DE2116851B2 - Gasturbinenanlage mit unterirdischem Luftspeicher - Google Patents

Description

Dk Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage mit unterirdischem Luftspeicher nach Art eines Salzstockkavernenspeichers od. dgl. aus dem die in Zeiten geringen Strombedarfes gespeicherte Verbrennungsluft der Brennkammer einer Gasturbine in Zeiten höheren Strombedarfes zugeführt wird. Die gespeicherte Luft ist bei derartigen Anlagen in Abhängigkeit vom Füllungsgrad des Speichers schwankenden Zu-

60 Standsänderungen ausgesetzt Diese Zustandsinderungen verlaufen beim Füllen und bei der Luftentnahme nahezu adiabatisch. . .

Solche unterirdischen Hohlräume, wie sie z. B. vornehmlich in Salzstöcken durch Ausspulen geschaffen werden weisen außerdem einen Sumpf auf, der aus gesättigter Salzsole, zahlreichen, zum Teil Kieselsäurehaltieen Verunreinigungen und unlöslichen Gebirgsresten besteht Während der häufigen Zustandsänderungen der Luft die verhältnismäßig schnell verlaufen, ändern sich auch der Feuchtigkeitsgrad derselben. Ais Folge dieser stetig wechselnden Druck-, Temperatur und Feuchtigkeitsänderungen ist damit zu rechnen, daß Salzpartikeln der Kaverne mit der eingeschlossenen Luft im Schwebezustand gehalten und bei einer starken Luftentnahme mitgerh,ien werden. Gelangen diese im wesentlichen aus Natrium-Chlorid oder Kalium-Chlorid bestehenden Staubteilchen in die Gasturbinenbrennkammer, so schmelzen sie dort und schlagen sich dann auf den kälteren Turbinenschaufeln nieder. Der sich dabei bildende Belag kann nicht nur zu einer Verengung der Gaskanäle in der Beschaufelung und damit zu einer erhöhten Schubbelastung des Drucklagers, sondern auch zu Leistungsminderungen führen. Da-über hinaus gefährdet der Salzbelag dur-h interkristalline Korrosion die Festigkeit der Laufbeschaufelung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbinenanlage zu schaffen, die bei einem derartigen unterirdischen Luftspeicher einerseits sehr hohe über dem Eingangsdruck einer Gasturbine liegende Luftdrücke gestattet, und die andererseits verhindert, daß eine Leistungsminderung oder eine Beschädigung der Gasturbine durch Bildung eines Salzbelags auf den Turbinenschaufeln auftritt.

Aus der französischen Patentschrift 12 09 93o ist eine Gasturbinenanlage bekannt, bei der Luft in einem unterirdischen oder einem unter Wasser liegenden LuItspeicher gespeichert ist. In diesem Luftspeicher wird die Luft auf konstantem Druck dadurch gehalten, daß Wasser ;n den Luftspeicher einströmt, wenn die Ltft entweicht und umgekehrt. Bei dieser Konstruktion wi-d die Luft bei Turbinenbetrieb über einen Abgaswärmetauscher unmittelbar in die erste Brennkammer einer mit Zwischenüberhitzung ausgerüsteten Gasturbinenanlage geleitet.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung aus der deutschen Patentschrift 7 67 590 ist auf der Welle einer Turbinen-Verdichteranlage zusätzlich eine Heißluftentspannungsturbine vorgesehen. Diese Heißluftentspannungsturbine steht über einen Wärmetauscher innerhalb der Brennkammer der Gasturbine mit einem Speicher in Verbindung und ist dadurch in der Lage, kurzfristig die Leistung der Gasturbinenanlage zu erhöhen.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe der Erfindung sind beide bekannten Einrichtungen nicht in der Lage.

Die Erfindung betrifft damit eine Gasturbinenanlage mit einem unterirdischen Luftspeicher, der über einen Abgaswärmetauscher der Gasturbine mit deren Brennkammer in Verbindung steht.

