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Luft- oder Gasturbinenanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Luft-.oder
Gasturbinenanlage, bei der das verdichtete und mindestens zum Teil in einem ersten
feuerbeheizten Gaserhitzer erhitzte Arbeitsmittel in mindestens einer ersten Turbine
,auf einen Zwischendruck entspannt, dann in einem ebenfalls feuerbeheizten Zwischenerhitzer
wiedererhitzt und anschließend in mindestens einer zweiten Turbine weiter entspannt
wird.
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Es wurde schon vorgeschlagen, für die Anfangs- und die Zwischenerhitzung
in Gasturbinenanlagen seinen gemeinsamen Gaserhitzer zu verwenden. Es tritt dann
der Nachteil ein, daß bei kleiner werdender Leistung der strahlungsbeheizten Heizfläche
der Ilochdruckturbine verhältnismäßig immer mehr Wärme zugeführt wird als der leitungsbeheizten
Heizfläche für die Niederdrucktu:rbine. Die Niederdruckturbine kann bei Teillasten
nicht mehr mit der b'estmög1ich-n Temperatur betrieben, werden, weil sonst die Hochdruckturbine
mit- Gasen von zu hoher Temperatur beaufschlagt würde. Infolge der -verminderten
Temperatur der NiederdrucIcturbine ergibt sich aber eine Einbuße am Wirkungsgrad.
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Durch die Anwendung zweier feuerbeheizter Gaserhitzer wird es möglich,
die Erhitzung des Gases für jede einzelne Turbine einzeln so zu regeln, daß beide
Turbinen mit der für sie zulässigen höchsten Gastemperatur betrieben werden können.
Würden aber diese beiden Gaserhitzer so ausgebildet, daß etwa der Anfangserhitzer
und der Zwischenerhitzer vollständig getrennt voneinander wären, so könnte in bestimmten
Regelfällen der Zwischenerhitzer Schaden leiden, weil dann seine durch Strahlung
beheizten Rohrteile zu wenig gekühlt würden.
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Durch die Erfindung wird der geschilderte Nachteil vermieden. Die
Erfindung besteht darin, daß die vornehmlich durch die Strahlung beheizten Elemente
des Zwischenerhitzers zur Beheizung mindestens einer Teilmenge des
für
die erste Turbine bestimmten verdichteten Arbeitsmittels dienen. Es werden also
die gefährdeten strahlungsbeheizten Heizelemente des Zwischenerhitzers nicht von
den teilweise schon entspannten Gasen durchströmt, sondern von hochverdichteten,
für die Hochdruckturbine bestimmten Gasen beaufschlagt. Dadurch ist gewährleistet,
daß von den strahlungsbeheizten Teilen des Zwischenerhitzers jederzeit genügend
Wärme abgeführt -wird, daß also eine Überhitzung bnv. eine Verbrennung dieser Heizelemente
nicht entstehen kann.
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Bei einer Anlage nach der Erfindung kann nach eine Umgehungsleitung
vorgesehen sein, durch die mindestens ein Teil des auf den Zwischendruck entspannten
Arbeitsmittels den Zwischenerhitzer und die zweite Turbine umgehen kann.
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Die in der Zeichnung als Aus:führun-sbeispiel des Erfindungsgegenstandes
vereinfacht dargestellte Gasturbinenanlage weist einen Verdichter i, eine Hochdruckturbine
2, eine Niederdruckturbine 3 und einen die Nutzleistung nach außen abgebenden Stromerzeuger
4 auf, von denen alle vier Maschinen miteinander mechanisch gekuppelt sind. Ein
Vorverdichter 5 wird durch eine Abgasturbine 6 angetrieben. Zum Leistungsausgleich
dieser beiden Maschinen ist eine elektrische Maschine 7 vorgesehen, die auf der
gleichen Welle sitzt- wie der Vorverdichter und die Abgasturbine. Zur Erhitzung
des Arbeitsmittels sind zwei Gaserhitzer 8 und g bestimmt.
