FI102692B - Methods of operation of a gas turbine plant for simultaneous production of electricity electricity and heat and gas turbine plant for the practice of the method - Google Patents
Methods of operation of a gas turbine plant for simultaneous production of electricity electricity and heat and gas turbine plant for the practice of the method Download PDFInfo
- Publication number
- FI102692B FI102692B FI883440A FI883440A FI102692B FI 102692 B FI102692 B FI 102692B FI 883440 A FI883440 A FI 883440A FI 883440 A FI883440 A FI 883440A FI 102692 B FI102692 B FI 102692B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- pressure turbine
- high pressure
- gas turbine
- electricity
- turbine
- Prior art date
Links
Description
χ 102692χ 102692
Menetelmä kaasuturbiinilaitteiston käyttämiseksi sähkön ja lämmön samanaikaista tuotantoa varten sekä kaasutur-biinilaitteisto menetelmän suorittamiseksi 5 Keksintö koskee menetelmää kaasuturbiinilaitteiston käyttämiseksi sähkön ja lämmön samanaikaista tuotantoa varten .The invention relates to a method for operating a gas turbine apparatus for the simultaneous production of electricity and heat. The invention relates to a method for using a gas turbine apparatus for the simultaneous production of electricity and heat.
Kaasuturbiinilaitteistolle sähkön ja lämmön samanaikaista tuotantoa varten, esimerkiksi kuumana vetenä kauko-10 lämpöverkkoon, ns. lämpövoimana, asetetaan seuraavia vaatimuksia : - korkeasähköinen hyötysuhde - korkea terminen kokonaishyötysuhde - korkea sähkö/lämpösuhde 15 - joustavuus sähkön ja lämmön tuotannon välillä - erinomaiset osakuormaominaisuudet - tunnottomuus ympäristön lämpötilan vaihteluille.A gas turbine plant for the simultaneous production of electricity and heat, for example as hot water for a district heating network, so-called. as thermal power, the following requirements are set: - high electrical efficiency - high overall thermal efficiency - high electrical / thermal efficiency 15 - flexibility between electricity and heat production - excellent partial load characteristics - insensitivity to ambient temperature variations.
Nämä vaatimukset täyttyvät erittäin hyvin sentyyppisessä kaksiakselisessa kaasuturbiinilaitteistossa, joka 20 käsittää polttokammion, polttokammion kaasun käyttämän kor-keapaineturbiinin ja korkeapaineturbiinin pakokaasun käyttämän matalapaineturbiinin, matalapaineturbiinin käyttämän matalapainekompressorin ja tämän kanssa sarjaan kytketyn korkeapaineturbiinin käyttämän korkeapainekompressorin pai-25 neenalaisen ilman syöttämiseksi polttokammioon, korkeapaineturbiinin käyttämän generaattorin sähkön tuottamiseksi, rekuperaattorin lämmön vaihtamiseksi pakokaasujen ja kompressorin ilman välillä sekä välijäähdyttimen matala- ja korkeapainekompressorien välillä ja pakokaasulämmönvaihti-30 men, molemmat kuuman veden lämmitystä varten.These requirements are highly met well on a type of two-axle gas turbine plant, which 20 comprises the production of the combustion chamber, the combustion chamber of gas used by the high-pressure turbine and the high pressure turbine exhaust gas used by the low-pressure turbine, a low pressure turbine used by the low-pressure compressor and with the series-connected high-pressure turbine used by the high-pressure compressor PAI-25 neenalaisen for supplying air to the combustion chamber, the high pressure turbine used by the generator of electricity , a recuperator for exchanging heat between the exhaust gases and the compressor air, and an intercooler between low and high pressure compressors and an exhaust heat exchanger, both for hot water heating.
Sähkön tuottaa korkeapaineturbiinin akseliin kytketty generaattori samalla kun tuotetaan 70-120 °C lämpöti-laista kuumaa vettä välijäähdyttimessä ja pakokaasulämmön-vaihtimessa. Korkeapaineturbiinin akseli pyörii siten va-35 kiokierrosluvulla kun taas matalapaineturbiinin akseli voi pyöriä vapaasti.The electricity is generated by a generator coupled to the shaft of the high pressure turbine while producing hot water of 70-120 ° C in the intercooler and exhaust heat exchanger. Thus, the shaft of the high pressure turbine rotates at rpm to 35 rpm while the axis of the low pressure turbine is free to rotate.
2 1026922 102692
Termodynaamista prosessia tällaisessa kaasutur-biinilaitteistossa voidaan lyhyesti nimittää "välijäähdyte-tyksi rekuperatiiviseksi pakokaasuturbiiniksi" ja sillä on 30-40 % parempi sähköhyötysuhde kuin yksinkertaisella kaa-5 suturbiinilla, jolla on vastaava turbiinin sisääntulolämpö-tila. Käyttämällä välijäähdyttimen ja pakokaasun lämpöä kuuman veden tuotantoon saavutetaan korkea kokonais-hyötysuhde.The thermodynamic process in such a gas turbine apparatus can be briefly called "intercooled recuperative exhaust gas turbine" and has a 30-40% better electrical efficiency than a simple gas turbine with a similar turbine inlet temperature. By using the heat of the intercooler and the exhaust gas to produce hot water, a high overall efficiency is achieved.
