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Gasturbinenanlage mit Verdampfungs-Innenkühlung der Gasturbine
I Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinenanlagen mit Flüssigkeitskühlung,
insbesondere Wasserkühlung der aktiven Teile der Turbine. Bei derartigen, insbesondere
mit Verdampfung des flüssigen Kühlmittels betriebenen Anlagen ist wesentlich, daß
in dem Kühlinittelkreis keine Ausscheidung von Verunreinigungen, Salzen od. dgL
eintritt, weil hierdurch sonst Verstopfungen hervorgerufen werden könnten, die die
Betriebsfähigkeit der Turbine beeinträchtigen oder die Turbine gefährden. Es ist
daher üblich, beispielsweise bei Verwendung von Wasser als Kühlmittel vollentsalztes
bzw. vollgereinigtes Wasser zu verwenden und dieses in einem geschlossenen Kreis
umzuwälzen.
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. Da im allgemeinen auch bei Anwendung eines vollständig geschlossenen
Kühlmittelkreises gewisse Kühlmittelverluste unvermeidlich sind, ergibt sich die
Notwendigkeit, bei derartigen Anlagen laufend frisches Wasser (Zusatzwasser) zuzuführen.
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,-Es ist bereits der Vorschlag bekanntgeworden, bei einer Anlage dieser
Art die Zusatzkühlwassennenge dem sekundären Kühlkreis, in dem die Verlustwärme
der, Turbine durch einen Wärmeaustauscher unter Verdampfung des Sekundärkreiswassers
übertragen wird, zu entnehmen, wobei die dem Sekundärkreis entnommene Dampfmenge
zusammen mit der sich in einem Entspannungstopf für das Turbinenkühlmittel bildenden
Dampfmenge in einem weiteren in den sekundären Kühlkreis eingeschalteten Wärmetauscher
vor der Einführung in den Primärkühlkreis der Turbine kondensiert wird. Wird für
den sekundären Kühlkreis, wie dies üblich ist, normal aufbereitetes Wasser in der
Qualität von Kesselspeisewasser verwendet, so ist die erwähnte Anordnung praktisch
nicht anwendbar, weil durch das dem Sekundärkreis entnommene Zusatzkühlwasser der
Reinheitsgrad des Turbinenkühlwassers unter Umständen in untragbarer Weise verschlechtert
und hierdurch eine Gefährdung der Turbine herbeigeführt werden könnte. Die erwähnte
Anordnung ließe sich nur verwirklichen, wenn die gesamte Wassermenge des sekundären
Kühlkreises einer Vollreinigung bzw. VoHentsalzung unterworfen würde, was jedoch
einen erheblichen, unnötigen Aufwand erfordern würde.
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Die Erfindung geht davon aus, daß dem geschlossenen Primärkühlkreis
der Gasturbine in einem von dem sekundären Kühlkreis völlig unabhängigen Kreis vollgereinigtes
bzw. vollentsalztes Kühlwasser zugesetzt wird. Wie die Erfahrungen gezeigt haben,
können sich auch in einer derartigen Anlage nach einer gewissen Betriebszeit trotz
Verwendung einer vollgereinigten Kühlflüssigkeit unter Einspeisung von ebenfalls
vollgereinigtem Zusatzwasser Verschlechterungen des Kühlwassers durch VerunreiDigungen
bemerkbar machen. Besonders ist die Gefahr vorhanden, daß schon kurzzeitige Störungen
und Unrege-lmäßigkeiten in der Reinigungsanlage für das Zusatzkühlwasser zu einer
Beeinträchtigung und Verschlechterung des Turbinenkühlwassers führen können.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung derartiger Gasturbinenanlagen
mit Verdampfungsinnenkühlung der Gasturbine durch in einem geschlossenen Kreislauf
geführtes Kühlwasser und 10bertragung der aus der Gasturbine abgeführten Wärme mittels
Wänneaustauscher an einen sekundären Wasser bzw. Dampf führenden Kreis, bei der
das Turbinenkühlmittel durch einen als Kondensator wirkenden Sammelbehälter verläuft
und letzterem über einen von dem sekundären Kühlkreis unabhängigen Speisekreis vollgereinigtes
und vollentsa17tes Kühlwasser zugeführt wird, die sich dadurch auszeichnet, daß
das vollgereinigte Zusatzkühlwasser in einem besonderen Abschlämmbehälter zunächst
durch Wärmeübertragung von dem Kühldampf verdampft wird und danach in Dampfform
dem Flüssigkeitssammelbehälter zugeführt wird, wo es wieder kondensiert wird. Die
erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht eine verbesserte Reinigung der zugeführten
Zusatzflüssigkeit ohne besonderen Wärineaufwand oder Wärineverluste und sichert
auch dann den Kühlmittelkreis gegen Verstopfungen, wenn die Auf -bereitungsanlage
für die Zusatzflüssigkeit gestört ist.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann noch weiter dadurch verbessert
werden, daß von dem dampfförmigen Turbinenkühlmittel vor dem Niederschlagen
in
dem Kühlmittelsammelbehälter eine Teilmenge entnommen und nach vorheriger Niederschlagung
z. B. in einer durch den Kühlmittelsammelbchälter geführte Rohrschlange od. dgl.
