DE10355353A1

DE10355353A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen einer Gasströmung

Info

Publication number: DE10355353A1
Application number: DE2003155353
Authority: DE
Inventors: Rolf RÜETSCHI; Hans Dr. Wettstein
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-07-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (1) zum Kühlen einer Gasströmung (3), die einer Turbomaschine (27) zugeführt wird, wobei DOLLAR A - eine Flüssigkeit (4) von einem Reservoir (5) zu einer Kantaktiereinrichtung (2) geführt wird, in der die Gasströmung (3) mit der Flüssigkeit (4) kontaktiert wird, wobei die Flüssigkeit (4) der Gasströmung (3) Wärme entzieht, DOLLAR A - die Flüssigkeit (4) in das Reservoir (5) zurückgeführt wird, DOLLAR A - verschmutzte Flüssigkeit (4) aus dem Redervoir (5) ausgeleitet wird, DOLLAR A - frische Flüssigkeit (4) in das Reservoir (5) eingeleitet wird. DOLLAR A Um den Flüssigkeitsverbrauch zu reduzieren, wird das Ausleiten der verschmutzten Flüssigkeit (4) und/oder das Einleiten der frischen Flüssigkeit (4) in Abhängigkeit der Qualität der im Reservoir (5) enthaltenen und/oder der der Kontaktiereinrichtung (2) zugeführten Flüssigkeit (4) mittels Steuerung und/oder Regelung durchgeführt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Kühlen einer Gasströmung, die einer Turbomaschine zugeführt wird.
Stand der Technik
Eine Turbomaschine, die im Betrieb mit einer gekühlten Gasströmung versorgt wird, ist beispielsweise eine Gasturbine oder ein Verdichter einer solchen Gasturbine. Ebenso kann es sich um eine einzelne Verdichterstufe eines solchen Verdichters handeln. Zur Leistungssteigerung einer Gasturbine sind unterschiedliche Verfahren bekannt, die jeweils auf einer Kühlung der Gasströmung beruhen, die der Gasturbine zugeführt wird. Eine Kühlung des von der Gasturbine aufgenommenen Gasmassenstroms führf zu einer erhöhten Leistungsabgabe der Gasturbine. Die Gründe hierfür liegen zum einen in dem durch die Kühlung vergrößerten Massenstrom des zugeführten Gases, in der Regel Luft. Zum anderen wird durch reduzierte Eintrittstemperaturen am Verdichter die Leistungsaufnahme des Verdichters reduziert, so dass die Gasturbine mehr überschüssige Leistung besitzt. Bei der Kühlung der dem Verdichter zugeführten Gasströmung wird zwischen einer Einlasskühlung und einer Zwischenkühlung unterschieden. Bei der Einlasskühlung wird die dem Verdichtereinlass zugeführte Gasströmung gekühlt, während bei der Zwischenkühlung die Gasströmung zwischen zwei voneinander getrennten Verdichterstufen gekühlt wird.

Aus der zum Anmeldezeitpunkt der vorliegenden Patentanmeldung noch unveröffentlichten Schweizerischen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 2002 0939/02 mit dem Anmeldetag vom 04.06.2002 ist es bekannt, in die Gasströmung eine Flüssigkeit einzudüsen, wodurch der Gasströmung Wärmeenergie entzogen werden kann. Dabei soll möglichst viel Wärmeenergie durch einen direkten Kontakt zwischen der Gasströmung und der Flüssigkeit entzogen werden, was auch als Übertragung fühlbarer Wärme bezeichnet wird. Hierbei erwärmt sich die Flüssigkeit. Wenn sich die Flüssigkeit zu stark erwärmt, verdampft sie, wodurch sie zusätzlich Verdampfungsenergie aufnimmt, die ebenfalls der Gasströmung entzogen wird. Der Anteil an solcher Verdampfungsenergie an der Kühlwirkung soll möglichst gering sein, damit die Gaskühlvorrichtung einen entsprechen niedrigen Verbrauch an Flüssigkeit aufweist. Dies ist insbesondere bei Standorten für die Turbomaschine bzw. für eine damit ausgestattete Kraftwerksanlage von Vorteil, bei denen ein Wassermangel herrscht, da die zur Kühlung der Gasströmung verwendete Flüssigkeit in der Regel Wasser ist.

