DE901719C - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit gekuehltem Laufzeug - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit gekühltem Laufzeug Es ist bekannt, dien Dampf von Gasturbinen mit wassergekühltem Laufzeug in einer Dampfturbine zu entspannen und nach der Kondensation das Wasser dem Rotor wieder zuzuführen. In Kraftwerken wird aber oft der Dampf zu Heizzwecken benötigt oder im Verbund mit anderen Dampferzeugern in, Dampfturbinen entspannt; das Kondensatgemisch hat in b--iden Fällen dann nicht mehr die Beschaffenheit, insbesondere! den Reinheitsgrad, der für die Laufzeuigkühlung notwendigist. Es wäre besonders vorteilhaft, das Kühlmedium im Kreislauf zu. führen.
• Erfindungsgemäß soll dies nun dadurch geschehen, daß der aus leim Rotar austretende, im Laufzeiug gebildete Dampf (Primärdampf) in einen Wärmetauscher geleitet wird, wo er kondensiert und die -dabei abgegebene Wärme nutzbringend verwertet wird. Vorteilhaft geschieht dies in der daß man auf der anderen Seite: der Austauscherfläche Wasser verdampft (Sekundardampf). Für den. weiteren Weg das Kühlmediums ergeben sich z. B. zwei Ausführungsformen: r. Das Kondensat der Küh-lflüssigkeiit wird auf einen niedrigeren Druck entspannt. Da das Kondensat vorher die Sättigungstemperatur hatte, geht nach der Entspannung ein Teil wieder in Dampf über. Dieser Dampf kann in einem Entspannungstopf abgezogen und nach der Kondensation wieder in den Kreislauf eingeführt werden. Die hierbei frei werdende Kondensationswärme wird zweckmäßig zur Vorwärmung dies Speisewassers für die Sekundärseite des ersten Wärmetauschers verwendet. Der Entspannungstopf ist zweckmäßig ncal mit einer Anschil@uß@leitunig zum Zusatz von. Kühlflüssigkeit zur, Deckung der Leckverluste im. Kühlkreiislauf zu versehen. Vom Entspannungstopf wird der Rotor mit Kühlflüssigkeit ge@speeist.
• 2. Die Vordamp.fung nach der Entspannung des Kühlmediums kann dadurch verhindert werden, daß die, aus dem Wärmetauscher mit Verdampfungstemperatur austretende Kühlflüssigkeit zunächst in einem ziv eiten Wärmetauscher unterkühlt und danach auf den Einspritzdruck in den Rotor entspannt wird. Zweckmägig ist es, die dabei alr geführte Wärme zur Speisenvasservorwärmung für die Sekundärseite des ersten Wärmet;aiuschers auszunutzen.
• Außerdem kann in diesen beiden Fällen. auch die, Kompressionswärme aus den Zwischenkühlern: des Kompressors zur Spe@isewass,ervo@rwärmung für die Sekundärseite dies ersten. Wärmetauschers ausgenutzt werden. Außerdem kann die alleinige oder zusätzliche Speisewa,ssiarvorwärmung für die-Sekundärseite des ersten Wärmetauschers oder für an:deire Dampferzeugler im Kühlmantel der Turbine und bzw. oder im Kühlmantel der Brennkammern und. bzw. oder deren Verbin:dungsleitung, erfolgen. Es ist jedoch wärmewirtschaftlich günstiger, in diese Mäntel den trockengesättigten Sekundärdampf aus. dem Wärmetauscher zur Überhitzung einzuführen. Soweit notwendig, kann aber auch das Abgas. der Gasturbine zur Überhitzung des Sekundärdampfes dienen. Dein Verhältnissen entsprechend kann dieser Wärmetauscher nach-oder parallel geschaltet werden.