ebenfalls dem zur Reinigung des frisch zugeführten Kühlwassers dienenden Abschlämmbehälter
zugeführt wird. Durch diese Maßnahme wird während des Betriebes ständig eine gewisse
Kühlflüssigkeitsteilmenge durch Verdampfung in der zusätz:Jiehen Reinigungsvorrichtung
d. h. dem Abschlämmbehälter gereinigt. Vorteilhafterweise wird die Anlage
mit selbständigen Regeleinrichtungen versehen, um die gewünschte Wirkungsweise sicherzusteUen.
So wird man vor dem Kühlmittelsammelbehälter in den Kreis des von der Turbine kommenden
verdampften Kühlmittels, das einen zur Ausnutzung der Kühldampfwärme vorhandenen
Nutzdampferzeuger und die zur Reinigung des Zusatzwassers vorgesehene Reinigungsvorrichtung
(Abschlämmbehälter) durchströmt, ein gesteuertes Drosselventil einschalten, das
abhängig von dem Druck in dem zugleich die Kondensation des Kühldampfes ermöglichenden
Kühlmittelsammelbehälter gesteuert wird. Weiter wird erfindungsgemäß die überden
Abschlämmbehälter eingespeiste Flüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von dem Wasserstand
in dem Kühlmittelsammelbehälter geregelt. Für die Regelung des von dem Kühldampfkreis
zu dem Abschlämmbehälter abgezweigten Kühlmittelstromes ist dagegen eine Regelung
abhängig von der Flikssigkeitsspiegelhöhe in dem Abschlämmbehälter vorgesehen.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert werden, das in der Figur der Zeichnung wiedergegeben ist. Zur Vereinfachung
ist in der Zeichnung nur der Kühlkreis für eine in ihrem Läufer und gegebenenfalls
Ständer wassergekühlte Gasturbine wiedergegeben, wobei das als Kühlmittel verwendete
Wasser bei der Kühlung an den aktiven Turbinenteilen verdampft wird. 1 bedeutet
in der Figur die von der Turbine kommende Kühldampf führende Kühlmittelleitung.
Der Kühldampf wird durch das abgeschlossene Kanalsystem eines in zwei Abschnitte
2a und 2b unterteilten Nutzdampferzeugers 2 hindurchgeführt, innerhalb dessen
eine Flüssigkeit, z. B. Rohwasser für beliebige Zwecke, (Heizzwecke, gewerbliche
Zwecke od. dgl.) verdampft wird. 3 bedeutet den Kühlmittelsammelbehäller,
in dem das über die Leitung 1 zugeführte, dampfförmige Kühlmittel kondensiert.
Der Kühlmittelsammelbehälter 3 ist von einem röhrenförinigen Kanalsystern
3a durchsetzt, durch welches die zur Nutzdampferzeugung verwendete Flüssigkeit hindurchgeführt
wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, strömt diese Flüssigkeitsmenge durch die
Leitung 4 ddin Rohrkanalsystem 3a zu, worin es unter Niederschlagen des Kühldampfes
vorgewärint wird. Anschließend wird die zur Nutzdampferzeugung dienende Flüssigkeitsmenge
über die Leitung 5 den in Reihenschaltung angeordneten beiden Abschnitten 2a,
2b
des Nutzdampferzeugers zugeführt, in denen die zugeführte Flüssigkeiumenge
in Sattdampf oder bei entsprechenden Druckverhältnissen in überhitztem Dampf umgewandelt
wird. Die Verdampfung erfolgt hierbei unter entsprechendem Wärmeübergang von dem
Kühldampf, dem eine entsprechende Wärmemenge entzogen wird. Wie ohne weiteres -ersichtlich,
wird man den Dampfdruck auf der Seite des Nutzdampfes geringer halten als in dem
Kühlmittelkreis. Beispielsweise kann bei einem Dampfzustand des den Kühlkreisen
der Turbine entströmenden Dampfes -von 30 ata 280' C für den Nutzdampf
ein Zustand von 15 ata 250' C vorgesehen werden.
