DE2263102A1

DE2263102A1 - GAS TURBINE SYSTEM WITH AIR TANK

Info

Publication number: DE2263102A1
Application number: DE2263102A
Authority: DE
Inventors: Theodor Schwarz
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1972-12-22
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1974-06-27
Also published as: JPS4989008A; NL7316438A

Description

Gasturbinenanlage mit tuftspeicher Zusatz zum Patent ... ... (Anmeldung P 21 16 851.4 = VPA 71/9308) Das Hauptpatent betrifft eine Gasturbinenanlage, bei der die Gasturbine von einem Druckluftspeicher in Zeiten hohen Strombedarfes gespeist werden soll. Nach dem Hauptpatent ist der Gasturbine eine Heißluftentspannungsturbine vorgeschaltet.Gas turbine system with tuft storage system Addition to the patent ... ... (registration P 21 16 851.4 = VPA 71/9308) The main patent relates to a gas turbine plant which feeds the gas turbine from a compressed air reservoir in times of high electricity demand shall be. According to the main patent, the gas turbine is a hot air expansion turbine upstream.

Die Eintrittsluft für die Heißluftentspannungsturbine wird von einem Turbinenabgaswärmetauscher erhitzt. Dabei wird die Temperatur der Eintritts luft für die Heißluftentspannungsturbine unterhalb der Schmelztemperatur von eventuell in der Druckluft enthaltenen Salzen gehalten.The inlet air for the hot air expansion turbine is from a Turbine exhaust heat exchanger heated. The temperature of the inlet becomes air for the hot air expansion turbine below the melting temperature of possibly Salts contained in the compressed air are kept.

Um einen derartigen Gasturbinensatz bei gefülltem Speicher und insbesondere bei niedrigen Außenlufttemperaturen in Betrieb nehmen zu können, muß die Speicherluft während des Anfahrvorganges den Betriebsbrennkammern der Gasturbine direkt zugeführt werden, da sonst bei der Expansion der Luft in der Heißluftentspannungsturbine die Luft unterkühlt wird und so eine Gefährdung der Anlage verursachen kann.To such a gas turbine set when the reservoir is full and in particular The storage air must be able to operate at low outside air temperatures supplied directly to the operating combustion chambers of the gas turbine during the start-up process otherwise during the expansion of the air in the hot air expansion turbine the Air is undercooled and can thus endanger the system.

Eine derartige separate Luftzufhrung unter Umgehung der Heißluftentspannungsturbine würde jedoch für die Steuerung der Luftmenge zusätzliche Stellventile erfordern, die ebenfalls unter dem Einfluß des Drehzahlreglers des Gasturbinensatzes stehen müssen. Neben diesen aufwendigen Steuerorganen wäre zusätzlich eine Druckluftreduzierstation erforderlich, die einerseits für eine große Anfahrluftmenge, andererseits aber für eine Druckreduzierung von etwa 60 at auf etwa 1,2 at bemessen sein muß. Bei diesem herabgesetzten Druck wäre dann die Betriebsbrennkammer der Gasturbine zu zünden. Außerdem müssen die Brenner in der Brennkammer so ausgelegt sein, daß die bei diesem Anfahrvorgang wesentlich größere notwendige Wärmezufuhr als im Normalbetrieb aufgebracht werden kann. Die Betriebsbrennkammern müßten also für die Anfahrzeit zusätzliche Hilfsbrenner erhalt en.Such a separate air supply bypassing the hot air expansion turbine however, additional control valves would be required to control the air volume, which are also under the influence of the speed controller of the gas turbine set have to. In addition to these elaborate control organs would also be one Compressed air reduction station required, which on the one hand for a large amount of start-up air, on the other hand, it is designed for a pressure reduction from about 60 at to about 1.2 at have to be. At this reduced pressure, the operational combustion chamber would then be the Ignite gas turbine. In addition, the burners in the combustion chamber must be designed in this way be that the much greater heat input required in this start-up process than can be applied in normal operation. The operational combustion chambers should therefore Receive additional auxiliary burners for the start-up time.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen normalerweise notwendigen Aufwand an zusätzlichen Hilfseinrichtungen für das Anfahren eines Gasturbinensatzes nach dem Hauptpatent zu verringern. Außerdem wird bei Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung ein Bereitschaftsbetrieb des Gasturbinensatzes mit einem Minimum an Brennstoff und Speicherluft ermöglicht.The object of the present invention is to provide this normally necessary Expenditure on additional auxiliary equipment for starting up a gas turbine set according to the main patent. In addition, when using the invention Establish standby operation of the gas turbine set with a minimum Allows fuel and storage air.