Der nicht verdampfte Anteil der Flüssigkeit wird vor dem Eintritt der Gasströmung in die Turbomaschine wieder aus der Gasströmung ausgeschieden, um erneut in die Gasströmung eingespritzt zu werden. Insoweit ergibt sich für die Flüssigkeit ein geschlossener Kreislauf.

Im Betrieb der Gaskühlvorrichtung kommt es durch die nicht zu vermeidende Verdampfung der Flüssigkeit allmählich zu einer Anreicherung nicht verdampfender Bestandteile, wie zum Beispiel in der Flüssigkeit gelöste Mineralien. Darüber hinaus hat die Eindüsung der Flüssigkeit in die Gasströmung eine reinigende Wirkung für die Gasströmung, da hierdurch in der Gasströmung mitgeführte Verunreinigungen wie Festkörperpartikel ausgewaschen werden. Die ausgewaschenen Verunreinigungen werden dann bei der Separierung der Tröpfchen von der Gasströmung mit aus der Gasströmung ausgeschieden, so dass in der Flüssigkeit die Konzentration von Verunreinigungen ebenfalls zunimmt. Die Verschmutzung der im Kreislauf umgewälzten Flüssigkeit kann jedoch nachteilige Auswirkungen für die Gaskühlvorrichtung sowie für die Turbomaschine haben, wenn die verunreinigte Flüssigkeit, zum Beispiel in Form kleiner, nicht abscheidbarer Tröpfchen, in die Turbomaschine gelangt.

Darstellung der Erfindung

Hier setzt die Erfindung an. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Kühlverfahren bzw. für eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine erhöhte Betriebssicherheit besitzt.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, im Kreislauf der Flüssigkeit ein Reservoir vorzusehen, aus dem verschmutzte Flüssigkeit ausgeleitet und frische Flüssigkeit eingeleitet werden kann, wobei die Ausleitung verschmutzter Flüssigkeit bzw. die Einleitung frischer Flüssigkeit in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität erfolgt, die im Reservoir bzw. im Flüssigkeitskreislauf herrscht. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass nur dann die Flüssigkeit im Reservoir aufgefrischt wird, wenn die abnehmende Flüssigkeitsqualität unter eine vorbestimmte Mindestqualität sinkt und eine entsprechende Auffrischung erforderlich ist. Die Zufuhr von zu viel frischer Flüssigkeit oder zu wenig frischer Flüssigkeit kann damit vermieden werden, was zum einen zu einem reduzierten Flüssigkeitsverbrauch führt und zum anderen die Gefahr einer Beschädigung der Gaskühlvorrichtung bzw. der nachgeschalteten Turbomaschine reduziert.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität zusätzlich die Zugabe demineralisierter oder deionisierter Flüssigkeit in das Reservoir bzw. in den Flüssigkeitskreislauf gesteuert werden. Durch diese Maßnahme kann insbesondere für den Fall, dass die Qualität der Flüssigkeit wesentlich durch eine steigende Mineralien- oder Ionenkonzentration abnimmt, die Flüssigkeitsqualität mit einer vergleichsweise kleinen Menge zugeführter demineralisierter bzw. deionisierter Flüssigkeit hinreichend angehoben werden.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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 Bauteile beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Gaskühlvorrichtung,
2 eine Ansicht wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
3 eine Ansicht wie in 1, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Entsprechend den 1 bis 3 weist eine erfindungsgemäße Gaskühlvorrichtung 1 eine Kontaktiereinrichtung 2 auf, mit deren Hilfe eine Gasströmung 3, die hier durch einen Pfeil symbolisiert ist, gekühlt werden kann. Zu diesem Zweck arbeitet die Kontaktiereinrichtung 2 mit einer Flüssigkeit 4, die mit der Gasströmung 3 kontaktiert wird, wodurch der Gasströmung 3 Wärmeenergie entzogen wird. Die Flüssigkeit 4 bzw. deren Strömungsrichtung ist hier ebenfalls durch Pfeile symbolisiert.
Die Gaskühlvorrichtung 1 umfasst außerdem ein Reservoir 5, in dem ein gewisser Vorrat der Flüssigkeit 4 bevorratet ist. Vom Reservoir 5 führt eine Zirkulationsleitung 6 zu einer Einlasseite der Kontaktiereinrichtung 2. Eine Auslassseite der Kontaktiereinrichtung 2 mündet wieder in das Reservoir 5. In der Zirkulationsleitung 6 ist eine Pumpe 7 angeordnet, welche die Flüssigkeit 4 vom Reservoir 5 zur Kontaktiereinrichtung 2 antreibt.
