DE3139209A1 - "METHOD FOR OPERATING A COMBINED GAS-VAPOR TURBINE PLANT AND PLANT FOR CARRYING OUT THE METHOD - Google Patents

"METHOD FOR OPERATING A COMBINED GAS-VAPOR TURBINE PLANT AND PLANT FOR CARRYING OUT THE METHOD

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DE3139209A1
DE3139209A1 DE19813139209 DE3139209A DE3139209A1 DE 3139209 A1 DE3139209 A1 DE 3139209A1 DE 19813139209 DE19813139209 DE 19813139209 DE 3139209 A DE3139209 A DE 3139209A DE 3139209 A1 DE3139209 A1 DE 3139209A1
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Roine Dipl.-Ing. Brännström
Ben Dr.techn. Kyrklund
Karl-Johan 61200 Finspång Nilsson
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ABB Stal AB
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Stal Laval Turbin AB
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Description

Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Gas-Dampf-Turbinenanlage und Anlage zur Durchführung des VerfahrensProcess for operating a combined gas-steam turbine system and system for carrying out the process

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Gas-Dampf-Turbinenanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches Die Erfindung betrifft ferner eine Gas-Dampf-Turbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for operating a combined Gas-steam turbine system according to the preamble of the claim The invention also relates to a gas-steam turbine system for Implementation of the procedure.

Eine Gas-Dampf-Turbinenanlage, auf die sich die Erfindung bezieht, besteht aus einem Gasturbinenteil und einem Dampfturbinenteil. Beide Teile werden von einer gemeinsamen Wirbelbettkammer mit Energie versorgt. Die Wirbelbettbrennkammer arbeitet unter Druck, und sie versorgt eine oder mehrere Dampfturbinen mit Dampf und mehrere Gasturbinen mit Treibgas. Die Verbrennung erfolgt unter Druck in einem.Wirbelbett, von dem die Verbrennungsgase zu den Gasturbinen geleitet werden. In dem Wirbelbett sind Rohrschlangen zur Kühlung des Bettes angeordnet. In diesen Rohrschlangen wird der Dampf für die Dampfturbinen erzeugt.A gas-steam turbine system to which the invention relates, consists of a gas turbine part and a steam turbine part. Both parts are shared by a fluidized bed chamber Energy supplied. The fluidized bed combustion chamber works under pressure and it supplies one or more steam turbines with steam and several gas turbines with propellant gas. The combustion takes place under pressure in a fluidized bed, from which the combustion gases are sent to the Gas turbines are directed. Coiled tubes for cooling the bed are arranged in the fluidized bed. In these coils is which generates steam for the steam turbines.

In kombinierten Anlagen die., er Art muß man bei der Regelung, beachten, daß die Kühlwirkung der Rohrschlangen im wesentlichen konstant ist und .ur schwer gesteuert werden kann, daß aber an ·In combined systems, the type must be observed in the regulation, that the cooling effect of the pipe coils is essentially constant and can only be controlled with difficulty, but that on

