DE102015107002A1 - Verbessertes Turbinenkühlsystem, das ein Gemisch aus Verdichterzapfluft und Turbinenraumluft verwendet - Google Patents

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Alston Ilford Scipio
Robert Frank Hoskin
Jason Brian Shaffer
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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Gasturbine für niedrigen Teillastbetrieb bereit. Die Gasturbine kann einen Verdichter mit einem Verdichterzapfluftstrom, einen Turbinenraum mit einem Turbinenraumluftstrom, eine Turbine und eine Saugstrahlpumpe enthalten. Die Saugstrahlpumpe mischt den Verdichterzapfluftstrom und den Turbinenraumluftstrom zu einem gemischten Luftstrom zur Verwendung bei der Kühlung der Turbine.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung und das sich daraus ergebende Patent betreffen allgemein Gasturbinen und insbesondere ein verbessertes Turbinenkühlsystem, das ein Gemisch von Verdichterzapfluft und Turbinenraumluft zur Kühlung im extremen Teillastbetrieb nutzt.
  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • Die Anforderung an ein elektrisches Netz kann täglich und sogar stündlich stark variieren. Diese Schwankungen können in besonderem Maße in geografischen Regionen mit einem bedeutenden Anteil an erneuerbaren Energien, wie beispielsweise Wind-, Solar- und sonstigen Arten alternativen Energiequellen, zutreffen. Der Gesamtwirkungsgrad einer Gasturbine und eines Kraftwerks setzt jedoch allgemein den Betrieb einer Gasturbine bei Grundlasten voraus. Jede Drosselung gegenüber der Grundlast reduziert möglicherweise nicht nur den Wirkungsgrad, sondern kann auch die Lebensdauer von Komponenten verkürzen und unerwünschte Emissionen erhöhen.
  • Gleichwohl besteht ein wirtschaftlicher Bedarf nach Drehzahlreserven, um diese Schwankung der Last an dem Netz zu bewältigen. Demzufolge ist es erwünscht, dass herkömmliche Erzeugungseinheiten eine Kapazität für "Hibernation" aufweisen. D.h. eine Erzeugungseinheit befindet sich online (am Netz), arbeitet jedoch bei einer sehr geringen Leistung, Leistungsabgabe, d.h. bei extremen Teillasten. Ein derartiger Betriebsmodus ist in hohem Maße ineffizient, da wertvolle Energie in dem Verdichterluftstrom als Zapfluft abgeführt wird und als solche verschwendet sein kann. Außerdem kann die Gefahr eines Abrisses oder Pumpens der Verdichterströmung bestehen.
  • Derzeitige Erzeugungseinheiten können für längere Zeit auf einen Hibernationsmodus von etwa fünfundvierzig Prozent (45%) der Grundlast oder so beschränkt sein. Jede weitere Drosselung kann eine unzureichende Kühlung von Turbinenstufenschaufeln sowie ein mögliches Überschreiten von Bauteilbetriebsbeschränkungen, d.h. eines "Zwickpunkts" ("Pinch Point") in späteren Turbinenstufen, zur Folge haben. Insbesondere können Beschränkungen mechanischer Eigenschaften, Betriebsparametergrenzen und Emissionsgrenzwerte den gesamten Teillastbetriebsprozentsatz beeinflussen, der auf einer sicheren Grundlage erreicht werden kann.
