DE1020834B

DE1020834B - Device for operating gas turbines

Info

Publication number: DE1020834B
Application number: DER16508A
Authority: DE
Inventors: James Douglas Thorn; Anthony Victor George Jackman
Original assignee: Ruston and Hornsby Ltd
Current assignee: Ruston and Hornsby Ltd
Priority date: 1954-04-24
Filing date: 1955-04-23
Publication date: 1957-12-12

Description

Einrichtung zum Betrieb von Gasturbinen Die Erfindung bezieht sich auf eine. Einrichtung zum Betrieb von Gasturbinen mit offenem Kreislauf. Hierunter sind Gasturbinen zu verstehen, bei denen die eigentliche Turbine durch ein Gemisch von Luft und Verbrennungsprodukten angetrieben wird, wobei die Luft in einem Kompressor verdichtet und sodann durch Verbrennung mit einem pulverisierten festen Betriebsstoff in einer Brennkammer erhitzt wird, worauf das Gemisch in der Turbine expandiert.Apparatus for Operating Gas Turbines The invention relates to on a. Device for operating gas turbines with open circuit. Below gas turbines are to be understood in which the actual turbine is produced by a mixture powered by air and products of combustion, the air in a compressor compressed and then by combustion with a pulverized solid fuel is heated in a combustion chamber, whereupon the mixture expands in the turbine.

Eine Einrichtung zum Betrieb solcher Turbinen muß im wesentlichen zwei Anforderungen erfüllen: erstens muß der Brennstoff in die Brennkammer, in welcher sich die Luft unter Hochdruck befindet, mit einem Mindestverlust an Hochdruckluft eingeführt werden, und zweitens muß die Zufuhrgeschwindigkeit des Brennstoffes in die Brennkammer schnell und genau, ohne Erzeugung von Pulsationen, geregelt werden.A device for operating such turbines must essentially meet two requirements: first, the fuel must be in the combustion chamber in which the air is under high pressure with a minimum loss of high pressure air and, secondly, the feed rate of the fuel in the combustion chamber can be regulated quickly and precisely without generating pulsations.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den zum Betrieb solcher Gasturbinen benutzten pulverisierten festen Brennstoff in den Zustand der Wirbelfließschicht zu versetzen, wobei die Aufwirbelung des Brennstoffes in zwei Stufen erfolgt. Es sind ferner auch Einrichtungen zum Betrieb von Gasturbinen bekanntgeworden, bei denen der pulverisierte Brennstoff in Abhängigkeit von der Drehzahl der Turbine geregelt wird.It has already been proposed to operate such gas turbines used pulverized solid fuel in the fluidized bed state to move, the fuel being whirled up in two stages. It facilities for the operation of gas turbines have also become known at those of the pulverized fuel depending on the speed of the turbine is regulated.

Es hat sich nun herausgestellt, daß die Regelung der Strömung des aufgewirbelten Brennstoffes im Wirbelschichtzustand in unmittelbarer Abhängigkeit von der Drehzahl der Gasturbine allein nicht ausreicht, um den oben angeführten Forderungen vollständig zu entsprechen. Bei der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Einrichtung wird daher die Strömung des aufgewirbelten Brennstoffes bis zu der die zweite Stufe des Aufwirbelns bewirkenden Überdrucksäule im wesentlichen in Ab- hängigkeit von der Spiegelhöhe der Wirbelschicht in der betreffenden Säule gesteuert, wodurch eine genaue und rasche Regelung erreicht wird.It has now been found that the regulation of the flow of the fluidized fuel in the fluidized bed state in direct dependence on the speed of the gas turbine alone is not sufficient to fully meet the requirements set out above. Therefore, when the object of the present invention forming device, the flow of the swirled fuel to be controlled to the second stage of the Aufwirbelns effecting pressure column essentially as a function of the level height of the fluidized bed in the relevant column, whereby an accurate and rapid control achieved will.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise veranschaulicht.In the drawing, the invention is in one embodiment for example illustrated.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Gasturbinenanlage gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Schaltanordnung der hydraulischen und elektrischen Regler; Fig. 3 zeigt im Schnitt das Steuerventil für die Betriebsstoffzufuhr von der atmosphärischen Säule zu der Überdrucksäule; Fig. 4 zeigt im Schnitt das Steuerventil für die Betriebsstoffzufuhr von einer Ouelle zu der atmosphärischen Säule. 1 shows a schematic representation of a gas turbine plant according to the invention; Fig. 2 shows a schematic representation of the switching arrangement of the hydraulic and electrical regulators; Fig. 3 shows in section the control valve for the fuel supply from the atmospheric column to the positive pressure column; Fig. 4 shows in section the control valve for the fuel supply from a source to the atmospheric column.