Das Neue besteht erfindungsgemäß darin, daß zwischen die Brennkammer der Gasturbine und die Ausgangsleitung des Abgaswärmetauschers für die erwärmte Luft eine Heißluftentspannungsturbine geschaltet ist, daß der Abgaswärmetauscher so dimensioniert ist, daß sich in ihm die Luft nicht über die Schmelztemperatur der in ihr enthaltenen Salze erwärmt, während die Temperatur der Abgase der Gas-

turbine an deren Auslaß oberhalb der Schmelztemperatur der Salze liegt, und daß zwischen der Heißluftentspannungsturbine und der Brennkammer eine Abscheideeinrichtung für die in der Luft enthaltenen Salzpartikeln vorgesehen ist.

Die Entspannungsturbine wird mit besonderem Vorteil auf gleicher Welle mit der zugehörigen Gasturbine aber in entgegengesetzter Strömungsrichtung zu dieser in einem gemeinsamen Außengehäuse angeordnet. Am Austrittsende der Entspannungsturbine können radial angeordnete Drallbleche den Luftstrom unter Ausnutzung der Austrittsenergie stoßfrei in eine rotierende Strömung versetzen, wobei eine Umlenkung der Luft um einen Winkel von 180° erfolgt und das Gehäuse der Entspannungsturbine in Richtung auf die Gasturbine hin umströmt wird. Auf diese Wege führt der Luftstrom eine Drallbewegung aus, wobei das schraubenförmige Fortschreiten der Strömung durch eine kreisringförmige Trennwand beendet wird. Hier können die abzuschneidenden Partikeln aus dem Luftstrom abgeführt werden. Die gereinigte Luft strömt dann durch ein diffusorartiges Überströmrohr, das die gemeinsame Turbinenwelle umhüllt, aus dem Kernbereich der rotierenden Luftströmung in den Brennkammervorraum.

An Hand der Zeichnung soli die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung.

Vom Untertage-Speicher kommt die unter hohem Druck gespeicherte Verbrennungsluft über die Leitung I in Richtung des Pfeils 2 an und wird in einem Wärmetauscher 3 vom Abgasstrom der Gasturbine erhitzt. Über die Leitung 4 gelangt der heiße Luftstrom zum Luftsieb 5 und von da aus weiter zur Heißluftentspannungsturbine 6. Diese Turbine befindet sich mit der Gasturbine 7 auf gleicher Welle 8, die mit der Welle 9 eines Generators 12 gekuppelt ist.

Die Heißluftentspannungsturbine 6 wird in Richtung des Pfeils 10 in axialer Richtung durchströmt. Die aus der Heißluftentspannungsturbine 6 austretenden teilentspannten Luftmengen gelangen in den Bereich der Drallbleche 14, die an der Gehäusestirnwand 13 des für beide Turbinen gemeinsamen Gehäuses 15 angebracht sind. In F i g. 2, die eine Ansicht gemäß der Linie Α-Λ in F i g. 1 darstellt, ist die Anordnung dieser Drallbleche deutlicher veranschaulicht.

Die Drallbleche 14 versetzen den umgelenkten Luftstrom unter Ausnutzung seiner Austrittsgeschwindigkeit nahzu stoßfrei in seine zusätzliche Rotationsbewegung, wenn der Luftstrom im Ringraum 29 zwischen Außengehäuse 15 und Entspannungsturbine 6 in Richtung der Pfeile 16 strömt.

Die hierdurch entstehende, sich schraubenfömig fortbewegende Luftströmung ist durch eine kreisförmige Trennwand 17 begrenzt. Die gesainte oder der überwiegende Teil der Verbrennungsluftmenge wird aus dem Kernbereich der rotierenden Luftströmung und über einen in der Trennwand 17 befindlichen, die Welle 8 umhüllenden Diffusor 18 in den Brennkammervorraum 19 geleitet.

Dabei bewegt sich die äußere Randzone der Lufströmung axial in Richtung zur Trennwand 17, staut sich an dieser und wird dort nach innen umgelenkt. Die hierdurch gebildete Wirbelzone rotiert gleichzeitig in der von den Drallblechen 14 vorgegebenen Drehrichtung des Hauptluftstroms. Dadurch werden Salzpartikel und sonstige Verunreinigungen in die Randzone der Luftströmung geschleudert und wandern mit dieser in Richtung zur Trennwand 17 hin.

