DE69912029T2

DE69912029T2 - Kraft-Wärme-Kopplungsanlage und Verfahren zu seinem Betrieb

Info

Publication number: DE69912029T2
Application number: DE69912029T
Authority: DE
Inventors: Mathias Jacobus Johannes Linnemeyer
Original assignee: NEM BV
Current assignee: NEM BV
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2019-06-22
Also published as: EP0967366A1; EP0967366B1; NL1009467C2; DE69912029D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Blockheizkraftwerk umfassend: eine Gasturbine, einen Dampfkessel, eine Hauptleitung, die den Ausgang der Gasturbine mit einem Eingang des Kessels verbindet, um die Gase aus der Gasturbine in den Kessel abzuführen, ein Hauptleitungsventil, das in der Hauptleitung angeordnet ist, um letzteres regelbar zu öffnen und zu schließen, eine Luftzufuhrleitung, die sich in die Hauptleitung unterhalb des Hauptleitungsventils öffnet und in der ein Lüfter für die Zufuhr von Verbrennungsluft in die Hauptleitung angeordnet ist, ein Luftzufuhrleitungsventil, das in der Luftzufuhrleitung unterhalb des Lüfters angeordnet ist, um die Luftzufuhrleitung regelbar zu öffnen und zu schließen, einen Brenner, der in der Hauptleitung unterhalb der Luftzufuhrleitung angeordnet ist, und eine Leitung, die die Gase aus der Gasturbine in die Atmosphäre leitet, wobei die Leitung zwischen der Gasturbine und dem Hauptleitungsventil angeordnet ist, und in der ein Ventil angeordnet ist, um die Leitung regelbar zu öffnen und zu schließen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Blockheizkraftwerks.
Ein Blockheizkrafwerk umfasst allgemein eine Gasturbine, die mit einem Stromerzeuger verbunden ist. Anstelle einer Gasturbine ist auch ein anderer Verbrennungsmotor; etwa ein Hubkolbenmotor, einsetzbar. Der in dieser Patentschrift verwendete Begriff Gasturbine schließt jeden anderen Verbrennungsmotor mit ein.
In einer sehr einfachen Ausführungsform, in der das Hauptleitungsventil, der Lüfter, die Luftzufuhrleitung, das Luftzufuhrleitungsventil und der Brenner nicht vorgesehen sind, werden die Abgase aus der Gasturbine über eine Hauptleitung direkt in einen Dampfkessel abgeführt, der im Folgenden einfach Kessel genannt wird. Die Hauptleitung kann grundsätzlich mehrere parallele Leitungen umfassen. In dieser Anordnung können die Gasturbine und der Kessel nur gleichzeitig arbeiten.
Bei einer unsicheren öffentlichen Stromversorgung ist es wünschenswert, dass die Gasturbine auch getrennt betrieben werden kann, wobei der Kessel abgeschaltet ist. Hierzu ist die Hauptleitung in der Anordnung gemäß dem vorhergehenden Absatz zwischen der Gasturbine und dem Kessel mit einer Anschlussleitung versehen, die die Abgase in die Atmosphäre abgibt und die den maximalen Austrag an Abgasen verarbeiten kann und über ein Anschlussleitungsventil geschlossen und geöffnet werden kann. Darüber hinaus ist ein Hauptleitungsventil unterhalb der Anschlussleitung in der Hauptleitung angeordnet, um die Hauptleitung zu öffnen und zu schließen. In der Praxis können das Anschlussleitungsventil und das Hauptleitungsventil verbunden werden, um ein Umschaltventil zu bilden, das die Hauptleitung schließt, wenn die Anschlussleitung geöffnet wird, und die Anschlussleitung schließt, wenn die Hauptleitung geöffnet wird. Das bedeutet, dass die Gasturbine entweder isoliert oder parallel mit dem Kessel betrieben wird, wobei das ungehinderte Abführen der Abgase unter beiden Arbeitsbedingungen gewährleistet ist (siehe DE-B-2 609 522).