Im folgenden werden die Gasturbine und ihre verschiedenen Einrichtungen nacheinander beschrieben. Wie in Fig. 1 veranschaulicht ist, wird Torf aus einer nicht dargestellten Entwässerungspresse einer Schleudermühle 11 zugeführt, wo er in mäßig kleine Klumpen zerbröckelt wird. Diese gelangen zu einer umlaufenden Jalousie-Trockenvorrichtung12, wo sie durch dieAbgase derGasturbine, die durch eine Rohrleitung 13 zugeleitet und durch eine Rohrleitung 14 abgeleitet werden, getrocknet werden. Die Torfklumpen fallen alsdann von der Trockenanlage auf einen Drehtisch15, wo sie in zwei Teile geschieden werden; einige Teile werden von einem Mischförderband 16 zu der nicht dargestellten Entwässerungspresse zurückbefördert, die übrigen gelangen durch die Rohrleitung 17 zu einem Kollergang 19. In beiden Fällen wird die Zufuhr durch einstellbare Schaufeln 18 am Drehtisch 15 geregelt. Der Kollergang 19 w-rd von einem Luftstrom durchblasen, der durch ein Seitenrohr 20 in die Rohrleitung 17 gelangt. Der im Kollergang 19 pulverisierteBetriebsstoff wird alsdann in einem Zyklon 21 von der Förderluft getrennt.In the following, the gas turbine and its various devices will be described in sequence. As illustrated in Fig. 1 , peat is fed from a dewatering press, not shown, to a centrifugal mill 11 , where it is crumbled into moderately small lumps. These arrive at a rotating blind drying device 12, where they are dried by the exhaust gases from the gas turbine, which are fed in through a pipe 13 and discharged through a pipe 14. The lumps of peat then fall from the drying system onto a turntable15, where they are separated into two parts; some parts are being returned by a mixing conveyor belt 16 to the not shown dewatering press, the other passing through the pipeline 17 to 19, an edge runner mill In both cases, the supply is controlled by adjustable blades 18 on the rotary table 15 °. Blow through the pan 19 w-rd by a stream of air which passes through a side pipe 20 into the pipeline 17 . The fuel pulverized in the pan 19 is then separated from the conveying air in a cyclone 21.

Der Zyklon 21 ist oberhalb einer atmosphärischen Säule 22 angeordnet, die als Speicher wirkt. Von dort gelangt der Betriebsstoff zu einer Torfpul-ripe 23, die durch ein Rohr 24 mit Hochdruckluft versorgt wird und die den zugeführten Betriebsstoff unter einen hohen Druck setzt. Von der Pumpe 23 strömt der aufgewirbelte Torf durch eine Rohrleitung 25 zu einem kleinen Zyklon 26, der oberhalb einer überdrucksäule 27 angeordnet ist und in welchem die Hochdruckluft von dem durch dieselbe beförderten Torf getrennt wird. Von der Überdrucksäule 27 wird der Torf durch ein Ventil 28 und eine Rohrleitung 29 der Brenrikammer 30 der Turbine 31 zugeführt.The cyclone 21 is arranged above an atmospheric column 22 which acts as a reservoir. From there, the fuel arrives at a peat pulp 23 which is supplied with high pressure air through a pipe 24 and which puts the supplied fuel under high pressure. From the pump 23 the swirled peat flows through a pipe 25 to a small cyclone 26 which is arranged above a positive pressure column 27 and in which the high pressure air is separated from the peat conveyed through the same. The peat is fed from the overpressure column 27 through a valve 28 and a pipe 29 to the combustion chamber 30 of the turbine 31.