Die Erfindung betrifft damit eine Gasturbinenanlage entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Das Neue besteht erfindungsgemäß in der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 enthaltenen technischen Teure. Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen beschrieben.The invention thus relates to a gas turbine system according to the The preamble of claim 1. According to the invention, the novelty consists in the characteristic of claim 1 contained technical expensive. Further developments of the subject of the application are described in the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel ist schematisch in der'Zeichnung dargestellt. Von den Druckluftspeichern, die insbesondere unterirdische Druckluftspeicher sein können, gelangt die Druckluft über die Leitungen 1, Absperrventile 39 in den Turbinenabgaswärmetauscher 3. Von da aus besteht einerseits eine Verbindung über Stellventile 32, die Leitungen 4, die Luftsiebe 5, die Drehzahlregelventile 30 zu einer Heißluftentspannungsturbine 6.An embodiment is shown schematically in the drawing. From the compressed air reservoirs, which are in particular underground compressed air reservoirs can, the compressed air reaches the turbine exhaust gas heat exchanger via lines 1, shut-off valves 39 3. From there, on the one hand, there is a connection via control valves 32, the lines 4, the air screens 5, the speed control valves 30 to a hot air expansion turbine 6th

Von da aus gelangt die weitgehend entspannte Druckluft in Brennkammern 25 einer Gasturbine 7. Der Abgaskanal 27 der Gasturbine 7 führt durch den Turbinenabgaswärmetauscher 3 hindurch ins Freie. Die ,1eißluftentspannungsturbine 6 ist auf einer mit der Gasturbine 7 gemeinsamen Welle 8 gelagert und von einem gemeinsamen Außengehäuse umschlossen. Die Welle 8 ist mit der Welle 9 eines Generators 12 gekuppelt.From there, the largely relaxed compressed air reaches the combustion chambers 25 of a gas turbine 7. The exhaust duct 27 of the gas turbine 7 leads through the turbine exhaust gas heat exchanger 3 through into the open. The hot air expansion turbine 6 is on one with the gas turbine 7 common shaft 8 and supported from a common outer housing enclosed. The shaft 8 is coupled to the shaft 9 of a generator 12.

Parallel zu dem Teil der Leitungen 4, der durch die Stellventile 32 abgesperrt werden kann, ist über Absperrventile 31 ein Stellventil 33 mit Druckminderer, eine Hilfsbrennkammer 37 sowie über Rückschlagventile 34 eine Bypaßleitung 38 geschaltet.In parallel with the part of the lines 4 which is passed through the control valves 32 can be shut off, a control valve 33 with a pressure reducer is via shut-off valves 31, an auxiliary combustion chamber 37 and a bypass line 38 connected via check valves 34.

In dem Teil der Bypaßleitung 38, der in Strömungsrichtung hinter der Hilfsbrennkammer 37 liegt, sind druckabhängig betätigbare Abblasventile 35 vorgesehen. Diese liegen in Abblasleitungen 36, die - wie in der Zeichnung nicht mehr dargestellt - in den Abgaskanal 27 münden. Diese Schaltung der Abblasleitungen 36 hat den Vorteil, daß bei vorhandenem Überdruck in der Bypaßleitung 38 die in der Hilfsbrennkammer 37 erhitzte. Luft durch den Turbinenabgaswärmetauscher 3 strömen und so die den Speichern entnommene Druckluft vorwärmen kann.In the part of the bypass line 38, which is in the flow direction behind the Auxiliary combustion chamber 37 is located, blow-off valves 35 which can be actuated as a function of pressure are provided. These lie in blow-off lines 36, which - as no longer shown in the drawing - Open into the exhaust duct 27. This circuit of the blow-off lines 36 has the advantage that when there is overpressure in the bypass line 38 in the auxiliary combustion chamber 37 heated. Air flow through the turbine exhaust gas heat exchanger 3 and so the the Store extracted compressed air can preheat.

Zum Anfahren der Gasturbinenanlage werden die Stellventile 32 geschlossen und anschließend das Stellventil 33 mit Druckminderern geöffnet, so daß die den Speichern entnommene Druckluft über die Bypaßleitung 38 fließt und in der Hilfsbrennkammer 37 erwärmt wird. Anschließend durchströmt die Luft die Leitungen 4, so daß sie von den für den normalen Betrieb vorgesehenen Drehzahlregelventilen 30 in ihrer Menge gesteuert werden kann.To start up the gas turbine system, the control valves 32 are closed and then the control valve 33 opened with pressure reducers, so that the Store extracted compressed air flows through the bypass line 38 and into the auxiliary combustion chamber 37 is heated. Then the air flows through the lines 4, so that they of the speed control valves 30 provided for normal operation in their quantity can be controlled.

