DE1186274B - Gasturbinenanlage mit Verdampfungs-Innenkuehlung der Gasturbine - Google Patents

Gasturbinenanlage mit Verdampfungs-Innenkuehlung der Gasturbine

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DE1186274B
DE1186274B DES66700A DES0066700A DE1186274B DE 1186274 B DE1186274 B DE 1186274B DE S66700 A DES66700 A DE S66700A DE S0066700 A DES0066700 A DE S0066700A DE 1186274 B DE1186274 B DE 1186274B
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Germany
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coolant
cooling
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water
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DES66700A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Otto Schmoch
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

  • 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.
  • . 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.
  • ,-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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. Patentansprüche-1. Gasturbinenanlage mit Verdampfungsinnenkühlung der Gasturbine durch in einem geschlossenen Kreislauf geführtes Kühlwasser und übertragung der aus der Gasturbine abgeführten Wärme mittels Wärmeaustauscher 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 vollentsalztes Kühlwasser zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das vollgereinigte Zusatzkühlwasser in einem besonderen Abschlämmbehälter (9) zunächst durch Wärmeübertragung von dem Kühldampf verdampft wird und danach in Dampfforin dem Flüssigkeitssammelbehälter (3) zugeführt wird, wo es wieder kondensiert wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlämmbehälter (9) zwischen den beiden Teilen 2 a, 2 b des Wärmeaustauschers (Verdampfers 2) des zweiten Kreislaufes eingeschaltet ist. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Kühldampf beheizte Abschlämmbehälter (9) zusätzlich zur Reinigung der in dem geschlossenen Kühlkreis umlaufenden Kühlmittelmenge verwendet wird, indem der Kühlkreislauf in seinem kondensatführenden Teil über eine eine insbesondere regelbare Teilmenge führende Leitung (7b) ebenfalls an den Abschlämmbehälter (9) angeschlossen ist. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmenge des Kühlmittels vor dem Kühlmittelsammelbehälter (3) abgezweigt (Leitung 14) und über eine Kondensationsfläche (3b) innerhalb des Sammelbehälters (3) geführt ist. 5. Anlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Abschlämmbehälter (9) zuzuführende Zusatzwasserinenge (Leitung 7) in Abhängigkeit vom Wasserstand (8, 18) im Kühlmittelsammelbehälter (3) regelbar ist. 6. Anlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kühlkreislauf dem Abschlämmbehälter (9) zuzuführende Teilmenge des Kühlmittels in Abhängigkeit vom Wasserstand (16, 17) im Abschlämmbehälter (9) regelbar ist. 7. Anlage nach Anspruch 1 und 2 mit einem regelbaren Druckminderorgan in der Kühlmittelleitung vor dem Sammelbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckminderorgan (12) in Abhängigkeit vom Druck im Kühlmittelbehälter (12a) regelbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 941100, 901719, 492 736; deutsche Auslegeschrift Nr. 1038 839.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE492736C (de) * 1926-08-10 1930-02-26 Siemens Schuckertwerke Akt Ges Kraftanlage, insbesondere Dampfturbinenanlage mit Anzapfmaschinen, mit Verdampfung des Zusatzspeisewassers durch Dampf
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