigstens einen Hochdruck-Entnahmeluftausgang, dem wenigstens einen Niederdruck-Entnahmeluftausgang und dem Niederdruck-Eingangskanal der Turbine ist ein Ventil 64 strömungsmäßig verbunden. Das Ventil wird gezielt betätigt, um während normaler Betriebsbedingungen den wenigstens einen Niederdruck-Entnahmeluftausgang mit dem Niederdruck-Eingangskanal strömungsmäßig zu verbinden und während eines Teillast-Betriebszustands oder eines Betriebs unterhalb einer Auslegungstemperatur den wenigstens einen Hochdruck-Entnahmeluftausgang und den Niederdruck-Eingangskanal miteinander zu verbinden, um die Turbinenleistung zu steigern.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Turbine, Turbinenmaschine
- 4
- Verdichter
- 6
- Turbine
- 8
- Brennkammeranordnung
- 12
- Brennkammer
- 17
- Kühlsystem
- 20
- Erster Gehäuse-/Kammerabschnitt
- 22
- Niederdruck-Entnahmeluftausgang
- 26
- Zweiter Gehäuse-/Kammerabschnitt
- 28
- Mitteldruck-Entnahmeluftausgang
- 32
- Dritter Gehäuse-/Kammerabschnitt
- 34
- Hochdruck-Entnahmeluftausgang
- 40
- Niederdruck-Eingangskanal
- 41
- Mitteldruck-Eingangskanal
- 42
- Hochdruck-Eingangskanal
- 51
- Niederdruck-Entnahmekreislauf
- 52
- Mitteldruck-Entnahmekreislauf
- 53
- Hochdruck-Entnahmekreislauf
- 60
- Niederdruck-Ausgangsleitung
- 64
- Niederdruck-Steuerventil bzw. -Regelventil
- 65
- Niederdruckejektor
- 66
- Niederdruck-Ausgangsleitungsabschnitt
- 70
- Mitteldruck-Ausgangsleitungsabschnitt
- 74
- Mitteldruck-Steuerventil bzw. -Regelventil
- 75
- Mitteldruckejektor
- 76
- Mitteldruck-Ausgangsleitungsabschnitt
- 80
- Direktleitung
- 82
- Zweigleitung
- 85
- Erste Hochdruck-Zuführungsleitung
- 86
- Zweite Hochdruck-Zuführungsleitung
- 87
- Steuerventil
- 88
- Steuerventil