  • Es besteht daher ein Bedarf nach verbesserten Gasturbinenkühlsystemen, um auch während eines extremen Teillastbetriebs eine angemessene Kühlung ohne Verringerung des Gesamtwirkungsgrads, Verkürzung der Komponentenlebensdauer oder Zunahme unerwünschter Emissionen bereitzustellen. Außerdem sollte die Gasturbine die Fähigkeit beibehalten, rasch zur Grundlast hochzufahren, wenn es erforderlich ist.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung und das sich daraus ergebende Patent schaffen somit eine Gasturbine für niedrigen Teillastbetrieb. Die Gasturbine kann einen Verdichter mit einem Verdichterzapfluftstrom, einen Turbinenraum mit einem Turbinenraumluftstrom, eine Turbine und eine Saugstrahlpumpe enthalten. Die Saugstrahlpumpe mischt den Verdichterzapfluftstrom und den Turbinenraumluftstrom zu einem gemischten Luftstrom zur Verwendung bei der Kühlung der Turbine.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass der Verdichterzapfluftstrom eine Verdichterzapfluftentnahme aus der neunten Stufe aufweist.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass der Verdichterzapfluftstrom eine Verdichterzapfluftentnahme aus der dreizehnten Stufe aufweist.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass der Verdichterzapfluftstrom einen Mischverteiler aufweist.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass der Verdichterzapfluftstrom ein Gemisch von einer Verdichterzapfluftentnahme aus der neunten Stufe und einer Verdichterzapfluftentnahme aus der dreizehnten Stufe aufweist.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass der Turbinenraum eine Turbinenraumluftquelle aufweist.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass die Saugstrahlpumpe einen Antriebseinlass aufweist, der mit dem Verdichterzapfluftstrom verbunden ist.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass die Saugstrahlpumpe einen Ansaugeinlass aufweist, der mit dem Turbinenraumluftstrom verbunden ist.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass die Saugstrahlpumpe ein Mischrohr und einen Diffusor aufweist.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass die Turbine mehrere Stufen enthält.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass der gemischte Luftstrom eine zweite Stufe der Turbine kühlt.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass der gemischte Luftstrom eine dritte Stufe oder eine vierte Stufe der Turbine kühlt.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass der niedrige Teillastbetrieb weniger als etwa dreißig Prozent (30%) der Grundlast aufweist.
  • Bei jeder Ausführungsform der Gasturbine kann es vorteilhaft sein, dass der niedrige Teillastbetrieb etwa zwanzig bis etwa fünfundzwanzig Prozent (20–25%) der Grundlast aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung und das sich daraus ergebende Patent stellen ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine bei niedriger Teillast bereit. Zu dem Verfahren können die Schritte gehören: Betreiben der Gasturbine bei weniger als etwa dreißig Prozent (30%) der Grundlast, Leiten eines Verdichterzapfluftstroms zu einer Saugstrahlpumpe, Leiten eines Turbinenraumluftstroms zu der Saugstrahlpumpe, Mischen des Verdichterzapfluftstroms und des Turbinenraumluftstroms im Innern der Saugstrahlpumpe zu einem gemischten Luftstrom und Zuführen des gemischten Luftstroms zu einer Turbine, um eine oder mehrere Stufen darin zu kühlen.
  • Die vorliegende Erfindung und das sich daraus ergebende Patent schaffen ferner ein Kühlsystem für niedrigen Teillastbetrieb für den Einsatz bei einer Gasturbine. Das Teillastbetrieb-Kühlsystem kann einen Verdichterzapfluftstrom von einem Verdichter der Gasturbine, einen Turbinenraumluftstrom von einer Turbinenraumluftquelle und eine Saugstrahlpumpe zum Mischen des Verdichterzapfluftstroms und des Turbinenraumluftstroms zu einem gemischten Luftstrom zur Kühlung einer oder mehrerer Stufen einer Turbine der Gasturbine enthalten.
  • Bei jeder Ausführungsform des Kühlsystems für niedrigen Teillastbetrieb kann es vorteilhaft sein, dass der Verdichterzapfluftstrom eine Verdichterzapfluftentnahme aus der neunten Stufe und/oder eine Verdichterzapfluftentnahme aus der dreizehnten Stufe und/oder ein Gemisch aus der Verdichterzapfluftentnahme aus der neunten Stufe und der Verdichterzapfluftentnahme aus der dreizehnten Stufe aufweist.
  • Bei jeder Ausführungsform des Kühlsystems für niedrigen Teillastbetrieb kann es vorteilhaft sein, dass der Turbinenraum eine Turbinenraumluftquelle aufweist.
  • Bei jeder Ausführungsform des Kühlsystems für niedrigen Teillastbetrieb kann es vorteilhaft sein, dass die Saugstrahlpumpe einen Antriebseinlass, der mit dem Verdichterzapfluftstrom verbunden ist, und einen Ansaugeinlass aufweist, der mit dem Turbinenraumluftstrom verbunden ist.