Wenn hohe Standards im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Blockheizkraftwerks, insbesondere im Hinblick auf die Verfügbarkeit ihrer Wärmelieferung, angelegt sind, muss gewährleistet sein, dass der Kessel auch dann eingeschaltet bleibt, wenn die Gasturbine ausfällt, und zwar vorzugsweise ohne eine deutliche Veränderung bei der Wärmelieferung zum Kessel. Zu diesem Zweck ist die mit einer Anschlussleitung versehene Anlage zusätzlich mit einem Brenner und einem Lüfter versehen. Der Brenner ist in der Hauptleitung zwischen der Anschlussleitung und dem Kessel angeordnet, während der Lüfter über eine Luftzufuhrleitung, in der ein Ventil angeordnet ist, Verbrennungsluft in die Hauptleitung an einer Stelle zwischen dem Hauptleitungsventil und dem Brenner einführen kann. Wenn die Gasturbine nicht verfügbar ist oder ausfällt, führt die Verbindung des Brenners und des Lüfters die erforderlichen heißen Abgase zu, damit der Kessel eingeschaltet bleibt.
Zum weitestmöglichen Minimieren von Unterbrechungen der Dampfzufuhr durch den Dampfkessel während einer „fliegenden" Übernahme (= im Betrieb) durch den Brenner von der Gasturbine muss das Ventil in der Anschlussleitung zusätzlich zu einem Umschaltventil, das möglicherweise ebenfalls vorgesehen ist, steuerbar sein. Dieses Umschaltventil kann ebenfalls durch ein steuerbares Hauptleitungsventil ersetzt werden. Da in einem solchen Schaltkreis unter allen Umständen verhindert werden muss, dass die Abgase, die von der Gasturbine kommen, blockiert werden, wenn sowohl das Anschlussleitungsventil als auch das Hauptleitungsventil geschlossen sind, ist das Anschlussleitungsventil mit einer Notöffnungsfunktion ausgestattet, die arbeitet, wenn ein bestimmter Druck unterhalb der Gasturbine überschritten wird.
Der in dem vorhergehenden Abschnitt beschriebene Schaltkreis erlaubt den isolierten Betrieb der Gasturbine oder den isolierten Betrieb des Kessels, sowie den Parallelbetrieb der Gasturbine und des Kessels. Auch wenn der isolierte Betrieb der Gasturbine nicht erforderlich ist, wenn vom Parallelbetrieb der Gasturbine und des Kessels auf den isolierten Betrieb des Kessels umgeschaltet wird, ist die Anschlussleitung erforderlich, um den Abgasstrom aus der Gasturbine zum Kessel steuerbar durch den Abgasstrom aus dem Brenner zu ersetzen. Die Anschlussleitung ist ebenfalls erforderlich, wenn von dem isolierten Betrieb des Kessels auf den Parallelbetrieb der Gasturbine und des Kessels umgeschaltet wird, wobei der Abgasstrom aus dem Brenner zum Kessel steuerbar durch den Abgasstrom aus der Gasturbine ersetzt wird. Darüber hinaus ist die Anschlussleitung erforderlich, um die Gasturbine herunterzufahren und abzukühlen, nachdem sie vom Kessel getrennt wurde.
Ein Nachteil bei der Verwendung einer Anschlussleitung besteht dann, dass das/die Ventil/e an seiner/ihren Dichtung/en undicht wird/werden, was im Parallelbetrieb der Gasturbine und des Kessels zu einem Wirkungsverlust führt, der sich mit größer werdenden Ventilen exponentiell erhöht.
Wenn ein isolierter Betrieb der Gasturbine nicht erforderlich ist, ist eine Anschlussleitung mit einem Ventil oder Ventilen dennoch notwendig, um die Gasturbine und den Brenner steuerbar ein- und abzuschalten, und um die Gasturbine auslaufen zu lassen, nachdem sie vom Kessel getrennt wurde. Jedoch ist der Einbau der Anschlussleitung und aller zugehörigen Einrichtungen mit einer hohen finanziellen Investition verbunden.
Ein weiterer Nachteil des Blockheizkraftwerks nach dem Stand der Technik besteht darin, dass es für einen sicheren Betrieb komplizierte Steuer-, Regel- und Schutzmaßnahmen erforderlich macht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Blockheizkraftwerk bereitzustellen, das deutlich geringere Undichtigkeitsverluste aufweist, wesentlich kostengünstiger und erheblich einfacher zu steuern, zu regeln und zu schützen ist.
