DE60224329T2

DE60224329T2 - Einwellenkombianlage

Info

Publication number: DE60224329T2
Application number: DE60224329T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Takasago-shi Tanaka; Miharu Takasago-shi Matsuoka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2022-07-06
Also published as: EP1275817B1; US20030014962A1; JP3706552B2; US6679046B2; DE60224329D1; JP2003020913A; CA2390270C; EP1275817A1; CA2390270A1

Description

Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2001-207266 , angemeldet am 9. Juli 2001, inklusive Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und Zusammenfassung, werden unter Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Einzelwellen-Anlage mit einer Gasturbine und einer Dampfturbine, die mittels einer einzelnen Welle miteinander verbunden sind. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einzelwellen-Anlage, die dann verwendbar ist, wenn eine Kupplung zwischen der Gasturbine und einer Dampfturbine eingesetzt ist.
Beschreibung des Stands der Technik
Eine Einzelwellen-Anlage, die eine Gasturbine und eine Dampfturbine aufweist, die mittels einer einzelnen Welle miteinander verbunden sind, ist eine Anlage mit hoher Effizienz, involviert minimale Emissionen schädlicher Substanzen (NOx, usw.) und ist darüber hinaus flexibel bei der Bewältigung täglicher Veränderungen beim Verbrauch elektrischer Energie.
3 ist ein Aufbau-Diagramm einer konventionellen Einzelwellen-Anlage. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, sind eine Gasturbine 1 sowie eine Dampfturbine 2 mittels einer einzelnen Welle 3 miteinander verbunden und ein elektrischer Generator (im Anschluss als Generator bezeichnet) 4 ist ebenso mit der Welle 3 verbunden. Sowohl Gas als auch Öl sind als Brennstoffe für die Gasturbine 1 erhältlich und ein Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 ist an einer Brennstoffgas-Zufuhrleitung 5 vorgesehen, die zu der Gasturbine 1 führt, während ein Brennstofföl-Steuerungsventil 8 an einer Brennstofföl-Zufuhrleitung 7 vorgesehen ist, die zur Gasturbine 1 führt. Diese Steuerungsventile 6 und 8 weisen Ventilöffnungen auf, die durch die Einstellung von Steuerungs-Öldrücken (Betriebsöl-Druck) eingestellt werden, wodurch die Mengen an Brennstoffgas und Brennstofföl gesteuert werden, die zur Gasturbine 1 zugeführt werden. Ein Dampf-Leitventil 10 ist an einer Dampf-Zufuhrleitung 9 vorgesehen, die zur Dampfturbine 2 führt. Das Dampf-Leitventil 10 weist ebenso eine Ventilöffnung auf, die durch die Einstellung eines Steuerungsöldrucks (Druck eines Betriebsöls) eingestellt wird, wodurch die Steuerung der Menge des zur Dampfturbine 2 zugeführten Dampfs erfolgt.
Die oben beschriebene Einzelwellen-Anlage ist mit einem Not-Abschalt-Ölsystem versehen, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. Das bedeutet, dass eine Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 zum Abschalten des Brennstoffgas-Steuerungsventils 6, und eine Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 zum Abschalten des Brennstofföl-Steuerungsventils 8 als Gasturbinen-Notaus-Ölleitungen vorliegen. Ein elektromagnetisches Auslöseventil 13 für ein Brennstoffgas-Steuerungsventil ist an der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 vorgesehen, während ein elektromagnetisches Auslöseventil 14 für ein Brennstofföl-Steuerungsventil an der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 vorgesehen ist. Somit wird nur das elektromagnetische Auslöseventil 13 für das Brennstoffgas-Steuerungsventil geschlossen (mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 zu erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an zugeführtem Brennstoffgas durch das Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 gesteuert werden. Wenn das elektromagnetische Auslöseventil 14 für das Brennstofföl-Steuerungsventil nicht mehr mit Energie versorgt wird, kann die Gasturbine 1 durch das Brennstoffgas betrieben werden. Auf der anderen Seite wird nur das elektromagnetisch Auslöseventil 14 für das Brennstofföl-Steuerungsventil geschlossen (mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Brennstofföl-Steuerungsventil 8 zu erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an Brennstofföl, die zu dem Brennstofföl-Steuerungsventil 8 zugeführt wird, gesteuert werden. Wenn das elektromagnetische Auslöseventil 13 für das Brennstoffgas-Steuerungsventil nicht mehr mit Energie versorgt wird, kann die Gasturbine 1 mit Brennstofföl betrieben werden.