• Das zur Durchführung dieser Verfahren, n.otwendige Regelschema ergibt sich aus Abb. I. Bei i tritt die Speiseflüssigkeit in den Rotationskessel 2, der den Turbinenläufer darstellt. Durch eine Schürze 3 im Innern .des Rotors wird die Flüssigkeit nach außen zentrifugiert. Im Innern. des Rotors 4 herrscht ein Dampfidruck, der größer ist als der Druck des Speisewassers in i, d. h. pz>pi. Durch. 5 tritt der Dampf durch eine hohle Welle aus. Dem ,Dampfdruck in 4 wird das Gleichgewicht gehalten: durch .den Druck .der Flüssigkeit in i und die Zentrifugalkraft hinter der Schürze 3. Der Druck des Speisewassers in i muß darum niedriger sein als der Dampfdruck in 3. U1n den Flüssigkeitsspiegel 6 im Rotor immer auf der gleichen Höhe zu halten, muß der Dampfdruck oder der Druck der Speiseflüssigkeit oder beide zusammen von der Drehzahl abhängig geregelt werden.
• Bei der unter i. beschriebenen Arbeitsweite muß darum das Drosselventil für .die Flüssigkeit in Abhängigkeit von, dem Dampfdruck hinter der Turbine und das Ventil in der Dampfleitung vom Entspannungstopf zum Kondensator .des bei der Entspannung entstandenen Dampfes in Abhängigkeit vom Druck im Entspannungstopf gesteuert werden. Einer der beiden Regler oder beide sind dabei noch abhängig von ider Drehzahl zu steuern.
• Bei dem unter 2. beschriebenen Verfahren mit Unterkühlung des Kondensates aus dem Wärmetauscher erfolgt die Regelung des Druckes im Kühlflüss,i:gkeitsbehälter .dadurch, daß eine Kurzschlußleitung um den Wärmetauscher zur Unterkühlung des. Kondensates .mit einem Regelventil angeordnet ist. Durch diese tritt heißeres Wasser in den Kühlflüssigkeitsbehälter, wovon ein Teil verdampft und den entsprechenden Druck bildet. Das Regelventil ist dabei in Abhängigkeit vom Druck .im Entspannungstopf und das Drosselventil in Abhängigkeit vom Druck des Dampfes nach der Turbine zu steuern. Zusätzlich muß das Regelventil oder das Drosselventil oder kleide in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors geregelt werden.
• In Abb. II .ist die Schaltung mit Entspannung der Kühlflüssigkeit bei Siedetemperätur beispielsweise dargestellt. Bei 7 wird die Luft in. den Kompressor 8 angesaugt, bei 9 und va zwischengekühlt. Über die Leitung i i wird die Luft in den Vorwärmer 12 geführt, in dem sie vorgewärmt wird. Sie gelangt sodann in. .die Brennkammer 13, in die über die Leitung 14 der Brennstoff eintritt. Mit hoher Temperatur gelangen dann, die unter Druck stehenden Verbrennungsgase über die Leitung 15 in idie Turbine 16 mit dem wassergekühlten Läufer 17. Über i8 verläßt das drucklose Arbeitsgas die Turbine, gibt einen Teil seiner fühlbaren Wärme in den Wärmetauscher 19 zur Überhitzung des Sekundärdampfes ab und. geht dann über den Luftvorwärmer 12 `ins Freie.
• Der Kreislauf des Kühlmediums ist folgender: Über die Leitung 20 tritt die Kühlflüssigkeit in das Innere .des zu kühlenden Läufers 17. Sie wird dort verdampft; der entstandene Dampf wird über die Leitung 2,1 in. -den Wärmetauscher 22 geleitet, wo er kondensiert und dabei das Sekundärwasser verdampft. Über die Leitung 23 wird das Kondensat zu dem Drosselventil 24 geleitet. Indem Entspannungstopf 2:5 scheidet sich danach der durch die Drosselung entstandene Dampf vom Wasser. Über das Regelventil 26, das von der Drehzahl des Rotors und dem Druck im Entspannungstopf gesteuert wird, und die Leitung 27 gelangt der En.tspannungsdampf in den Wärmetauscher 28, wo er kondensiert wird und dabei Sekundärspeisewasser vorwärmt. Über die Leitung 29, Speisepumpe 30 und Rückschlagventil3i gelangt das Kondensat dann wieder zurück in den Entspannungstopf 25. Bei 32 ist einte zusätzliche Speisung mit Kühl-,keit zurDeckung derLeckverluste angedeutet. flüssig Diese Speisung kann auch in die Leitungen 27, 29, 2o oder 23 erfolgen. Außerdem kann man, falls .im Primärkreislauf Wasser als Kühlmedium verwendet wird, nach .dem Wärmetauscher 22 Sekundärdampf in die Leitung 27 über das Drosselventil 41 zur Deckung der Leckverluste im Primärkreislauf überströmen lassen. Das Sekundärspeisewasser wird bei 33 in den Arbeitsgang eingeführt, in den beiden Rückkühlern 9 und i o v oramewärmt und sodann über die Leitung 34 in: die Speisewasseraufbereitung 35 geführt, sofern es nicht schon in kaltem Zustand gereinigt wurde. Über die Speisewasserpumpe 36 gelangt es dann in den Vorwärmer 28, wo es durch den Entspannungsdampf vorgewärmt wird, um durch die Leitung 37 in den Wärmetauscher 22 zu gelangen. Ein Teil des in diesem entstandenen Sekundärdampfes wird sodann in dem Mantel 38 der Brennkammer 13 und ein anderer Teil m'it Abgasen der Gasturbine im Wärmetauscher i9 überhitzt. Bei 39 wird der überhitzte Dampf in das Dampfnetz eingeführt.
