DE2822575A1

DE2822575A1 - Verfahren zum betrieb einer gasturbinenanlage mit luftspeicher und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2822575A1
Application number: DE19782822575
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl Ing Zaugg
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1978-05-08
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DK186579A; JPS54147311A; GB2020367B; JPS6339774B2; DE2822575C2; SE7903913L; CH630441A5; SE443189B; GB2020367A

Description

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Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Luftspeicher und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Luftspeicher bei entladenem Luftspeicher, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die bisher in Betrieb befindlichen Gasturbinenanlagen mit Luftspeichern mussten bei entladenem Luftspeicher zum An-.fahren der Verdichtergruppe, welche neben der Versorgung der Gasturbinenbrennkammer mit. Luft auch zur Füllung des Luftspeichers dient, ausser einem Generator auch noch eine eigene Antriebsmaschine aufweisen. Um die Verdichtergruppe anzufahren, wurde dieser Generator über eine zusätzliche, vom übrigen Netz getrennte Leitung mit dem Antriebsmotor der Verdichtergruppe elektrisch gekuppelt. Die Verdiehtergruppe wurde dann im sogenannten Frequenz-Hochlauf von Drehzahl Null, d.h. vom Stillstand bis zur Netzfrequenz des Generators hochgefahren. Nach Erreichen der Netzfrequenz wurde der Antriebsmotor der Verdichtergruppe an das Netz geschaltet und damit die Antriebsleistung für die Verdichtergruppe aus dem Netz gespeist, wonach der nunmehr freie Generator in das Netz Strom liefern, oder abgestellt "werden konnte (siehe BBC-Mitteilungen Nr. 65/1975, Nr. 7/8).

Bei dieser bekannten Anordnung wirkte sich der grosse technische Aufwand besonders nachteilig aus, da eine Antriebsmaschine mit hoher Leistung vorgesehen werden musste.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, sowie eine Einrichtung zur Durchführung desselben zu schaffen, bei welchem eine Verdichtergruppe einer Gas-

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turbinenanlage mit Luftspeicher mit relativ geringer Leistung die Gasturbinenanlage mit der erforderlichen Verbrennungsluft versorgen kann, wenn der Luftspeicher entladen ist.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Anwurfmotor eine Verdichtergruppe antreibt und vom Niederdruckteil derselben komprimierte Luft in einen separaten Niederdruckteil einer Gasturbine geleitet wird, deren Brennkammer bei Erreichen der Zünddrehzahl gezündet und die Gasturbinenanlage auf Nenndrehzahl hochgefahren wird, wonach bei Erreichen der Nenndrehzahl und somit der Netzfrequenz ein Motor-Generator an das Netz geschaltet wird.

Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist insbesondere darin zu erblicken, dass als Anwurfmotor eine Maschine mit niedriger Leistung verwendet werden kann, welche keine besondere Netzleitung benötigt, so dass eine besondere Anfahrgruppe nicht erforderlich ist.

Ferner kann zum Ladebetrieb des Luftspeichers die Gasturbine vom Motor-Generator abgekuppelt und der Motor-Generator Leistung aus dem Netz aufnehmen, und entsprechend dem Ladezustand des Luftspeichers nacheinander Mittel- und Hochdruckteil der Verdichtergruppe zugeschaltet werden, und dass bei Generatorbetrieb und entladenem Luftspeicher der Hochdruckteil der Gasturbine gezündet und die Verdichtergruppe die Luftzufuhr zu den Brennkammern der Gasturbine allein übernimmt.

Weiterhin kann gemäss dem erfindungsgemässen Verfahrens beim Anfahren der Gasturbinenanlage der Mittel- und Hochdruckteil der Verdichtergruppe Luft aus der Atmosphäre entnehmen und in diese fördern.

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BBC Baden

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Gemäss einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird der Hochdruckteil der Gasturbine beim Hochfahren mit einem reduzierten Luftstrom beaufschlagt.

