DE1601654A1

DE1601654A1 - Vorrichtung zum Schutz einer Gasturbinenanlage bei ploetzlicher Lastabschaltung

Info

Publication number: DE1601654A1
Application number: DE19671601654
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Peter Suter
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1967-07-27
Filing date: 1967-08-05
Publication date: 1970-08-06
Also published as: ES355884A1; FR1576638A; SE341409B; CH476371A; DE1601654B2; GB1228617A; US3503204A; BE718626A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zürn Schutz einer mindestens zweiwelligen geschlossenen Gasturbinenanlage bei plötzlicher Lastabschaltung, welche Anlage mindestens zwei'Verdichtungsstufen mit Zwischenkühlung und mindestens zwei Entspannungstufen mit Zwischenerhitzung besitzt, wobei die riutzleistung von der ND-Entspanriungssfcufe erzeugt wird,, wobei ferner als Arbeltsmittel das Reaktorkühlmittel eines Kernreaktors, z._: B. COp, verwendet wird, und wobei schließlieh die äußere Wärmezufuhr aus dsm Kernreaktor gumltidest zum Teil an mindestans Wi:i©n't3fännt©s ODg erfolgt*

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Es ist bekannt j» die in einem Kernreaktor erzeugte Wärme in einer geschlossenen Gasturbinenanlage_s in der das als Reaktorkühlmittel dienende CO« als Arbeitsmittel verwendet wird, in elektrische Energie umzuformen. Die Wärmezufuhr von außen, d. h. von dem Reaktor her, erfolgt dabei vorzugsweise in einem mittleren Druckbereich der Gasturbinenanlage j in dem das CO_? bereits in einer Hochdruck-(HD)-Entspannungsstufe teilweise entspannt worden ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Kühlmittellei tunken in dem Reaktor für niedrigere Drücke bemessen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei plötzlichem Lastabfall an der Mutzleistungsturbine ein Durchbrennen oder Durchgehen der Anlage su verhindern und vor allem auch den Reaktor vor zu hohen Drücken und/oder Temperaturen zu schützen. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein regelbares Drosselorgan am Ausgang der MD-Entspannungsstufe und durch eine die ND-Entspannungsstufe und das Drosselorgan umgehende Leitung, in der ein über ein Verzögerungsglied regelbares Durcnfiußregelorgan vorhanden ist.

Durch das, z. B. von einem Drehzahlregler für die ND-WeHe beeinflußte Drosselorgan am Ausgang der MD-Entspannungsstufe wird hinter dieser ein erheblicher Druckanstieg erreicht, der beispielsweise die Hälfte des vorhandenen 'Druckes betragen kann» Dies bewirkt, daß die von dieser Entspannungsstufe erzeugte Leistung sehr schnell absinkt. Mit einer in der Zeitspanne wählbaren Verzögerung wird dann der Bypass zu der genannten Entspannungsstufe geöffnet, wodurch erreicht wird, daß trotz des starken Druckanstieges hinter dieser Turbine ihr Eingangsdruck nur relativ wenig, z.B. woniger als 10 |, schwankt« Dadurch wird

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erreicht, daß auch der vor dieser Turbine ^Liegende Kernreaktor vor■zu hohen Drücken geschützt wird.

Soll gleichzeitig auch die Drehzahl der HD-Welle begrenzt werden, so ist es vorteilhaft, eine vom Ausgang des HD-Verdichters an den Eingang der NC-Turbine führende, mit einem weiteren Durchflußregelorgan versehene Kurzschlußleitung für den HD-Teil der Anlage vorzusehen. .

Ferner ist es bekannt, das COp in Gasturbinenanlagen so zu führen, daß - vor allem bei hohen Drücken ein Teil davon aus dem Gasstrom abgezweigt, gekühlt und verflüssigt wird. Bei einem derartigen Prozess wird das verflüssigte Medium dann vorzugsweise mit einer'Pumpe auf einen höheren Druck gebracht, anschließend, z. B. in einem Rekuperator, erwärmt und mit dem Gaskreislauf wieder vereinigt» Diese Prozessführung dient der Carnötisierung des CCU-Kreislaufes.

C.