  • Bei jeder Ausführungsform des Kühlsystems für niedrigen Teillastbetrieb kann es vorteilhaft sein, dass die Gasturbine einen niedrigen Teillastbetrieb von weniger als etwa dreißig Prozent (30%) der Grundlast aufweist.
  • Diese und weitere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung und des sich daraus ergebenden Patents erschließen sich dem Fachmann nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen und den beigefügten Patentansprüchen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 veranschaulicht in einem Blockschaltbild einer Gasturbine einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Last.
  • 2 zeigt in einem Blockschaltbild eine Gasturbine mit einem Teillastbetrieb-Kühlsystem, wie es hier beschrieben ist.
  • 3 zeigt ein weiteres Blockschaltbild des Teillastbetrieb-Kühlsystems nach 2.
  • 4 zeigt ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform eines Teillastbetrieb-Kühlsystems.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen übereinstimmende Bezugszeichen über die unterschiedlichen Ansichten hinweg gleichartige Elemente bezeichnen, zeigt 1 ein Blockschaltbild einer Gasturbine 10, wie sie hier genutzt werden kann. Die Gasturbine 10 kann einen Verdichter 15 enthalten. Der Verdichter 15 verdichtet einen ankommenden Luftstrom 20. Der Verdichter 15 liefert den verdichteten Luftstrom 20 zu einer Brennkammer 25. Die Brennkammer 25 mischt den verdichteten Luftstrom 20 mit einem unter Druck stehenden Brennstoffstrom 30 und entzündet das Gemisch, um einen Strom von Verbrennungsgasen 35 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammer 25 gezeigt ist, kann die Gasturbine 10 eine beliebige Anzahl von Brennkammern 25 enthalten, die in einer Reihe um den Umfang oder anderweitig angeordnet sind. Der Strom von Verbrennungsgasen 35 wird seinerseits einer Turbine 40 zugeführt. Der Strom von Verbrennungsgasen 35 treibt die Turbine 40 an, um mechanische Arbeit zu leisten. Die in der Turbine erzeugte mechanische Arbeit 40 treibt über eine Welle 45 den Verdichter 15 und eine externe Last 50, beispielsweise einen elektrischen Generator und dergleichen, an.
  • Die Gasturbine 10 kann Erdgas, Flüssigbrennstoffe, unterschiedliche Arten von synthetischem Gas und/oder andere Arten von Brennstoffen und Kombinationen davon verwenden. Die Gasturbine 10 kann eine beliebige von einer Anzahl unterschiedlicher Gasturbinen sein, wie sie von General Electric aus Schenectady, New York, angeboten werden, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, eine Hochleistungsgasturbine der Reihe Frame 6, 7 oder 9 und dergleichen. Die Gasturbine 10 kann unterschiedliche Konfigurationen aufweisen und kann andere Arten von Bauteilen verwenden. Es können hier auch Gasturbinen anderer Bauart verwendet werden. Es können hier auch mehrere Gasturbinen, andere Arten von Turbinen und andere Arten von Energieerzeugungsausrüstung gemeinsam verwendet werden.
  • Die Gasturbine 10 kann ein Teil eines (nicht gezeigten) Gas- und Dampf-Kombikraftwerkssystems sein. Allgemein beschrieben, kann in einem typischen Gas- und Dampf-Kombikraftwerkssystem der Strom heißer Abgase von der Turbine 40 mit einem Abhitzedampferzeuger oder einer anderen Art von Wärmeaustauscheinrichtung strömungsmäßig verbunden sein. Der Abhitzedampferzeuger wiederum kann mit einer mehrstufigen Dampfturbine und dergleichen verbunden sein, um eine Last anzutreiben. Die Last kann die gleiche Last 50, die durch die Gasturbine 10 angetrieben wird, oder eine weitere Last oder eine andere Art von Vorrichtung sein. Es können auch andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin genutzt werden.