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NACHGEREiOHTFOLLOWED

dererseits der Luftfluß im Verbrennungsluftkompressor mit fallender Umgebungstemperatur steigt, da die Dichte der Luft mit fallender Temperatur größer wird. Bei fallender Lufttemperatur steht somit eine größere Verbrennungsluftmenge zur Verfügung. Wenn man diese zur Verfugung stehende Luft dadurch auszunutzen versucht, daß man der Brennkammer mehr Brennstoff zuführt unter Beibehaltung eines optimalen Luftüberschußfaktors, dann steigt die Temperatur des Wirbelbettes auf einen unzulässigen Wert. Die Begrenzung der Bettemperatur geschieht am besten dadurch, daß -man diese konstant hält, indem bei größerer Brennstoffzufuhr auch der Luftüberschußfaktor erhöht wird. Dieses Regelverfahren hat zur Folge, daß der Verbrennungswirkungsgrad aufgrund des zunehmenden Luftüberschusses kleiner wird, daß die Verbrennungskapazität der Brennkammer bei niedriger Umgebungstemperatur nicht voll ausgenutzt wird und daß es bei niedriger Umgebungstemperatur nicht möglich ist, sämtlichen Anlag'eteilen die maximale Leistung zu entnehmen.on the other hand, the air flow in the combustion air compressor is decreasing The ambient temperature rises because the density of the air increases as the temperature falls. When the air temperature falls, stands thus a larger amount of combustion air is available. If you try to use this available air, by adding more fuel to the combustion chamber while maintaining an optimal excess air factor, the temperature rises of the fluidized bed to an impermissible value. The best way to limit the bed temperature is to do this keeps constant by the excess air factor with larger fuel supply is increased. This control method has the consequence that the combustion efficiency due to the increasing excess of air becomes smaller that the combustion capacity of the combustion chamber is not fully utilized at a low ambient temperature and that when the ambient temperature is low, it is not possible to extract the maximum power from all parts of the system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Gas-Dampf-Turbinenanlage zu schaffen, bei der'man auch bei unter der sog. Auslegungstemperatur Tn (design temperature) liegenden Temperaturen alle Anlageteile maximal ausnutzen kann. Auslegungstemperatur ist die höchste Umgebungstemperatur, bei der eine bestimmte angegebene Leistung in einer Gasturbine erreicht werden soll. Normalerweise beträgt die Auslegungstemperatur + 300C.The invention is based on the object of creating a method for operating a combined gas-steam turbine system in which all system parts can be used to the maximum even at temperatures below the so-called design temperature T n. Design temperature is the highest ambient temperature at which a certain specified power is to be achieved in a gas turbine. Usually the design temperature is + 30 0 C.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches die im kennzeichnendenTo solve this problem, a method according to the preamble of claim 1 is proposed, which in the characterizing

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NACHQEREOHT SNACHQEREOHT S

Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.Part of claim 1 has mentioned features.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims called.

Eine kombinierte Gas-Dampf-Turbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens ist gemäß der Erfindung durch·die im Anspruch A genannten Merkmale gekennzeichnet.A combined gas-steam turbine system for carrying out the method is according to the invention by those mentioned in claim A. Features marked.

In einer kombinierten Gas-Dampf-Turbinenanlage wird gemäß der Erfindung eine maximale Leistungsentnahme unterhalb der Auslegungstemperatur der Gasturbine bei sämtlichen Anlageteilen und somit bei der ganzen Anlage dadurch erreicht, daß die Brennstoffzufuhr und der Luftüberschußfaktor derart geregelt werden, daß eine maximale Verbrennungskapazität ausgenutzt wird. Um zu verhindern, daß das Bett und die Gasturbine überhitzt werden, wird gleichzeitig die Bettemperatur und somit die Gastemperatur durch das Einspritzen von Wasser oder Wasserdampf in das Bett geregelt. Der Massenfluß durch die Gasturbine und damit auch die Leistung werden einerseits durch die erhöhte Brennstoffzufuhr und andererseits durch die Wasser- oder Dampfzufuhr zum Bett erhöht. Der größere Gasfluß ergibt auch eine etwas größere Dampfmenge von einem Abgaskessel, so daß auch die Dampfturbinenleistung etwas größer wird;In a combined gas-steam turbine system according to the invention a maximum power extraction below the design temperature of the gas turbine for all system parts and thus achieved in the whole system that the fuel supply and the excess air factor can be controlled such that a maximum combustion capacity is utilized. To prevent that the bed and the gas turbine are overheated, the bed temperature and thus the gas temperature become at the same time due to the injection regulated by water or steam in the bed. The mass flow through the gas turbine and thus also the power are on the one hand by the increased fuel supply and on the other hand by the Increased water or steam supply to bed. The larger gas flow also results in a slightly larger amount of steam from an exhaust gas boiler, so that the steam turbine output is also somewhat greater;

Die Brennkammer der Anlage enthält Geber zur Bestimmung der Betttemperatur und des Luftüberschußfaktors. Der Geber zur Bestimmung des Luftüberschußfaktors ist an ein Regelgerät angeschlossen, das bei der Verwendung flüssigen Brennstoffs ein Brennstoffventil steuert. Der Geber zur Bestimmung der Bettemperatur ist an einThe combustion chamber of the system contains sensors for determining the bed temperature and the excess air factor. The transmitter for determining the excess air factor is connected to a control device that controls a fuel valve when using liquid fuel. The transmitter for determining the bed temperature is on