Eine einfache Möglichkeit, den Druck des CO₂ in dem Reaktor mindestens weitgehend konstant zu halten, besteht bei derartigen Anlagen darin _s daß eine mit einem Absperrorgan versehene Leitung vorhanden ist, welche die das Kondensat.vor seiner Druckerhöhung führende Leitung

mit dem Eingang der ND-lntspannungsstufe verbindet.< > Durch diese Leitung wird, dann der Kondensator _s dessen Druck im wesentlichen konstant bleibt oder sich nur sehr langsam ändert, weil er vor allem durch die Temperatur des Kühlxtfassers bestimmt ist_s mit dem Ausgang des Reaktors verbunden 0

■Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Äusführungsbeispieleso __A^i-r»

ORtGlNALlNSPECTED

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j-.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung einen Gaskreislauf mit teilweiser Kondensation im oberen Druckbereich einer erfindungsgemäß ausgebildeten Gasturbinenanlage sowie ein Beispiel für die zugehörige Regeleinrichtung. Mechanische Antriebe sind in der Zeichnung als Doppellinien, gasförmiges CO» führende Leitungen als einfache Linien, Kondensat führende Leitungen gestrichelt und Signalleitungen strichpunktiert gezeichnet.

Der ND-Verdichter 1, der mit dem Nutzleistungsgenerator 15 auf der ND-Welle 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 HD-Turbine 7 über die HD-Welle angetrieben wird. Auf dieser Welle sind weiterhin der HD-Verdichter 5 und die Kondensatpumpe 13 angeordnet. Diese kann jedoch auch auf der ND-Welle sitzen. Am Ende des MD-Verdichters 3 wird der Gasstrom in zwei Teilströme etwa hälftig aufgeteilt. Die eine Teilmenge fließt" durch den Vorkühler 11 und den Kondensator 12 zu einer Pumpe 13 und wird durch diese auf den Enddruck der Anlage gebracht. Der Kreislauf ist dabei beispielsweise so ausgelegt, daß das aus dem Kondensator 12 kommende Kondensat bei seiner Druckerhöhung in der Pumpe 13 den kritischen Druck bereits wieder überschreitet, um einem Rekuperator 1*J zuzuströmen, in dem es durch die Abwärme des entspannten Arbeitsmittels erhitzt wird, ehe es sich an der Stelle 28 wieder mit der anderen Teilmenge vereinigt.

Diese andere Teilmenge strömt vom Ausgang des MD-Verdichters 3 direkt in den HD-Verdichter 5, wird dort auf seinen Enddruck gebracht und ebenfalls der Stelle 28 zugeführt.

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Von dort aus wird die Gesamtmenge beim Durchströmen des Rekuperators 6 ebenfalls von dem in den Rückkühler 10 zurückströmenden entspannten Gas erwärmt und gelangt zur teilweisen Entspannung in die HD-Turbine 7,

In dem auf die HD-Turbine. 7 folgenden Warmeübertrager oder Kernreaktor 8 wird das CO_{3 durch von au}ß_{en dem} Prozeß zugeführte Wärme zwischenerhitzt, ehe es in^: der ND-Turbine 9 auf den Anfangsdruck entspannt wird und dabei die Nutzleistung erzeugt. Auf seinem Weg durch die Rekuperatoren 6 und 14 sowie den Rückkühler 10, in dem - ebenso wie in dem Zwischenkühler 2*, dem Vorkühler 11 und dem Kondensator 12 - Wärme mit Hilfe eines Kühlmittels, z. B. Wasser, nach außen abgeführt wird, wird das entspannte Gas schließlich auf seinen Ausgangs zustand vor dem ND^ Verdichter 1 zurückgeführt. '

Erfindungsgemäß ist im Hauptkreislauf hinter der ND-Turbine 9 das regelbare Drosselorgan 60 angeordnet. Weiterhin: schließt die Leitung 6Ij in der das Durchflußregelorgan

62 vorhanden ist, die Turbine 9 kurz. Die Regelung dieser beiden Organe 60 und 62 erfolgt über die Signalleitungen

63 und 64 von dem Drehzählregler 6-5 der ND-Welle 1β aus, wobei in der Leitung 64 das Verzögerungsglied 66: eingebaut ist, das eine einstellbare Verzögerung besitzt. Der Drehzahlregler 65 kann auch durch einen Beschleunigungsregler oder einen Lastfühler des Generators ersetzt sein.

Wie schon erwähnt, wird bei einer bestimmten Drehzahl der ND-Welle 16 oder bei einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit dieser Drehzahl bzw. bei Lastauaiäll an dem Generator 15 zunächst das Organ 60 so weit geschlossen, daß ein erheblicher Druckanstieg hinter der ND«furbine 9

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erfolgt, über das auf eine bestimmte Verzögerung eingestellte Verzögerungsglied 66 in der Leitung 6h bewirkt das gleiche Signal des Drehzahlreglers 65 nach einer gewissen Zeitspanne die öffnung des Organs 62, so daß der Druckanstieg vorder ND-Turbine 9 in engen Grenzen gehalten wird. Auf diese Weise wird das Nutzgefälle der Turbine 9 stark reduziert und ein Durchgehen der ND-Welle verhindert, wobei gleichzeitig ein übermäßiger Druckanstieg in dem Reaktor 8 vermieden werden kann.