Zu diesem Zweck ist das der Erfindung zugrundeliegende Blockheizkraftwerk dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung, die die Gase in die Atmosphäre abführt, als Abblasleitung mit einem Abblasleitungsventil ausgeführt ist, wobei die Abblasleitung geeignet ist, den Gasaustrag, der von der Gasturbine erzeugt wird, höchstens mit einer Abblasdrehzahl unterhalb der nominalen Drehzahl abzuführen. Insbesondere ist die Abblasdrehzahl im Wesentlichen gleich der Anfangsdrehzahl, mit der die Gasturbine startet. Bei einer Gasturbine ist die Anfangsdrehzahl kleiner als etwa eintausend Umdrehungen in der Minute, insbesondere liegt sie zwischen etwa fünfhundert und achthundert Umdrehungen in der Minute.
In dem der Erfindung zugrundeliegenden Blockheizkraftwerk wurde auf die Anschlussleitung mit einem Anschlussleitungsventil, das nach dem Stand der Technik üblich ist, verzichtet, wobei beide für das Abführen des Abgasstromes aus dem Verbrennungsmotor konstruiert sein müssen, wenn letzterer unter voller Belastung läuft. Erfindungsgemäß brauchen die vorhergehend genannte Abblasleitung und das vorhergehend genannte Abblasleitungsventil nur zum Abführen des Gasstroms aus der Gasturbine bei ihrer (relativ niedrigen) Abblasdrehzahl konstruiert zu sein, wobei der Gasstrom im Wesentlichen aus Luft und möglicherweise brennbaren Restgasbestandteilen besteht, die ausgeblasen werden müssen, und nicht aus heißen Abgasen. Die Erfindung basiert teilweise auf der Erkenntnis, dass die heißen Abgase aus dem Verbrennungsmotor während aller Betriebsprozesse und in allen Betriebsphasen des Werks über die Hauptleitung und den Dampfkessel abgeführt werden können. Wenn der Verbrennungsmotor angelaufen ist und somit Abgase zündet und erzeugt, ist das Abblasleitungsventil vollständig geschlossen und das Hauptleitungsventil geöffnet. Wird der Verbrennungsmotor beispielsweise geplant eingeschaltet, ist sein Ausgang bereits mit dem Eingang des Dampfkessels verbunden, das Abblasleitungsventil ist bereits vollständig geschlossen, und das Hauptleitungsventil ist bereits geöffnet, bevor der Verbrennungsmotor anläuft. Die heißen Abgase müssen dabei und in anderen Betriebsphasen nicht durch die Abblasleitung abgeführt werden.
Die Abblasleitung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Hauptleitungsventil ist die Leitung, die von der Hauptleitung mit der höchsten Gasdurchsatzleistung absteigt, die höher ist als die jeder anderen absteigenden Leitung. Die Abblasleitung kann aufgrund der relativ niedrigen Standards, die sie erfüllen muss, kostengünstig hergestellt werden.
In dem der Erfindung zugrundeliegenden Blockheizkraftwerk ist ein isolierter Betrieb des Verbrennungsmotors nicht möglich, aber dieses ist in zahlreichen Anwendungen auch gar nicht erforderlich, beispielsweise, wenn eine zuverlässige öffentliche Stromversorgung gegeben ist, oder wenn die Gleichmäßigkeit der von einem Verbrennungsmotor zugeführten elektrischen Energie kein entscheidender Faktor ist. Steuerung, Regelung und Schutz lassen sich somit auf eine einfachere und kostengünstigere Weise bereitstellen. Das Hauptleitungsventil ist mit Notöffnungsmitteln versehen, um den Verbrennungsmotor zu schützen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Merkmal des Lüfters so ausgewählt, dass die Leistung des Lüfters abfällt, wenn der Druck an der Förderseite des Lüfters ansteigt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der anliegenden Zeichnung ausführlicher beschrieben:
1 ist das Schaltbild eines Blockheizkraftwerks gemäß dem Stand der Technik; und
2 ist das Schaltbild eines Blockheizkraftwerks gemäß der Erfindung.
In den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile oder Teile mit gleicher Funktion.
1 zeigt ein bekanntes Blockheizkraftwerk mit einer Gasturbine 1, die mit einem Stromerzeuger 2 zum Erzeugen elektrischer Energie verbunden ist. Abgase, die von der Gasturbine 1 kommen, werden durch eine Hauptleitung 3 in einen Dampfkessel 4 abgeführt. Ein regelbares Hauptleitungsventil 5, das die Hauptleitung 3 vollständig oder teilweise in einem (über eine Regeleinrichtung 5a) festzulegenden Maß absperren kann, ist in der Hauptleitung 3 angeordnet.