Eine Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 15 zum Abschalten des Dampfleitventils 10 ist an der Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung vorgesehen. Ein elektromagnetisches Auslöseventil 16 für das Dampfleitventil ist an der Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 15 vorgesehen. Wenn Dampf zur Dampfturbine 2 zugeführt werden soll, wird das elektromagnetische Auslöseventil 16 für das Dampfleitventil geschlossen (mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Dampfleitventil 10 zur Verfügung zu stellen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an zugeführtem Dampf durch das Dampfleitventil 10 gesteuert werden.
Das elektromagnetische Auslöseventil 16 für das Dampfleitventil ist ebenso mit der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 und der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 über Prüfventile 17 und 18 verbunden. Das Prüfventil 17 ermöglicht den Strom von Notaus-Öl von der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 auf das elektromagnetische Auslöseventil 16 für das Dampfleitventil hin, blockiert jedoch dessen Strom in umgekehrter Richtung, wie dies durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Das Prüfventil 18 ermöglicht den Strom eines Notaus-Öls von der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 auf das elektromagnetische Auslöseventil 16 des Dampfleitventils hin, blockiert jedoch dessen Strom in umgekehrter Richtung, wie dies durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist.
Die elektromagnetischen Auslöseventile 13, 14 und 16 des Notaus-Ölsystems werden mittels eines Interlock-Schaltkreises (nicht gezeigt) in der im Folgenden beschriebenen Weise betätigt.
Wenn die Gasturbine 1 durch Brennstoffgas betrieben werden soll, wird nur das elektromagnetische Auslöseventil 13 des Brennstoffgas-Steuerungsventils geschlossen (mit Energie versorgt), um nur die Arbeit des Brennstoffgas-Steuerungsventils 6 zu ermöglichen. In diesem Fall wird das elektromagnetische Auslöseventil 14 des Brennstofföl-Steuerungsventils offen gehalten (nicht mit Energie versorgt), um zu verhindern, dass Brennstofföl ungewollt zur Gasturbine 1 zugeführt wird. Wenn die Gasturbine 1 mit Brennstofföl betrieben werden soll, wird jedoch nur das elektromagnetische Auslöseventil 14 des Brennstofföl-Steuerungsventils geschlossen (mit Energie versorgt), um nur die Arbeit des Brennstofföl-Steuerungsventils 8 zu ermöglichen. In diesem Fall wird das elektromagnetische Auslöseventil 13 des Brennstofföl-Steuerungsventils offen gehalten (nicht mit Energie versorgt), um zu verhindern, dass Brennstoffgas ungewollt zur Gasturbine 1 zugeführt wird.
Mit der konventionellen Einzelwellen-Anlage werden die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 zusammen gestartet. Zu diesem Zwecke werden das elektromagnetische Auslöseventil 13 des Brennstoffgas-Steuerungsventils oder das elektromagnetische Auslöseventil 14 des Brennstofföl-Steuerungsventils geschlossen (mit Energie versorgt), um die Gasturbine 1 zu starten. Zu diesem Zeitpunkt wird auch das elektromagnetische Auslöseventil 16 des Dampfleitventils geschlossen (mit Energie versorgt), um das Dampfleitventil 10 betreibbar zu machen, wodurch die Dampfturbine 2 ebenso gestartet wird.
Wenn die Gasturbine 1 gestoppt werden soll, werden das elektromagnetische Auslöseventil 13 des Brennstoffgas-Steuerungsventils (oder das elektromagnetische Auslöseventil 14 des Brennstofföl-Steuerungsventils) Größe, um das Notaus-Öl von dem Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 (oder dem Brennstofföl-Steuerungsventil 8) über die Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 (oder die Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12) freizugeben. Als Ergebnis hiervon tritt das Steuerungsöl (Betriebsöl) aus, um das Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 (oder das Brennstofföl-Steuerungsventil 8) zu verschließen, wodurch die Zufuhr von Brennstoffgas (oder von Brennstofföl) gestoppt wird. Wenn die Dampfturbine 2 gestoppt werden soll, wird auch das mit Energie versorgte elektromagnetische Auslöseventil 16 des Dampfleitventils geöffnet, um das Notaus-Öl von dem Dampfleitventil 10 über die Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 15 freizugeben. Als Ergebnis hiervon tritt das Steuerungsöl (Betriebsöl) aus, um das Dampfleitventil 10 zu verschließen, wodurch die Zufuhr von Dampf gestoppt wird.
