DE19549141A1

DE19549141A1 - Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe mit niederkalorischem Brennstoff

Info

Publication number: DE19549141A1
Application number: DE1995149141
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Althaus
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1997-07-03

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe mit niederkalorischem Brennstoff, wobei die Gasturbogruppe im wesentlichen aus einem Verdichter, einer Brennkammer, einer Turbine und einem Generator besteht und wobei der niederkalorische Brennstoff mittels eines Brenn stoffverdichters verdichtet wird.

Stand der Technik

Derartige Verfahren sind bekannt. Im Gegensatz zu Gasturbi nen, welche mit herkömmlichen mittel- oder hochkalorischen Brennstoffen wie Erdgas oder Öl mit einem Heizwert von 40 MJ/kg oder mehr betrieben werden, stellt bei Gasturbinen, welche einen niederkalorischen Brennstoff mit einem Heizwert in der Größenordnung unter 10 MJ/kg verwenden, die Stabili sation der Verbrennung ein Problem dar. Besonders bei Heiz werten unterhalb 3 MJ/kg (≅ 700 kcal/mn³) wird die Flamme in stabil.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe mit niederkalorischem Brenn stoff der eingangs genannten Art die Verbrennung von Brenn stoffen mit geringen Heizwerten zu stabilisieren.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß beim Anfah ren der Gasturbogruppe in die Verbrennungsluft niederkalori scher Brennstoff und in dessen Zentrum hochkalorischer Brenn stoff oder Pilotgas eingedüst wird, daß spätestens nach Erreichen der Nenndrehzahl und der Synchronisation der hoch kalorige Brennstoff oder das Pilotgas nur noch zur Stabili sierung des niederkalorischen Brennstoffes verwendet wird.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß die Gasturbogruppe im wesentlichen alleine mit niederka lorischem Brennstoff betrieben werden kann. Es werden nur beim Anfahren größere Mengen von hochkalorischem Brennstoff benötigt, beim normalen Betrieb, wenn der Heizwert unter 3 MJ/kg fällt, sind die Mengen an hochkalorischem Brennstoff oder Pilotgas zur Stützung der Flamme gering. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit von mit niederkalorischen Brennstoffen betriebenen Gasturbinen erhöht.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gasturbogruppe;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch einen Brenner der Gasturbogruppe;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Betriebsverfah rens der Gasturbogruppe.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist schematisch eine Gasturbogruppe dargestellt, im wesentlichen bestehend aus einem Verdichter 40, einer Gastur bine 41 und einem Generator 46, die über eine Welle 42 ver bunden sind, sowie einer Brennkammer 43. Zwischen Verdichter 40 und Generator 46 ist zusätzlich ein Brennstoffverdich ter 48 zur Verdichtung von niederkalorischem, gasförmigen Brennstoff angeordnet. Selbstverständlich kann die Brenn stoffverdichtung auch auf beliebige andere Weise erfolgen. Im Verdichter 40 wird Luft über eine Luftzuführung 44 angesaugt, komprimiert und die verdichtete Luft in die Brennkammer 43 geleitet. Dort wird der Verbrennungsluft Brennstoff in der Form von Zusatzbrennstoff 45 (Pilotgas oder flüssiger Brenn stoff) oder von verdichtetem niederkalorischen Brennstoff 11 zugeführt und das Brennstoff-Luft-Gemisch verbrannt. Das Ver hältnis von niederkalorischem Brennstoff zur Verbrennungsluft beträgt beispielsweise eins zu zwei. Die entstandenen Rauch gase werden in die Gasturbine 41 eingeleitet, wo sie ent spannt werden und ein Teil der Energie der Rauchgase in Dre henergie umgewandelt wird. Diese Drehenergie wird über die Welle 42 zum Antrieb des Generators 46 und des Verdichters 40 verwendet. Die noch heißen Abgase werden über eine Leitung 47 abgeführt.

Nach Fig. 2 besteht ein Brenner 1 der Brennkammer 43 im we sentlichen aus einer zentralen Brennstofflanze 2, einem inne ren Rohr 3 und einen äußeren Rohr 4, welche konzentrisch zu einer Symmetrieachse 8 angeordnet sind. Am stromabwärtigen Ende der Brennstofflanze 2 ist eine nicht näher dargestellte Brennstoffdüse zur Eindüsung von flüssigem Brennstoff ange ordnet. Der flüssige Brennstoff wird dabei über die Brenn stofflanze zur Brennstoffdüse geleitet. Durch die Brenn stofflanze 2 und das innere Rohr 3 wird ein ringförmiger Ka nal 5 gebildet, über den niederkaloriges Gas, dem je nach Heizwert hochkaloriges Gas zugemischt werden kann, als Pilot gas 10 in die Brennkammer 43 eingeleitet wird. Durch das in nere Rohr 3 und das äußere Rohr 4 wird ein ringförmiger Ka nal 6 gebildet, über den niederkaloriges Gas 11 und/oder Verbrennungsluft 9 in die Brennkammer eingeleitet wird. Am stromabwärtigen Ende des Kanales 6 sind Drallkörper 7 ange ordnet, welche die Durchmischung von Brennstoff 10, 11 und Verbrennungsluft 9 unterstützen.