Die Druckreduzierung der den Speichern entnommenen Luft erfolgt'wie beim Dauerbetrieb durch Entspannung in der Heißluftentspannungsturbine 6. Soll der Generator 12 noch keine Energie an das Netz abgeben, jedoch in Bereitschaft gehalten werden, so sind die Brennkammern 25 nicht gezündet und die in der sleißluftentspannungsturbine 6 weitgehend entspannte Luft durchströmt die Gasturbine 7 und gelangt in den Abgaskanal 27.The pressure reduction of the air withdrawn from the accumulator takes place as follows during continuous operation by expansion in the hot air expansion turbine 6. Should the Generator 12 does not yet deliver any energy to the network, but is kept in readiness are, the combustion chambers 25 are not ignited and those in the exhaust air expansion turbine 6 largely relaxed air flows through the gas turbine 7 and enters the exhaust duct 27

Vorteilhaft ist es, diese Luftmenge so zu bemessen, daß sie zum Leerlaufbetrieb der Gasturbine ausreicht. In diesem Fall brauchen - wenn der Generator 12 Last übernehmen soll - nur die Brennkammern 25 gezündet zu werden. Die Abblasventile 35 begrenzen den Druck in der Bypaßleitung 38. Ein mehr oder weniger großer Teil der den Speichern entnommenen und in der Hilfsbrennkammer 37 erwärmten Druckluft kann also durch die Abblasleitungen 36 direkt in den Abgaskanal 27 gelangen. Ein nennenswerter Wärmeverlust ist hiermit nicht verbunden, da die aus den Abblasleitungen 36 entweichenden Gase im Turbinenabgaswärmetauscher 3 abgekühlt werden und so zur Vorwärmung der den Druckluftspeichern entnommenen Luft beitragen. Die Steuerung der Stellventile 32 und 33 in Verbindung mit dem Betrieb der Hilfsbrennkammer 37 kann vorteilhafterweise so erfolgen, daß beim offenen der Stellventile 32 das Stellventil 33 gesperrt und die Hilfsbrennkammer 37 außer Betrieb genommen wird. Auf diese Weise ist ein nahtloser Übergang zwischen Anfahr- oder Bereitschaftsbetrieb des Gasturbinensatzes zum normalen Betrieb mit Leistungsabgabe möglich.It is advantageous to dimension this amount of air so that it is used for idling operation the gas turbine is sufficient. In this case need - when the generator takes 12 load should - only the combustion chambers 25 to be ignited. The blow-off valves 35 limit the pressure in the bypass line 38. A more or less large part of the compressed air taken from the memory and heated in the auxiliary combustion chamber 37 can thus pass through the blow-off lines 36 directly into the exhaust gas duct 27. A notable one Heat loss is not associated with this, since that escapes from the blow-off lines 36 Gases are cooled in the turbine exhaust gas heat exchanger 3 and so to preheat the the air taken from the compressed air reservoirs contribute. The control of the control valves 32 and 33 in connection with the operation of the auxiliary combustion chamber 37 can advantageously take place in such a way that when the control valves 32 are open, the control valve 33 is locked and the auxiliary combustion chamber 37 is taken out of service. This way it's a seamless Transition between start-up or standby operation of the gas turbine set to normal Operation with power output possible.

3 Patentansprüche 1 Figur3 claims 1 figure

Claims

Claims Gas turbine system with air storage, from which the in Stored combustion air at times of low electricity demand at times of high electricity demand Partial expansion before it enters the combustion chamber of the gas turbine of a hot air expansion turbine is fed to the gas turbine after previous heating by exhaust gases, according to patent -... ...

(Registration P 21 16 851.4 = VPA 71/9308), characterized in that that in a bypass line (38) to the lines (1,4) between the air reservoir and the The speed control valves (30) of the gas turbine (7) have an auxiliary combustion chamber (37-) switched on is.

2. Gas turbine plant according to claim 1, characterized in that the bypass line (38) is in series with the turbine exhaust gas heat exchanger (3) and that to the part of the Bypass line pressure-dependent switching relief valves (35) are connected.

3. Gas turbine plant according to claim 2, characterized in that the blow-off valves (35) lie in blow-off lines (36) on the exhaust gas inlet side of the turbine exhaust gas heat exchanger (3) open.

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