DE1601649C

DE1601649C - Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE1601649C
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Schottikon Suter (Schweiz)
Original assignee: Gebruder Sxzer AG, Winterthur (Schweiz)
Publication date: 1972-09-07

Description

Die Erfindung betrifft eine mindestens zweiwellige geschlossene Gasturbinenanlage in Verbindung mit einem Kernreaktor und mit mindestens einem Verdichter und einer Turbine je Welle und Zwischenkühlung zwischen den Verdichtern und Zwischenerhitzung, z. B. durch den Kernreaktor, zwischen den Turbinen, wobei die ND-Turbine die Nutzlast abgibt.

Bei Gasturbinenanlagen der genannten Art, bei denen das Arbeitsmittel gleichzeitig als Reaktorkühlmittel direkt einen Kernreaktor durchströmt, ist bei Teillastregelung darauf zu achten, daß die dabei auftretenden Druckerhöhungen wegen einer gewissen Druckempfindlichkeit des Reaktors, besonders im Bereich desselben, vorher festgelegte Grenzen nicht überschreiten.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe eine Verbesserung des Teillastwirkungsgrads in einer geschlossenen Gasturbinenanlage der beschriebenen Art bei gleichzeitig ausreichendem Schutz des Reaktors vor unzulässig hohen Drücken zugrunde. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ND-Verdichter ein von einem Lastgeber steuerbares Drosselorgan angeordnet ist, zu dem eine mit der FiD-WcIIe verbundene Rekuperationsturbine parallel geschaltet ist.

Bei einer von einem Elektromotor angetriebenen Turboverdichteranlage mit einem offenen Luftkreislauf (deutsches Patent 1 023 178) ist es zwar bekannt, in der .Saugleitung des Nicdcrdruckverdichters ein Drosselorgan und in Parallelschaltung zu diesem Drosselorgan eine Rekunerationsturbine anzuordnen, die einen dem Hochdruckverdichter nachgeschnlteten, auf einer eigenen Welle angeordneten Zusatzvcrdiditer antreibt. Die bei geschlossenen Gasturbinenanlagen der genannten Art durch den direkt im Kreislauf liegenden Kernreaktor auftretenden spezifischen Probleme werden jedoch durch diese genannte. Verdichteranlage einer Lösung nicht näher gebracht.

Weiterhin sind Rekuperationsturbinen im Zusammenhang mit Brenngasverdichtern bekannt, um die Energie der zuvor in den Verdichtern komprimierten, jedoch nicht verbrauchten Brenngase teilweise wieder zurückzugewinnen.
Obwohl durch diese Energierückgewinnung mit

ίο Hilfe der Turbine der Gesamtwirkungsgrad der dortigen Anlage ebenfalls verbessert wird, ist die bekannte Regelung von derjenigen nach der Erfindung grundsätzlich verschieden, da beispielsweise die Turbine nicht zu einem dem Verdichter vorgeschalteten Drosselorgan, sondern zum Verdichter selbst parallel geschaltet ist.

Die Wirksamkeit der Teillastregelung gemäß der Erfindung beruht darauf, daß der Eingangsdruck in dem ND-Verdichter erniedrigt und damit die je Zeiteinheit strömende Arbeitsmittelmenge. vermindert wird. Durch die Regeleingriffe entstehende Druckschwankungen treten daher primär in vom Reaktor relativ weit entfernt liegenden Bereichen der Anlage auf.

Der Schutz des Reaktors vor unzulässigen Druckerhöhungen läßt sich vorteilhafterweise weiter verbessern, wenn im zum ersten Drosselorgan parallelen Leitungsstrang der Rekuperationsturbine ein Drosselorgan vorgesehen ist, dessen normale Beeinflussung durch den Lastgeber von einem Druckfühler am Reaktorausgang über einen Druckregler mittels einer gemeinsamen Auswahleinrichtung übersteuert wird, wenn der Druck einen bestimmten Wert übersteigt. Dabei wird die Anlage nach Möglichkeit so betrieben, daß der Druck vor der ND-Turbine, d. h. unmittelbar hinter dem Reaktor, mindestens annähernd konstant gehalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße, mit einem Kernreaktor verbundene Anlage mit CO₂-KreisIauf, wobei auch die Regelung der Anlage gezeigt ist. Mechanische Antriebe sind in der Zeichnung als Doppellinien, gasförmiges CO₂ führende Leitungen als einfache Linien, Kondensat führende Leitungen gestrichelt und Signalleitungen strichpunktiert gezeichnet.
Der Niederdruck-(ND)-Verdichter 1, der mit dem Generator 15 auf der ND-WeIIe 16 der Anlage sitzt, saugt aus dem Rückkühler 10 kaltes entspanntes Gas an und verdichtet es auf einen Zwischendruck. Über den Zwischenkühler 2 gelangt das Gas dann in den Mitteldruck-(MD)-Verdichter 3, der von der Hochdruck-(HD)-Turbine 7 über die HD-Welle 17 angetrieben wird. Auf dieser Welle ist weiterhin der HD-Verdichter 5 angeordnet. Vom Ausgang des MD-Verdichters 3 strömt das Gas über den Zwischenkühler 4 und den HD-Verdichter 5 in den Rekuperator 6, in dem es durch die Abwärme des zum Rückkühler 10 zurückströmenden entspannten Gasstroms erhitzt wird, ehe es in der HD-Turbine 7 teilweise entspannt wird.