Mit Hilfe der Gaskühleinrichtung 1 kann die Gasströmung 3 gekühlt werden durch Kontaktierung mit der Flüssigkeit 4, was in bzw. durch die Kontaktiereinrichtung 2 erreicht wird. Die insoweit gekühlte Gasströmung 3' kann dann einer Turbomaschine 27, hier einer Gasturbine 27 zugeführt werden. Im vorliegenden Fall wird die gekühlte Gasströmung 3' einem Verdichter 8 der Gasturbine 27 zugeführt, und zwar an dessen Eingangsseite. Ebenso ist es möglich, die Gaskühlvorrichtung 1 zwischen zwei voneinander getrennten Verdichterstufen des Verdichters 8 anzuordnen, wobei die Gaskühlvorrichtung 1 dann als Zwischenkühler dient. Die Gasturbine 27 besitzt außerdem eine Brennkammer 9 sowie eine Turbine 10. Die Turbine 10 treibt den Verdichter 8 sowie in der Regel einen Generator 11 an. Die Gasturbine 27 ist üblicherweise in einer Kraftwerksanlage angeordnet.
Bei der hier gezeigten, speziellen Ausführungsform ist die Gaskühlvorrichtung 1 außerdem mit einer Tröpfchenabscheideeinrichtung 12 ausgestattet, die stromab der Kontaktiereinrichtung 2 im Strömungspfad der Gasströmung 3 angeordnet ist. Zweckmäßig arbeitet die Tröpfchenabscheideeinrichtung 12 mechanisch, also insbesondere mit Zentrifugalkräften. Beispielsweise enthält die Tröpfchenabscheideeinrichtung 12 Strömungsleitelemente, welche die Gasströmung 3 mehrfach relativ stark umlenken. Die in der Gasströmung 3 mitgeführten trägeren Partikel bzw. Tröpfchen können dieser Strömungsumlenkung nicht folgen und schlagen sich daher an entsprechenden Wandungen der Strömungsleitelemente nieder. Der so gebildete Niederschlag kann sich innerhalb der Abscheideeinrichtung 12 sammeln und wird von der Abscheideeinrichtung 12 einem Reservoir zugeführt, bei dem es sich grundsätzlich um dasselbe Reservoir 5 handeln kann, in das auch die Kontaktiereinrichtung 2 austrittsseitig einmündet (vgl. 1). Alternativ kann es sich bei dem Reservoir, in das die Tröpfchenabscheideeinrichtung 12 ausgangsseitig einmündet, auch um ein anderes Reservoir 13 bzw. 14 handeln (vgl. die 2 bzw. 3).
Das jeweilige Reservoir 5 bzw. 14 kann mit einem Zulauf 15 verbunden sein, der es ermöglicht, dem jeweiligen Reservoir 5, 14 frische Flüssigkeit 4 zuzuführen.
Des Weiteren kann das jeweilige Reservoir 5 bzw. 14 mit einem Ablauf 16 versehen sein, der es ermöglicht, aus dem jeweiligen Reservoir 5, 14 verunreinigte Flüssigkeit 4 abzuführen.
Erfindungsgemäß ist die Gaskühlvorrichtung 1 außerdem mit einer Steuerung oder Steuereinrichtung 17 ausgestattet sowie mit einer damit zusammenwirkenden Sensorik 18. Die Sensorik 18 umfasst wenigstens einen Sensor 19. Mit Hilfe der Sensorik 18 kann die Steuerung 17 eine Flüssigkeitsqualität überwachen. Zur Beurteilung der Flüssigkeitsqualität überprüft die Steuerung 17 mit Hilfe der Sensorik 18 dafür geeignete Parameter. Je nach Anordnung der Sensoren 19 wird dabei die Flüssigkeitsqualität im jeweiligen Reservoir 5 bzw. 13 bzw. 14 und/oder in der Zirkulationsleitung 6 ermittelt. In Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität betätigt die Steuerung 17 zumindest ein Ventil 20, das entsprechend den Ausführungsformen der 1 und 3 im Zulauf 15 angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung 17 in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität ein Ventil 21 steuern, das gemäß 2 im Ablauf 16 angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung 17 ebenfalls in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität ein weiteres Ventil 22 betätigen, das gemäß 3 in einer weiteren Zuleitung 23 angeordnet ist. Über diese weitere Zuleitung 23 kann das jeweilige Reservoir 14 entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit einer geeigneten, deionisierten oder demineralisierten Flüssigkeit 3' gespeist werden, was in 3 durch einen Pfeil symbolisiert ist.