Die Hochdruckluft gelangt von dem kleinen Zyklon 26 durch eine Rohrleitung 32 in die Verbrennungskammer 30. Die atmosphärische Säule 22 wird durch ein Rohr 33 mit Betriebsluft aus irgendeiner geeigneten Quelle, die sich außerhalb der Kraftanlage befindeniann, versor ' gt. Die Betriebsluft für die überdrucksäule27 wird von dem Kompressor34 der Gasturbine31 über ein Hilfsgebläse35 gefördert. Eine Zweigleitung 36 des Hilfsgebläses 35 dient zur Zufuhr des pulverisierten Torfes von dem Regelventil 28 zur Brennkammer 30. Zwischen dem Brennstoffspiegel der Überdrucksäule 27 und der Rohrleitung 29, durch welche der Torf von dem Regelventil 28 zur Brennkammer 30 gelangt, ist eine offeneVerbindungsleitung 37, 32 angeordnet.Gt, the high pressure air passes from the small cyclone 26 30 through a conduit 32 into the combustion chamber, the atmospheric column 22 through a pipe 33 with operating air from any suitable source, the befindeniann outside of the power unit, versor '. The operating air for the überdrucksäule27 is promoted by the compressor 34 of the gas turbine 31 via an auxiliary fan 35. A branch line 36 of the auxiliary fan 35 serves to supply the pulverized peat from the control valve 28 to the combustion chamber 30. Between the fuel level of the overpressure column 27 and the pipe 29 through which the peat reaches the combustion chamber 30 from the control valve 28 , there is an open connecting line 37, 32 arranged.

In Fig. 2 ist die Schaltungsanordnung der elektrischen und hydraulischen Regelorgane für die Gasturbine gemäß Fig. 1 veranschaulicht.In FIG. 2, the circuit arrangement of the electrical and hydraulic control elements for the gas turbine according to FIG. 1 is illustrated.

Die Höhe des aufgewirbelten Betriebsstoffes in der Überdrucksäule 27 kann sich zwischen zwei Grenzwerten bewegen, die durch Höheneinstellung zweier elektrischer Abtaster 40 und 41 bestimmt werden. Diese zwei Abtaster sind mit einem doppelt wirkenden Relais 42 verbunden, welches durch einen geeigneten Strom in eine von zwei Stellungen, nämlich offene Kontakte oder geschlossene Kontakte, eingestellt werden kann und welches ungeachtet des Aufhörens dieses Stromes in dieser Stellung so lange verbleibt, bis ein entgegengesetzt wirkender Strom einsetzt. Die Möglichkeit der Speisung des Relais 42 mit Strömen entgegengesetzten Sinnes von den Abtastern 40 und 41 ist durch Kabelleitungen angedeutet, die von den Abtastern zu den beiden Enden der Relaisspule führen; dies ist jedoch nur eine schematische Darstellung, die nicht notwendigerweise der tatsächlich verwendeten Spulenverbindung entspricht. Wenn sich der Spiegel des aufgewirbelten Betriebsstoffes in der Säule 27 aufwärts bewegt, bis er den oberen Abtaster 41 erreicht, werden die Kontakte des Relais 42 geöffnet und bleiben nachher geöffnet, ungeachtet dessen, daß etwa der Spiegel wieder unter den höheren Abtaster 41 sinkt. Erst wenn der Spiegel unter den tieferen Abtaster 40 sinkt, werden die Kontakte des Relais 42 geschlossen, wodurch das elektrisch gesteuerte Schaltventil 61 mittels einer Strornspule geschlossen wird.The height of the fluid that is whirled up in the overpressure column 27 can vary between two limit values which are determined by adjusting the height of two electrical scanners 40 and 41. These two scanners are connected to a double-acting relay 42 which can be set to one of two positions, namely open contacts or closed contacts, by a suitable current and which remains in this position regardless of the cessation of this current until an opposite occurs effective current begins. The possibility of feeding the relay 42 with currents of opposite sense from the scanners 40 and 41 is indicated by cable lines which lead from the scanners to the two ends of the relay coil; however, this is only a schematic representation which does not necessarily correspond to the coil connection actually used. When the level of the fluid that has been swirled up in the column 27 moves upwards until it reaches the upper scanner 41, the contacts of the relay 42 are opened and remain open afterwards, regardless of the fact that the level drops below the higher scanner 41 again. Only when the mirror sinks below the lower scanner 40, the contacts of the relay 42 are closed, whereby the electrically controlled switching valve 61 is closed by means of a current coil.