  • 2 und 3 zeigen ein Beispiel einer Gasturbine 100, wie sie hierin beschrieben sein kann. Die Gasturbine 100 kann einen Verdichter 110 enthalten. Der Luftstrom 20 kann dem Verdichter 110 über ein Einlassfiltergehäuse 120 eingespeist werden. Das Einlassfiltergehäuse 120 kann darin eine Anzahl von Filtern 130 aufweisen. Der Luftstrom 20 kann auch durch einen Einlasszapfwärmeverteiler 140 erwärmt werden. Der Einlasszapfwärmeverteiler 140 kann mit dem Strom von Verdichterzapfluft oder anderweitig verbunden sein. Der Verdichter 110 kann ferner eine Anzahl von Einlassleitschaufeln 150 aufweisen, die darauf angeordnet sind, um den Winkel des ankommenden Luftstroms 20 zu ändern. Der Verdichter 110, das Einlassfiltergehäuse 120 mit den Filtern 130, der Einlasszapfwärmeverteiler 140 und die Einlassleitschaufeln 150 können von herkömmlicher Bauart sein und eine beliebige geeignete Größe, Form, Konfiguration oder Kapazität aufweisen. Es können hier auch andere Bauteile und andere Konfigurationen genutzt werden.
  • Die Gasturbine 100 kann ferner eine Brennkammer 160 enthalten, die mit dem Luftstrom 20 und dem Brennstoffstrom 30 verbunden ist. Wie oben beschrieben, führt die Brennkammer 160 den Strom von Verbrennungsgasen 35 der Turbine 170 zu. Ein Strom von Abgasen 180 kann seinerseits die Turbine 170 verlassen und kann zu einem Abhitzedampferzeuger, einem Abgasschacht oder andernorts befördert werden. Die Turbine 170 und sonstige Komponenten der Gasturbine 100 können in einem Turbinenraum 190 angeordnet sein. Während des Betriebs der Gasturbine 100, kann Abwärme in den Turbinenraum 190 abgegeben werden, die wiederum die darin enthaltene Luft erwärmen kann. Diese Abwärme wird im Allgemeinen in die Atmosphäre entlassen oder in sonstiger Weise abgeleitet. Es können hier auch andere Bauteile und andere Konfigurationen genutzt werden.
  • Die Gasturbine 100 kann ein Kühlsystem 200 für den Teillastbetrieb enthalten. Das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 kann eine Verdichterzapfluftquelle 210 mit einem Strom von Verdichterzapfluft 215 enthalten. Die Verdichterzapfluftquelle 210 kann Verdichterauslassluft, Verdichterauslassgehäusezapfluft und dergleichen sein. Das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 kann auch eine Turbinenraumluftquelle 220 mit einem Turbinenraumluftstrom 225 enthalten. Die Turbinenraumluftquelle 220 kann mit dem Turbinenraum 190 oder andernorts über einen Kanal mit geeigneten Dämpfungseinrichtungen, Gebläsen und Steuerungen verbunden sein, um den Turbinenraumluftstrom 225 zu erhalten. Die Turbinenraumluftquelle 220 kann gefiltert und/oder anderweitig behandelt werden.
  • Der Verdichterzapfluftstrom 215 und der Turbinenraumluftstrom 225 können an einer Saugstrahlpumpe 230 zusammentreffen. Die Saugstrahlpumpe 230 ist eine mechanische Vorrichtung, die keine beweglichen Teile aufweist. Die Saugstrahlpumpe 230 mischt zwei Fluidströme auf der Grundlage einer Impulsübertragung zwischen einem Antriebsfluid und einem Saugfluid. Ein Antriebseinlass 240 kann mit dem Verdichterzapfluftstrom 215 verbunden sein. Die Saugstrahlpumpe 230 kann ferner einen Ansaugeinlass 250 aufweisen. Der Ansaugeinlass 250 kann mit dem Turbinenraumluftstrom 225 verbunden sein. Der Verdichterzapfluftstrom 215 ist somit das Antriebsfluid, das eine Saugwirkung für den Turbinenraumluftstrom 225 bereitstellt. Die Saugstrahlpumpe 230 kann auch ein Mischrohr 260 und einen Diffusor 270 enthalten. Die Saugstrahlpumpe 230 kann eine beliebige geeignete Größe, Form, Konfiguration oder Kapazität aufweisen. Andere Arten von Mischern, Mischpumpen und dergleichen können als die Saugstrahlpumpe 230 und dergleichen genutzt werden. Es können hier auch andere Bauteile und andere Konfigurationen genutzt werden.