Die erfindungsgemäße Gaskühlvorrichtung 1 bzw. das erfindungsgemäße Kühlverfahren arbeitet wie folgt:
Bei der Ausführungsform gemäß 1 wird im Betrieb der Gaskühlvorrichtung 1 die Flüssigkeit 4, vorzugsweise Wasser, dem Reservoir 5 entnommen und über die Zirkulationsleitung 6 der Kontaktiereinrichtung 2 zugeführt. Die Kontaktiereinrichtung 2 umfasst bei der Ausführungsform gemäß 1 eine Berieselungseinrichtung 24. Eine derartige Berieselungseinrichtung 24 enthält einen geeigneten, zum Beispiel gewirkten oder gestrickten, Berieselungskörper, der eine vergleichsweise große Oberfläche besitzt, die von der zugeführten Flüssigkeit 3 berieselt wird. Gleichzeitig ist der Berieselungskörper im Strömungspfad der Gasströmung 3 angeordnet und von der Gasströmung 3 durchströmbar. Hierbei kommt es zu einer intensiven Beaufschlagung der Flüssigkeit 4 mit der Gasströmung 3 und somit zur gewünschten Kontaktierung. Ein Teil der mit der Gasströmung 3 kontaktieren Flüssigkeit 4 verdunstet bei der Wärmeübertragung, wodurch der Gasströmung 3 zusätzlich Verdunstungsenergie entzogen wird. Ein anderer Teil der Flüssigkeit 3 wird in Form von kleinen Tröpfchen von der Gasströmung 3 mitgerissen. Der verbleibende Teil der Flüssigkeit 4 gelangt über die Ausgangsseite der Berieselungseinrichtung 24 bzw. der Kontaktiereinrichtung 2 zurück in das Reservoir 5.
Des Weiteren separiert die stromab der Berieselungseinrichtung 24 angeordnete Abscheideeinrichtung 12 Flüssigkeitströpfchen und andere Partikel aus der Gasströmung 3 und führt diese Abscheidungen ebenfalls in das Reservoir 5. Für die Flüssigkeit 4 ergibt sich somit ein im wesentlichen geschlossener Kreislauf, in dem die Flüssigkeit 4 permanent umgewälzt wird. Durch die Verdunstung der Flüssigkeit 4 sowie durch andere Einflüsse kommt es im Laufe des Betriebs der Gaskühlvorrichtung 1 zu einer zunehmenden Verschlechterung der Flüssigkeitsqualität. Sobald die Steuerung 17 eine Flüssigkeitsqualität feststellt, die unterhalb einer vorbestimmten Mindestqualität liegt, sorgt die Steuerung 17 zur Anhebung der Flüssigkeitsqualität, indem sie bei der Ausführungsform gemäß 1 das im Zulauf 15 angeordnete Ventil 20 zum Öffnen ansteuert. Hierdurch kann frische Flüssigkeit in das Reservoir 5 eintreten. Die zugeführte frische Flüssigkeit 4 verdünnt die vorhandene Flüssigkeit 4, was zu einer Verbesserung der Flüssigkeitsqualität führt. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Ablauf 16 in Abhängigkeit des Flüssigkeitspegels im Reservoir 5 gesteuert. Das heißt, sobald die Flüssigkeit 4 im Reservoir 5 über einen vorbestimmten Pegel ansteigt, wird an einer geeigneten Stelle mehr oder weniger verunreinigte Flüssigkeit 4 aus dem Reservoir 5 abgelassen. Beispielsweise ist der Auslass 16 an einen im Reservoir 5 entsprechend positionierten Überlauf angeschlossen.