Die Zufuhr des aufgewirbelten Betriebsstoffes von der atmosphärischen Säule 22 zur Rohrleitung 25 wird mittels eines Ventils 43 geregelt, welches in allen Einzelheiten in Fig. 3 dargestellt ist. Dieses Ventil 43 hat einen Arbeitskolben 44 und ein Abschlußorgan 45, welches mit dem Kolben verbunden ist und welches mitsamt dem Kolben durch eine Feder 46 elastisch aufwärts gedrückt wird. Der den Kolben 44 enthaltende Zvlinder 47 ist an seinem oberen Ende ständig mit einer Druckölleitung 48 verbunden und an drei verschiedenen, abgestuften Höhenstellen mit Entlastungsleitungen 49, 50 und 51 versehen. Die zuoberst angeordnete Entlastungsleitung 49 enthält ein elektrisch gesteuertes Schaltven#til 52., "velches in seiner Offenstellung einen Leckweg für das Drucköl bietet, wenn der Kolben 44 durch die Feder 46 in seine oberste Stellung gebracht ist. Wenn dagegen das Ventil 52 geschlossen ist, wird der Kolben 44 nach unten verschoben, bis er die zweite Entlastungsleitung freilegt, die das Schaltventil 61 enthält. Wenn dieses Ventil 61 offen steht, bleibt der Kolben 44 in dieser Mittellage. Wenn dagegen das Ventil 61 geschlossen ist, wird der Kolben 44 weiter nach unten verschoben, bis er die ständig offene Entlastungsleitung 51 freilegt.The supply of operating fluidized substance from the atmospheric column 22 to the pipeline 25 is regulated by means of a valve 43, which is shown in detail in Fig. 3. This valve 43 has a working piston 44 and a closing element 45 which is connected to the piston and which, together with the piston, is pressed elastically upwards by a spring 46. The cylinder 47 containing the piston 44 is permanently connected at its upper end to a pressure oil line 48 and is provided with relief lines 49, 50 and 51 at three different, stepped height points. The relief line 49 arranged at the top contains an electrically controlled switching valve 52, "which in its open position offers a leakage path for the pressurized oil when the piston 44 is brought into its uppermost position by the spring 46. If, on the other hand, the valve 52 is closed, the piston 44 is displaced downwards until it exposes the second relief line which contains the switching valve 61. When this valve is open 61, the piston 44 stays in this middle position. in contrast, when the valve 61 is closed, the piston 44 continues to shifted down until it exposes the constantly open relief line 51.

Diese drei möglichen Einstellungen de> Kolbens 44 haben drei möglicheEinstellungen desAbschlußorgans 45 zur Folge in bezug auf entsprechende Öffnungen 53, durch welche der Betriebsstoff fließen kann. In der obersten Stellung sind die Öffnungen 53 gegenseitig abgesperrt, so daß kein Betriebsstoff duchfließen kann. In der Mittelstellung gestattet eine Öffnung 54 in dem Abschlußorgan 45 einen beschränkten Durchfluß des Betriebsstoffes von der atmosphärischen Säule 22 züi der Überdrucksäule 27. In der tiefsten Stellung gestattet eine große Öffnung 55 den vollen Durchfluß des Betriebsstoffes.These three possible settings of the piston 44 result in three possible settings of the closing element 45 in relation to corresponding openings 53 through which the operating medium can flow. In the uppermost position, the openings 53 are mutually blocked so that no fuel can flow through. In the middle position, an opening 54 in the closing element 45 allows a restricted flow of the operating material from the atmospheric column 22 to the overpressure column 27. In the lowest position, a large opening 55 allows the full flow of the operating material.

Auf diese Weise ist eine Anordnung geschaffen, in welcher die Zufuhr von pulverisiertem Betriebsstoff von der atmosphärischen Säule zu der Überdrucksäule in Abhängigkeit von dein Spiegel des aufgewirbelten Betriebsstoffes in der Überdrucksäule geregelt wird.In this way an arrangement is created in which the feed of powdered fuel from the atmospheric column to the positive pressure column depending on your level of the fluid that is whirled up in the overpressure column is regulated.