Mit der konventionellen Einzelwellen-Anlage ist es darüber hinaus übliche Praxis, nur die Dampfturbine 2 zu stoppen, während die Gasturbine 1 weiter arbeitet. Daher wird das elektromagnetische Auslöseventil 16 des Dampfleitventils mit der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 und der ^Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 über die Prüfventile 17 und 18 verbunden, wie dies oben bereits beschrieben wurde. Aufgrund dieses Aufbaus werden dann, wenn das elektromagnetische Auslöseventil 16 des Dampfleitventils Größe wird (mit Energie versorgt wird) nicht nur das Notaus-Öl des Dampfleitventils 10, sondern auch die Notaus-Öle des Brennstoffgas-Steuerungsventils 6 und des Brennstofföl-Steuerungsventils 8 freigegeben, um das Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 und das Brennstofföl-Steuerungsventil 8 zu verschließen. Hierdurch können die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 zuverlässig zur gleichen Zeit gestoppt werden. Somit kann im Falle des Auftretens eines Unfalls in der Gasturbine 1 verhindert werden, dass das elektromagnetische Auslöseventil 13 des Brennstoffgas-Steuerungsventils oder das elektromagnetische Auslöseventil 14 des Brennstofföl-Steuerungsventils aufgrund eines Zusammenbruchs sich nicht öffnen können, wodurch die Zufuhr von Brennstoffgas oder Brennstofföl zur Gasturbine 1 weiter fortgeführt würde, um so das Ausmaß des Unfalls noch zu vergrößern.
In letzter Zeit wurde stärker gefordert, die Konstruktionskosten für eine oben beschriebene Einzelwellen-Anlage weiter zu verringern. Die konventionelle Einzelwellen-Anlage beinhaltete die folgenden Faktoren hinter diesem Kostenanstieg:

(1) Da die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 gleichzeitig gestartet werden, besteht eine Notwendigkeit für einen Thyristor (Starter), der in der Lage ist, ein hohes Startdrehmoment zu erzeugen.
(2) Da die Dampfturbine 2 sich ebenso zum Zeitpunkt des Starts zusammen mit der Gasturbine 1 dreht, muss Kühldampf zur Dampfturbine 2 zugeführt werden, so dass die Schaufeln der Dampfturbine 2 nicht thermisch aufgrund eines Wirbelverlusts expandieren. Bevor jedoch die Generatorleistung von der Gasturbine 1 ansteigt, kann ein Abgas-Boiler, der Dampf aus dem Abgas von der Gasturbine 1 erzeugt, keinen Dampf bilden, der in die Dampfturbine 2 zugeführt werden könnte. Somit erhöht sich bis der Abgas-Boiler Dampf ausbildet, der zur Dampfturbine 2 zugeführt werden könnte, die Notwendigkeit für einen Zusatzboiler mit einer sehr hohen Kapazität, die dazu ausreicht, die Dampfturbine 2 mit Dampf zu versorgen, der zur Abkühlung der Dampfturbine ausreicht.

Um die Konstruktionskosten zu reduzieren, wurde nunmehr für eine Einwellen-Anlage, wie sie in 4 gezeigt ist, vorgeschlagen, eine Kupplung 21 vorzusehen, die zwischen einer Gasturbine 1 (Generator 4) und einer Dampfturbine 2 eingesetzt ist und in der Lage ist, die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen. Mit dieser Einwellen-Anlage unter Verwendung der Kupplung 21 werden nun die Gasturbine 1 und der Generator 4 gestartet, wobei die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 voneinander durch die Kupplung 21 getrennt sind. Wenn die Gasturbine 1 eine gewünschte Rotationsgeschwindigkeit erreicht, wird der Generator 4 mit einem Energiesystem verbunden. Nach der Verbindung des Generators 4 mit dem Energiesystem wird Dampf, der vom Abgas-Boiler (nicht gezeigt) unter der Verwendung des Abgases von der Gasturbine 1 erzeugt wird, zur Dampfturbine 2 zum Zeitpunkt zugeführt, wenn der Dampf zur Dampfturbine 2 zuführbar ist, wodurch die Dampfturbine 2 gestartet wird. Nachdem die Dampfturbine 2 eine gewünschte Rotationsgeschwindigkeit erreicht hat, wird die Kupplung 21 in Eingriff gebracht, um das Drehmoment der Dampfturbine 2 auf dem Generator 4 zu übertragen.
Gemäß dieser Einzelwellen-Anlage unter Verwendung der Kupplung 21 werden nur die Gasturbine 1 und der Generator 4 zu Beginn gestartet, so dass die Kapazität des Thyristors, die zum Starten notwendig ist, verringert werden kann (die Kapazität kann in einem Maß verringert werden, das mit dem Gewicht der Dampfturbine 2 korrespondiert. Darüber hinaus dreht sich während einer Zeitdauer, bei der nur die Gasturbine 1 und der Generator 4 betrieben werden, die Dampfturbine 2 bei niedriger Geschwindigkeit, was keinen Kühldampf erforderlich macht. Somit kann die Kapazität des Zusatzboilers verringert werden.