In dem auf die HD-Turbine 7 im S'römungsweg folgenden Kernreaktor 8 wird das CO„ zwischenerhitzt, ehe es in der ND-Turbine 9 auf den Anfangsdruck cntspannnt wird und dabei die Nutzleistung abgibt. Auf seinem Weg durch den Re-

kuperator 6 sowie den Rückkühler 10, in dem, ebenso wie in den Zwischenkühlern 2 und 4, Wärme mit Hilfe eines Kühlmittels, z. B. Wasser, nach außen abgeführt wird, wird das entspannte Gas schließlich auf seinen Ausgangszustand vor dem ND-Verdichter 1 zurückgeführt.

Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, daß die äußere Wärmezufuhr zur Anlage erst und nur vor der ND-Turbine 9 erfolgt.

Vor dem ND-Verdichter 1 ist erfindungsgemäß das steuerbare Drosselorgan 55 vorgesehen, zu dem eine mit der HD-Welle 17 verbundene Rekuperationsturbine 56 parallel geschaltet ist. Der Durchfluß durch die Turbine 56 kann über ein Drosselorgan 57 verändert werden. Beide Organe 55 und 57 werden vom Lastgeber 36 über die Signalleitung 34 und 34 a beeinflußt, wobei unter Umständen der Strömungsweg durch die Turbine 56 erst freigegeben wird, wenn durch das Organ 55 bereits in gewissem Umfang eine Drosselung des durch den Verdichter 1 angesaugten Arbeitsmittels erfolgt ist.

Für den Schutz des Reaktors 8 sind weitere Regeleinrichtungen vorgesehen. Eine dieser Einrichtungen dient der Temperaturbegrenzung des aus dem Reaktor 8 austretenden CO₂. Sie wirkt in Abhängigkeit von den Meßwerten eines Temperaturfühlers auf den Verstellmechanismus der Reaktorregelstäbe, was in der Zeichnung nicht ausdrücklich dargestellt ist. Eine zweite Regeleinrichtung dient der Druckregelung am Austritt des Reaktors 8, beispielsweise auf einen annähernd konstanten Wert. Der Druck

ίο wird dabei durch den Fühler 46 gemessen und auf den Regler 45 geführt, der durch die Signalleitung 17 mit einer Auswahlvorrichtung 58 verbunden ist. Durch diese wird das vom Lastgeber 36 herkommende Signal übersteuert, wenn der gemessene Druck einen bestimmten Wert übersteigt.

Wie schon kurz erwähnt, beruht die Teillastregelung nach der Erfindung darauf, daß durch das Drosselorgan 55 in Verbindung mit der Turbine 56 der Eingangsdruck des Verdichters 1 erniedrigt wird, wodurch bei konstanter Drehzahl der ND-Welle 16 der Mengenstrom pro Zeiteinheit innerhalb der Anlage verringert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mindestens zweiwellige geschlossene Gasturbinenanlage in Verbindung mit einem Kernreaktor und mit mindestens einem Verdichter und einer Turbine je Welle und Zwischenkühlung zwischen den Verdichtern und Zwischenerhitzung, z. B. durch den Kernreaktor, zwischen den Turbinen, wobei die ND-Turbine die Nutzlast abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ND-Verdichter (1) ein von einem Lastgeber (36) steuerbares Drosselorgan (55) angeordnet ist, zu dem eine mit der HD-Welle (17) verbundene Rekuperationsturbine (56) parallel geschaltet ist.

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zum ersten Drosselorgan (55) parallelen Leitungsstrang der Rekuperationsturbine (56J ein Drosselorgan (57) vorgesehen ist, dessen normale Beeinflussung durch den Lastgeber (36) von einem Druckfühler (46) am Reaktorausgang über einen Druckregler (45) mittels einer gemeinsamen Auswahleinrichtung (58) übersteuert wird, wenn der Druck einen bestimmten Wert übersteigt.