Im unteren Bereich der Trennwand 17 bewirken geeignete Leitbleche 20 eine Ablenkung eines mit Verunreinigungen beladenen Teilluftstroms in eine Sammelkammer 21. In dieser reichern sich Salzpartikeln und Fremdkörper an.

Zur Erzielung einer eindeutigen Strömung kann der über die Sammelkammer 21 geführte Teilluftstrom über ein Luftfilter 22 und den anschließenden Rohrleitungskanal 23 an geeigneter Stelle wieder in die Hauptströmung eingeleitet werden. So kann beispielsweise der Rohrleitungskanal 23 im Bereich der Querschnittsverengung des Diffusors 18 einmünden. Naturgemäß ist es auch möglich, die Teilluftmenge auch in den Abgaskamin der Gasturbine abzuleiten, um eine größere Druckdifferenz für die Absaugung der Verunreinigung verfügbar zu haben.

Die Verbrennungsluft gelangt nun vom Brennkammervorraum 19 aus über den Durchtritt 24 zur Brennkammer 25, der in schematisch dargestellter Weise Brennstoff 26 zusammen mit der Verbrennungsluft zugeführt wird. An die Brennkammer 25 schließt sich dann die Gasturbine 7 an, in deren Abgaskanal 27 der eingangs geschilderte Wärmetauscher 3 angeordnet ist. Die Abgase verlassen in Richtung des Pfeils 28 mit niedriger Temperatur die Anordnung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

2i 16851 Patentansprüche:

1. Gasturbinenanlage mit einem unterirdischen Luftspeicher, der über einen Abgaswärmetauscher der Gasturbine mit deren Brennkammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß iwischen die Brennkammer (25) der Gasturbine (7) und die Ausgangsleitung des Abgaswärmetauschers (3)i für die erwärmte Luft eine Heißluftentspannungsturbine (6) geschaltet ist, daß der Abgaswärmetauscher so dimensioniert ist, daß sich in ihm die Luft nicht über die Schmelztemperatur der in ihr enthaltenen Salze erwärmt, während die Temperatur der Abgase der Gasturbine (7) an deren Auslaß oberhalb dec Schmelztemperatur der Salze liegt, und daß zwischen der Heißluftentspannungsturbine (6)1 und der Brennkammer (25) eine Abscheideeinrichtung (14 bis 21) für die in der Luft enthaltenen Salzpartikeln vorgesehen ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißluftentspannungsturbine (6) in entgegengesetzter Strömungsrichtung zur Gasturbine (7) mit dieser in einem gemeinsamen Außengehäuse (15) insbesondere auf gleicher Welle (8) angeordnet ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Austrittsendes der Heißluftentspannungsturbine (6) radial angeordnete Drallbleche (14) vorgesehen sind, die den Luftstrom unter Ausnutzung der Austrittsenergie weitgehend stoßfrei in eine rotierende Strömung versetzen.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der rotierenden Strömung (29) zum Brennkammervorraum 19 der Gasturbine (7) hin durch eine kreisringförmige Trennwand (17) begrenzt ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung in der Trennwand (17) mit einem diffusorartigen Überströmrohr (18) versehen ist, das die gemeinsame Turbinenwelle (8) umhüllt, so· daß die Vtrbrennungsluft aus dem Kernbereich der rotierenden Luftströmung (29) in den Brennkammervorraum (19) abgeleitet wird.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnot, daß Leitbleche (20) in der Nähe der Trennwand (17) vorgesehen sind, um einen Teilluftstrom in eine außerhalb des Turbinengehäuses (15) befindliche Sammelkammer (21) zu lenken, in welcher sich die Verunreinigungen ablagern.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilluftstrom hinter der Sammelkammer (21) an einer Stelle geringeren Druckes, vorzugsweise im Bereich des Diffusors (18) der Trennwand (17) oder in den Abgaskamin (28) der Gastur- 5S bine (9) einmündet.