Eine Anschlussleitung 6 ist zwischen der Gasturbine 1 und dem Hauptleitungsventil 5 angeordnet, wobei die Anschlussleitung zu einem Speicher 7 führt, der die verbrauchten Gase in die Atmosphäre abführt (auch bekannt als Sicherheits- oder Bypass-Speicher). Ein derartiger Speicher 7 hat in der Regel einen Durchmesser von einigen Metern, in der Regel drei oder vier Meter, und ist mit einer hohen finanziellen Investition verbunden. Ein regelbares Anschlussleitungsventil 8 ist in der Anschlussleitung 6 angeordnet, wobei das Ventil die Anschlussleitung 6 in einem (über eine Regeleinrichtung 8a) festzulegenden Maß entsprechend der Stellung des Hauptleitungsventils 5 vollständig oder teilweise absperren kann. Das Anschlussleitungsventil 8 ist mit Notöffnungsmitteln 8b versehen, die auf den Druck in der Hauptleitung 3 zwischen der Gasturbine 1 und dem Hauptleitungsventil 5 reagieren, der über einen bestimmten Wert ansteigt, indem sie das Anschlussleitungsventil 8 öffnen. Bei der Konstruktion der Blockheizkraftwerke mit einem Hauptleitungsventil 5 nach dem Stand der Technik ist immer angenommen worden, dass das Notöffnungsmittel 8b geeignet sein muss, die volle Abgasmenge der Gasturbine 1 direkt in die Atmosphäre abzuführen.
Eine Luftzufuhrleitung 9, die sich in die Hauptleitung 3 öffnet, ist zwischen dem Hauptleitungsventil 5 und dem Kessel 4 angeordnet, wodurch Verbrennungsluft aus der Luftzufuhrleitung durch einen Lüfter 10 in die Hauptleitung 3 gedrückt werden kann. Ein regelbares Luftzufuhrleitungsventil 19, das die Luftzufuhrleitung 9 in einem (über eine Regeleinrichtung 11a) festzulegenden Maß entsprechend der Stellung des Hauptleitungsventils 5 vollständig oder teilweise absperren kann, ist in der Luftzufuhrleitung 9 angeordnet.
Ein Hilfsbrenner 12 ist in der Hauptleitung 3 zwischen der Luftzufuhrleitung 9 und dem Kessel 4 angeordnet. Der Hilfsbrenner 12 wird über eine Leitung 13 mit Brennstoff versorgt.
Zum Starten der Gasturbine 1 im isolierten Betrieb wird das Anschlussleitungsventil 8 geöffnet und das Hauptleitungsventil 5 geschlossen, und dieser Zustand wird während des Hochfahrens der Gasturbine 1 auf die gewünschte Leistung und danach während des normalen Betriebs, gehalten.
Zum Starten der Gasturbine 1 im Parallelbetieb der Gasturbine 1 und des Kessels 4 wird das Anschlussleitungsventil 8 geöffnet und das Hauptleitungsventil 5 geschlossen oder umgekehrt. Die Gasturbine 1 wird auf eine elektrische Mindestleistung von einigen Prozent anlaufen gelassen. Wird die Gasturbine an der Anschlussleitung 6 gestartet, wird das Hauptleitungsventil 5 geöffnet und das Anschlussleitungsventil 8 geschlossen. Der Kessel 4 kann nun eingeschaltet werden, wonach die Gasturbine 1 auf die gewünschte Leistung gebracht wird. Die Leistung des Kessels 4 folgt der Leistung der Gasturbine 1.
Wird das Werk angehalten, wenn sich die Gasturbine 1 und der Kessel 4 im Parallelbetrieb befinden, wird die Gasturbine 1 auf eine Mindestleistung heruntergefahren, wonach sie abgeschaltet wird. Der Kessel 4 wird dann abgeschaltet. Auch in diesem Fall folgt die Leistung des Kessels 4 der Leistung der Gasturbine 1.
Wenn sowohl die Gasturbine 1 als auch der Kessel 4 eingeschaltet sind und die Gasturbine 1 unerwartet ausfällt, läuft sie durch ihre Masseträgheit aus. Der Austrag und die Temperatur der Gase, die die Gasturbine 1 verlassen, sinken in dem Prozess. Um die Unterbrechung der Dampferzeugung des Kessels 4 gering zu halten, wird auf den Hilfsbrenner 12 umgeschaltet. Dabei laufen folgende Schritte in festgelegter Weise ab:

