-
Gebiet der Technik
-
Diese Erfindung bezieht sich auf
eine Turbinenanlage, die mit einer Gasturbine mit einem Kompressor,
einem Kombustor bzw. einer Brennkammer und einer Turbine ausgestattet
ist, und die auch mit Kühlungsmitteln
zum Kühlen
eines Teils von Luft aus dem Kompressor und zum Zuführen derselben
zu der Turbine versehen ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf
ein Kombi-Kraftwerk, das mit der Turbinenanlage versehen ist. Außerdem bezieht
sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben der Turbinenanlage.
-
Im Hinblick auf Sparsamkeit und effiziente Nutzung
von Energieresourcen sind verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung des
Wirkungsgrads bei Kraftwerksanlagen implementiert worden. Eine der
Maßnahmen
ist der Einsatz eines Kombi-Kraftwerks, bei dem eine Gasturbine
und eine Dampfturbine kombiniert sind. In dem Kombi-Kraftwerk wird ein
Hochtemperatur-Abgas von der Gasturbine einem Abwärme-Rückgewinnungskessel
zugeführt.
In dem Abwärme-Rückgewinnungskessel
wird Dampf über
eine Heizeinheit erzeugt, und der so erzeugte Dampf wird der Dampfturbine
zugeführt,
in der der erzeugte Dampf Arbeit leistet.
-
Hochtemperatur-Komponenten, beispielsweise
Strukturen der Gasturbine und des Kombustors, sind mit verschiedenen
Kühlsystemen
hinsichtlich der Wärmebeständigkeit
versehen. Beispielsweise wird ein Fluid, das ein Teil von aus dem
Kompressor extrahierter Druckluft ist, in einem Wärmetauscher
gekühlt,
und das gekühlte
Fluid wird als Kühlmedium
für die
Struktur, beispielsweise einen Turbinenrotor, eingesetzt. In diesem
Fall war ein Kühlmedium,
das im Wärmetauscher
zum Kühlen
der extrahierten Luft verwendet wurde, ein Nieder druck-Speisewasser
innerhalb des Kraftwerks oder Kühlwasser für Lager.
-
Der Kombustor wurde entsprechend
der Erhöhung
der Verbrennungstemperatur in den vergangenen Jahren mit Dampf gekühlt. Auch
hinsichtlich eines Kombi-Kraftwerks besteht ein Plan, eine Dampfturbine
in Kombination mit einer Gasturbine zu verwenden, wobei eine Hochtemperatur-Komponente,
beispielsweise ein Kombustor, durch Dampf gekühlt wird, um dadurch ein Kraftwerk
mit hohem Wirkungsgrad aufzubauen. Beispielsweise wird Dampf von
einem Abwärme-Rückgewinnungskessel
(Zwischendruckdampf) zu einem Kombustor umgeleitet, wodurch dem
Kombustor Kühldampf
zugeführt
wird, dessen Menge auf der Basis der Temperatur, des Drucks etc.
eingestellt bzw. angepasst wird, um dem Kombustor eine gewünschte Kühldampfmenge
zuführen
zu können.
-
Bei einer herkömmlichen Gasturbinenanlage ist
die Kühlkapazität des Wärmetauschers,
der als ein Teil von Druckluft extrahiertes Fluid kühlt, im
Hinblick auf die Kühlung
des Turbinenrotors etc. während
eines Normalbetriebs gestaltet worden. Dabei ergab sich das Problem,
dass die Temperatur des vom Wärmetauscher
gekühlten
Fluids während
eines lastfreien Betriebs oder dergleichen zu niedrig wird. Falls
die Temperatur des Fluids zu niedrig ist, besteht die Möglichkeit,
dass Feuchtigkeit in der extrahierten Druckluft Tau bildet, der
in der Rohrleitung verbleibt, oder dass sich Dunst zum Turbinenrotor
hin verteilt.
-
Die vorliegende Erfindung ist angesichts
der obigen Umstände
getätigt
worden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Turbinenanlage mit einem Kühlungsmittel,
das frei von einer Überkühlung eines
als Teil von Druckluft extrahierten Fluids ist, ein mit der Turbinenanlage
versehenes Kombi-Kraftwerk sowie ein Turbinen-Betriebsverfahren bereitzustellen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Eine Turbinenanlage der vorliegenden
Erfindung ist ausgestattet mit: einer Gasturbine mit einem Kompressor,
einem Kombustor/einer Brennkammer und einer Turbine, Kühlungsmitteln
zum Einlassen eines Fluids, das Teil von aus dem Kompressor extrahierter
Druckluft ist, und zum Kühlen
des Fluids durch Wärmeaustausch,
damit das gekühlte
Fluid in die Turbine der Gasturbine eingeleitet wird, und Temperatursteuermitteln
zum Steuern des Fluids an einer Auslassseite des Kühlungsmittels
auf eine vorbestimmte Temperatur oder höher. Somit bildet Feuchtigkeit
keinen Tau an der Auslassseite des Kühlungsmittels. Infolgedessen
kann eine Turbinenanlage gebaut werden, die mit dem Kühlungsmittel
versehen ist, das frei von Überkühlung des
als Teil von Druckluft extrahierten Fluids ist. Infolgedessen werden
die Situationen vermieden, dass gebildeter Tau in einer Rohrleitung
verbleibt, um Rost zu verursachen, und dass sich Dunst über die
Turbine verteilt und an dieser haftet, wodurch Komponenten der Turbine
infolge von Wärmebeanspruchung
beschädigt
werden.