Wenn jedoch die Kupplung 21 zur in 3 gezeigten konventionellen Einzelwellen-Anlage hinzugefügt wird, um die Kapazität des Thyristors oder des Zusatz-Gasboilers zu verringern, entstehen die nachfolgend angegebenen Probleme:

(1) Die die Kupplung 21 verwendende Einzelwellen-Anlage erfordert, dass nur die Gasturbine 1 betrieben wird, während die Dampfturbine 2 gestoppt bleiben kann. Das bedeutet, dass dann, wenn ein Betrieb unter leichter Belastung oder unter keiner Belastung durchgeführt wird, wie etwa bei einer Lastabschaltung oder in einem Hilfslast-Betrieb, es für den Abgas-Boiler unmöglich ist, Dampf mit einem Druck und einer Temperatur zu erzeugen, die ausreichen, in die Dampfturbine 2 zugeführt zu werden. In diesem Fall kann die konventionelle Einwellen-Anlage die Dampfturbine 2 zusammen mit der Gasturbine 1 durch Zufuhr von Kühldampf vom Zusatzboiler zur Dampfturbine 2 rotierend halten. Mit der die Kupplung 21 verwendenden Einwellen-Anlage ist jedoch auf der anderen Seite ein Zusatzboiler mit einer ausreichend hohen Kapazität, um Kühldampf für die Dampfturbine zu erzeugen, nicht vorgesehen (dies kann die Anlagenkosten verringern), wie dies bereits vorher angemerkt wurde. Somit besteht keine andere Wahl als nur die Dampfturbine 2 zu stoppen, wenn ein Betrieb unter geringer Belastung oder ohne Belastung durchgeführt wird. Mit dem in 3 gezeigten Aufbau des Notaus-Ölsystems werden jedoch dann, wenn das elektromagnetische Auslöseventil 16 des Dampfleitventils Größe wird, nicht nur das Ventil-Leitventil 10 sondern auch das Brennstoffgas-Steuerungsventil 6 und das Brennstofföl-Steuerungsventil 8 verschlossen. Somit ist es unmöglich, nur die Dampfturbine 2 zu stoppen.
(2) Wenn die Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 15 von der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 11 und der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 12 ohne Vorsehen der Prüfventile 17 und 18 getrennt wird, kann das nachfolgend angegebene Problem auftreten: unter der Annahme, dass das elektromagnetische Auslassventil 13 des Brennstoffgas-Steuerungsventils oder das elektromagnetische Auslöseventil 14 des Brennstofföl-Steuerungsventils sich nicht aufgrund eines Zusammenbruchs öffnet, wenn ein Unfall der Gasturbine 1 auftritt, kann die Gasturbine 1 nicht gestoppt werden und somit wird die Gasturbine 1 zerstört. Die DE 4426354 offenbart eine Einzelwellen-Anlage mit einer Kupplung und einem Generator zwischen der Dampfturbine und der Gasturbine, so dass die Gasturbine allein betrieben werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Umstände gemacht. Ihr Ziel ist es, eine Einzelwellen-Anlage zur Verfügung zu stellen, die mit einem Notaus-Ölsystem ausgestattet ist, das nur eine Dampfturbine stoppen kann, und das eine Gasturbine zuverlässig auch dann stoppen kann, wenn sich ein an der Gasturbinen-Notaus-Ölleitung vorgesehenes Auslöseventil (d. h. ein elektromagnetisches Ventil eines Brennstoffgas-Steuerungsventils oder ein elektromagnetisches Auslöseventil eines Brennstofföl-Steuerungsventils) sich aufgrund eines Zusammenbruchs nicht öffnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Einzelwellen-Anlage zur Verfügung gestellt, die eine Gasturbine umfasst, die mittels einer einzelnen Welle miteinander verbunden sind, und einer Kupplung, die zwischen der Gasturbine und der Dampfturbine eingesetzt ist, wodurch die Gasturbine und die Dampfturbine miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können, des Weiteren umfassend:
ein Notaus-Ölsystem, das eine Gasturbinen-Notaus-Ölleitung sowie eine Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung beinhaltet, und wobei
dann, wenn ein Auslöseventil, das an der Gasturbinen-Notaus-Ölleitung vorgesehen ist, geöffnet wird, ein Notaus-Öl von einem Ventil freigegeben wird, das an der Brennstoffzufuhrleitung vorgesehen ist, über die Gasturbinen-Notaus-Ölleitung, wodurch nur das Ventil, das an der Brennstoffzufuhrleitung vorgesehen ist, geschlossen wird, um die Zufuhr von Brennstoff zu der Gasturbine zu stoppen,
dann, wenn ein Auslöseventil, das an der Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung vorgesehen ist, geöffnet wird, ein Notaus-Öl von einem Ventil freigegeben wird, das an der Dampfzufuhrleitung vorgesehen ist, über die Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung, wodurch nur das Ventil, das an der Dampfzufuhrleitung vorgesehen ist, geschlossen wird, um die Zufuhr von Dampf zur Dampfturbine zu stoppen,
ein Haupt-Auslöseventil mit der Gasturbinen-Notaus-Ölleitung und der Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung über Prüfventile verbunden ist, und
dann, wenn das Haupt-Auslöseventil geöffnet wird, die Notaus-Öle von dem Ventil freigegeben werden, welches an der Brennstoffzufuhrleitung vorgesehen ist, und dem Ventil, das an der Dampfzufuhrleitung vorgesehen ist, über die Gasturbinen-Notaus-Ölleitung und Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung, wodurch sowohl das Ventil, das an der Brennstoffzufuhrleitung vorgesehen ist, als auch das Ventil, das an der Dampfzufuhrleitung vorgesehen ist, geschlossen werden, um die Zufuhr von Brennstoff zur Gasturbine und die Zufuhr von Dampf zur Dampfturbine zu stoppen.