Dadurch wird verhindert, dass der Hochdruckteil der Gasturbine, dessen Brennkammer nicht gezündet ist, durch die komprimierte Luft zu stark erhitzt wird.

Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, wobei die Gasturbinenanlage aus einer mehrteiligen Gasturbine und einem mehrteiligen Verdichter bestehen, welche abkuppelbar mit einem Motor-Generator auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckteil der Verdichtergruppe mit dem Niederdruckteil der Gasturbine, und die Austritte der Verdichterteile sowohl in den Luftspeicher münden, als auch über eine gemeinsame Leitung mit der Hochdruckbrennkammer der Gasturbine verbunden sind.

Durch die Möglichkeit, den Niederdrückten der Verdichtergruppe so zu.schalten, dass dieser allein mit dem Niederdruckteil der Gasturbine verbunden ist und die Mittel- und Hochdruckteile der Verdichtergruppe während des Anfahrens in die Atmosphäre fördern, ergibt sich der Vorteil, dass ein Anwurfmotor mit kleiner Leistung an der Verdichtergruppe verwendet werden kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel als Schaltschema dargestellt, wobei mit 1 eine Gasturbine mit einem Hochdruckteil 2 und einer Hochdruckbrennkammer 3> und einem Niederdruckteil 4 mit einer Niederdruckbrennkammer 5 bezeichnet ist. Auf einer gemeinsamen Welle 6 ist mit der Gasturbine 1 ein Verdichterteil 7 mit einem Niederdruckteil 8, einem Mitteldruckteil 9 und einem Hochdruckteil angeordnet. Zwischen einem Anwurfmotor 11 und dem Ver-

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dichterteil 7 ist ein Getriebe 12, beispielsweise ein Reduziergetriebe, vorgesehen. Die Gasturbine 1 und der Verdichterteil 7 sind auf der Welle 6 durch Kupplungen 13 abkuppelbar mit einem Motor-Generator 14 verbunden. Der Niederdruckteil 8 der Verdichtergruppe 7 ist über eine Austrittsleitung 15 mit dem Niederdruckteil 4 der Gasturbine 1 verbunden, während die Austrittsleitungen 16, l6^r, 17 der Verdichterteile 9, 10 in eine gemeinsame Zuführungsleitung 18 zu einem Luftspeicher 19 münden, welche über eine Abzweigleitung 20 mit der Hochdruckbrennkammer 3 der Gasturbine 1 verbunden ist. Weiterhin ist jeweils der Austritt aus den Verdichter-Niederdruckteil 8 über eine Leitung 21 mit dem Eintritt des Verdichterteiles des Mitteldruckteiles 9 und der Austritt des letzteren mit dem Eintritt in den Hochdruckteil 10 über eine Leitung 22 verbunden. In den Leitungen 21, sind Zwischenkühler 23, sowie als Dreiwegeventile ausgebildete Ausblasventile 24, 25, 26 und Bypassventile 27, 28 angeordnet. In der Zuführungsleitung 18 zum Luftspeicher ist ein weiterer Kühler 29 und Absperrorgan 30, 31 vorgesehen. Die Austrittsleitungen 16, 16' 17 zur Zuführungsleitung l8 sind mit Rückschlagklappen 32, 33, 34 versehen. Vor dem Eintritt der Abzweigleitung 20 in der Hochdruckbrennkammer 3 ist ein Absperrventil 35 und in der Austrittsleitung 15 ein Ventil 36 angeordnet. Die Strömungsrxchtungen in den einzelnen Leitungen sind durch Pfeile angedeutet.

Ueber Anschlüsse 37 kann der Motor-Generator 14 an das Netz angeschlossen werden.