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Um nun dem Kühlmittelkreis eine den eintretenden Verlusten von beispielsweise
3 % entsprechende Zusatzwasserinenge zuführen zu können, ist die Zusatzwasserleitung
7 mit Regelventil 8 vorhanden. Erfindungsgemäß wird nun das gereinigte,
vollentsalzte Zusatzwasser nicht direkt dem Kühlmittelsammelbehälter 3 zugeführt,
sondern in einen Abschlämmbehälter 9 eingeleitet, der im Zuge des Kühldampfkreises
zwischen den beiden Teilen 2a, 2b des Nutzdampferzeugers eingeschaltet
ist. Zur Beheizung der Zusatzwasserrnenge wird der Kühldampf durch ein geschlossenes
Heizrohrsystern 9a hindurchgeführt. über den Dom 9b und die Rohrleitung
10 steht der Abschlämmbehälter 9 mit dem Kühlmittelsammelbehälter
3 in Verbindung. Infolge dieser Anordnung wird nun das Zusatzwasser in dem
Abschlämmbehälter 9 verdampft. Der Dampf strömt sodann dem Kühlmittelbehälter
zu, in welchem er infolge der Kühlung durch das zur Nutzdampferzeugung dienende
Wasser niedergeschlagen wird. Der Druck in dein Abschlämmbehälter entspricht dem
Druck in dem Kühlmittelsam-melbehälter. Dieser Druck wird auf einen bestimmten Wert
eingeregelt, der wesentlich unter dem Druck der Kühldarnpf führenden Teile des Kühlkreises
liegt. Die Druckregelung erfolgt selbständig mit Hilfe eines Regelventils 12, das
unter Drosselung des Dampfes eine solche Kühldampfmen-ge in den Kühlmittelsammelbehälter
übertreten läßt, daß der angestrebte Wert des Druckes gesichert ist. 13 bedeutet
noch die Kühlmittelableitung des Kühlmittelsammelbehälters, aus der das Kühlmittel
erforderlichenfalls über einen noch vorhandenen Zwischenkühler der Turbine wieder
zugeführt wird.
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Wie bereits angedeutet war, kann gemäß der weiteren Ausgestaltung
der Erfindung der zur Reinigung des zugeführten Frischwassers vorhandene Abschlämmbehälter
noch dazu verwendet werden, einen Teil des in dem geschlossenen Kühlkreis vorhandenen
Kühlmittels zu reinigen. Zu diesem Zwecke kann der Kühldampfleitung z. B. vor dem
Drosselventil 12 über die Leitung 14 eine gewisse Dampfmenge entnommen werden, die
über ein das Kondensieren ermöglichendes Wänneaustauschsystem 3b in dem Kühlmittelsammelbehälter
3 geleitet und über ein weiteres Regelventil 16 und den Leitungsabschnitt
7a der Frischwasserzuleitung dem Abschlämmbehälter 9 zugeführt wird. Wie
durch die gestrichelte Linie 17 angedeutet ist, erfolgt am zweckmäßigsten
die Steuerung des Regelventils 16 in Abhängigkeit von dem Wasserstand in
dem Abschlämmbehälter 9.
Das Regelventil 8 für die Frischwasserzufuhr
ist --
wie ebenfalls durch die gestrichelte Linie 18 angedeutet ist
- von den Flüssigkeitsspiegel in dem Kühlmittelsammelbehälter 3 abhängig.
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Wie ohne weiteres aus dem Vorstehenden hervorgeht, ermöglicht es die
erfindungsgemäße Ausbildung der Kühlmitteleinspeisung den Reinigungsgrad des zugeführten
Kühlmittels (Frischwasser) wesentlich zu erhöhen und unter Anwendung der gleichen
Mittel laufend Verunreinigungen aus dem Kühlmittelkreis durch Anwendung des Abschlämmbehälters
auszuscheiden. Der letztere ist zweckmäßigerweise mit einem Abschlärnmventil 9c
versehen, um Verunreinigungen von Zeit zu Zeit abführen zu können. Wesentlich
ist
für die erfindungsgemäße Einrichtung, daß praktisch jeder Aufwand von Energie für
die zusätzliche Reinigung entfällt. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung
ist nicht auf den Fall beschränkt, daß das Zusatzwasser vollgereinigt bzw. entsalzt
ist.