Die Einzelwellen-Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung kann die dann auftretenden Probleme, wenn eine Kupplung an einer Einzelwellen-Anlage verwendet wird, lösen. Das bedeutet, dass durch Öffnung nur des an der Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung vorgesehen Auslöseventils nur die Dampfturbine gestoppt werden kann, wobei die Gasturbine im Betrieb verbleibt. Darüber hinaus wird beim Stoppen sowohl der Dampfturbine als auch der Gasturbine das Haupt-Auslöseventil geöffnet, wodurch die Gasturbine und die Dampfturbine zuverlässig gestoppt werden können. Somit kann auch dann, wenn der Auslöseventil, das an der Gasturbinen-Notaus-Ölleitung vorgesehen ist, sich nicht aufgrund eines Zusammenbruchs öffnet, wenn ein Unfall in der Gasturbine auftritt, beispielsweise die Gasturbinen sicher gestoppt werden. Infolgedessen kann eine Einzelwellen-Anlage bei geringeren Kosten als in früheren Technologien unter Verwendung der Kupplung hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird vollständig aus der detaillierten Beschreibung verständlich, die im Anschluss und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen angegeben wird, welche nur zu illustratorischen Zwecken beiliegen und somit für die vorliegende Erfindung nicht beschränkend sind, und in denen:
1 ein Aufbaudiagramm einer Einzelwellen-Anlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Verriegelungs-Schutzschaltkreisdiagramm zur Betätigung jeweiliger elektromagnetischer Ventile eines Notaus-Ölsystems ist, das in der Einzelwellen-Anlage vorgesehen ist;
3 ein Aufbaudiagramm einer konventionellen Einzelwellen-Anlage ist; und
4 ein Aufbaudiagramm einer Einzelwellen-Anlage ist, die eine Kupplung verwendet.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr detailliert unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die die Erfindung in keiner Weise beschränken.
1 ist ein Aufbaudiagramm einer Einzelwellen-Anlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein Verriegelungs-Schutzschaltkreisdiagramm zur Betätigung der jeweiligen elektromagnetischen Ventile des Notaus-Ölsystems, das in der Einzelwellen-Anlage vorgesehen ist.
Wie in 1 gezeigt, sind eine Gasturbine 31 und eine Dampfturbine 32 mittels einer einzelnen Welle 33 miteinander verbunden und ein Generator 34 ist ebenso mit der Welle 33 verbunden. Sowohl Gas als auch Öl sind als Brennstoffe für die Gasturbine 31 erhältlich und ein Brennstoffgas-Steuerungsventil 36 ist an einer zur Gasturbine 31 führenden Brennstoffgas-Zufuhrleitung 35 vorgesehen, während ein Brennstofföl-Steuerungsventil 38 an einer Brennstofföl-Zufuhrleitung 37, die zu der Gasturbine 31 führt, vorgesehen ist. Diese Steuerungsventile 36 und 38 weisen Ventilöffnungen auf, die durch Einstellung der Steuerungsöldrücke (Drücke der Betriebsöle) eingestellt werden, um hierdurch die Mengen an Brennstoffgas und Brennstofföl, die zur Gasturbine 31 zugeführt werden, zu steuern. Ein Dampfleitventil 40 ist an einer zur Dampfturbine 32 führenden Dampfzufuhrleitung 39 vorgesehen. Das Dampfleitventil 40 weist auch eine Ventilöffnung auf, die durch Einstellung eines Steuerungsöldrucks (Druck eines Betriebsöls) eingestellt wird, um hierdurch die Menge an zur Dampfturbine 32 zugeführten Dampfs zu steuern.