– der Lüfter 10 wird eingeschaltet,
– das Luftzufuhrleitungsventil 11 wird geöffnet,
– das Hauptleitungsventil 5 wird geschlossen, und
– der Hilfsbrenner 12 wird eingeschaltet und auf seine Leistung hochgefahren.

Wenn sowohl die Gasturbine 1 als auch der Kessel 4 eingeschaltet sind und die Gasturbine 1 geplant abgeschaltet wird, ohne dass der Kessel 4 abgeschaltet wird, laufen folgende Schritte in festgelegter Weise ab:

– der Lüfter 10 wird eingeschaltet,
– das Luftzufuhrleitungsventil 11 wird geöffnet,
– das Hauptleitungsventil 5 wird auf der Grundlage einer Regelung geschlossen, die den Druck oberhalb des Kessels 4 konstant hält,
– das Anschlussleitungsventil 8 wird auf Grundlage einer Regelung geöffnet, die den Druck in der Hauptleitung oberhalb des Hauptleitungsventils 5 konstant hält, und
– die Gasturbine 1 wird abgeschaltet.

Wenn der Hilfsbrenner 12 und der Kessel 4 eingeschaltet sind und die Gasturbine 1 geplant eingeschaltet wird, um die Arbeit des Hilfsbrenners 12 zu übernehmen, laufen folgende Schritte in festgelegter Weise ab:

– die Gasturbine 1 wird in der vorhergehend beschriebenen Weise über die Anschlussleitung 6 eingeschaltet, wobei das Anschlussleitungsventil 8 geöffnet und das Hauptleitungsventil 5 geschlossen wird,
– das Anschlussleitungsventil 8 wird soweit geschlossen, dass über das Hauptleitungsventil 5 hinweg kein Druckunterschied mehr besteht,
– das Luftzufuhrleitungsventil 11 wird in einer vorher festgelegten Weise geschlossen,
– das Hauptleitungsventil 5 wird auf Gnundlage einer Regelung geöffnet, die den Druck in der Hauptleitung 3 oberhalb des Kessels 4 konstant hält,
– das Anschlussleitungsventil 8 wird weiter auf der Grundlage einer Regelung geschlossen, die den Druck in der Hauptleitung 3 oberhalb des Hauptleitungsventils 5 konstant hält, und
– der Lüfter 10 wird abgeschaltet.

2 zeigt ein der Erfindung zugrundeliegendes Blockheizkraftwerk, in dem die Gasturbine 1 mit dem Stromerzeuger 2 verbunden ist. Abgase, die von der Gasturbine 1 kommen, werden durch die Hauptleitung 3 in den Dampfkessel 4 abgeführt. Das regelbare Hauptleitungsventil 5' ist in der Hauptleitung 3 angeordnet, wobei das Ventil die Hauptleitung 3 in einem (über eine Regeleinrichtung 5'a) festzulegenden Maß vollständig oder teilweise absperren kann. Das Hauptleitungsventil 5' ist mit Notöffnungsmitteln 5'b versehen, die durch Öffnen des Hauptleitungsventils 5' reagieren, wenn der Druck in der Hauptleitung 3 zwischen der Gasturbine 1 und dem Hauptleitungsventil 5' über einen bestimmten Wert ansteigt. Es hat sich herausgestellt, dass die Notöffnungsmittel 5'b, die Abgase durch den Dampfkessel 4 abführen, einen sicheren Betrieb des Blockheizkraftwerks gewährleisten und einen zuverlässigen und wirkungsvollen Betrieb des Werks (insbesondere auch den (isolierten) Betrieb des Dampfkessels 4) gewährleisten.
Die Luftzufuhrleitung 9, die in die Hauptleitung 3 führt, ist zwischen dem Hauptleitungsventil 5' und dem Kessel 4 angeordnet, wodurch Verbrennungsluft aus der Luftzufuhrleitung durch den Lüfter 10 in die Hauptleitung 3 gedrückt wird. Das regelbare Luftzufuhrleitungsventil 11 ist in der Luftzufuhrleitung 9 angeordnet, wobei das Ventil die Luftzufuhrleitung 9 in einem (über eine Regeleinrichtung 11a) festzulegenden Maß entsprechend der Öffnungsstellung des Hauptleitungsventils 5' vollständig oder teilweise absperren kann.
Der Hilfsbrenner 12 ist in der Hauptleitung 3 zwischen der Luftzufuhrleitung 9 und dem Kessel 4 angeordnet. Der Hilfsbrenner 12 wird über die Leitung 13 mit Brennstoff versorgt.
Zwischen der Gasturbine 1 und dem Hauptleitungsventil 5' ist die Hauptleitung 3 mit einer Abblasleitung 14 versehen, in der ein regelbares Abblasleitungsventil 15 angeordnet ist, wobei das Ventil die Abblasleitung in einem (über eine Regeleinrichtung 15a) festzulegenden Maß vollständig oder teilweise absperren kann.
Im Vergleich des Werks nach 2 mit dem Werk nach 1 wird sofort deutlich, dass eine Anschlussleitung und ein Anschlussleitungsventil in 2 nicht vorgesehen sind und durch eine Abblasleitung 14 mit einem Abblasleitungsventil 15 ersetzt wurden. Die Abblasleitung 14 hat eine deutlich geringere Leistung als die Anschlussleitung 6 nach 1, und das Abblasleitungsventil 15 ist deutlich kleiner und einfacher als das Anschlussleitungsventil 8 nach 1. Die Leistung der Abblasleitung 14 betagt etwa 15 bis 20 Prozent der Leistung der Hauptleitung 3. Diese Leistung reicht aus, um den Gasaustrag abzublasen, der mit höheren Abblasdrehzahlen (bis etwa 1000 Umdrehungen in der Minute) durch die Gasturbine über die Hauptleitung 3 abgeblasen wird. Die Abblasleitung 14 muss nicht zum Abführen von Abgasen aus der Gasturbine 1 geeignet sein, da diese Abgase über die Hauptleitung 3 durch den Dampfkessel 4 abgeführt werden.
In dem in 2 gezeigten Schaltbild ist ein isolierter Betrieb der Gasturbine 1 nicht möglich, da die Abblasleitung 14 zum Abführen der Abgase aus der Gasturbine 1 ungeeignet ist.
Zum Starten der Gasturbine 1 im Parallelbetrieb der Gasturbine 1 und des Kessels 4 wird das -Hauptleitungsventil 5' geöffnet. Die Gasturbine 1 wird zunächst bis zu einer Mindestleistung von ein paar Prozent anlaufen gelassen. Der Kessel 4 wird dann eingeschaltet, wonach die Gasturbine 1 auf die gewünschte Leistung hochgefahren wird. Die Leistung des Kessels 4 folgt der Leistung der Gasturbine 1.
Zum Anhalten des Werks im Parallelbetrieb der Gasturbine 1 und des Kessels 4 wird die Gasturbine 1 auf eine Mindestleistung heruntergefahren, wonach die Gasturbine abgeschaltet wird. Der Kessel 4 wird dann abgeschaltet. Auch in diesem Fall folgt die Leistung des Kessels 4 der Leistung der Gasturbine 1.
Wenn sowohl die Gasturbine 1 als auch der Kessel 4 eingeschaltet sind und die Gasturbine 1 unerwartet ausfällt (die Gasturbine schaltet ab), läuft letztere durch ihre Masseträgheit aus. Um die Unterbrechung der Dampferzeugung des Kessels 4 gering zu halten, wird auf den Hilfsbrenner 12 umgeschaltet. Dabei laufen folgende Schritte in festgelegter Weise ab:

– der Lüfter 10 wird eingeschaltet,
– das Luftzufuhrleitungsventil 11 wird geöffnet, wenn der Lüfter 10 einen ausreichenden Druck zuführt, wobei der Lüfter 10 einen Luftstrom entsprechend seiner Leistungskurve abhängig von dem Gegendruck von dem Kessel 4 zuführt und der Luftaustrag automatisch weiter in dem Maß ansteigt, in dem der Gasaustrag aus der Gasturbine 1 sinkt,
– die Abblasleitung 15 wird geöffnet und das Hauptleitungsventil 5' geschlossen, wenn die Drehzahl der Gasturbine 1 unter die Abblasdrehzahl gesunken ist, und
– der Hilfsbrenner 12 wird mit einer geringen Leistung eingeschaltet (wenn er nicht bereits eingeschaltet ist) und auf die Leistung hochgefahren.

Die Gasturbine 1 fährt nun durch die Abblasleitung 14 weiter herunter.
Sind sowohl die Gasturbine 1 als auch der Kessel 4 eingeschaltet und wird die Gasturbine 1 geplant abgeschaltet, ohne den Kessel 4 abzuschalten, laufen folgende Schritte in festgelegter Weise ab:

– der Lüfter 10 wird eingeschaltet,
– das Luftzufuhrleitungsventil 11 wird geöffnet, wenn der Lüfter 10 einen ausreichenden Druck zuführt, wobei der Lüfter so konstruiert ist, dass der Lüfter eine Mindestmenge Luft bei vollem Gegendruck von dem Kessel 4 zuführen kann,
– der Hilfsbrenner 12it einer nied wird mrigen Leistung eingeschaltet (wenn er nicht bereits eingeschaltet ist),
– die Gasturbine 1 wird auf eine Mindestleistung herunter gefahren,
– die Gasturbine 1 wird abgeschaltet, wonach sie weiter zum Kessel 4 herunter fährt,
– das Abblasleitungsventil 15 wird geöffnet und das Hauptleitungsventil 5' geschlossen, wenn die Drehzahl der Gasturbine 1 unter die Abblasdrehzahl gesunken ist,
– der Hilfsbrenner 12 wird auf Leistung hochgefahren und
– die Gasturbine 1 wird in die Lage versetzt, über die Abblasleitung 14 vollständig herunter zu fahren.