Nach Fig. 3 ist auf der Ordinate die Brennstoffmenge M in Pro zent aufgetragen. Auf der Abszisse ist vom Punkt A zum Punkt B die Drehzahl, und vom Punkt B zum Punkt C die Last aufge tragen. Im Punkt A ist die Drehzahl gleich Null und steigt bis zum Punkt B an, wo die Nenndrehzahl erreicht wird, bei spielsweise 3000 Umdrehungen pro Minute für 50 Herz.

Um einen sicheren Start der Gasturbogruppe zu gewährleisten, wird der transiente Anfahrprozeß mit flüssigem Brennstoff 12 und niederkalorischem Gas 11 gefahren. Die Temperaturen wer den mittels der Menge des flüssigen Brennstoffes 12 einge stellt, weil aufgrund der Inkompressibilität des flüssigen Brennstoffes 12 nur kleine, nicht dargestellte Ventile zur Regelung des Brennstoffmassenflusses verwendet werden müssen. Weiter kann dadurch eine sehr schnelle Regelung erfolgen, was schnelle Temperaturkorrekturen erlaubt. Aus diesen Tempera turkorrekturen ergibt sich der Buckel beim Punkt D. Beim Hochfahren der Gasturbogruppe beginnt das System Verdichter 40 und Turbine 41 im oberen Drittel der Nenndrehzahl B die in der Brennkammer 43 zugeführte Wärmemenge in Leistung umzuset zen. Dadurch kann die Antriebsleistung vom Generator 46 und damit auch die Temperatur in der Brennkammer 43 reduziert werden, was eine Reduktion der Menge des flüssigen Brennstof fes 12 beim Punkt D zur Folge hat. Bei Nenndrehzahl B ist dann das System Verdichter 40 und Turbine 41 im thermischen Gleichgewicht. Vor Erreichen der Nenndrehzahl im Punkt B wird im Umschaltpunkt E die Gasturbogruppe nur noch mit niederka lorischem Brennstoff 11 betrieben.

Nach dem Erreichen der Nenndrehzahl im Punkt B erfolgt die Synchronisation der Gasturbogruppe mit dem Netz, in das die im Generator 46 erzeugte elektrische Energie eingespeist wer den soll. Zwischen Punkt B, der Null-Last, und Punkt C, maxi maler Last, wird die Menge des niederkalorischen Brennstoffes 11 im wesentlichen linear zur Last eingestellt.

Zur Stabilisierung der mit niederkalorischem Brennstoff 11 erzeugten Flamme in der Brennkammer 43 wird Brennstoff 12a ins Zentrum der Flamme eingedüst. Dies geschieht mittels flüssigem Brennstoff über die Brennstofflanze 2 oder mittels Pilotgas 10 über den Kanal 5 des Brenners 1. Dies geschieht vorzugsweise, wenn der Heizwert der niederkalorischen Gase unterhalb 3 MJ/kg fällt. Die Menge des Brennstoffes 12a ist klein und liegt üblicherweise unterhalb fünf Prozent der zu geführten Brennstoffmenge.

Selbstverständlich kann das Umschalten auf nur noch niederka lorischen Betrieb auch nach der erfolgten Synchronisation er folgen. Der Umschaltpunkt E kann somit vor oder nach der Syn chronisation liegen.

Bezugszeichenliste

1 Brenner
2 Brennstofflanze
3 inneres Rohr
4 äußeres Rohr
5 Kanal für Pilotgas
6 Kanal
7 Drallkörper
8 Symmetrieachse
9 Verbrennungsluft
10 Pilotgas
11 niederkalorisches Gas
12 flüssiger Brennstoff
12a Brennstoff
40 Verdichter
41 Gasturbine
42 Welle
43 Brennkammer
44 Luftzuführung
45 Zusatzbrennstoff
46 Generator
47 Abgasleitung
48 Brennstoffverdichter
A Drehzahl-Nullpunkt
B Nenndrehzahl/Last-Nullpunkt
C Voll-Last
D Punkt
E Umschaltpunkt niederkalorisches Gas

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe mit niederka lorischem Brennstoff, wobei die Gasturbogruppe im we sentlichen aus einem Verdichter (40), einer Brennkammer (43), einer Turbine (41) und einem Generator (46) be steht und wobei der niederkalorische Brennstoff mittels eines Brennstoffverdichters (48) verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren der Gasturbogruppe in die Verbren nungsluft (9) niederkalorischer Brennstoff (11) und in dessen Zentrum hochkalorischer Brennstoff (12, 12a) oder Pilotgas (10, 12a) eingedüst wird, daß spätestens nach Erreichen der Nenndrehzahl (B) und der Synchronisation der hochkalorige Brennstoff oder das Pilotgas (12a) nur noch zur Stabilisierung des niederkalorischen Brennstof fes (11) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Synchronisation (B) die Menge des Brenn stoffes (12a) im Vergleich zur niederkalorischen Brenn stoffmenge (11) maximal fünf Prozent beträgt.