Die Wirkungsweise des erfxndungsgemässen Verfahrens ist folgende: Vor dem Einschalten des Anwurfmotors 11 werden die Kupplungen 13 zwischen der Gasturbine 1 und dem Motor-Generator 14, sowie zwischen dem Motor-Generator 14 und dem Verdichterteil 7 eingekuppelt, so dass ein ununterbrochener Wellenstrang in der ganzen Anlage entsteht. Das Ausblasventil 24 wird geschlossen,, sa dass weder zur

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Atmosphäre noch zur Zuführungsleitung l8 eine Verbindung besteht. Das Absperrventil 35 zur Hochdruckbrennkammer 3 ist ebenfalls geschlossen, während das Ventil 36 in der Austrittsleitung 15 vom Niederdruckteil 9 der Verdichtergruppe 7 geöffnet bleibt. Die Ausblasventile 25 und 26, sowie die Bypassventile 27, 28, welche als Dreiwegeventile ausgebildet sind, werden so gestellt, dass sowohl der Mitteldruckteil 9, als auch der Hochdruckteil 10 des Verdichterteiles 7 Luft aus der Atmosphäre ansaugen kann und durch die genannten Ventile 25, 26, wieder in die Atmosphäre ausblasen können. Dadurch entsteht im Mittel- und Hochdruckteil des Verdichterteilers 7 nur ein geringer Widerstand und es kann eine Antriebsmaschine mit kleiner Leistung verwendet werden. Nach dem Einschalten des Anwurfmotors 11 fördert der Niederdruckteil 8 der Verdichtergruppe 7 Luft über die Austrittsleitung 15 direkt in die Niederdruckbrennkammer 5 des Niederdruckteiles 4 der Gasturbine 1. Nach Erreichen der Zünddrehzahl des Niederdruckteiles 4 wird die Niederdruckbrennkammer 5 gezündet und die Anlage auf die Nenndrehzahl und die Netzfrequenz hochgefahren. Um eine Rückströmung in den Hochdruckteil 2 der Gasturbine 1 zu verhindern, wodurch eine Ueberhitzung dieses Teiles erfolgen könnte, können das Absperrventil 35 und das Absperrorgan 30 geöffnet, jedoch muss das Absperrorgan 31 zum Luftspeicher 19 dann geschlossen werden. Vorzugsweise werden das Absperrventil 35 und das Absperrorgan 30 jedoch nur soweit geöffnet, dass ein reduzierter Anschluss zum Hochdruckteil 2 erfolgt, wodurch dieser gespült wird und Wärmestauungen vermieden werden. Sobald die volle Nenndrehzahl und damit die Netzfrequenz des Motor-Generators 14 erreicht ist_s wird der Motor-Generator 14 über die Anschlüsse 37 an das Netz geschaltet und wirkt nun als Antriebsmotor. Die Niederdruckbrennkammer 5 wird gelöscht und das Absperrventil 35 geschlossen, während das Absperrorgan 31 geöffnet und am

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Ausblasventil 24 der Luftdurchfluss zum Zwischenkühler 23 ganz freigegeben wird. Das Ventil 36 in der Austrittsleitung 15 wird ebenfalls geschlossen und die Gasturbine 1 über die Kupplung 13 vom Motor-Generator 14 getrennt. Nunmehr fördert der Niederdruckteil 8 der Verdichtergruppe 7 über die Austrittsleitung 15, die Leitung 21, den Kühler 23, die Rückschlagklappe 32 und die Zuführungsleitung 18 direkt in den Luftspeicher 19.