Eine Kupplung 41 ist zwischen der Gasturbine 31 (Generator 34) und der Dampfturbine 32 eingesetzt, wodurch die Gasturbine 31 und die Dampfturbine 32 miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können. Diese Erfindung verkleinert die Kapazität eines Thyristors oder (nicht gezeigten) Hilfsboilers. Als Kupplung 41 kann eine Kupplung mit einer schraubenförmigen Keilverzahnungs-Struktur verwendet werden, oder eine andere Art von Kupplung kann verwendet werden.
Mit dieser Einzelwellen-Anlage unter Verwendung der Kupplung 41 werden nur die Gasturbine 31 und der Generator 34 zu Beginn gestartet und die Gasturbine 31 und die Dampfturbine 32 bleiben voneinander mittels der Kupplung 41 getrennt. Wenn die Gasturbine 31 eine gewünscht Rotationsgeschwindigkeit erreicht, wird der Generator 34 mit einem Energiesystem verbunden. Nach der Verbindung des Generators 34 mit dem Energiesystem wird Dampf, der von einem Abgas-Boiler (nicht gezeigt) unter Verwendung des Abgases von der Gasturbine 31 erzeugt wird, zur Dampfturbine 32 zu dem Zeitpunkt zugeführt, wenn der Dampf der Dampfturbine 32 zuführbar wird, wodurch die Dampfturbine 32 gestartet wird. Nachdem die Dampfturbine 32 eine vorab festgelegte Drehgeschwindigkeit erreicht, kommt die Kupplung 41 in Eingriff, um das Drehmoment der Dampfturbine 32 auf den Generator 34 zu übertragen.
Die die Kupplung 41 verwendende Einzelwellen-Anlage ist mit einem Notaus-Ölsystem versehen, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist. Das bedeutet, dass eine Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42 zum Abschalten des Brennstoffgas-Steuerungsventils 36 und eine Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 zum Abschalten des Brennstofföl-Steuerungsventils 38 als Gasturbinen-Notaus-Ölleitungen vorliegen. Eine elektromagnetisches Auslöseventil 44 des Brennstoffgas-Steuerungsventils ist an der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42 vorgesehen, während ein elektromagnetisches Auslöseventil 45 eines Brennstofföl-Steuerungsventils an der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 vorgesehen ist.
Somit wird nur das elektromagnetische Auslöseventil 44 des Brennstoffgas-Steuerungsventils geschlossen (mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Brennstoffgas-Steuerungsventil 36 zu erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an zugeführtem Brennstoffgas durch das Brennstoffgas-Steuerungsventil 36 gesteuert werden. Wenn das elektromagnetische Auslöseventil 45 des Brennstofföl-Steuerungsventils in diesem Zustand nicht mit Energie versorgt wird, kann die Gasturbine 31 mit Brennstoffgas betrieben werden. Auf der anderen Seite wird nur das elektromagnetische Auslöseventil 45 des Brennstofföl-Steuerungsventils geschlossen (mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Brennstofföl-Steuerungsventil 38 zu erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an zugeführtem Brennstofföl durch das Brennstofföl-Steuerungsventil 38 gesteuert werden. Wenn das elektromagnetische Auslöseventil 44 des Brennstoffgas-Steuerungsventils in diesem Zustand nicht mit Energie versorgt wird, kann die Gasturbine 31 mit Brennstofföl betrieben werden.
Eine Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 zum Abschalten des Dampfleitventils 40 im Falle eines Notfalls ist als Dampfturbinen-Notaus-Ölleitung vorgesehen. Ein elektromagnetisches Auslöseventil 47 für das Dampfleitventil ist an der Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 vorgesehen. Wenn Dampf zur Dampfturbine 32 zugeführt werden soll, wird das elektromagnetische Auslöseventil 47 des Dampfleitventils geschlossen (mit Energie versorgt), um einen Notaus-Öldruck für das Dampfleitventil 40 zu erzeugen. Als Ergebnis hiervon kann die Menge an zugeführtem Dampf durch das Dampfleitventil 40 gesteuert werden.
Wenn die Gasturbine 31 gestoppt werden soll, wird das elektromagnetische Auslöseventil 44 des Brennstoffgas-Steuerungsventils (oder das elektromagnetische Auslöseventil 45 des Brennstofföl-Steuerungsventils) geöffnet, um das Notaus-Öl von dem Brennstoffgas-Steuerungsventil 36 (oder dem Brennstofföl-Steuerungsventil 38) über die Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42 (oder die Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43) freizugeben. Als Ergebnis hiervon tritt das Steuerungsöl (Betriebsöl) aus, um das Brennstoffgas-Steuerungsventil 36 (oder das Brennstofföl-Steuerungsventil 38) zu verschließen, wodurch die Zufuhr von Brennstoffgas (oder von Brennstofföl) gestoppt wird. Wenn die Dampfturbine 32 gestoppt werden soll, wird das mit Energie versorgte elektromagnetische Auslöseventil 47 des Dampfleitventils geöffnet, um das Notaus-Öl von dem Dampfleitventil 40 über die Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 freizugeben. Als Ergebnis hiervon tritt das Steuerungsöl (Betriebsöl) aus, um das Dampfleitventil 40 zu verschließen, wodurch die Zufuhr von Dampf gestoppt wird. Anders als in einer konventionellen Einwellen-Anlage sind das elektromagnetische Auslöseventil 47 des Dampfleitventils, die Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42 sowie die Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 nicht durch Prüfventile miteinander verbunden. In anderen Worten sind die Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42, die Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 sowie die Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 unabhängig voneinander. Daher wird dann, wenn das elektromagnetische Auslöseventil 47 des Dampfleitventils geöffnet wird, das Notaus-Öl des Brennstoffgas-Steuerungsventils 36 oder des Brennstofföl-Steuerungsventils 38 nicht freigegeben, sondern nur die Dampfturbine 32 wird gestoppt.