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Der Vorverdichter 5 saugt Außenluft an und führt sie in vorverdichtetem
Zustand durch den Kühler io in den Hauptverdichter i. In einem Rekuperator i i "
nimmt die aus dem Verdichter ausströmende Luft Wärme von -einem Teil des in der
Anlage schon entspannten Arbeitsmittels auf, wird dann an der Zweigstelle 12 auf
zwei Rohrbündel 13 und 14 der beiden Gaserhitzer 8 bzw. g verteilt und hierauf in
erhitztem Zustand an der Stelle i 5 wieder zusammengeführt.
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Die erhitzte Luft gelangt in die Hochdruck--turbine 2, in der sie
auf einen Zwischendruck entspannt -wird, -vorauf im Rohrbündel 16 des Zwischengaserhitzers
g eine weitere Erhitzung erfolgt. Die wieder erhitzte Luft gelangt nun in die Niederdruckturbine
3 und aus ihr zum Teil. durch den Rekuperator i i und den Kühler 17 wieder in die
Hauptturbine i zurück und zum andern Teil durch den Rekuperator 18 zum Brenner i
g des Gaserhitzers g.
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Die noch einen. beträchtlichen Anteil an Sauerstoff führenden Abgase
des Erhitzers g strömen durch die Leitung 2o zum Brenner 21 des Gaserhitzers B.
Die Abgase des Gaserhitzers 8 werden zur Beheizung des Re-18 benutzt und beaufschlagen
dann im ahgekühlten Zustand noch die Abgasturbine 6, aus der sie ins Freie gelangen.
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Die Umgehungsleitung 27 und die Absperroi;"ane 22 und 23 ermöglichen
bei einer plötzli.`-hen Entlastung des Stromerzeugers 4 eine rasche Anpassung der
Leistung der Gasturbinen 2 und 3. Es braucht nur das Absperrorgan 22 mehr oder weniger
geschlossen und das Absperrorgan 23 mehr oder -weniger geöffnet zu werden, um einen
Teil oder die ganze Menge des Arbeitsmittels durch die Leitung 27 die Niederdruckturbine
3 umgehen zu lassen. Durch das Rohrbündel 16 wird dann eine verminderte Luftmenge
strömen. Dabei muß durch ein Regelorgan 24 die Brennstoffzufuhr zum Brenner i g
des Gaserhitzers g vermindert werden.
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Die endgültige Anpassung der Leistung an eine veränderte Belastung
erfolgt durch Heben oder Senken des Druckniveaus im Kreislauf der Arbeitsmittel.
Eine Erhöhung der Vorverdichtung hebt das Druckniveau, eine Verkleinerung des Vorverdichtungsdruckes
senkt das Druckniveau. Zur Veränderung der Vorverdichtung kann die elektrische Maschine
7, die im einen Fall als Motor, im anderen Fall als Stromerzeuger zur Wirkung kommt,
die Leistung der Turbine 6- ergänzen oder einen Leistungsübersehuß .aufnehmen. Das
Regelorgan 25 :ermöglicht die Einstellung der durch das Rohrbündel 14 strömenden
Luftmenge.
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Das Rohrbündel 14 des Zwischengaserhitzers g, in welchem eine Teilmenge
der vom . Hauptverdichter i verdichteten, für die Hochdruckturbine bestimmten Luft
erwärmt wird, ist der Strahlungsbeheizung der Feuergase und der Feuerraumwandung
26 ausgesetzt.
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Durch die beschriebene Anordnung -wird der .Vorteil erreicht, daß
die der größten Wärmeaufnahme ausgesetzten Rohrbündel des Zwi--sChenerhitzers durch
eine besonders starke Wärmeabführung vor Verbrennungen geschützt sind, -weil sie
von der Luft mit dem -vor der Hochdruckturbine herrschenden erhöhten Druck durchströmt
-werden. Dieser Vorteil kommt insbesondere dann zur Geltung, wenn mit Hilfe der
Umgehungsleitung bei plötzlicher Belastungsabnahme ein Teil der -auf den Zwischendruck
entspannten Luft die hauptsächlich durch Berührung beheizten Bün-=del des Zwischenerhitzers
umgeht und die Feuerung gedämpft -wird, die Strahlung des Mauerwerks aber nicht
gleich abnimmt.