-
Ferner ist die Turbinenanlage der
vorliegenden Erfindung ausgestattet mit: einer Gasturbine mit einem
Kompressor, einem Kombustor/einer Brennkammer und einer Turbine,
Dampf-Kühlungsmitteln zum
Einleiten von Kühldampf
in den Kombustor zum Durchführen
einer Kühlung,
Kühlungsmitteln
zum Einlassen eines Fluids, das Teil von aus dem Kompressor extrahierter
Druckluft ist, und zum Kühlen des
Fluids durch Wärmeaustausch,
damit das gekühlte
Fluid in die Turbine der Gasturbine eingeleitet wird, und Temperatursteuermitteln
zum Steuern des Fluids an einer Auslassseite des Kühlungsmittels
auf eine vorbestimmte Temperatur oder höher. Somit bildet Feuchtigkeit
oder Dampf keinen Tau an der Auslassseite des Kühlungsmittels. Infolgedessen
kann eine Turbinenanlage, die mit dem Kühlungsmittel versehen ist,
das frei von Überkühlung des
als Teil von Druckluft extrahierten Fluids ist, und ein Kombi-Kraftwerk,
das mit der Turbinenanlage ausgestattet ist, gebaut werden. Infolgedessen
werden die Situationen vermieden, bei denen gebildeter Tau in einer Rohrleitung
verbleibt, um Rost zu verursachen und dass sich Dunst über die
Turbine verteilt und an dieser haftet, wodurch Komponenten der Turbine
infolge von Wärmebeanspruchung beschädigt werden.
-
In der Turbinenanlage nach Anspruch
1 oder 2 umfasst das Temperatursteuermittel einen Bypass-Weg zum
Umleiten des in das Kühlungsmittel einzuleitenden
Fluids zu der Auslassseite des Kühlungsmittels
sowie Strömungssteuermitteln
zum Steuern einer Strömungsrate
des Bypass-Wegs. Somit ermöglicht
eine einfache Steuerung, dass die Temperatur am Auslass des Kühlungsmittels
fehlerfrei gesteuert wird.
-
In der Turbinenanlage nach Anspruch
3 ist ein Temperatur-Erfassungsmittel zum Erfassen der Temperatur
des Fluids an der Auslassseite des Kühlungsmittels vorgesehen, und
das Temperatursteuermittel hat eine Funktion des Steuerns der Strömungsrate
des Bypass-Wegs durch Steuern des Strömungssteuermittels gemäß einem
Erfassungszustand des Temperaturerfassungsmittels. Somit kann die
Temperatur am Auslass des Kühlungsmittels
fehlerfrei gesteuert werden. In der Turbinenanlage nach Anspruch
3 speichert außerdem
das Temperatursteuermittel vorab die Strömungsrate des Bypass-Wegs entsprechend
einem Arbeitsablaufplan der Gasturbine und verfügt über eine Funktion des Steuerns
des Strömungssteuermittels
gemäß dem Arbeitsablaufplan
der Gasturbine. Somit ermöglicht eine
einfache Steuerung, dass die Temperatur am Auslass des Kühlungsmittels
fehlerfrei gesteuert wird.
-
In der Turbinenanlage nach Anspruch
1 oder 2 besteht das Temperatursteuermittel aus mehreren Gebläsen zum
Kühlen
des durch das Kühlungsmittel strömenden Fluids
durch Luftkühlung.
Somit kann die Temperatur am Auslass des Kühlungsmittels durch einfache
Instrumente fehlerfrei gesteuert werden.
-
In der Turbinenanlage nach Anspruch
6 ist ein Temperatur-Erfassungsmittel zum Erfassen der Temperatur
des Fluids an der Auslassseite des Kühlungsmittels vorgesehen, und
das Temperatursteuermittel hat eine Funktion des Steuerns der Anzahl
der gemäß einem
Erfassungszustand des Temperaturerfassungsmittels betriebenen Gebläse. Somit
kann die Temperatur am Auslass des Kühlungsmittel zuverlässig und
fehlerfrei gesteuert werden. In der Turbinenanlage nach Anspruch
6 speichert außerdem das
Temperatursteuermittel vorab die Anzahl der betriebenen Gebläse, die
mit einem Arbeitsablaufplan der Gasturbine übereinstimmt, und verfügt über eine Funktion
des Steuerns der Anzahl der gemäß dem Arbeitsablaufplan
der Gasturbine betriebenen Gebläse.
Somit ermöglicht
eine einfache Steuerung, dass die Temperatur am Auslass des Kühlungsmittels
fehlerfrei gesteuert wird.