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Regelgerät angeschlossen, das die Wasserzufuhr zum Bett steuert. Die Regelgeräte enthalten Glieder, welche die gemessenen Istwerte mit Sollwerten vergleichen und die Brennstoff- bzw. Wasserzufuhr in Abhängigkeit von den Abweichungen von den Soll-Istwert-Differenzen steuern. Die Anlage enthält außerdem die üblichen Regelgeräte, die zur Leistungsregelung in Kraftanlagen verwendet werden. Die Brennstoffzufuhr wird bei größerem Luftzugang bei sinkender Umgebungstemperatur derart erhöht, daß der Luftüberschußfaktor Λ im wesentlichen in der Nähe des kleinstzulässigen Wertes T^ . konstant gehalten wird. Die Korrosionsgefahr für die Dampferzeugerrohre in dem Wirbelbett bestimmen den Wert für "}\ . . Es gilt:Connected control device that controls the water supply to the bed. The control devices contain elements which compare the measured actual values with setpoint values and control the fuel or water supply as a function of the deviations from the setpoint / actual value differences. The system also contains the usual control devices that are used for power control in power plants. The fuel supply is increased with greater air access and falling ambient temperature in such a way that the excess air factor Λ essentially in the vicinity of the smallest permissible value T ^. is kept constant. The risk of corrosion for the steam generator pipes in the fluidized bed determine the value for "} \ .. The following applies:

G = zur Verfügung stehende Luftmenge (kg/s) mn- Luftmenge in kg, die erforderlich ist, um 1 kg Brennstoff zuG = amount of air available (kg / s) m n - amount of air in kg that is required to add 1 kg of fuel

verbrennen
B = Brennstoffmenge (kg/s).
burn
B = amount of fuel (kg / s).

Der kleinstzulässige Wert^\ . wird errechnet. Er ist abhängig von der Brennkammerausführung, dem Brennstoff, dem Bettmaterial usw. Normalerweise ist Ά>1,5. Wasser kann dem Wirbelbett zusammen mit. Brennstoff zugeführt werden. Kohlenstoff- oder Torfpulver kann in Wasser zu einem sog. "slurry" aufgeschlämmt und dem fluidisierten Bett durch hierfür "vorgesehene Mundstücke zugeführt werden.The smallest permissible value ^ \. is calculated. He is dependent on the combustion chamber design, the fuel, the bed material, etc. Normally Ά> 1.5. Water can be added to the fluidized bed with. Fuel are supplied. Carbon or peat powder can slurried in water to form a so-called "slurry" and fluidized Bed can be fed through mouthpieces provided for this purpose.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigenThe invention is to be explained in more detail with the aid of the figures. Show it

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Gas-Dampf-Fig. 1 schematically shows an embodiment of a gas-steam

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NACHG,;:.K;ZiCHfNACHG,;:. K; ZiCHf

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Turbinenanlage gemäß der Erfindung,
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Turbine system according to the invention,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer zu der Gas-Dampf-Turbinenanlage gemäß der Erfindung gehörende Wirbelbettbrennkammer, 2 shows an exemplary embodiment of a turbine system for the gas-steam turbine according to the invention belonging fluidized bed combustion chamber,

Fig. 3 ein Stapeldiagramm für die Wirbelbettemperatur,3 shows a stack diagram for the fluidized bed temperature,

Fig. 4 ein Diagramm über den Zusammenhang zwischen dem Luftüberschußfaktor /\ in der Brennkammer und der Umgebungstemperatur, wenn die Anlage nicht gemäß der Erfindung betrieben wird,4 shows a diagram of the relationship between the excess air factor / \ in the combustion chamber and the ambient temperature, if the system is not operated in accordance with the invention,

Fig. 5 den Zusammenhang zwischen der. Umgebungstemperatur und der der kombinierten Gas-Dampf-Turbinenanlage entnehmbaren Leistung.Fig. 5 shows the relationship between the. Ambient temperature and that of the combined gas-steam turbine system Power.

In den Figuren 1 und 2 bezeichnet 1 einen Druckbehälter, der eine Brennkammer 2 mit einem Wirbelbett 3 umgibt. In diesem befindet sich eine Rohrschlange 4, die von dem Bettmaterial umgeben ist.In Figures 1 and 2, 1 denotes a pressure vessel, the one Combustion chamber 2 with a fluidized bed 3 surrounds. In this there is a coil 4, which is surrounded by the bed material.