Um ein Durchbrennen oder Durchgehen der HD-Welle 17 zu verhindern, ist eine den Austritt des HD-Verdichters 5 mit dem Eingang der ND-Turbine 9 direkt verbindende Leitung 32 vorhanden, die mit einem regelbaren Drosselorgan 33 versehen ist. Dieses wird über die Signalleitung 35 von dem Drehzahlregler 37 der HD-Welle beeinflußt. Die Leitung 38 mit dem z.B. als Auf-Zu-Ventil ausgebildeten Organ 39 dient ebenfalls dem Schutz des Reaktors vor zu hohem Druck. Der zwischen der HD-Turbine und dem Reaktor 8 über den Meßfühler 46 gemessene Eingangsdruck in den Reaktor wird von dem Druckregler 45 über die Signalleitung 47 zur Betätigung des Ventils 39 benutzt. Sobald dieses Ventil 39 offen ist, ist der Ausgang des Reaktors 8 druckmäßig an den Kondensator 12 angeschlossen. Da in diesem der Druck im wesentlichen konstant ist bzw. sich nur langsam ändert, weil er in erster Linie durch die Temperatur des den Kondensator 12 durchfließenden Kühlwassers bestimmt ist, kann dadurch auch der Druck des Gases in dem Reaktor 8 weitgehend konstant gehalten werden. Darüber hinaus kann durch den Anschluß des Kondensatores an den Hauptkreislauf direkt nach dem Reaktor 8 die Temperatur am Reaktoraustritt durch das Einspritzen relativ kalten Kondensates rasch im gewünschten Sinne beeinflußt werden.

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Einen Schutz des Reaktors 8 vor zu hohen Temperaturen bietet der Temperaturregelkreis 44, 43, 48,, der ζ. B. \ auf die Regelstäbe des Reaktors & einwirkt. Dabei gelangt die von dem Fühler 44 gemessene Temperatur zunächst auf den z* B. als Thermostat ausgebildeten Temperaturregler 43, dessen Ausgangssignal über die Signalleitung 48 zur Verstellung der Regelstäbe in den Reaktor 8 geführt wird.

(Patentansprüche)

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Claims

Patentansprüche

1. i Vorrichtung zum Schutz einer mindestens zwei-

^ -'welligen geschlossenen Gasturbinenanlage bei plötzlicher

Lastabschlatung, ^reiche Anlage mindestens zwei Verdichtungsstufen mit Zwischenkühlung und mindestens zwei Entspannungsstufen mit Zwischenerhitzung besitzt, wobei die Nutzleistung von der ND-Entspannungsstufe erzeugt wird, wobei ferner als Arbeitsmittel das Reaktorkühlmittel eines Kernreaktors, z.B. CCL·, verwendet wird, und wobei schließlich die äußere Wärmezufuhr aus dem Kernreaktor zumindest zum Teil an mindestens teilentspanntes GO₂ erfolgt, gekennzeichnet durch ein regelbares Drosselorgan (60) am Ausgang der ND-Ent- - spannungsstufe (9) und eine die ND-Entspannungsstufe (9) und das Drosselorgan (60) umgehende Leitung (6'I)₃ in der ein über ein Verzögerungsglied (.66) regelbares Durchflußregelorgan (62) vorhanden ist.

2» Vorrichtung nach Anspruch I₉ gekennzeichnet • durch eine vom Ausgang des HD-Verdichters (5) an den Eingang der ND-Entspannungsstufe (9) führende, mit einem weiteren Durchflußregelorgan (33) versehene KurzSchlußleitung (32) für den HD-Teil der Anlage.

Vorrichtung nach Anspruch 1 für eine Anlage, bei der ein Teil des Arbeitsmittels aus dem Gaskreislauf abgeneigta durch Wärmeentsug verflüssigt? durch Druckerhöhung mindestens auf einen Swischeadruck gebracht und dem Hauptkreis-lauf wieder zugeführt wird₃

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gekennzeichnet durcheine absperrbäre Verbindungs- ν leitung (30) zwischen der das Kondensat führenden Leitung und dem Gaskreislauf vor der HD-Turbine (9).

Regelverfahren für die Vorrichtung nach-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungsquerschnitt des Drosselorgans "(6O)- am Ausgang der ND^Entspannungsstufe (9) und die zeitlich verzögerte Öffnung;der Kurzschlußleitung (61) für diese Entspannungsstufe (9) derart aufeinander abgestimmt werden, daß der' Druck am. Ausgang der Entspannungsstufe (9) um mindestens die Hälfte ansteigt, an ihrem Eingang jedoch mindestens annähernd konstant bleibt. ^:

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Leersei fe