-
In der Turbinenanlage nach einem
der Ansprüche
1 bis 8 hat das Temperatursteuermittel die Funktion des Steuerns
der Temperatur des Fluids an der Auslassseite auf eine höhere Temperatur
als der Taupunkt gemäß einem
Betriebszustand der Gasturbine. Damit kann eine Taubildung zuverlässig eliminiert
werden. In der Turbinenanlage nach Anspruch 9 ist der Betriebszustand
der Gasturbine ein Feuchtigkeitszustand des in das Kühlungsmittel
einzuleitenden Fluids. In der Turbinenanlage nach Anspruch 9 ist
der Betriebsstatus der Gasturbine die Temperatur von dem Kompressor
zuzuführender
Luft. In der Turbinenanlage nach Anspruch 9 ist der Betriebszustand
der Gasturbine eine Last auf die Gasturbine. Somit kann eine Temperatursteuerung
an der Auslassseite fehlerfrei durchgeführt werden.
-
Das Kombi-Kraftwerk der vorliegenden
Erfindung umfasst die Turbinenanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis
12, einen Abwärme-Rückgewinnungskessel
zum Zurückgewinnen
von Abwärme
der Gasturbine der Turbinenanlage und zum Erzeugen von Dampf, eine
den von dem Abwärme-Rückgewinnungskessel
als Energiequelle erzeugten Dampf verwendende Dampfturbine, und
Kondensiermittel zum Kondensieren von abgelassenem Dampf der Dampfturbine
und zum Zuführen
von Kondensatwasser zum Abwärme-Rückgewinnungskessel.
Damit kann eine Kraftwerksanlage gebaut werden, die mit der Turbinenanlage
ausgestattet ist, welche frei von Taubildung aus Feuchtigkeit an
der Auslassseite des Kühlungsmittels
ist. Infolgedessen ist es möglich, eine
Kraftwerksanlage bereitzustellen, die mit einer Turbinenanlage mit
Kühlungsmitteln
ausgestattet ist, welche frei von einer Überkühlung des als Teil von Druckluft
extrahierten Fluids ist. Infolgedessen werden die Situationen vermieden,
dass gebildeter Tau in der Rohrleitung verbleibt, um Rost zu verursachen, und
dass sich Dunst über
die Turbine verteilt und an dieser haftet, wodurch Komponenten der
Turbine infolge von Wärmebeanspruchung
beschädigt
werden.
-
Darüberhinaus umfasst das Kombi-Kraftwerk
der vorliegenden Erfindung die Turbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis
12 einen Abwärme-Rückgewinnungskessel
zum Zurückgewinnen von
Abwärme
der Gasturbine der Turbinenanlage und zum Erzeugen von Dampf, Dampf-Kühlungsmittel
zum Einleiten eines Teils des von dem Abwärme-Rückgewinnungskessel erzeugten
Dampfes in den Kombustor zum Durchführen einer Kühlung, eine den
von dem Abwärme-Rückgewinnungskessel
als Energiequelle erzeugten Dampf verwendende Dampfturbine, und
Kondensiermittel zum Kondensieren von abgelassenem Dampf der Dampfturbine
und zum Zuführen
von Kondensatwasser zum Abwärme-Rückgewinnungskessel.
Somit kann eine Kraftwerksanlage hergestellt werden, die mit der
Turbinenanlage ausgestattet ist, welche frei von Taubildung aus
Feuchtigkeit oder Dampf an der Auslassseite des Kühlungsmittels
ist. Infolgedessen ist es möglich,
eine Kraftwerksanlage bereitzustellen, die mit einer Turbinenanlage
mit Kühlungsmitteln
ausgestattet ist, welche frei von einer Überkühlung des als Teil von Druckluft
extrahierten Fluids ist. Infolgedessen werden die Situationen vermieden,
bei denen gebildeter Tau in der Rohrleitung verbleibt, um Rost zu verursachen,
und dass sich Dunst über
die Turbine verteilt und an dieser haftet, wodurch Komponenten der
Turbine infolge von Wärmebeanspruchung
beschädigt
werden.