Die Zuführung frischer Flüssigkeit 4 erfolgt dabei so lange, bis die Flüssigkeitsqualität wieder einen gewünschten zulässigen Wert besitzt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass nachteilige Auswirkungen einer schlechten Flüssigkeitsqualität für die Gaskühlvorrichtung 1 sowie für die nachgeschaltete Turbomaschine 27 reduziert oder vermieden werden können.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist die Kontaktiereinrichtung 2 wieder als Berieselungseinrichtung 24 ausgestaltet. Ein wesentlicher Unterschied zwischen der in 2 gezeigten Ausführungsform und der in 1 beschriebenen Ausführungsform wird darin gesehen, dass hier zwei voneinander getrennte Reservoire 5 und 13 vorgesehen sind, wobei das eine Reservoir 5 die aus der Berieselungseinrichtung 24 abfließende Flüssigkeit 4 auffängt, während das andere Reservoir 13 die von der Tröpfchenabscheideeinrichtung 12 abgeschiedene Flüssigkeit 4 auffängt. Bei dieser Ausführungsform wird die Flüssigkeitsqualität zweckmäßig in dem der Tröpfchenabscheideeinrichtung 12 zugeordneten Reservoir 13 gemessen. Die Steuerung 17 betätigt das im Ablauf 16 des der Berieselungseinrichtung 24 zugeordneten Reservoirs 5 angeordnete Ventil 21. In den Ablauf 16 des der Berieselungseinrichtung 24 zugeordneten Reservoirs 5 mündet auch ein Ablauf 25 des der Abscheideeinrichtung 12 zugeordneten Reservoirs 13 ein oder umgekehrt.
Im normalen Betrieb der Gaskühlvorrichtung 1 wird die Berieselungseinrichtung 24 über die Zirkulationsleitung 6 aus dem einen Reservoir 5 gespeist. Der zugehörige Zulauf 15 ist beispielsweise mit Hilfe eines Schwimmers in Abhängigkeit des Flüssigkeitspegels in dem einen Reservoir 5 gesteuert. Dementsprechend wird das eine Reservoir 5 automatisch immer wieder aufgefüllt in Abhängigkeit des Flüssigkeitsverbrauchs, der sich durch Verdampfung und/oder Mitnahmeeffekte ergibt. Von der Gasströmung 3 mittransportierte Tröpfchen werden von der Abscheideeinrichtung 12 ausgeschieden und in das andere Reservoir 13 eingeleitet. Der diesem Reservoir 13 zugeordnete Ablauf 25 ist beispielsweise in Abhängigkeit des Flüssigkeitspegels im zugehörigen Reservoir 13 gesteuert, insbesondere mittels eines Überlaufs.
Ausgehend von der Überlegung, dass die von der Abscheideeinrichtung 12 ausgeschiedene Flüssigkeit 4 in der Regel stärker verschmutzt ist als die durch die Berieselungseinrichtung 24 in das zugehörige Reservoir 5 gelangende Flüssigkeit 4, erfolgt die Qualitätsmessung bei der hier gezeigten, bevorzugten Variante in dem der Abscheideeinrichtung 12 zugeordneten Reservoir 13. Sobald die Steuerung 17 feststellt, dass die Flüssigkeitsqualität nicht mehr den gewünschten Anforderungen entspricht, betätigt sie das im Ablauf 16 des der Berieselungseinrichtung 24 zugeordneten Reservoirs 5 angeordnete Ventil 21 zum Öffnen. Dementsprechend kann die verunreinigte Flüssigkeit aus diesem Reservoir 5 abfließen. Automatisch fließt dann frische Flüssigkeit über den Zulauf 15 in das jeweilige Reservoir 5 nach. Die verbesserte Qualität der für die Kontaktierung der Gasströmung 3 verwendeten Flüssigkeit 4 wirkt sich durch die Tröpfchenabscheidung zeitlich verzögert auch auf die Flüssigkeitsqualität in dem der Abscheideeinrichtung 12 zugeordneten Reservoir 13 aus. Sobald die Steuerung 17 eine hinreichend gute Flüssigkeitsqualität detektiert, kann das Ventil 21 wieder geschlossen werden. Auch bei dieser Ausführungsform kann stets eine ausreichende Flüssigkeitsqualität gewährleistet werden, wobei gleichzeitig der Bedarf an frischer Flüssigkeit 4 reduziert ist.
Die in 3 gezeigte Ausführungsform zeigt eine andere Kontaktiereinrichtung 2, die mit einer Einspritz- oder Eindüseinrichtung 26 ausgestattet ist. Die der Kontaktiereinrichtung 2 bzw. der Einspritzeinrichtung 26 zugeführte Flüssigkeit 4 wird von der Einspritzeinrichtung 26 unmittelbar in die Gasströmung 3 eingedüst, wodurch sich eine extrem große Oberfläche für die Wärmeübertragung zwischen Gasströmung 3 und Flüssigkeit 4 ausbildet. Durch eine entsprechende Auslegung der Verfahrensparameter ist es grundsätzlich möglich, den Anteil an Verdampfungsenergie vergleichsweise gering zu halten, so das nur wenig der eingedüsten Flüssigkeit 4 verdampft. Dementsprechend kann mit Hilfe der Abscheideeinrichtung 12 ein vergleichsweise großer Anteil der eingespritzten Flüssigkeit 4 wieder aus der Gasströmung 3 abgeschieden und in das Reservoir 14 eingeleitet werden. Die Speisung der Kontaktiereinrichtung 2 erfolgt dabei ebenfalls über die Zirkulationsleitung 6 aus dem Reservoir 14.
