DE2848424A1

DE2848424A1 - Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE2848424A1
Application number: DE19782848424
Authority: DE
Inventors: Tadeusz Dipl Ing Zaba
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1978-10-06
Filing date: 1978-11-08
Publication date: 1980-05-29
Also published as: CH632560A5

Description

fiasturbinenanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer aus einer Hauptgasturbine und einer Hilfsgasturbine bestehenden Krafterzeugungsanlage mit Verbrennungsluftvorwärmung sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die hauptsächlichsten Verluste bei den bekannten Gasturbinenbetriebsarten entstehen durch den Verlust des ungenutzten Energieinhaltes der Abgase. Diese Abgaswärme fällt bei relativ hohen Temperaturen an und kann zur Vorwärmung der Druckluft vor der Brennkammer verwendet werden. Auch sind bereits Kombinationen von Gas- und Dampfturbinenanlagen realisiert worden, bei welchen die Abgaswärme zur Dampferzeugung oder zur Heisswasserbereitung in Abhitzekesseln verwendet worden sind.
Bedingt durch die hohen Gastemperaturen vor der Turbine werden die heute bekannten stationären Gasturbinenanlagen mit einem hohen Druckverhältnis gebaut, beispielsweise einem Druckverhältnis von 10 - 20. Die Lufttemperatur nach dem Verbrennungsluftverdichter ist dementsprechend hoch und daher auch die Möglichkeit der Ausnützung der Abgaswärme für die Vorwärmung der Verbrennungsluft entsprechend beschränkt.
Die Verwendung von Abhitzekesseln bei kombinierten Gas-Dampfturbinenanlagen ist ebenfalls beschränkt auf Gebiete, wo Wasser in ausreichenden Mengen verfügbar ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, sowie eine Einrichtung zur Durchführung desselben zu schaffen, bei welchem die Abgaswärme zur Erhitzung der Verbrennungsluft einer nachgeschalteten Turbine herange-.
zogen werden kann.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die in der Hilfsgasturbine mit kleinem Druckverhältnis verdichtete Luft in einem Rekuperator, welcher von den Abgasen der Hauptgasturbinemitgrossem Druckverhältnis beheizt ist, vorgewärmt und der Hilfsgasturbine zugeführt wird.
Da das Druckverhältnis und die Temperatur der verdichteten Luft nach dem Verdichter der Hilfsgasturbine relativ niedrig ist, kann eine gute Ausnützung der Abgaswärme zur Leistungserhöhung der Hauptgasturbine erfolgen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn bei Ueberlastbetrieb die im Rekuperator vorgewärmte LuYt zuerst in einer Brennkammer mit Brennstoff zusätzlich erhitzt und dann der Turbine zugeführt wird.
Durch die Verwendung einer eigenen Brennkammer für die HilSsgasturbine ist ein Betrieb der Hilfsgasturbine allein möglich, bzw. kann diese bei Ueberlast oder für den Start der Hauptgasturbine verwendet werden.
Weiterhin ist es möglich, dass bei Teillastbetrieb der Hauptgasturbine die Abgase über eine Bypassleitung ins Freie geleitet werden, während die Hilfsgasturbine abgestellt bleibt.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptgasturbine und eine Hilfsgasturbine mit je einem Generator gekuppelt sind und zwischen der Hauptgasturbine und der Hilfsgasturbine ein Rekuperator vorgesehen ist, und dass zur Steuerung der im.Rekuperator vorgewärmten Luft Klappen, sowie ein Ventil in Leitungen vorgesehen sind, welche die Turbine wahlweise mit dem Freien, mit dem Rekuperator oder mit einer Hilfsbrennkammer verbinden.
Die Anordnung eines Systems von Klappen im Abgas- und Druckluftsystem der Hilfsgasturbine ermöglicht den Betrieb unter verschiedenen Betriebsbedingungen, d. h. die Hauptgasturbine oder die Hilfsgasturbine können jede für sich allein oder gemeinsam betrieben werden.
In der Zeichnung ist ein Beispiel einer erfindungsgemässen Einrichtung vereinfacht darges-,ellt, wobei mit 1 eine Hauptgasturbine bezeichnet ist, welche im wesentlichen aus einem Verdichter 2, einer Brennkammer 3 mit Brenner 4 und einer Turbine 5 besteht. Ueber eine Leitung 6 wird Brennstoff dem Brenner 4 zugeführt. An einer gemeinsamen Welle 7 ist ein Generator 8 angekuppelt.