-
Ein Turbinenbetriebsverfahren der
vorliegenden Erfindung umfasst: Kühlen eines Teils von Druckluft
von einem Kompressor derart, dass eine Temperatur desselben nach
der Kühlung
eine vorbestimmte Temperatur ist, die höher als ein Taupunkt ist, oder eine
höhere
Temperatur als die vorbestimmte Temperatur ist, und Einleiten eines
Kühlfluids,
das auf die vorbestimmte Temperatur oder eine höhere Temperatur gesteuert wird,
in eine Turbine. Somit bildet Feuchtigkeit nach der Abkühlung keinen
Tau. Infolgedessen werden die Situationen vermieden, bei denen gebildeter
Tau in der Rohrleitung verbleibt, um Rost zu verursachen, und dass
sich Dunst über
die Turbine verteilt und an dieser haftet, wodurch Komponenten der
Turbine infolge von Wärmebeanspruchung beschädigt werden.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Es zeigen:
-
1 ein
schematisches Systemdiagramm einer Kombi-Kraftwerksanlage, die mit einer Turbinenanlage
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist,
-
2 eine
graphische Darstellung von Änderungen
einer Last auf die Turbinenanlage im Zeitverlauf,
-
3 eine
graphische Darstellung von Änderungen
der Kühlwassermenge
im Zeitverlauf,
-
4 eine
graphische Darstellung von Änderungen
der Auslasstemperatur des Kühlungsmittels
im Zeitverlauf,
-
5 ein
schematisches Systemdiagramm einer Kombi-Kraftwerksanlage, die mit einer Turbinenanlage
gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ausgestattet ist,
-
6 eine
graphische Darstellung von Änderungen
des Zustands von Kühlgebläsen im Zeitverlauf,
-
7 ein
schematisches Systemdiagramm einer Kombi-Kraftwerksanlage, die mit einer Turbinenanlage
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist,
-
8 ein
schematisches Systemdiagramm einer Kombi-Kraftwerksanlage, die mit einer Turbinenanlage
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist,
-
9 eine
Tabelle zur Darstellung eines Beispiels der Taupunkt-Temperatur,
-
10 eine
Tabelle zur Darstellung eines weiteren Beispiels der Taupunkt-Temperatur,
-
11 ein
schematisches Systemdiagramm einer Kombi-Kraftwerksanlage, die mit einer Turbinenanlage
gemäß einer fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist,
-
12 eine
graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Anzahl der betriebenen
Kühlgebläse und der
Auslasstemperatur des Kühlungsmittels
gegenüber
der Last,
-
13 ein
schematisches Systemdiagramm einer Kombi-Kraftwerksanlage, die mit einer Turbinenanlage
gemäß einer
sechsten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, und
-
14 eine
graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Bypass-Strömungsrate
und der Auslasstemperatur des Kühlungsmittels
gegenüber
der Last.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen in näheren
Einzelheiten beschrieben.
-
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird auf der Basis der 1 bis 4 beschrieben.
-
Wie in 1 gezeigt
ist, ist eine Gasturbine 4 mit einem Kompressor 1,
einem Kombustor bzw. einer Brennkammer 2 und einer Turbine 3 vorgesehen, und
ein Generator 5 ist koaxial in der Gasturbine 4 vorgesehen.
Abgas G aus der Gasturbine 4 wird einem Abwärme-Rückgewinnungskessel 6 zugeführt. In
dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 6 wird Dampf
durch das Abgas G über
eine Heizeinheit (nicht dargestellt) erzeugt.
-
Der in dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 6 erzeugte
Dampf wird einer Dampfturbine 7 zugeführt, in der er Arbeit verrichtet.
Aus der Dampfturbine 7 ausgetragener Dampf wird durch einen
Kondensor 8 kondensiert, und Kondensatwasser wird dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 6 durch
eine Wasserzuführpumpe
(Kondensiermittel) zugeführt. Unter
den Bezugsziffern in der Zeichnung bezeichnet 10 einen
mit der Dampfturbine 7 verbundenen Generator.
-
Andererseits wird ein Fluid, das
ein Teil der Druckluft ist, die von Druckluft in dem Kompressor 1 der
Gasturbine 4 extrahierten ist, in einen TCA-Kühler 12 als
Kühlungsmittel über einen
Extraktionsweg 11 eingeleitet. Das Fluid, das als Teil
von Druckluft extrahiert wurde, wird in dem TCA-Kühler 12 gekühlt, und
das gekühlte
Fluid wird über
einen Kühlweg 13 in die
Turbine 3 zum Kühlen
von Schaufel und Rotor etc. der Turbine 3 eingeleitet.
Der TCA-Kühler 12 wird mit
Kühlwasser
versorgt, das im System zur Verwendung als Kühlmedium vorhanden ist (beispielsweise Kühlwasser
für Lagerungen).
Der Kombustor 2 wird mit Kühldampf aus dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 6 versorgt.
-
Die Menge an dem TCA-Kühler 12 zuzuführendem
Kühlwasser
kann durch ein Strömungssteuermittel 14 eingestellt
bzw. angepasst werden, und die Strömungsrate in dem Strömungssteuermittel 14 wird
durch ein Steuermittel 15 so gesteuert, dass die Temperatur
des gekühlten
Fluids an der Auslassseite des TCA-Kühlers 12 auf eine
vorbestimmte Temperatur oder eine höhere Temperatur gesteuert wird
(Temperatursteuermittel).
-
Eine Einlass-Lufttemperatur T1 des
Kompressors 1, ein Auslassdruck P des Kompressors 1, eine
Fluidtemperatur TE des Kühlwegs 13 (Temperaturerfassungsmittel)
und eine Last MW auf die Gasturbine 4 werden in das Steuermittel 15 eingegeben. Basierend
auf diesen Informationen (Betriebszustand der Gasturbine 4)
wird die Fluidtemperatur TE des Kühlwegs 13 auf eine
höhere
Temperatur als der Taupunkt gesteuert. Dem Kombustor 2 zugeführter Kühldampf
entweicht und vermischt sich teilweise mit Kühlluft (aus dem Kompressor 1 extrahierte
Luft). Unter Berücksichtigung
ihrer Durchmischungsmenge (Feuchtigkeitszustand des Fluids) wird
die Fluidtemperatur TE des Kühlwegs 13 auf
die Temperatur gesteuert, die höher
als der Taupunkt liegt.