Wenn bei der hier gezeigten Ausführungsform die Flüssigkeitsqualität im Reservoir 14 und/oder in der Zirkulationsleitung 6 unter einen vorbestimmten Mindestwert absinkt, kann die Steuerung 17 durch eine entsprechende Betätigung des im Zulauf 15 angeordneten Ventils 20 frische Flüssigkeit dem Reservoir 14 zuführen. Der Ablauf 16 ist hier zweckmäßig wieder in Abhängigkeit des im Reservoir 14 herrschenden Flüssigkeitspegels gesteuert, beispielsweise mittels eines Überlaufs. Durch die Zuführung frischer Flüssigkeit 4 wird die verschmutzte Flüssigkeit im Reservoir 14 entsprechend verdünnt, wodurch sich die Flüssigkeitsqualität verbessert.
Eine weitere Besonderheit der hier gezeigten Ausführungsform ist der zusätzliche Zulauf 23, über den dem Reservoir 14 anstelle oder zusätzlich zur „normalen" Flüssigkeit 4 demineralisierte bzw. deionisierte Flüssigkeit 4' zugeführt werden kann, beispielsweise destilliertes Wasser. Durch die Zugabe der demineralisierten oder deionisierten Flüssigkeit 4' kann eine gegebenenfalls überhöhte Mineralien- oder Ionenkonzentration effektiv gesenkt bzw. neutralisiert werden.
Für die gezeigten Ausführungsformen sowie für andere, nicht gezeigte Ausführungsformen, kann die Flüssigkeitsqualität durch eine entsprechende Ausgestaltung der Sensorik 18 beispielsweise anhand der Salz- und/oder Mineralienkonzentration in der Flüssigkeit ermittelt werden.
Die Konzentration der Salze bzw. Mineralien kann durch geeignete Methoden direkt oder indirekt erfolgen. Beispielsweise kann auch die elektrische Leitfähigkeit gemessen werden, was zum einen Rückschlüsse auf die Mineralien- oder Salzkonzentration zuläßt und zum anderen gleichzeitig auch als Qualitätsmerkmal verwendet werden kann. Des Weiteren kann die Alkali-Metall-Konzentration überwacht werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Überwachung einer Konzentration wenigstens eines korrosiven Inhaltsstoffs, wie z.B. Natrium und Kalium. Korrosive Inhaltsstoffe sind insbesondere für die nachgeschaltete Turbomaschine 27 gefährlich, wenn kleinere Tröpfchen die Tröpfchenabscheideeinrichtung 12 passieren können und eine entsprechend hohe Konzentration an den aggressiven Medien enthalten. Des Weiteren kann die Konzentration wenigstens eines zu Ausfällungen und/oder Ablagerungen neigenden Inhaltsstoffes, wie z.B. Kalzium oder Magnesium überwacht werden. Ablagerungen sind nachteilig, da sie zum einen die Strömungswiderstände und somit die Druckverluste erhöhen. Zum anderen können sich Ablagerungen lösen, was bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu Beschädigungen führen kann. Beispielsweise kann direkt oder indirekt die Kalkkonzentration in der Flüssigkeit überwacht werden.
Des Weiteren ist es möglich, den pH-Wert zu überwachen, was wiederum Rückschlüsse auf die Ionenkonzentration in der Flüssigkeit zuläßt.
Die Flüssigkeitsqualität kann mit Hilfe der Sensorik 18 bzw. geeigneter Sensoren 19 mittels Ionenchromatografie bestimmt werden. Ebenso kann eine Atom-Absorptionsspektroskopie zur Anwendung kommen. Des Weiteren ist es grundsätzlich möglich, Elektroden zu verwenden, die hinsichtlich vorbestimmter Ionen selektiv sind.
Die Überwachung der Flüssigkeitsqualität kann periodisch durchgeführt werden. Ebenso ist eine kontinuierliche Überwachung der Flüssigkeitsqualität möglich.