Wenn der Lüfter 10, der Hilfsbrenner 12 und der Kessel 4 eingeschaltet sind und der Lüfter 10 geplant abgeschaltet wird, und die Gasturbine 1 geplant eingeschaltet wird, ohne dass der Kessel 4 abgeschaltet ist, laufen folgende Schritte in festgelegter Weise ab:

– bei geschlossenem Hauptleitungsventil 5' und offenem Abblasleitungsventil 15 wird die Gasturbine 1 über einen Startermotor auf eine Anlaufdrehzahl von etwa 500 bis 800 Umdrehungen in der Minute hochgefahren, wobei die Gasturbine 1 entlüftet wird, um alle verbrennbaren Bestandteile abzuführen, die noch enthalten sein könnten,
– das Abblasleitungsventil 15 wird teilweise geschlossen, um die Drücke oberhalb und unterhalb des Hauptleitungsventils 5' im Wesentlichen einander anzugleichen,
– das Hauptleitungsventil 5' wird geöffnet,
– das Abblasleitungsventil 15 wird geschlossen, wobei sowohl der Lüfter 10 als auch die Gasturbine 1 Luft zum Hilfsbrenner 12 befördern, was zu einem automatischen Abfall des Luftaustrags führt, der von dem Lüfter 10 entsprechend seiner Eigenschaft zugeführt wird, was dazu führt, dass der gesamte Gasstrom durch den Kessel 4 und der Druck am Eingang des Kessels 4 nur leicht ansteigen,
– die Gasturbine 1 wird weiter hochgefahren, wobei die Verbrennung anläuft, so dass die Gasturbine anschließend Abgase zündet und erzeugt, und so dass sowohl der Gasstrom, der von der Gasturbine 1 erzeugt wird, als auch seine Temperatur ansteigen,
– die Brennstoffzufuhr zum Hilfsbrenner 12 wird verringert, wobei der Luftaustrag, der von dem Lüfter 10 zugeführt wird, automatisch sinkt, wenn der Austrag an Gasen, die aus der Gasturbine 1 kommen, ansteigt,
– das Luftzufuhrleitungsventil 11 wird geschlossen,
– der Lüfter 10 wird abgeschaltet, und
– der Hilfsbrenner 12 wird auf eine geringe Leistung zurückgefahren und gegebenenfalls abgeschaltet.