Der Gasturbinenteil der Anlage enthält eine Hochdruckturbine 6, die einen Hochdruckkompressor 5 antreibt und an eine in Reihe geschaltete Niederdruckturbine 7 strömungsmäßig angeschlossen ist, welche ihrerseits einen Niederdruckkompressor 8 antreibt. Ein Anfahrmotor 10 ist an den Hochdruckkompressor angeschlossen.The gas turbine part of the system contains a high pressure turbine 6, which drives a high-pressure compressor 5 and is connected in terms of flow to a low-pressure turbine 7 connected in series, which in turn drives a low-pressure compressor 8. A starting motor 10 is connected to the high pressure compressor.

In der Leitung 11 zwischen dem Niederdruckkompressor 8 und dem Hochdruckkompressor 5 liegt ein Zwischenkühler 12. Ferner ist eine Leistungsturbine 13 vorhanden, die einen Generator 19 antreibt. Der Hochdruckkompressor 5 ist über eine Leitung 14 an den Druckbehälter 1 angeschlossen. Dje Brennkammer 2 ist auf ihrer Austrittsseite über eine Leitui-.g 15 mit der Hochdruckturbine 6 vei-In the line 11 between the low-pressure compressor 8 and the high-pressure compressor 5 is an intercooler 12. Furthermore, one is Power turbine 13 is present, which drives a generator 19. The high pressure compressor 5 is connected to the pressure vessel via a line 14 1 connected. The combustion chamber 2 is on its exit side via a Leitui-.g 15 with the high-pressure turbine 6

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bunden. Zwischen den Leitungen IA und 15 befindet sich eine Leitung 16 mit einem Ventil 17, durch welche Kompressorluft mit Verbrennungsgasen zur Steuerung oder Regelung der Leistung der Anlage gemischt werden kann. Die Hochdruckturbine 6 und die Niederdruckturbine 7 sind über die Leitung 18 miteinander verbunden. Die Niederdruckturbine 7 ist über eine Leitung 20 mit der Leistungsturbine 13 verbunden. bound. A line is located between lines IA and 15 16 with a valve 17, through which compressor air with combustion gases to control or regulate the performance of the Plant can be mixed. The high-pressure turbine 6 and the low-pressure turbine 7 are connected to one another via the line 18. The low-pressure turbine 7 is connected to the power turbine 13 via a line 20.

Der Dampfturbinenteil enthält eine Dampfturbine 21, die einen Generator 22 antreibt. Kondensat vom Kondensator 22a-der Turbine 21 wird von der Speisewasserpumpe 23 durch die Leitung 24 zum Speisewasservorwärmer 25 gepumpt und danach durch die Leitung 26 zur Rohrschlange A in der Brennkammer 2 geleitet. Hier wird Dampf erzeugt, der durch die Leitung 27 zur Turbine 21 strömt. Die Abgase von der Leistungsturbine 13 werden durch die Leitung 28 zum Speisewasservorwärmer 25 geleitet.The steam turbine part contains a steam turbine 21, which is a generator 22 drives. Condensate from the condenser 22a - the turbine 21 is from the feed water pump 23 through the line 24 to the feed water preheater 25 and then passed through line 26 to coil A in combustion chamber 2. Steam is generated here, which flows through line 27 to turbine 21. The exhaust gases from the power turbine 13 are passed through line 28 to the feedwater preheater 25 headed.

Die Brennkammer 2 (Figur 2) unterteilt den Druckbehälter 1 in zwei getrennte Räume 30 und 31. Dem unteren Raum 30 wird komprimierte Luft vom Hochdruckkompressor zugeführt. Die Luft wird durch Mundstücke 32 in die Brennkammer 2 geblasen und hält das Bettmaterial im Wirbelbett 3 im fluidisierten Zustand. Brennstoff wird durch die Leitung 33 zugeführt. Die Brennstoffzufuhr von einem Öltank wird von dem Rcgelgerät 51 und dem Ventil 52 in Abhängigkeit des Luftüberschußfaktors λ geregelt. Dieser wird von einem Geber 53 gemessen. Der gemessene aktuelle .Istwert wird mit einem Sollwert in einem Signalverarbeitungsglied 5A verglichen. In Abhängigkeit der Soll-Istwert-Differenz wird die Brennstoffzufuhr geregelt. Wenn Kohle als Brennstoff benutzt wird, dann steuert das Regel-The combustion chamber 2 (Figure 2) divides the pressure vessel 1 into two separate spaces 30 and 31. The lower space 30 is supplied with compressed air from the high pressure compressor. The air gets through mouthpieces 32 is blown into the combustion chamber 2 and holds the bed material in the fluidized bed 3 in the fluidized state. Fuel is supplied through line 33. The fuel supply from an oil tank is regulated by the regulating device 51 and the valve 52 as a function of the excess air factor λ. This is provided by an encoder 53 measured. The measured current .Istwert is compared with a target value in a signal processing element 5A. Dependent on The fuel supply is regulated according to the difference between the setpoint and the actual value. When coal is used as fuel, the control