Die erfindungsgemäße Gaskühlvorrichtung 1 mit Überwachung der Flüssigkeitsqualität ermöglicht es, den Verbrauch an frischer Flüssigkeit 4 zu minimieren, was dann von besonderem Vorteil ist, wenn für die Kühlung der Gasströmung 3 Wasser verwendet wird und die Turbomaschine 27 bzw. die damit ausgestattete Kraftwerksanlage in einem Standort mit Wassermangel errichtet ist.

1: Gaskühlvorrichtung
2: Kontaktiereinrichtung
3: Gasströmung
4: Flüssigkeit
5: Reservoir
6: Zirkulationsleitung
7: Pumpe
8: Verdichter
9: Brennkammer
10: Turbine
11: Generator
12: Tröpfchenabscheideeinrichtung.
13: Reservoir
14: Reservoir
15: Zulauf
16: Ablauf
17: Steuerung
18: Sensorik
19: Sensor
20: Ventil
21: Ventil
22: Ventil
23: Zulauf
24: Berieselungseinrichtung
25: Ablauf
26: Einspritzeinrichtung
27: Turbomaschine/Gasturbine

Claims

Verfahren zum Kühlen einer Gasströmung (3), die einer Turbomaschine (27) zugeführt wird, – bei dem eine Flüssigkeit (4) von einem Reservoir (5; 14) zu einer Kontaktiereinrichtung (2) geführt wird, in der die Gasströmung (3) mit der Flüssigkeit (4) kontaktiert wird, wobei die Flüssigkeit (4) der Gasströmung (3) Wärmeenergie entzieht, – bei dem die Flüssigkeit (4) in dasselbe Reservoir (5; 14) und/oder in ein anderes Reservoir (13) zurückgeführt wird, – bei dem verschmutzte Flüssigkeit (4) aus dem jeweiligen Reservoir (5; 13; 14) ausgeleitet wird, – bei dem frische Flüssigkeit (4) in das jeweilige Reservoir (5; 13; 14) eingeleitet wird, – bei dem das Ausleiten der verschmutzten Flüssigkeit (4) und/oder das Einleiten der frischen Flüssigkeit (4) in Abhängigkeit der Qualität der im Reservoir (5; 13; 14) enthaltenen und/oder der der Kontaktiereinrichtung (2) zugeführten Flüssigkeit (4) gesteuert und/oder geregelt wird.
Kühlverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsqualität anhand wenigstens eines der folgenden Parameter bestimmt wird: – Salzkonzentration – Mineralienkonzentration – Alkali-Metall-Konzentration – elektrische Leitfähigkeit, – Konzentration wenigstens eines korrosiven Inhaltsstoffs, – Natriumkonzentration, – Kaliumkonzentration, – Konzentration wenigstens eines zu Ausfällungen und/oder Ablagerungen neigenden Inhaltsstoffs, – Kalziumkonzentration, – Magnesiumkonzentration, – pH-Wert, – Kalkkonzentration.
Kühlverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsqualität mittels Ionenchromatografie oder mittels Atom-Absorptionsspektroskopie oder mittels einer hinsichtlich vorbestimmter Ionen selektiven Elektrode bestimmt wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität außerdem die Zugabe demineralisierter oder deionisierter Flüssigkeit (4') in das Reservoir (5; 13; 14) gesteuert wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Gasströmung (3) stromab der Kontaktiereinrichtung (2) Flüssigkeitströpfchen abgeschieden und zu einem Reservoir (5; 13; 14) geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (5) dasselbe Reservoir (5) ist, in das die von der Kontaktiereinrichtung (2) kommende Flüssigkeit (4) zurückgeleitet wird.
Kühlverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (13), in das die abgeschiedenen Flüssigkeitströpfchen gelangen, von demjenigen Reservoir (5), in das die von der Kontaktiereinrichtung (2) kommende Flüssigkeit (4) zurückgeleitet wird, separiert ist, wobei das Ausleiten der verschmutzten Flüssigkeit (4) und/oder das Einleiten der frischen Flüssigkeit (4) in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität in dem durch die abgeschiedenen Flüssigkeitströpfchen gespeisten Reservoir (13) gesteuert und/oder geregelt wird.
Kühlverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, – dass nur das Ausleiten der verschmutzten Flüssigkeit (4) in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität gesteuert ist, während das Einleiten der frischen Flüssigkeit in Abhängigkeit eines Flüssigkeitspegels im Reservoir (5; 13; 14) gesteuert ist oder – dass nur das Einleiten der frischen Flüssigkeit (4) in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität gesteuert ist, während das Ausleiten der verschmutzten Flüssigkeit (4) in Abhängigkeit eines Flüssigkeitspegels im Reservoir (5; 13; 14) gesteuert und/oder geregelt ist.
Gaskühlvorrichtung zum Kühlen einer Gasströmung (3), die einer Turbomaschine (27) zugeführt wird, – mit einer Kontaktiereinrichtung (2), in der die Gasströmung (3) mit einer Flüssigkeit (4) kontaktierbar ist und die über eine Zirkulationsleitung (6) von einem Reservoir (5; 13; 14) gespeist ist, in dem sich die Flüssigkeit (4) stromab der Kontaktiereinrichtung (2) wieder sammelt, – mit einem an das Reservoir (5; 13; 14) angeschlossenen Zulauf (15) zum Einleiten von frischer Flüssigkeit (4) in das Reservoir (5; 13; 14), – mit einem an das Reservoir (5; 13; 14) angeschlossenen Ablauf (16) zum Ausleiten von verschmutzter Flüssigkeit (4) aus dem Reservoir (5; 13; 14), – mit einer Sensorik (18) zum Messen der Qualität der Flüssigkeit (4) im Reservoir (5; 13; 14) und/oder in der Zirkulationsleitung (6), – mit einer Steuerung (17), die so ausgestaltet ist, dass sie den Zulauf (15) und/oder den Ablauf (16) in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität steuert und/oder regelt.
Gaskühlvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (18) so ausgebildet ist, dass sie die Flüssigkeitsqualität anhand wenigstens eines der folgenden Parameter bestimmt: – Salzkonzentration – Mineralienkonzentration – Alkali-Metall-Konzentration – elektrische Leitfähigkeit, – Konzentration wenigstens eines korrosiven Inhaltsstoffs, – Natriumkonzentration, – Kaliumkonzentration, – Konzentration wenigstens eines zu Ausfällungen und/oder Ablagerungen neigenden Inhaltsstoffs, – Kalziumkonzentration, – Magnesiumkonzentration, – pH-Wert, – Kalkkonzentration.
Gaskühlvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (18) so ausgebildet ist, dass sie die Flüssigkeitsqualität mittels Ionenchromatografie oder mittels Atom-Absorptionsspektroskopie oder mittels einer hinsichtlich vorbestimmter Ionen selektiven Elektrode bestimmt.
Gaskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, – dass ein zusätzlicher Zulauf (23) an das Reservoir (14) angeschlossen ist, durch den demineralisierte und/oder deionisierte Flüssigkeit (4') in das Reservoir (14) einleitbar ist, – dass die Steuerung (17) so ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität den zusätzlichen Zulauf (23) steuert und/oder regelt.
Gaskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Kontaktiereinrichtung (2) eine Tröpfchenabscheideeinrichtung (12) angeordnet ist, die im Betrieb Flüssigkeitströpfchen aus der Gasströmung (3) abscheidet und in ein Reservoir (5; 13; 14) einleitet.
Gaskühlvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (5) dasselbe Reservoir (5) ist, in das die von der Kontaktiereinrichtung (2) kommende Flüssigkeit (4) zurückgeleitet wird.
Gaskühlvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (13), in das die abgeschiedenen Flüssigkeitströpfchen gelangen, von demjenigen Reservoir (5), das die von der Kontaktiereinrichtung (2) kommende Flüssigkeit (4) zurückgeleitet wird, separiert ist, wobei die Steuerung (17) so ausgebildet ist, dass sie das Ausleiten der verschmutzten Flüssigkeit (4) und/oder das Einleiten der frischen Flüssigkeit (4) in Abhängigkeit der Flüssigkeitsqualität in dem durch die abgeschiedenen Flüssigkeitströpfchen gespeisten Reservoir (13) steuert und/oder regelt.
Gaskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, – das die Kontaktiereinrichtung (2) eine Eindüs- oder eine Spritzeinrichtung (26) zum Eindüsen oder Einspritzen der Flüssigkeit (4) in die Gasströmung (3) aufweist, oder – das die Kontaktiereinrichtung (2) eine Berieselungseinrichtung (24) aufweist, die eine von der Flüssigkeit (4) berieselte und von der Gasströmung (3) beaufschlagte Oberfläche aufweist.