• In Abb. III ist Idas Verfahren: mit Unterkühlung des Kondensates des Primärkreislaufes in einem Beispiel schematisch dargestellt. B,-i ,~ wird Luft in den Kompressor 8 der Ga.sturbinen.anlage angesaugt. 9 und io sind die Zwischenkühler. Bei i i verläßt die komprimierte Luft den Kompressor, wird im Wärmetauscher 12 durch die Abgase vorgewärmt, geht danach in die Brennkammer 13, in diie der Bi-e:nnstoff beii 14 eingeführt wird. Blei i.5 gehen die unter Druck stehenden Verbrennungsgase in die, Turbine 16 mit wassergekühltem Laufzeitig 17, und bei 18 treten sie drucklos aus, um nach dem Wärmetauscher 12 in die Atmosphäre zu gelangen.
• Bei 2o wird die Kühlflüssigkeit in den gekühlten RGtor 17 eingeführt, indem sie verdampft. Der entstandenie, Dampf tritt durch die hohle Welle aus und' geht übeir die Leitung 21 in den Wärmetauscher 22, wo er kondensiert wird, während auf der anderen Seite Wasser verdampft. Im Wärmeta,uschcr 28 wird ein. Teil der fühlbaren Wärme, des Kondensates auf das Sekundärspeisewasser üb°rtragen und dann in dem Entspannungsventil 2.4. auf den Druck in dem Entspannungstopf 25 entspannt, um danach über 20 in den Rotor wieder ei.ngospeist zu werden. Bei 32 tritt Flüssigkeit zur Speisung der Leckherluste im Primärkreislauf ein:.
• Das Seikundärspeisewasser -wird bei 33 eingespeist, nimmt in dein Zwischenkühlern des Kompressors 9 und io die Kompressionswärme auf, läuft üb--,r die, Leitung 34 in den Kühlmantel qo der Turbine 16, gelangt von da in die Speisewasseraufbereitung 35, falls es nicht vorher gereinigt -wurde, und von da über die Speisepump,° 36 in den Wärmetauscher 28 und sodann in d-n Wärmetauscher 22, wo das 1-oirgcwärmte Wass.:r veirrdampft wird. In dem Kühlmantel 38 der Breinn kammer 13 wird' der Dampf sodann übe,rhi.tzt und bei 39 iin das Dampfnetz geführt.
• Die Regelurig dos Druckeis in dem F_ntspannungstopf 25 erfolgt durch die Kurzschlußleitung 27 in Verbindung mit dem Regelventil 26, das von d.zr Drehzahl und dem Druck im Flüssigke!itsl#:iälter gesteuert -wird. Das Entspannungsventil 24 -wird von dem Dampfdruck im Primärkreislauf ges.te-uert.