-
Wie oben festgestellt wurde, wird
die Fluidtemperatur TE des Kühlwegs 13 auf
die höhere
Temperatur als der Taupunkt gesteuert. Es ist beispielsweise aber
auch möglich,
eine Temperatur als einen Schwellenwert einzustellen, bei der eine
Taubildung unabhängig
vom Feuchtigkeitsgehaltzustand oder dem Lastzustand nicht auftritt,
und das Strömungssteuermittel 14 so
zu steuern, dass die Fluidtemperatur TE des Kühlwegs 13 nicht unter
den Schwellenwert fällt.
-
Wie oben beschrieben wurde, steuert
die Turbinenanlage die Fluidtemperatur TE des Kühlwegs 13 an der Auslassseite
des TCA-Kühlers 12 auf die
höhere
Temperatur als der Taupunkt. Somit bildet in dem Fluid enthaltene
Feuchtigkeit oder Dampf keinen Tau in der Rohrleitung des Kühlwegs 13.
Falls Dampf zum Kühlen
des Kombustors 2 entweicht und sich mit der Kühlluft vermischt,
steigt insbesondere die Taupunkttemperatur zur Taubildung im Kühler 13 an
und begünstigt
eine Taubildung. In diesem Fall wird in Erwartung dieser Erscheinung
die Fluidtemperatur TE des Kühlwegs 13 auf
eine noch höhere Temperatur
gesteuert, wodurch eine Taubildung aus Feuchtigkeit zuverlässig eliminiert
werden kann.
-
Somit kann eine Turbinenanlage mit
dem TCA-Kühler 12,
der frei von Überkühlung des
als Teil der Druckluft extrahierten Fluids ist, und eine Kombi-Kraftwerksanlage,
die mit dieser Turbinenanlage ausgestattet ist, bereitgestellt werden.
Infolgedessen besteht die Möglichkeit
nicht mehr, dass gebildeter Tau in der Rohrleitung verbleibt und
Rost verursacht. Es besteht auch keine Möglichkeit mehr, dass sich Dunst über die
Turbine 3 verteilt und daran haftet, wodurch die Komponenten
der Turbine 3 infolge Wärmebeanspruchung
beschädigt
werden.
-
Im folgenden wird eine Steuerung
der Fluidtemperatur in dem Kühlweg 13 auf
der Basis der 2 bis 4 konkret erläutert.
-
Wie in 2 gezeigt
ist, nimmt die Last auf die Gasturbine 4 vom Betriebsstart
an zu, und der Betrieb setzt sich unter einer vorbestimmten Last während eines
Soll-Betriebs fort. Wie in 3 gezeigt
ist, wird während
dieses Zeitraums die Menge an dem TCA-Kühler 12 zugeführtem Kühlwasser
gemäß der Last
bei Soll-Betrieb eingestellt, und Kühlwasser wird mit der eingestellten
Strömungsrate
zur Kühlung
des in den Kühlweg 13 eingespeisten
Fluids zugeführt.
Wenn die Last auf die Gasturbine 4 reduziert wird, beispielsweise
durch Anhalten des Betriebs gemäß 2 (wie in der Zeichnung
durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, und die Drehgeschwindigkeit
nach Abnahme der Last z.B mit einer Zeitverzögerung abnimmt), wird die Menge
an dem TCA-Kühler 12 zugeführtem Kühlwasser
verringert.
-
Durch Anpassen bzw. Einstellen der
dem TCA-Kühler 12 in
Reaktion auf die Belastung der Gasturbine 4 zugeführten Kühlwassers
fällt die
Temperatur des in den Kühlweg 13 eingespeisten
Fluids nicht unter den Taupunkt T, wie durch eine durchgezogene
Linie in 4 gezeigt ist.
Falls die Kühlwassermenge
nicht verringert wird, nachdem die Last auf die Gasturbine 4 abnimmt,
fällt die
Temperatur des in den Kühlweg 13 eingespeisten
Fluids unter den Taupunkt T, wie durch eine gestrichelte Linie in 4 gezeigt ist.
-
In der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform
wird eine Steuerung der Temperatur des in den Kühlweg 13 eingespeisten
Fluids durch Anpassen der Kühlwassermenge
vorgenommen, wobei das Kühlmedium
des TCA-Kühlers 12 als
Kühlwasser verwendet
wird. Wie in 5 gezeigt
ist, kann die Steuerung der Temperatur des in den Kühlweg 13 eingespeisten
Fluids aber auch durch Luftkühlung mittels
mehrerer Gebläse
vorgenommen werden.
-
Das heißt, dass gemäß 5 der TCA-Kühler 12 so
aufgebaut ist, dass das Fluid als Teil der extrahierten Druckluft
durch drei Kühlgebläse 21 gekühlt wird.