  • Der Verdichterzapfluftstrom 215 tritt als der Antriebsstrom in den Antriebseinlass 240 ein, und sein Druck wird unter denjenigen des Turbinenraumluftstroms 225 verringert, während der Saugstrom dabei beschleunigt wird. Die Ströme werden in dem Mischrohr 260 vermischt und strömen als ein gemischter Luftstrom 280 durch den Diffusor 270. Der gemischte Luftstrom 280 ist somit eine Kombination aus der Turbinenraumluft und der zugemischten Abzapfwärme, um eine gesamte Temperaturgleichmäßigkeit zu erreichen. Der gemischte Luftstrom 280 kann bei einem Druck ausgegeben werden, der größer ist als derjenige des Saugstroms, jedoch kleiner ist als derjenige des Antriebsstroms. Mit dieser Voraussetzung kann der Turbinenraumluftstrom 225 an dem Ansaugeinlass 250 einen Unterdruck oder ein Vakuum aufweisen. Insbesondere kann die Gesamtansaugleistung für die Saugstrahlpumpe 230 von der darin verfügbaren Haltedruckhöhe abhängig sein. Es können hier mehrere Saugstrahlpumpen 230 genutzt werden, um eine beliebige Anzahl von gemischten Strömen 280 zur Kühlung oder für sonstige Zwecke bereitzustellen.
  • Der gemischte Strom 280 kann zu der Turbine 170 geleitet werden, um die späteren Stufen und deren Komponenten zu kühlen. Mehrere Steuer-/Regelventile 290, Überwachungssensoren 300, Temperatursensoren 310 und andere Arten von Steuerungen und Sensoren können hier genutzt werden. Der gesamte Betrieb des Teillastbetrieb-Kühlsystems 170 kann durch die gesamte Gasturbinensteuerung (z.B. eine "GE-Speedtronic"-Steuereinrichtung oder eine vergleichbare Vorrichtung) oder durch eine speziell vorgesehene Steuereinrichtung über die Optimierungslogik geregelt/gesteuert werden. ("Speedtronic" ist eine Handelsmarke von General Electric aus Schenectady, New York.) Es können auch andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin genutzt werden.
  • 3 zeigt das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 mit weiteren Einzelheiten. Insbesondere kann die Verdichterzapfluftquelle 210 eine Verdichterzapfluftentnahme aus der neunten Stufe 320, eine Verdichterzapfluftentnahme aus der dreizehnten Stufe 330 und/oder eine Entnahme aus einer anderen Stelle sein. Allgemein können die Verdichterzapfluftentnahmen 320, 330 zur Kühlung der späteren Stufen der Turbine 170 genutzt werden. In diesem Beispiel kann die Verdichterzapfluftentnahme 330 aus der dreizehnten Stufe genutzt werden, um eine zweite Stufe 340 der Turbine zu kühlen. Die Verdichterzapfluftentnahme 320 aus der neunten Stufe kann, wie vorstehend beschrieben, mit der Saugstrahlpumpe 230 verbunden sein, um eine dritte Stufe 350 oder eine andere spätere Stufe der Turbine 170 mittels des gemischten Luftstroms 280 zu kühlen. Der gemischte Luftstrom 280 kann die Stufen und deren Komponenten kühlen. Es können hier auch andere Bauteile und andere Konfigurationen genutzt werden.