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gerät als Stellglied beispielsweise Schneckenförderer für die Zufuhr von Brennstoff. Ein unter Druck stehender Wasserbehälter 34 ist über eine Leitung 35, in der ein Regelventil 36 liegt, mit den Mundstücken 37 verbunden, durch welche Wasser direkt in das Wirbelbett eingespritzt werden kann, wobei das Wasser bei seiner Verdampfung das Wirbelbett kühlt. Die Wassereinspritzung wird in Abhängigkeit der Bettemperatur geregelt. Ein Geber 38 mißt die Bettemperatur, und der Meßwert wird über die Leitung 41 dem Regelgerät· 40 zugeführt. In dem Signalverarbeitungsglied 42 wird der Meßwert mit einem Sollwert vergleichen, und in Abhängigkeit der Soll-Istwert-Differ'enz wird das Ventil 36 und damit die Wassermenge, die dem Bett zugeführt wird, gesteuert. Der Geber 38 kann in oder über dem Wirbelbett 3 plaziert sein, da Verbrennungsgase, die das Bett 3 verlassen, ungefähr dieselbe Temperatur wie das Bett haben.is used as an actuator, for example, a screw conveyor for the supply of fuel. A pressurized water tank 34 is connected to the mouthpieces 37 via a line 35 in which a control valve 36 is located, through which water is directly fed into the fluidized bed can be injected, the water cooling the fluidized bed as it evaporates. The water injection is in Regulated as a function of the bed temperature. A sensor 38 measures the bed temperature, and the measured value is sent to the control unit via line 41 40 supplied. In the signal processing element 42, the measured value is compared with a nominal value, and as a function the target-actual value difference is the valve 36 and thus the amount of water, which is fed to the bed is controlled. The transmitter 38 can be placed in or above the fluidized bed 3, since combustion gases that leave bed 3, have about the same temperature as the bed.

Ein Vorteil einer kombinierten Gas-Dampf-Zyklusanlage der beschriebenen Art mit Verbrennung in einem fluidisierten Bett bei erhöhtem Druck {10 - 16 Bar) ist ihr hoher Wirkungsgrad.Es kann ein Gesamtwirkungsgrad der Anlage von über 40 % erreicht werden. Ein anderer Vorteil bestellt darin, daß die Verbrennung bei niedriger Temperatur, 800 - 850°C, erfolgen kann, so daß Schmelzasche vermieden werden kann. Partikel, die von den Verbrennungsgasen vom .Bett mitgerissen werden, sind "trocken" und neigen daher nicht zum Festkleben in einer Reinigungsanlage, beispielsweise der Zyklonart.. Eine für Gasturbinen ausreichende effektive Reinigung kann erreicht werden, und es besteht nur eine geringe Ablagerungsgefahr an Turbinenschaufeln. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß im Brennstoff vorkommender Schwefel mit einem geeignet gewählten Bettma -An advantage of a combined gas-steam cycle system of the type described with combustion in a fluidized bed at increased pressure (10-16 bar) is its high efficiency. An overall efficiency of the system of over 40 % can be achieved. Another advantage is that the combustion can take place at a low temperature, 800 - 850 ° C, so that melt ash can be avoided. Particles that are entrained by the combustion gases from the bed are "dry" and therefore do not tend to stick in a cleaning system, for example of the cyclone type. Effective cleaning that is sufficient for gas turbines can be achieved, and there is only a low risk of deposits on turbine blades . Another advantage is that sulfur occurring in the fuel with a suitably selected bed mass