In diesem Fall kann statt einer Steuerung zur Verringerung der Kühlwassermenge
nach einem Lastabfall an der Gasturbine 4 die Steuerung
der Temperatur des in den Kühlweg 13 eingespeisten Fluids
durch Verringerung der Anzahl der betriebenen Kühlgebläse 21 von drei auf
zwei vorgenommen werden, wie durch eine durchgezogene Linie in 6 dargestellt ist, oder
durch Senken der Drehgeschwindigkeit der Gebläse, wie durch eine gestrichelte
Linie in 7 dargestellt
ist.
-
Andere Beispiele des Temperatursteuermittels
zum Kühlen
von Luft werden auf der Basis der 7 und 8 erläutert. Die gleichen Elemente
wie die in 1 gezeigten
Elemente werden mit den gleichen Bezugsziffern und Symbolen wie
in 1 versehen, und wiederholte
Erläuterungen
fallen weg.
-
Wie in 7 gezeigt
ist (dritte Ausführungsform),
ist ein Bypass-Weg 31 als Verzweigung von dem Extraktionsweg 11 vorgesehen,
und der Bypass-Weg 31 ist mit der Auslassseite des TCA-Kühlers 12 verbunden
(Kühlweg 13).
Ein Ein-/Aus-Ventil 32 ist
als Strömungssteuermittel
im Bypass-Weg 31 vorgesehen, und das Ein-/Aus-Ventil 32 wird
so gesteuert, dass es durch den Befehl des Steuermittels 15 geöffnet oder
geschlossen wird. Das in 1 gezeigte
Strömungssteuermittel 14 ist
nicht vorgesehen, und der TCA-Kühler 12 ist
so konfiguriert, dass er in einem konstanten Zustand (mit in konstanter Menge
zugeführtem
Kühlwasser
oder dergleichen) das Fluid (Luft) von dem Extraktionsweg 11 kühlt. Somit
wird durch Steuern des Ein-/Aus-Ventils 32 die Hochtemperaturluft
von dem Bypass-Weg 31 mit Niedertemperaturluft am Auslass
des TCA-Kühlers 12 vermischt,
wodurch die Fluidtemperatur TE des Kühlwegs 13 auf die
gewünschte
Temperatur gesteuert wird. Aufgrund dieser Konfiguration wird durch
eine einfache Steuerung ermöglicht,
dass die Temperatur am Auslass des TCA-Kühlers 12 fehlerfrei
gesteuert wird.
-
Das in 8 gezeigte
Temperatursteuermittel (vierte Ausführungsform) ist so konfiguriert,
dass es statt des Ein-/Aus-Ventils 32 ein Dreiwegeventil 33 als
Strömungssteuermittel
an der Verbindungsstelle (dem Zusammenfluss) zwischen dem Bypass-Weg 31 und
dem Kühlweg 13 aufweist.
Das Dreiwegeventil 33 wird durch den Befehl des Steuermittels 15 gesteuert.
Infolgedessen wird Hochtemperaturluft von dem Bypass-Weg 31 und
Niedertemperaturluft am Auslass des TCA-Kühlers 12 in geeigneten
Verhältnissen
vermischt, wodurch die Fluidtemperatur TE des Kühlwegs 13 auf die
gewünschte
Temperatur gesteuert wird. Aufgrund dieser Konfiguration kann durch
eine einfache Steuerung die Temperatur am Auslass des TCA-Kühlers 12 fehlerfrei
gesteuert werden.
-
Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 wird ein Beispiel der Taupunkt-Temperatur
basierend auf dem Betriebszustand bei Abwesenheit oder Vorhandensein
von Dampfleckage beschrieben. 9 zeigt
einen Fall, bei dem die Einlasstemperatur des Kompressors 1 30°C oder 20°C bei nicht
vorhandener Dampfleckage beträgt. 10 zeigt einen Fall, bei
dem die Einlasstemperatur des Kompressors 1 30°C oder 20°C bei vorhandenem
Dampfleck von 50 beträgt.
Der Lastzustand bei jeder Temperatur ist entweder lastfrei oder
100%, und das Verhältnis
der Auslassdrücke
des Kompressors 1 bei Lastfreiheit und unter 100%iger Last
beträgt
1 : 1,6.
-
Wie in 9 gezeigt
ist, beträgt
die Taupunkt-Temperatur, falls kein Dampf zum Kühlen des Kombustors entweicht,
77°C bei
Lastfreiheit und 88°C
unter einer Last von 100%, wenn die Einlasstemperatur des Kompressors 1 30°C beträgt, während die
Taupunkt-Temperatur 63°C
bei Lastfreiheit und 73°C
unter einer Last von 100 beträgt,
wenn die Einlasstemperatur des Kompressors 1 20°C beträgt. Somit
ist die Taupunkt-Temperatur umso höher, je höher die Einlasstemperatur des
Kompressors 1 und je höher
die Last ist. Gemäß diesem
Zustand wird eine Steuerung der Kühlwassermenge so ausgeführt, dass
die Kühlwassermenge
verringert wird, wenn die Einlasstemperatur des Kompressors 1 und
die Last hoch werden. Auf diese Weise kann eine Steuerung der Taupunkt-Temperatur fehlerfrei
ausgeführt
werden.