  • Das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 führt somit den Verdichterzapfluftstrom 215 und den Turbinenraumluftstrom 225 zusammen, um den gemischten Luftstrom 280 zu bilden, um eine Kühlung späterer Stufen zu optimieren. Das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 kann den Verdichtereinlass oder den Turbinenauslass nur geringfügig oder überhaupt nicht beeinflussen, so dass die Gasturbine 100, die weitgehend in einem Hibernationsmodus arbeitet, das gewünschte Brennstoff/Luft-Verhältnis aufrechterhalten kann, um Gesamtemissionen innerhalb bestehender Standards zu begrenzen. Die Gasturbine 100 kann somit während jedes beliebigen Betriebsmodus mit Abgastemperaturen arbeiten, die innerhalb der Einlasstemperaturgrenzen des Abhitzedampferzeugers liegen, so dass die gesamte Kombizykluskapazität und die Dampferzeugungsfähigkeit verbessert sind. Außerdem kann das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 ferner der Gasturbine 100 die Fähigkeit für ein rasches Hochfahren bis zur Grundlast verleihen. Die Gasturbine 100 kann somit einen Hibernationsmodus von weniger als etwa dreißig Prozent (30%) der Grundlast, möglicherweise innerhalb des Lastbereiches von etwa zwanzig bis fünfundzwanzig Prozent (20–25%) oder möglicherweise bis herunter auf etwa zehn Prozent (10%) oder so erreichen. Andere Prozentsätze und andere Lasten können hier genutzt werden.
  • Das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 ermöglicht somit für die Gasturbine 100 einen zuvor nicht verfügbaren Betriebsbereich. Das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 kann mit ein Minimum an zusätzlichen Bauteilen benötigen, ohne Konstruktionsänderungen an der Gasturbine 100 insgesamt zu erfordern. Das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 kann über den gemischten Luftstrom 280 Temperaturen von Turbinenschaufeln späterer Stufen optimieren. Ein solches Kühlen kann verhindern, dass die Turbine Gesamttemperaturbeschränkungen überschreitet, so dass die Lebensdauer von Komponenten verlängert wird. Das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 kann die Gesamtzuverlässigkeit eines Kraftwerks insofern erhöhen, als Zwangsstillstandzeiten, die auf eine Überschreitung von Betriebsparametern und/oder Emissionen zurückzuführen sind, verringert werden können. Außerdem kann eine verbesserte Gesamtleistung ermöglicht sein, indem die Neigung zu Teillastbetriebsbeschränkungen mittels einer verbesserten Teillastwärmeübertragungsrate vermindert wird. Die gesamte Gasturbine 100 kann ferner die Gesamtzahl von Betriebsstunden steigern. Das Teillastbetrieb-Kühlsystem 200 kann ein Originalzubehör oder ein Nachrüstteil sein.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teillastbetrieb-Kühlsystems 360, wie es hier beschrieben sein kann. In diesem Beispiel kann die Quelle für Verdichterzapfluft 210 sowohl die Verdichterzapfluftentnahme 320 aus der neunten Stufe als auch die Verdichterzapfluftentnahme 330 aus der dreizehnten Stufe enthalten. Diese Ströme können sich in einem Mischverteiler 370 vereinigen, bevor sie zu der Saugstrahlpumpe 230 oder andernorts weitergeleitet werden. In diesem Beispiel kann der gemischte Strom 280 genutzt werden, um die dritte Stufe 350 der Turbine 170 oder eine andere späte Stufe, beispielsweise die vierte Stufe oder anderweitig, zu kühlen. Es können hier auch andere Bauteile und andere Konfigurationen genutzt werden.
  • Es sollte verständlich sein, dass sich das Vorausgehende lediglich auf spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung und des sich daraus ergebenden Patents bezieht. Zahlreiche Änderungen und Modifikationen können hierin durch einen Fachmann durchgeführt werden, ohne von dem allgemeinen Gegenstand und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Gasturbine für niedrigen Teillastbetrieb bereit. Die Gasturbine kann einen Verdichter mit einem Verdichterzapfluftstrom, einen Turbinenraum mit einem Turbinenraumluftstrom, eine Turbine und eine Saugstrahlpumpe enthalten. Die Saugstrahlpumpe mischt den Verdichterzapfluftstrom und den Turbinenraumluftstrom zu einem gemischten Luftstrom zur Verwendung bei der Kühlung der Turbine.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Gasturbine