Nach Erreichen eines entsprechenden Ladezustandes des Luft-Speichers 19 wird beim Ausblasventil 25 und beim Bypassventil 27 die Freigabe zur Atmosphäre geschlossen und zu den Leitungen 16 und 21 und zur Rückschlagklappe 32, 33 geöffnet und die weitere Aufladung des Luftspeichers 19 vom Niederdruckteil 8 und dem Mitteldruckteil 9 gemeinsam weitergeführt. Bei weiterem Druckanstieg im Luftspeicher 19, welcher das Hinzuschalten des Hochdruckteiles 10 des Verdichterteiles 7 erforderlich macht, wird durch eine Umstellung des Ausblasventiles 26 und des Bypassventiles 28 analog zu der vorher beschriebenen des Mitteldruckteiles 9, der Hochdruckteil 10 zur Aufladung des Luftspeichers 19 herangezogen. Nunmehr erfolgt im letzten Teil des Füllvorganges der Luftdurchfluss zum Luftspeicher noch zusätzlich über die Austrittsleitung 17, die Rückschlagklappe 34 und die Zuführungsleitung 18.

Falls der Luftspeicher 19 aus irgendwelchen Gründen, beispielsweise eine Revision, nicht zur Verfügung steht, könnte die Anlage als normale Gasturbinenanlage betrieben werden, d.h. dass nach Zuschaltung des Motor-Generators 14 an das Netz die Hochdruckbrennkammer 3 gezündet wird und die Ausblasventile 25, 26 und die Bypassventile 27, 28 des Verdicht erteil es 7 so gestellt werden, dass auch der Mitteldruckteil 9 und der Hochdruckteil 10 dec Verdicht erteil es Luft in die Gasturbine 1 fördern. Hierfür muss

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das Ventil 36 geschlossen werden und die Kupplungen 13 zwischen der Gasturbine 1 und dem Motor-Generator 14, sowie zwischen dem Motor-Generator 14 und dem Verdichterteil 7 bleiben eingekuppelt.

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Claims

BBC Aktiengesellschaft 2822575

Brown, Boveri & Cie. 57/78

Baden (Schweiz) Hw/Ca

Patentansprüche

Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Luftspeicher bei entladenem Luftspeieher, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anwurfmotor (11) eine Verdichtergruppe (.7) antreibt und vom Niederdruckteil (8) derselben kom-

5t*-' primierte Luft in einen separaten Niederdruckteil (4) einer Gasturbine (1) geleitet wird, deren Brennkammer(5) bei Erreichen der Zünddrehzahl gezündet und die Gasturbinenanlage auf Nenndrehzahl hochgefahren wird, wonach bei Erreichen der Nenndrehzahl und somit der Netzfrequenz ein Motor-Generator (14) an das Netz geschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ladebetrieb des LuftSpeichers (19) die Gasturbine (1) vom Motor-Generator (l4) abgekuppelt wird und der Motor-Generator (14) Leistung aus dem Netz aufnimmt, und dass entsprechend dem Ladezustand des Luftspeichers (19) nacheinander Mittel- (9) und Hochdruckteil (10) der Verdichtergruppe (7) zugeschaltet werden.
3- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Generatorbetrieb und entladenem Luftspeicher (19) der Hochdruckteil (2) der Gasturbine (1) gezündet und die Verdichtergruppe (7) die Luftzufuhr zu den Brennkammern (3j 5) der Gasturbine (1) allein übernimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren der Gasturbinenanlage der Mittel- (9) und Hochdruckteil (10) der Verdichtergruppe (7) Luft aus der Atmosphäre entnehmen und in diese fördern.

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ORIGINAL INSPECTED

BBC Baden

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckteil (2) der Gasturbine (1) beim Hochfahren mit einem reduzierten Luftstrom beaufschlagt wird.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Gasturbinenanlage aus einer mehrteiligen Gasturbine (1) und einem mehrteiligen Verdichter (7) bestehen, welche abkuppelbar mit einem Motor-Generator (14) auf einer gemeinsamen Welle (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckteil (8) der Verdichtergruppe (7) mit dem Niederdruckteil (4) der Gasturbine (1), und die Austritte der Verdichterteile (7) sowohl in den Luftspeicher (19) münden, als auch über eine gemeinsame Leitung (20) mit der Hochdruckbrennkammer (3) der Gasturbine (1) verbunden sind.

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