Claims

Blockheizkraftwerk umfassend: – eine Gasturbine (1), – einen Dampfkessel (4), – eine Hauptleitung (3), die den Ausgang der Gasturbine (1) mit einem Eingang des Kessels (4) verbindet, um die Gase aus der Gasturbine (1) in den Kessel (4) abzuführen, – ein Hauptleitungsventil (5), das in der Hauptleitung (3) angeordnet ist, um letzteres regelbar zu öffnen und zu schließen, – eine Luftzufuhrleitung (9), die sich in die Hauptleitung (3) unterhalb des Hauptleitungsventils (5) öffnet und in der ein Lüfter (10) für die Zufuhr von Verbrennungsluft in die Hauptleitung (3) angeordnet ist, – ein Luftzufuhrleitungsventil (11), das in der Luftzufuhrleitung (9) unterhalb des Lüfters (10) angeordnet ist, um die Luftzufuhrleitung (9) regelbar zu öffnen und zu schließen, – einen Brenner (12), der in der Hauptleitung (3) unterhalb der Luftzufuhrleitung (9) angeordnet ist, und – eine Leitung (14), die die Gase aus der Gasturbine (1) in die Atmosphäre leitet, wobei die Leitung (14) zwischen der Gasturbine (1) und dem Hauptleitungsventil (5) angeordnet ist, und in der ein Ventil (15) angeordnet ist, um die Leitung (14) regelbar zu öffnen und zu schließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung als eine Abblasleitung (14) mit einem Abblasleitungsventil (15) ausgebildet ist, wobei die Abblasleitung (14) geeignet ist, den Gasaustrag, der von der Gasturbine (1) erzeugt wird, höchstens mit einer Abblasdrehzahl abzuführen, die niedriger ist als die Nominaldrehzahl.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abblasdrehzahl im Wesentlichen gleich der Anfangsdrehzahl ist, mit der die Gasturbine anläuft.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abblasleitung (14) zwischen der Gasturbine (1) und dem Hauptleitungsventil (5') die Leitung ist, die von der Hauptleitung (3) mit der höchsten Gasdurchsatzleistung absteigt, die höher ist als die jeder anderen absteigenden Leitung.
Blockheizkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptleitungsventil (5') mit Notöffnungsmitteln (5'b) versehen ist.
Blockheizkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie des Lüfters (10) so ausgewählt wird, dass der Austrag des Lüfters (10) abfällt, wenn der Druck an der Förderseite des Lüfters (10) ansteigt.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abblasdrehzahl unter etwa tausend Umdrehungen in der Minute liegt.
Blockheizkraftwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abblasdrehzahl zwischen etwa fünfhundert und achthundert Umdrehungen in der Minute beträgt.
Verfahren zum Betreiben eines Blockheizkraftwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Gasturbine (1) und des Kessels (4) und nach einem unerwarteten Ausfall der Gasturbine (1) die folgenden Schritte ablaufen: – der Lüfter (10) wird eingeschaltet, – das Luftzufuhrleitungsventil (11) wird geöffnet, wenn der Lüfter (10) einen ausreichenden Druck zuführt, wobei der Lüfter (10) einen Luftstrom entsprechend seiner Leistungskurve abhängig von dem Gegendruck von dem Kessel (4) zuführt und der Luftaustrag automatisch weiter in dem Maß ansteigt, in dem der Gasaustrag aus der Gasturbine 1 sinkt, – die Abblasleitung (15) wird geöffnet und das Hauptleitungsventil (5') geschlossen, wenn die Drehzahl der Gasturbine (1) unter die Abblasdrehzahl gesunken ist, – wenn der Brenner (12) noch nicht eingeschaltet ist, wird er mit geringer Leistung eingeschaltet, und – der Brenner (12) wird auf seine Belastung hochgefahren.
Verfahren zum Betreiben eines Blockheizkraftwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Gasturbine (1) und des Kessels (4) und nach dem geplanten Abschalten der Gasturbine (1) und Einschalten des Brenners (12) die folgenden Schritte ablaufen: – der Lüfter (10) wird eingeschaltet, – das Luftzufuhrleitungsventil (11) wird geöffnet, wenn der Lüfter (10) einen ausreichenden Druck zuführt, wobei der Lüfter so ausgelegt ist, dass der Lüfter eine Mindestmenge Luft bei vollem Gegendruck von dem Kessel (4) zuführen kann, – die Gasturbine (1) wird auf eine Mindestleistung heruntergefahren, – die Gasturbine (1) wird abgeschaltet, wonach sie weiter zum Kessel (4) herunter läuft, – das Abblasleitungsventil (15) wird geöffnet und das Hauptleitungsventil (5') geschlossen, wenn die Drehzahl der Gasturbine (1) unter die Abblasdrehzahl gesunken ist, – wenn der Brenner (12) nicht bereits eingeschaltet ist, wird er mit niedriger Leistung eingeschaltet, – der Brenner (12) wird hochgefahren, und – die Gasturbine (1) wird in die Lage versetzt, vollständig über die Abblasleitung (14) ganz herunter zu fahren.
Verfahren zum Betreiben eines Blockheizkraftwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb des Lüfters (10), des Brenners (12) und des Kessels (4) und anschließend an das geplante Abschalten des Lüfters (10) und Einschalten der Gasturbine (1) die folgenden Schritte ablaufen: – bei geschlossenem Hauptleitungsventil (5') und offenem Abblasleitungsventil (15) wird die Gasturbine (1) mit einen Startermotor auf die Anfangsdrehzahl gebracht, wobei die Gasturbine (1) entlüftet wird, – das Abblasleitungsventil (15) wird teilweise geschlossen, um die Drücke oberhalb und unterhalb des Hauptleitungsventils (5') im Wesentlichen einander anzugleichen, – das Hauptleitungsventil (5') wird geöffnet, – die Abblasleitung (15) wird geschlossen, wobei sowohl der Lüfter (10) als auch die Gasturbine (1) Luft zum Brenner (12) befördern, – die Gasturbine (1) läuft weiter an, – die Zufuhr von Brennstoff zum Brenner (12) wird reduziert und der Luftaustrag, der durch den Lüfter (10) zugeführt wird, geht automatisch herunter, wenn der Gasaustrag aus der Gasturbine (1) zunimmt, – das Luftzufuhrleitungsventil (11) wird geschlossen, – der Lüfter (10) wird abgeschaltet, – der Brenner (12) wird auf eine geringe Leistung gebracht, und – der Brenner (12) wird gegebenenfalls abgeschaltet.