• Entspreichend Abib. III a kann das Übersträmvenitil 26 auch als Drossel ausgebildet werden, so, dlaß das nach der Drosselung entstandene Dampf-Wasser-Gemiisch unmittelbar in dien Entspannungstopf 25 gegeben -werden kann. Die übrige Schaltung der Anlage sowie die Regelung bleiben dabei wie zuvor 1r_schriefieii.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine mit gekühltem Laufzeug, dadurch gekennzeichnet, djaß der aus dem flüssigen Kühlmedium entstandene, Dampf in einem Wärmetauscher kondensiert und die dabei abgegebene Wärme nutzbringend verwertet wird, vorzugsweise in der Weise, daß auf der anderen Seite der Aus.tauscherfläche Wasser verdampft wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Wärmetauscher mit Verdampfungs.temperatur austretende Kühlflüssigkeit in einem zweiten Wärmetauscher unterkühlt und danach auf den anspritzdruck in den Rotor entspannt wird und vorzugsweise die dabei abgeführte Wärme des Kondensates des Dampfes des Kühlmediums (Primärdampf) zur Vorwärmung dies Speisewassers für die Sekundärseite des ersten Wärmetauschers dient.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch ge kennzeichnct, daß das Kondensat des Kühlmeidiums aus diem ersten Wärmetauscher zunächst auf den Einspritzdruck in den Rotor entspannt wird und. der dabei entstehernde Dampf sodann in einem zweiten «' ärmefiauscher kondensiert -wird, wobei diese Kondensationswärme vorzugsweise zur Vorwärmung des. Speisewassers für die Sekundärseite des ersten Wärmetauschers dient. q.. Veirfahren nach Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionswärme der Gasturbinenanlage aus den Zwischenkühlern des Kompressors dem Speisewasser für die Sekundärseite des ersten Wärmetauschers zugeführt -wird. Verfahren nach Ansprüchen i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die, alleinige oder zusätzliche Vorwärmun:g des Speiseiwassers für die im Kühlmantel der Turbine und bzw. oder der Brennkammer und bzw. oder deren Verbindungsleitungen erfolgt. 6. Verfahren nach Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwi.schenkühlorn des Kompressors und bzw. od:err im Mantel der Turbine und bzw. oder der Brennkammer und bzw. oder deren Verbindungsleitungen Speisewasser für andere Dampferzeitiger vorgewärmt wird'. 7. Verfahren nach Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der S,c@kunidärdampf und bzw. oder Fremddampf durch die Abgase der @ur1>iiT,e überhitzt wird und bzw. oder daß dieser Dampf im Mantel der Turbine und bzw. oder Brennkammer und bzw. oder deren Verbindungsleitu:ng,-n zur Kühljung dient, woh"ei er üb; rh.itzt wird. B. Gasturbinenanlagei zur Ausführung des V.e@rfahrienis nach Ansprüchen i bis 7, bestehend aufs einer Turbine (16) mit flüssigkeitsgekühltem Laufzeug (17), einem ersten Wärmetauscher (22), in dem der von der Turbine kommende Dampf kondensiert -wird, und einem zweiten Wärmetauscher (28), in dem das Kondensat unterkühlt wird, um danach in einen Entspannungstopf (25) zu gelangen. 9. Gasturbirnenanla,ge nach Anspruch 8, wobei der Entspannungstopf (25) vor dem zweiten Wärmetauscher (28) anigeordn,°,t ist, so, da.ß im zweiten Wärmetauscher (28) nur der aus d"-:m Entspannungstopf entweichendes Dampf kondensiert wird. io. Regleranordnung bei der Gasturbinenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine, (27) mit Regelv enfil (26) um dein Wärmeita,uscher (28) besteht und, daß das Regelventil (26) dein Druck in denn Entspannungstopf (25) regelt, während' ein Entspannungsventil (24) vor dem Entspannungstopf (25) dem Druck des Primärdampfes regelt, wobei der Druck deir für den Rotar und bzw. oder des Primärdampfes. drehzahlabhängig so eingesteillt wird, d-aß bei: jeder Drehzahl der Flüssigkeitsspiegel im Rotor die gleaiche Höhe hat. i i. Regleranordnung bei der Gas.turbineinanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Primär,damp-fes durch das Drosselventil (2q.) gesteuert wird und: der Druck des Primärspeisenvassers durch ein Regelventil (26) für die Dampfabführung aus dem Entspannungstopf (2S), woboi das gentil (26) zur Dampfabführung aus dem Entspannungstopf (25) und bzw. oder das Drosselventii.l (24) drichzah.labhängig so gesteuert wird, daß bei jeder Drehzahl dar Flüssigkeitsspiegel im Rotor die gleiche Höhe hat.