    15
    Verdichter
    20
    Luft
    25
    Brennkammer
    30
    Brennstoff
    35
    Verbrennungsgase
    40
    Turbine
    45
    Welle
    50
    Last
    100
    Gasturbine
    110
    Verdichter
    120
    Einlassfiltergehäuse
    130
    Filter
    140
    Einlasszapfwärmeverteiler
    150
    Einlassleitschaufeln
    160
    Brennkammer
    170
    Turbine
    180
    Abgase
    190
    Turbinenraum
    200
    Teillastbetrieb-Kühlsystem
    210
    Verdichterzapfluftquelle
    215
    Verdichterzapfluftstrom
    220
    Turbinenraumluftquelle
    225
    Turbinenraumluftstrom
    230
    Saugstrahlpumpe
    240
    Antriebseinlass
    250
    Ansaugeinlass
    260
    Mischrohr
    270
    Diffusor
    280
    gemischter Strom
    290
    Steuer-/Regelventile
    300
    Überwachungssensoren
    310
    Temperatursensoren
    320
    Verdichterzapfluftentnahme aus der neunten Stufe
    330
    Verdichterzapfluftentnahme aus der dreizehnten Stufe
    340
    zweite Stufe
    350
    dritte Stufe
    360
    Teillastbetrieb-Kühlsystem
    370
    Mischverteiler

Claims (10)

  1. Gasturbine für niedrigen Teillastbetrieb, zu der gehören: ein Verdichter; wobei der Verdichter einen Verdichterzapfluftstrom aufweist; ein Turbinenraum; wobei der Turbinenraum einen Turbinenraumluftstrom aufweist; eine Turbine; und eine Saugstrahlpumpe; wobei die Saugstrahlpumpe den Verdichterzapfluftstrom und den Turbinenraumluftstrom zu einem gemischten Luftstrom zur Verwendung bei der Kühlung der Turbine mischt.
  2. Gasturbine nach Anspruch 1, wobei der Verdichterzapfluftstrom eine Verdichterzapfluftentnahme aus der neunten Stufe aufweist, und/oder wobei der Verdichterzapfluftstrom eine Verdichterzapfluftentnahme aus der dreizehnten Stufe aufweist, und/oder wobei der Verdichterzapfluftstrom einen Mischverteiler aufweist.
  3. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verdichterzapfluftstrom ein Gemisch von einer Verdichterzapfluftentnahme aus der neunten Stufe und einer Verdichterzapfluftentnahme aus der dreizehnten Stufe aufweist.
  4. Gasturbine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der Turbinenraum eine Turbinenraumluftquelle aufweist.
  5. Gasturbine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Saugstrahlpumpe einen Antriebseinlass aufweist, der mit dem Verdichterzapfluftstrom verbunden ist, und/oder wobei die Saugstrahlpumpe einen Ansaugeinlass aufweist, der mit dem Turbinenraumluftstrom verbunden ist.
  6. Gasturbine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Saugstrahlpumpe ein Mischrohr und einen Diffusor aufweist.
  7. Gasturbine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der gemischte Luftstrom eine zweite Stufe der Turbine kühlt, und/oder wobei der gemischte Luftstrom eine dritte Stufe oder eine vierte Stufe der Turbine kühlt.
  8. Gasturbine nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei der niedrige Teillastbetrieb weniger als etwa dreißig Prozent (30%) der Grundlast aufweist oder wobei der niedrige Teillastbetrieb etwa zwanzig bis etwa fünfundzwanzig Prozent (20–25%) der Grundlast aufweist.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine bei niedriger Teillast, mit den Schritten: Betreiben der Gasturbine bei weniger als etwa dreißig Prozent (30%) der Grundlast; Leiten eines Verdichterzapfluftstroms zu einer Saugstrahlpumpe; Leiten eines Turbinenraumluftstroms zu der Saugstrahlpumpe; Mischen des Verdichterzapfluftstroms und des Turbinenraumluftstroms in der Saugstrahlpumpe zu einem gemischten Luftstrom; und Liefern des gemischten Luftstroms zu einer Turbine, um eine oder mehrere Stufen darin zu kühlen.
  10. Kühlsystem für niedrigen Teillastbetrieb für den Einsatz bei einer Gasturbine, das aufweist: einen Verdichterzapfluftstrom von einem Verdichter der Gasturbine; einen Turbinenraumluftstrom von einem Turbinenraum; und eine Saugstrahlpumpe zum Mischen des Verdichterzapfluftstroms und des Turbinenraumluftstroms zu einem gemischten Luftstrom zur Kühlung einer oder mehrerer Stufen einer Turbine der Gasturbine.
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