-
Wie in 10 gezeigt
ist, beträgt
die Taupunkt-Temperatur, falls das Entweichen von Dampf für die Kühlung des
Kombustors auf 50 eingestellt ist (normalerweise beträgt die Dampfleckage
zur Kombustorkühlung
1% oder weniger), 97°C
bei Lastfreiheit und 110°C
unter einer Last von 100%, wenn die Einlasstemperatur des Kompressors
1 30°C beträgt, während die
Taupunkt-Temperatur bei Lastfreiheit 91°C beträgt, und 103°C unter einer Last von 100, wenn
die Einlasstemperatur des Kompressors 1 20°C beträgt. Somit
ist die Taupunkt-Temperatur umso höher, je höher die Einlasstemperatur des Kompressors 1 und
je höher
die Last ist. Falls Dampf enthalten ist, ist die Taupunkt-Temperatur
absolut noch höher.
Gemäß diesem
Zustand wird eine Steuerung der Kühlwassermenge so vorgenommen,
dass die Kühlwassermenge
verringert wird, wenn die Einlasstemperatur des Kompressors 1 zunimmt
und die Last zunimmt. Auf diese Weise kann eine Steuerung der Taupunkt-Temperatur fehlerfrei
ausgeführt
werden.
-
Die vorangehenden Ausführungsformen
sind beispielsweise mit Bezug auf die Turbinenanlage beschrieben
worden, bei der Kühldampf
dem Kombustor 2 zugeführt
wird, wobei dieser Dampf der extrahierten Luft beigemengt werden
kann. Die vorliegende Erfindung ist aber auch auf eine Turbinenanlage anwendbar,
bei der Kühldampf
nicht zugeführt
wird und der Dampf nicht der extrahierten Luft beigemengt wird,
und es auch möglich
ist, eine Taubildung durch Ableiten der Taupunkt-Temperatur in Reaktion
auf Feuchtigkeit oder dergleichen zu eliminieren.
-
Im folgenden wird die fünfte Ausführungsform
basierend auf 11 beschrieben.
Die gleichen Elemente wie in der Konfiguration der zweiten Ausführungsform
gemäß 5 werden mit den gleichen Bezugsziffern
und Symbolen wie in 5 versehen, und
eine Wiederholung der Erläuterung
fällt weg.
-
In der in 11 gezeigten Anlage ist bzw, wird die
Anzahl der in Betrieb befindlichen Kühlgebläse 21 gemäß dem Arbeitsablaufplan
der Gasturbine 4 im Steuermittel 15 vorab gespeichert.
Das heißt, dass
gemäß 12 die Anzahl der betriebenen Kühlgebläse 21 in
Bezug auf die Last entsprechend dem Arbeitsablaufplan so eingestellt
wird, dass die Anzahl der betriebenen Kühlgebläse bei niedriger Last auf zwei
eingestellt wird, während
die Anzahl der betriebenen Kühlgebläse 21 auf
drei eingestellt wird, wenn die Last etwas höher ist.
-
Eine Last MW auf die Gasturbine 4 wird
in das Steuermittel 15 eingegeben, und eine vorbestimmte
Anzahl der Kühlgebläse 21 wird
in Reaktion auf Laständerungen
betrieben (Arbeitsablaufplan).
-
Somit wird, wenn die Last niedrig
ist, das Fluid (Luft) aus dem Extraktionsweg 11 durch zwei
der Kühlgebläse 21 gekühlt, um
die Fluidtemperatur des Kühlwegs 13 auf
die gewünschte
Temperatur zu steuern. Wenn die Fluidtemperatur des Kühlwegs 13 ansteigt,
wird die Anzahl der betriebenen Kühlgebläse 21 auf drei geändert. Das
Fluid (die Luft) aus dem Extraktionsweg 11 wird durch die
drei Kühlgebläse 21 gekühlt, so
dass die Fluidtemperatur des Kühlwegs 13 auf
die gewünschte
Temperatur gesteuert wird. Somit kann durch eine einfache Steuerung
die Temperatur am Auslass des TCA-Kühlers 12 fehlerfrei gesteuert
werden, und zwar ohne Verwendung einer auf einer Temperaturerfassung
durch ein Thermoelement oder dergleichen basierenden Temperatursteuerung.
-
Somit kann eine Turbinenanlage mit
dem TCA-Kühler 12,
der frei von einer Überkühlung des als
Teil der Druckluft extrahierten Fluids ist, sowie ein Kombi-Kraftwerk,
das mit dieser Turbinenanlage ausgestattet ist, bereitgestellt werden.
Infolgedessen besteht keine Möglichkeit
mehr, dass gebildeter Tau in der Rohrleitung verbleibt und Rost
verursacht. Es ist auch nicht mehr möglich, dass sich Dunst über die Turbine 3 verteilt
und daran haftet, wodurch die Komponenten der Turbine 3 infolge
von Wärmebeanspruchung
beschädigt
werden.