Eine Hilfsgasturbine 9, welche gegenüber der Hauptgasturbine 1 für eine Leistung von 30 bis 50 % derselben ausgelegt ist, weist ebenfalls einen Verdichter 10, eine Turbine 11, eine Brennkammer 12 mit einer Brennstoffzuführungsleitung 13, welche in einen Brenner 14 mündet, auf. Die Turbine 11, der Verdichter 10 und ein weiterer Generator 15 sind ebenfalls auf einer gemeinsamen Welle 16 miteinander drehfest verbunden. Zwischen die Hilfsgasturbine 9 und die Hauptgasturbine 1 ist ein Rekuperator 17 zwischengeschaltet, durch welchen die Abgase der Turbine 5 hindurchgeleitet werden und die Luft vom Verdichter 10 der Hilfsgasturbine 9 erhitzen. Der Verdichter 10 ist mit der Brennkammer 12 durch eine Leitung 18 verbunden5 welche durch den Rekuperator 17 hindurchgeführt ist. Von der Turbine 5 führt eine Abgasleitung 19 über eine Klappe 20 in den Rekuperator 17 aus dem die abgekühlten Abgase über eine Abgasleitung 21 ins Freie geführt werden. Zur Umgehung des Rekuperators 17 ist eine Bypassleitung 22 mit einer Bypassklappe 23 vorgesehen. In der Leitung 18 vom Rekuperator 17 zur Brennkammer 12 ist vor einer Klappe 24 noch eine doppelte Abzweigleitung 25 mit einem Ventil 27 einerseits und einer Absperrklappe 26 andererseits vorgesehen, über die wahlweise die erhitzte Luft entweder in die Brennkammer 12, in die Turbine 11 oder ins Freie gelangen kann.
Die Funktionswe-ise der erfindungsgemässen Einrichtung ist folgende: Wenn die Hauptgasturbine 1 in Betrieb ist, werden die Abgase aus der Turbine 5 über die offene Klappe 20, wobei die Bypassklappe 23 die Bypassleitung 22 absperrt, in den Rekuperator 17 geleitet, wo sie die im Verdichter 10 der Hilfsgasturbine 9 verdichtete, in der Leitung 18 strömende Verbrennungsluft erhitzen. Wenn nun eine zusätzliche Leistung der Hilfsgasturbine 9 nicht benötigt wird, wird die Bypassleitung 22 durch die Bypassklappe 23 freigegeben und die Abgase werden durch die Abgasleitung 21 ins Freie geleitet.
Beim Betrieb der Hilfsgasturbine 9 wird die Verbrennungsluft im Verdichter 10 verdichtet und gelangt zum Erhitzen durch die Leitung 18 in den Rekuperator 17 und anschliessend, wenn keine hohen Leistungen benötigt werden, über die geöffnete Absperrklappe 26 in die Turbine 11, wo sie entspannt wird.
Sobald über den Normalbetrieb hinaus höhere Leistungen gefordert werden, wird die im Rekuperator 17 erhitzte Luft über die Klappe 24 bei geschlossenen Absperrorganen 26 und 27 in die Brennkammer 12 geleitet und gelangt als Heissgas in die Turbine 11. Zur Abschaltung oder bei Ueberdrehzahl werden die Klappe 24 und die Absperrklappe 26 geschlossen, die Brennstoffzufuhr wird unterbrochen und das Ventil 27 geöffnet.
Zur Optimierung des Prozesses könnte ein Verdichter 10 der Hilfsgasturbine 9 mit verstellbaren Leitschaufeln versehen werden.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Generator 8 der Hauptgasturbine über eine Kupplungsvorrichtung (nicht dargestellt) mit der Hilfsgasturbine 9 zu verbinden.
Zur Verbesserung des Teillastwirkungsgrades könnte im Verdichter 2 eine Anzapfstelle (nicht dargestellt) vorgesehen werden5 welche mit dem Austritt des Verdichters 10 der Hilfsgasturbine verbunden ist, wobei höher verdichtete Luft aus dem Verdichter 2 der Hauptgasturbine 1 in die Leitung 18 vom Verdichter 10 der Hilfsgasturbine 9 zugeführt werden kann.
Durch die vorbeschriebene Einrichtung ist es möglich, jede der beiden Gasturbinen 1, 9 für sich allein zu betreiben.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Betrieb einer aus einer Hauptgasturbine und einer Hilfsgasturbine bestehenden Krafterzeugungsanlage mit Verbrennungsluftvorwärmung, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Hilfsgasturbine (9) mit kleinem Druckverhältnis verdichtete Luft in einem Rekuperator (17), welcher mit den Abgasen der Hauptgasturbine (1) mit grossem Druckverhältnis beheizt ist, vorgewärmt und der Hilfsgasturbine (11) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ueberlastbetrieb die im Rekuperator vorgewärmte Luft in einer Brennkammer (12) mit Brennstoff zusätzlich erhitzt und der Turbine (11) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Teillastbetrieb der Hauptgasturbine (1) deren Abgase über eine Bypassleitung (22) ins Freie geleitet werden5 während die Hilrsgasturbine (9) abgestellt bleibt.
4.(Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptgasturbine (1) und eine Hilfsgasturbine (9) mit je einem Generator (8, 15) gekuppelt sind und zwischen der Hauptgasturbine (1) und der Hilfsgasturbine (9) ein Rekuperator (17) vorgesehen ist, und dass zur Steuerung der im Rekuperator (17) erwärmten Luft Klappen (24 , 26) sowie ein Ventil (27) in Leitungen (18, 25) vorgesehen sind, welche die Turbine (11) wahlweise mit dem Freien, mit dem Rekuperator (17) oder mit einer Hilfsbrennkammer (12) verbinden.