In der Einzelwellen-Anlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist darüber hinaus ein elektromagnetisches Haupt-Auslöseventil 51 mit der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42, der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 und der Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 über Prüfventile 48, 49 und 50 verbunden. Das Prüfventil 48 ermöglicht den Strom eines Notaus-Öls von der Brennstoffgas-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 42 auf das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 41 hin, blockiert jedoch dessen Strom in umgekehrter Richtung, wie dies durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Das Prüfventil 49 ermöglicht den Strom eines Notaus-Öls von der Brennstofföl-Steuerungsventil-Notaus-Ölleitung 43 auf das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 51 hin, blockiert jedoch dessen Strom in umgekehrter Richtung, wie dies durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Das Prüfventil 50 ermöglicht den Strom eines Notaus-Öls von der Dampfleitventil-Notaus-Ölleitung 46 auf das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 61 hin, blockiert jedoch dessen Strom in umgekehrter Richtung, wie dies durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist.
Ein Beispiel eines Verriegelungs-Schutzschaltkreises für die Betätigung der elektromagnetischen Auslöseventile 48, 49 und 50 des Notaus-Ölsystems wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, werden dann, wenn ein Brennstoffgas-Auswahlsignal S1 bei Vorliegen eines Gasturbinen-Brennstoffeintritts-Befehlsignals S2 und bei Abwesenheit eines Turbinen-Notstopps-Befehlsignals S4 existiert, ein Betätigungssignal S7 für ein elektromagnetisches Auslöseventil des Brennstoffgas-Steuerungsventils ausgegeben, um das elektromagnetische Auslöseventil 44 des Brennstoffgas-Steuerungsventils mit Energie zu versorgen (zu verschließen). Wenn ein Brennstofföl-Auswahlsignal S3 in Anwesenheit des Gasturbinen-Brennstoffeintritts-Befehlssignals S2 und bei Abwesenheit des Turbinen-Notstopps-Befehlssignals 94 vorliegt, wird ein Energieversorgungssignal S8 für das elektromagnetische Auslöseventil des Brennstofföl-Steuerungsventils ausgegeben, um das elektromagnetische Auslöseventil 45 des Brennstofföl-Steuerungsventils mit Energie zu versorgen (zu verschließen). Wenn kein Turbinen-Notstoppsignal S4 vorliegt, wird ein Energieversorgungssignal S9 des elektromagnetischen Haupt-Auslöseventils ausgegeben, um das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 51 mit Energie zu versorgen (zu verschließen). Wenn ein Dampfturbinen-Energieversorgungs-Befehlssignal S6 in Abwesenheit des Turbinen-Notstoppsignals S4 und in Abwesenheit eines Dampfturbinen-Stopp-Befehlssignals S5 vorliegt, wird ein Energieversorgungssignal S10 des elektromagnetischen Auslöseventils des Dampfleitventils ausgegeben, um das elektromagnetische Auslöseventil 47 des Dampfleitventils mit Energie zu versorgen (zu verschließen).
Wenn das Dampfturbinen-Stopp-Befehlssignal S5 erzeugt wird, um nur die Dampfturbine 32 unter leichter Last oder keiner Last zu stoppen, wird das Energieversorgungssignal S10 des elektromagnetischen Auslöseventils des Dampfleitventils OFF, um das elektromagnetische Auslöseventil 47 des Dampfleitventils nicht mit Energie zu versorgen (zu öffnen), woraufhin nur die Dampfturbine 32 gestoppt wird. Wenn das Turbinen-Notstopp-Befehlssignal S4 erzeugt wird, werden das Energieversorgungssignal S7 des elektromagnetischen Auslöseventils des Brennstoffgas-Steuerungsventils, das Energieversorgungssignal S8 des elektromagnetischen Auslöseventils des Brennstofföl-Steuerungsventils und das Energieversorgungssignal S10 des elektromagnetischen Auslöseventils des Dampfleitventils OFF, um das elektromagnetische Ventil 44 des Brennstoffgas-Steuerungsventils, das elektromagnetische Auslöseventil 45 des Brennstofföl-Steuerungsventils und das elektromagnetische Ventil 47 des Dampfleitventils nicht mit Energie zu versorgen (zu öffnen). Somit werden die Gasturbine 31 und die Dampfturbine 32 gestoppt. Zusätzlich wird auch ein Energieversorgungssignal S9 eines elektromagnetischen Haupt-Auslöseventils OFF, um das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 51 nicht mit Energie zu versorgen (zu öffnen). Infolgedessen werden die Dampfturbine 32 und die Gasturbine 31 ohne Fehlfunktion gestoppt.