-
Im folgenden wird die fünfte Ausführungsform
basierend auf 13 beschrieben.
Die gleichen Elemente wie in der Konfiguration der dritten Ausführungsform
gemäß 7 werden mit den gleichen
Bezugsziffern und Symbolen wie in 7 versehen, und
eine wiederholte Erläuterung
fällt weg.
In der in 13 gezeigten
Anlage wird die Strömungsrate
des Bypass-Wegs 32 gemäß dem Arbeitsablaufplan
der Gasturbine 4 in dem Steuermittel 15 vorab
gespeichert. Das heißt,
dass gemäß 14 die Strömungsrate
des Bypass-Wegs 32 in
Bezug auf die Last entsprechend dem Arbeitsablaufplan derart eingestellt wird,
dass die Strömungsrate
des Bypass-Wegs 32 bei einer geringen Last höher eingestellt
wird, während
die Strömungsrate
des Bypass-Wegs 32 bei zunehmender Last allmählich verringert
wird.
-
Eine Last MW auf die Gasturbine 4 wird
in das Steuermittel 15 eingegeben und ein Steuerventil 32 wird
so gesteuert, dass die Strömungsrate
des Bypass-Wegs 32 in Reaktion auf Änderungen der Last zu einer
vorbestimmten Strömungsrate
wird (Arbeitsablaufplan).
-
Somit wird, wenn die Last niedrig
ist, das Hochtemperaturfluid (Luft) aus dem Extraktionsweg 11 in
großer
Menge am Auslass des TCA-Kühlers 12 eingemischt,
wodurch die Fluidtemperatur des Kühlwegs 13 auf die
gewünschte
Temperatur gesteuert wird. Wenn die Last zunimmt, um die Fluidtemperatur des
Kühlwegs 13 anzuheben,
wird die Gesamtmenge des Hochtemperaturfluids (Luft) aus dem Extraktionsweg 11 dem
TCA-Kühler 12 zugeführt, so
dass die Fluidtemperatur des Kühlwegs 13 auf
die gewünschte
Temperatur gesteuert wird. Somit kann durch eine einfache Steuerung
die Temperatur am Auslass des TCA-Kühlers 12 ohne Einsatz
einer auf einer Temperaturerfassung durch ein Thermoelement oder
dergleichen basierenden Temperatursteuerung fehlerfrei gesteuert
werden.
-
Somit kann eine Turbinenanlage mit
dem TCA-Kühler 12,
der frei von Überkühlung des
als Teil der Druckluft extrahierten Fluids ist, und eine Kombi-Kraftwerksanlage,
die mit dieser Turbinenanlage ausgestattet ist, bereitgestellt werden.
Infolgedessen besteht keine Möglichkeit
mehr, dass gebildeter Tau in der Rohrleitung verbleibt und Rost
verursacht. Es besteht auch keine Möglichkeit mehr, dass sich Dunst über die
Turbine 3 verteilt und daran haftet, wodurch die Komponenten
der Turbine 3 infolge Wärmebeanspruchung
beschädigt
werden.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Wie oben beschrieben wurde, wird
eine Turbinenanlage bereitgestellt, bei der ein Teil der Druckluft
gekühlt
wird und in die Gasturbine eingeleitet wird, wobei ihre Temperatur
nach der Kühlung über den
Taupunkt angehoben wird. Somit ist die Turbinenanlage frei vor Überkühlung des
als Teil der Druckluft extrahierten Fluids. Infolgedessen besteht die
Möglichkeit
nicht mehr, dass gebildeter Tau in der Rohrleitung an der Auslassseite
der TCA-Kühlers verbleibt
und Rost verursacht. Es besteht auch keine Möglichkeit mehr, dass sich Dunst über die
Turbine verteilt und an dieser haftet, wodurch die Komponenten der
Turbine infolge Wärmebeanspruchung
beschädigt
werden.
-
Zusammenfassung
-
TURBINENANLAGE UND KOMBIKRAFTWERK
SOWIE TURBINEN-
-
BETRIEBSVERFAHREN
-
Eine Turbinenanlage ist mit einer
Gasturbine 4 ausgestattet, umfassend: einen Kompressor 1, eine
Brennkammer 2 und eine Turbine 3; einen TCA-Kühler 12 zum
Einleiten eines Fluids, das ein Teil der aus dem Kompressor 1 extrahierten
Druckluft ist, und zum Kühlen
des Fluids durch Wärmeaustausch,
um das gekühlte
Fluid in die Turbine 3 der Gasturbine 4 einzuleiten;
und Temperatursteuermittel 15 zum Steuern des Fluids an
der Auslassseite des TCA-Kühlers 12 auf
eine höhere
Temperatur als den Taupunkt. Die Turbinenanlage eliminiert eine
Taubildung von Feuchtigkeit oder Dampf an der Auslassseite des TCA-Kühlers 12 und
hält den
TCA-Kühler 12 von
einer Überkühlung des
als Teil der Druckluft extrahierten Fluids frei.
(1)