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terial, wie z.B. Dolomit, "trocken" reagieren kann und daher von diesem unter Bildung von Gips absorbiert und zusammen mit der Brennstoffasche.und dem verbrauchten Bettmaterial entfernt wird. Eine Ausbreitung von Schwefelverunreinigungen zusammen mit den Rauchgasen kann daher verhindert werden. Ein besonders großer Vorteil besteht darin, daß Kohle bei einer so niedrigen Temperatur wie* yoü - 8[3O0C vollständig verbrannt worden kann.material, such as dolomite, can react "dry" and is therefore absorbed by this with the formation of gypsum and removed together with the fuel ash and the used bed material. A spread of sulfur impurities together with the flue gases can therefore be prevented. A particularly great advantage is that coal * Yoü at a temperature as low as - can have 8 [3O 0 C completely burned.

Die Notwendigkeit, die Temperatur in dem Wirbelbett innerhalb enger Grenzen zu halten, bringt gewisse Probleme mit sich, die jedoch durch die Erfindung gelöst werden können. Dies veranschaulicht Fig. 3. Die Temperatur des Bettes 3 muß im Intervall A-B gehalten werden. Innerhalb des Intervalles B-C kann zwar eine Verbrennung aufrechterhalten werden, doch wird die Absorption von Schwefel geringer, die Turbinenleistung wird kleiner und der Wirkungsgrad sinkt, über dem Niveau 4 schmilzt Asche, die Klumpen bilden kann, welche die Luft- und Brennstoffmundstücke verstopfen, oder die Tropfen bilden kann, die von den Verbrennungsgasen mitgenommen werden und sich in Reinigern und an Turbinenschaufeln absetzen. Wenn die Umgebungstemperatur unter die sog. Auslegungstemperatur Tn sinkt und die Dichte der-Luft und damit der Massenfluß durch die .Kompressoren größer werden, dann steigt die zur Verbrennung zur Verfügung stehende Sauerstoffmenge. Dieser Sauerstoff kann nur zu einem sehr kleinen Teil zur Verbrennung einer größeren Brennstoffmenge benutzt werden, wenn nicht die Kühlung des Bettes erhöht werde.n kann. Die Kühlleistung der Dampfschlange ist im Großen und Ganzen konstant, so daß eine"größere Verbrennung zur Folge hat, daß die Temperatur des Bettes schnell ein unzulässiges Niveau erreicht. Der Luftüberschußfaktor steigt so, wie es FigurThe need to keep the temperature in the fluidized bed within narrow limits poses certain problems which, however, can be solved by the invention. This is illustrated in FIG. 3. The temperature of bed 3 must be kept in the interval AB. Although combustion can be maintained within the interval BC, the absorption of sulfur decreases, the turbine output decreases and the efficiency decreases, ash melts above level 4, which can form lumps which clog the air and fuel nozzles or which Drops can form, which are carried along by the combustion gases and settle in cleaners and on turbine blades. When the ambient temperature falls below the so-called design temperature T n and the density of the air and thus the mass flow through the compressors are greater, the amount of oxygen available for combustion increases. This oxygen can only be used to a very small extent for the combustion of a larger amount of fuel if the cooling of the bed cannot be increased. The cooling capacity of the steam coil is by and large constant, so that "greater combustion" results in the temperature of the bed quickly reaching an inadmissible level. The excess air factor increases as shown in the figure

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NACHGERUCt-AFTERMARK-

veranschaulicht. Auf der Ordinate ist der Luftüberschußfaktor A aufgetragen und auf der Abszisse die Außenlufttemperatur T. Der sog. Auslegungspunkt TQ liegt bei + 30 C. Bei dem Auslegungspunkt ist 'X = 1,5. Wenn den Wert 1,5 unterschreitet, dann wird die Atmosphäre im Bett reduzierend, und es tritt eine Korrosion an den Rohren im Bett auf. !X= 1,5 ist somit der niedrigste Luftüberschußfaktor, der zugelassen werden kann. Ohne vergrößerte Kühlung kann die Zufuhr von Brennstoff nicht proportional zu der Sauerstoff menge, die bei unter T„ liegenden Temperaturen zur Verfügung steht, erhöht werden. Der Wert von A steigt, wie es die schräge, vollausgezogene Linie A-B zeigt. Bei über T liegenden Temperaturen muß die Brennstoffzufuhr verringert werden, damit Λ nicht beispielsweise Λ · = 1..5 unterschreitet. Man erhält sowohl im Gasturbinenteil wie im Dampfturbinenteil eine reduzierte Leistung.illustrated. The excess air factor A is plotted on the ordinate and the outside air temperature T on the abscissa. The so-called design point T Q is +30 C. At the design point, X = 1.5. If λ falls below 1.5, the atmosphere in the bed becomes reducing and corrosion occurs on the pipes in the bed.! X = 1.5 is thus the lowest excess air factor that can be permitted. Without increased cooling the supply of fuel cannot be increased proportionally to the amount of oxygen that is available at temperatures below T ". The value of A increases, as shown by the inclined, solid line AB. At temperatures above T, the fuel supply must be reduced so that Λ does not fall below, for example, Λ · = 1..5. A reduced power is obtained both in the gas turbine part and in the steam turbine part.