Wie oben bereits diskutiert, kann die Einzelwellen-Anlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Probleme, die dann auftreten, wenn eine Kupplung in einer Einzelwellen-Anlage verwendet wird, lösen. Das bedeutet, dass durch Öffnung nur des elektromagnetischen Auslöseventils 47 des Dampfleitventils nur die Dampfturbine 32 gestoppt werden kann, und wobei die Gasturbine 31 im Betrieb verbleibt. Darüber hinaus wird beim Stoppen sowohl der Gasturbine 31 als auch der Dampfturbine 32 das elektromagnetische Haupt-Auslöseventil 51 geöffnet, wodurch die Gasturbine 31 und die Dampfturbine 32 zuverlässig gestoppt werden können. Somit kann auch beispielsweise in dem Fall, dass das elektromagnetische Auslöseventil 44 des Brennstoffgas-Steuerungsventils oder das elektromagnetische Auslöseventil 45 des Brennstofföl-Steuerungsventils aufgrund eines Zusammenbruchs, wenn ein Unfall in der Gasturbine 31 auftritt, sich nicht öffnen, die Gasturbine 31 sicher gestoppt werden. Infolgedessen kann eine Einzelwellen-Anlage bei niedrigeren Kosten als in früheren Technologien unter Verwendung der Kupplung 41 hergestellt werden.

Claims

Einzelwellen-Anlage, umfassend eine Gasturbine und eine Dampfturbine, die mittels einer einzelnen Welle miteinander verbunden sind, sowie eine zwischen der Gasturbine und der Dampfturbine eingesetzte Kupplung, wodurch die Gasturbine und die Dampfturbine miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren umfasst: ein Not-Abschalt-Ölsystem, beinhaltend eine Gasturbinen-Not-Abschalt-Ölleitung, sowie eine Dampfturbinen-Not-Abschalt-Ölleitung, und wobei dann, wenn ein an der Gasturbinen-Not-Abschalt-Ölleitung vorgesehenes Auslöseventil geöffnet ist, ein Not-Abschalt-Öl von einem Ventil, das an einer Brennstoff-Zufuhrleitung vorgesehen ist, über die Gasturbinen-Not-Abschalt-Öllinie freigegeben wird, wodurch nur das Ventil, das an der Brennstoff-Zufuhrleitung vorgesehen ist, abgeschaltet wird, um die Zufuhr von Brennstoff zur Gasturbine zu stoppen, dann, wenn ein Auslöseventil, das an der Dampfturbinen-Not-Abschalt-Ölleitung vorgesehen ist, geöffnet wird, ein Not-Abschalt-Öl von einem Ventil, das an einer Dampf-Zufuhrlinie vorgesehen ist, über die Dampfturbinen-Not-Abschalt-Ölleitung freigegeben wird, wodurch nur dasjenige Ventil, das an der Dampf-Zufuhrleitung vorgesehen ist, abgeschaltet wird, um die Zufuhr von Dampf zur Dampfturbine zu stoppen, ein Vorsteher-Auslöseventil mit der Gasturbinen-Not-Abschalt-Ölleitung und der Dampfturbinen-Not-Abschalt-Ölleitung über Prüfventile verbunden ist, und dann, wenn das Vorsteher-Auslöseventil geöffnet wird, die Not-Abschalt-Öle von dem Ventil, das an der Brennstoff-Zufuhrleitung vorgesehen ist, und dem Ventil, das an der Dampf-Zufuhrleitung vorgesehen ist, über die Gasturbinen-Not-Abschalt-Ölleitung und die Dampfturbinen-Not-Abschalt- Ölleitung freigegeben werden, wodurch sowohl das Ventil, das an der Brennstoff-Zufuhrleitung vorgesehen ist, als auch das Ventil, das an der Dampf-Zufuhrleitung vorgesehen ist, abgeschaltet werden, um die Zufuhr von Brennstoff zur Gasturbine und die Zufuhr von Dampf zur Dampfturbine abzuschalten.