Die Zufuhr des Betriebsstoffes zu der atmosphärischen Säule 22 wird in Abhängigkeit von der Spiegelhöhe der Wirbelschicht in der genannten Säule geregelt. Diese Spiegelhöhe wird durch die statische Druckdifferenz zwischen dem aufgewirbelten Teil und dem Grund der Wirbelschicht bemessen. Diese statische Druckdifferenz ist schematisch dargestellt, als ob sie in zwei pneumatischen Leitungen 56 wirksam wäre, die an die beiden Seiten einer Mernbrankammer einer Regelvorrichtung57 derZerkleinererbeschickung angeschlossen sind, welche in Fig. 4 in allen Einzelheiten veranschaulicht ist.The supply of the fuel to the atmospheric column 22 is regulated as a function of the level of the fluidized bed in said column. This mirror height is measured by the static pressure difference between the fluidized part and the bottom of the fluidized bed. This static pressure difference is shown schematically as if it were operating in two pneumatic lines 56 which are connected to the two sides of a core chamber of a control device 57 of the shredder loading which is illustrated in detail in FIG.

Durch die Einstellung der Meinbran 58 wird das Ansteigen des Öldruckes in einem Zylinder 59 und dadurch die Einstellung eines Kolbens 60 in diesem Zylinder geregelt. Dieser Kolben 60 steuert die Einstellung der verstellbaren Schaufeln 18 (Fig. 1). durch welche die Geschwindigkeit der Zufuhr des Betriebsstoffes zu der atmosphärischen Säule bestimmt wird.By adjusting the Meinbran 58 , the increase in the oil pressure in a cylinder 59 and thereby the adjustment of a piston 60 in this cylinder is regulated. This piston 60 controls the setting of the adjustable blades 18 (FIG. 1). by which the rate of supply of the fuel to the atmospheric column is determined.

Auf dieseWeise wird die Zufuhr des Betriebsstoffes zu der atmosphärischen Säule 22 durch die Höhe der Wirbelschicht in dieser Säule geregelt. Die Höhe der Wirbelschicht in der genannten Säule wird durch den Abfluß aus derselben und somit durch den Spiegel in der Überdrucksäule bestimmt, und der Spiegel in der überdrucksäule wird wiederum durch den Abfluß aus derselben und somit durch die Drehzahl der Gasturbine geregelt.In this way the supply of the fuel becomes atmospheric Column 22 is regulated by the height of the fluidized bed in this column. The high of Fluidized bed in said column is created by the outflow from the same and thus determined by the level in the positive pressure column, and the level in the positive pressure column is in turn by the outflow from the same and thus by the speed of the gas turbine regulated.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for the operation of gas turbo machines in which the pulverized fuel, which has been put into the state of the fluidized bed, is regulated as a function of the speed. wherein the fluidization of the fuel in two stages, characterized in that the supply of fluidized Breimstoffes is controlled by the atmospheric column (22) to the zurÜberdrucksäule (27) leading pipe (25) by means of a valve (43) which in the absence dependence on the level of the fluidized bed in the column is controlled.

2. Device according to claim 1, characterized in that the control cylinder (47) of the control valve (43 ') between the pressure columns (22 and 27) is continuously acted upon at one end with control oil from a line (48) and at three different stepped points of the Piston stroke path is provided with relief lines (49, 50 and 51) . 3. Device according to claim 2, characterized in that the first relief line is provided at the beginning of the piston stroke with an electromagnetically controlled valve (52) . 4. Device according to claim 1, characterized in that the supply of fuel into the atmospheric column (22) is regulated as a function of the level of the fluidized bed in the column. 5. Device according to claim 4, characterized in that the static pressure difference in the column is pneumatically transmitted to the control device (57) of a charging device. Documents considered: Engineering, Vol. 175, 1953, pp. 308 to 311; The Engineer, Vol. 195, 1953, pp. 350/351; Chemie Ingenieur Technik, Vol. 24, 1952, pp. 58 to 65; U.S. Patent No. 2,568,127 .