Figur 5 zeigt die gelieferte Leistung der kombinierten Turbinenanlage, d.h. die Leistung, die von der Dampfturbine 21 und der Leistungsturbine 13 des Gasturbinenteils abgegeben wird. Die Dampfturbine 21 gibt eine im wesentlichen konstante Leistung zwischen ~30°Cund +300C ab. Danach sinkt die Leistung mit steigender Umgebungstemperatur. Siehe die Kurve ABC. In dem Falle, in dem die Erfindung beim Betrieb der Anlage nicht angewendet wird, gibt die Leistungsgasturbine 13 eine Leistung ab, welche gleich der Differenz zwischen den Kurven DEF und ABC ist. Wenn die Umgebungstemperatur unter die Auslegungstemperatur TQ = +300C sinkt, so steigt die Leistung durch den größeren Luftmassunfluß etwas an. Oberhalb von T„ sinkt d.'.e Leistung deshalb, weil eine geringere Sauerstoffmenge für die Verbrennung zur Verfügung steht, und die Brennstoffzufuhr mu^ geringer werden, damit % nicht un'-erFIG. 5 shows the power delivered by the combined turbine system, ie the power output by the steam turbine 21 and the power turbine 13 of the gas turbine part. The steam turbine 21 is a substantially constant power between ~ 30 ° C and +30 0 C.. After that, the performance decreases as the ambient temperature rises. See curve ABC. In the event that the invention is not used in the operation of the plant, the power gas turbine 13 outputs a power which is equal to the difference between the curves DEF and ABC. If the ambient temperature falls below the design temperature T Q = +30 0 C, the power increases somewhat due to the greater air mass flow. Above T "decreases d. '. E power because a smaller amount of oxygen for combustion is available, and the fuel feed mu ^ be lower, thus% non-un' he

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■■ * " - * * β ·21 -Γ.Π1 Q ρ ■■ * "- * * β · 21 - Γ.Π1 Q ρ

NAOHGEREIOHTCLOSED

- 12 - -- 12 - -

den zugelassenen Wert sinkt. In dem Fall, in dem die Erfindung beim Betrieb der Anlage zur Anwendung kommt, gibt die Leistungsturbine eine Leistung ab, welche gleich der Differenz zwischen den Kurven GEF und ABC ist. Die Zuschußleistung, die man bei der Anwendung der Erfindung erhalten kann, ist der Unterschied zwischen den Kurventeilen GE und DE. Diese Zuschußleistung kommt dadurch.zustande, daß das dem Bett 3 zugeführte Wasser bei seiner Verdampfung das Bett kühlt und eine größere Brennstoffzufuhr bei unveränderter Bettemperatur ermöglicht. Der gewünschte Massenfluß durch Wasser und Brennstoffzufuhr und die erhöhte Energiezufuhr durch größere Verbrennung ergeben die gewünschte Ausgangsleistung.the permitted value decreases. In the case in which the invention at Operation of the system is used, the power turbine outputs a power which is equal to the difference between the curves GEF and ABC is. The grant benefit that can be obtained using the invention is the difference between the parts of the curve GE and DE. This grant comes from the fact that the water supplied to bed 3 cools the bed as it evaporates, and a larger supply of fuel with unchanged bed temperature enables. The desired mass flow through water and fuel feed and the increased energy input from larger combustion result in the desired output power.

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Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: [1J Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Gas-Dampf-Turbinenanlage,in welcher Gas für die Gasturbine und Dampf für die Dampfturbine in einer gemeinsamen Wirbelbettbrennkammer erzeugt werden und in welcher die Brennkammer der Gasturbine bei Betrieb bei der sog. Auslegungstemperatur (design temperature) derart angepaßt ist, daß die richtige Menge Gas bei der gewählten Auslegungstemperatur eine volle Leistungsausnutzung der Turbine ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftüberschußfaktor (Py) bei sinkender Umgebungstemperatur und damit zunehmender Luftdichte und größerem Luftfluß durch Steigerung der Brennstoffzufuhr geregelt wird und daß gleichzeitig die Bettemperatur durch Einspritzen von Wasser oder Wasserdampf in das Wirbelbett (3) derart geregelt wird, daß ein unzulässiges Ansteigen der Wirbelbettemperatur infolge der größeren Brennstoffzufuhr verhindert wird.[1J Method for operating a combined gas-steam turbine system, in which gas for the gas turbine and steam for the steam turbine are generated in a common fluidized bed combustion chamber and in which the combustion chamber of the gas turbine is adapted during operation at the so-called design temperature (design temperature) in such a way that the correct amount of gas at the selected design temperature results in full power utilization of the turbine, characterized in that that the excess air factor (Py) with falling ambient temperature and thus increasing air density and greater air flow is regulated by increasing the fuel supply and that at the same time the bed temperature is controlled by injecting water or steam into the fluidized bed (3) so that an impermissible Rise in the fluidized bed temperature as a result of the larger fuel supply is prevented. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in solcher Menge zugeführt wird, daß der Luftüberschußfaktor (/\) und die Wirbelbettemperatur auf im wesentlichen unverändertem Niveau bei erhöhter Brennstoffzufuhr beibehalten werden.2. The method according to claim 1, characterized in that water is supplied in such an amount that the excess air factor (/ \) and maintaining the fluidized bed temperature at a substantially unchanged level with increased fuel input. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das, dem Bett (3) zugeführte Wasser i*n Wasser aufgeschlämmten Brennstoff enthält.3. The method according to claim 1, characterized in that the, the Bed (3) contains water fed in water slurried fuel. .· .· · :::*:: 23 O19 P. ·. · · ::: * :: 23 O19 P 4. Kombinierte Gas-Dampf-Turbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach 'Anspruch 1 mit einer gemeinsamen Wirbelbettbrennkammer zur Erzeugung von Gas für eine Gasturbine (13) und Dampf für eine Dampfturbine (21), wobei die Brennkammer (1) der Gasturbine (13) derart angepaßt ist, daß die Brennkammer die für die Gasturbine (13) erforderliche Gasmenge für eine bei einer bestimmten Temperatur, meistens + 30 C, angegebenen Leistung ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Geber (53) zur Messung des Luftüberschußfaktors (Λ ) in der Brennkammer vorhanden ist, daß Regelglieder (51 , 54) vorhanden sind, die die Brennstoffzufuhr zum Wirbelbett in Abhängigkeit von der Differenz des gemessenen Istwertes und eines Sollwertes des Luftüberschußfaktors steuern, daß ein zweiter Geber (38) zur Messung der Wirbelbettemperatur vorhanden ist und-daß Regelglieder'(40, 42) vorhanden sind, in denen der Istwert der Bettemperatur mit einem Sollwert verglichen wird und die beim Überschreiten des Sollwertes das Einspritzen von Wasser oder Wasserdampf in das Wirbelbett (3) veranlassen.4. Combined gas-steam turbine system for carrying out the process according to claim 1 with a common fluidized bed combustion chamber for generating gas for a gas turbine (13) and steam for a steam turbine (21), the combustion chamber (1) of the gas turbine (13) being adapted in such a way that the combustion chamber is that for the gas turbine (13) required amount of gas for a given power at a certain temperature, usually + 30 C, results from this characterized in that a first transmitter (53) for measuring the excess air factor (Λ) is present in the combustion chamber, that control elements (51, 54) are present, which determine the fuel supply to the fluidized bed as a function of the difference in the measured Actual value and a set value of the excess air factor control that a second transmitter (38) for measuring the fluidized bed temperature is present and that regulating members' (40, 42) are present in which the actual value of the bed temperature is compared with a target value and which the injection when the target value is exceeded induce water or steam into the fluidized bed (3). /3/ 3
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Date Code Title Description
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