Tekniikan tasoa esillä olevalle keksinnölle on esi-10 tetty julkaisuissa EP-A-247984, EP-A-150990 ja GB-A-836135 Keksintö koskee menetelmää yllä annetun tyyppisen kaasuturbiinilaitteiston käyttämiseksi ja jotta muut annetut vaatimukset täyttyisivät, on keksinnön mukainen menetelmä saanut patenttivaatimuksesta 1 ilmenevät tunnusmer-15 kit. Keksinnön muut toteutukset ilmenevät oheistetuista patenttivaatimuksista 2 - 4.The prior art is disclosed in EP-A-247984, EP-A-150990 and GB-A-836135. appear in the emblem-15 kit. Other embodiments of the invention are apparent from the appended claims 2 to 4.
Keksintö koskee myös kaasuturbiinilaitteistoa keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseksi.The invention also relates to a gas turbine apparatus for carrying out the process of the invention.
Keksinnön lähempää selitystä varten viitataan ohei-20 siin piirustuksiin, joissa kuvio 1 on kaaviokuva kaasuturbiinilaitteistosta keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseksi, kuvio 2 on diagrammi, joka esittää kaasuturbiinilaitteiston käyttöalueen ja 25 kuvio 3 on kaaviokuva kaasuturbiinilaitteistosta, jota on täydennetty välineillä veden sisäänruiskutusta varten .For a more detailed description of the invention, reference is made to the accompanying drawings, in which Figure 1 is a schematic diagram of a gas turbine apparatus for carrying out the method of the present invention, Figure 2 is a diagram showing a gas turbine apparatus operating area;
Viitaten kuvioon 1 esittää esitetty turbiinilait-teisto kaasuturbiiniaggregaatin, joka koostuu kor-30 keapaineturbiinista 10, joka on kytketty korkeapainekom- pressoriin 11 ja vaihteen kautta sähkögeneraattoriin 12 sähköhyötytehon ottamiseksi ulos aggregaatista, sekä mata-lapaineturbiinin 13, joka on kytketty matalapainekompresso-riin 14. Korkeapaineturbiinin ja matalapaineturbiinin vä-35 liin on sovitettu säädin 15 vaihtelevaa matalapaineturbiinin geometriaa varten.Referring to FIG. and a regulator 15 for a variable low pressure turbine geometry is fitted to the low pressure turbine.
3 1026923, 102692
Polttokammio 16 (kattila) on kaasu-ulostulostaan liitetty korkeapaineturbiiniin sen ja sen kanssa sarjaan kytketyn matalapaineturbiinin syöttämiseksi kaasulla. Ma-talapaineturbiini on liitetty savupiippuun, jota on merkit-5 ty nuolella 17, sarjassa rekuperaattorin 18 ja pako-kaasulämmönvaihtimen 19 kanssa. Polttokammio on il-masisääntulostaan liitetty korkeapainekompressoriin paloillaan syöttämiseksi rekuperaattorin kautta. Säädettävä ohi-tusyhteys 20 on sovitettu pakokaasuvirran osan johtamiseksi 10 rekuperaattorin 18 ohitse.The combustion chamber 16 (boiler) is connected at its gas outlet to a high pressure turbine to supply gas and a low pressure turbine connected in series therewith. The low pressure turbine is connected to a chimney marked with arrow 17, in series with recuperator 18 and exhaust gas heat exchanger 19. The combustion chamber, by its air intake, is connected to a high pressure compressor with its chunks for feeding through the recuperator. The adjustable bypass connection 20 is arranged to pass a portion of the exhaust stream 10 past the recuperator 18.
Korkeapainekompressori on kytketty sarjaan matala-painekompressorin kanssa, joka ottaa sisään ilmaa ympäristöstä, kuten on merkitty nuolella 21. Välijäähdytin 22 on sovitettu matalapainekompressorin ja korkeapainekompresso-15 rin väliseen yhteyteen lämmön vaihtamiseksi kompressoripii- rin ilman ja ulkoisen piirin välillä kuuman veden lämmitystä varten ja samaa tarkoitusta varten käytetään pako-kaasulämmönvaihdinta 19.The high pressure compressor is connected in series with the low pressure compressor which draws in air from the environment as indicated by arrow 21. The intercooler 22 is arranged to communicate between the low pressure compressor and the high pressure compressor 15 to exchange heat between the compressor circuit air and external circuit for hot water an exhaust gas heat exchanger 19 is used.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä säädetään ensi 20 kädessä ilmavirtausta kun taas lämpötilataso pidetään vakiona muuttamalla matalapainekompressorin pyörimisnopeutta laitteen 15 avulla matalapaineturbiinigeometrian muuttamiseksi. Vasta kun tätä säätömahdollisuutta on täysin käytetty hyväksi siirrytään polttokammion lämpötilan säätöön.In the method of the invention, the air flow is controlled first and foremost, while the temperature level is kept constant by changing the rotational speed of the low pressure compressor by means of the device 15 to change the geometry of the low pressure turbine. Only when this control option has been fully utilized will the furnace temperature control be changed.
' 25 Hyötysuhde tulee tämän säätömenetelmän yhteydessä olemaan yhtä hyvä ellei parempi kuin täyden kuorman pisteessä lähes koko osakuorma-alueella (10-100 % kuorma). Johtamalla osa pakokaasuvirrasta rekuperaattorin 18 ohi säädettävän ohi-tusyhteyden 20 läpi lisätään lämpövirtausta pakokaasuläm-30 mönvaihtimeen 19. Tällöin pienenee sähköntuotanto vakiolla polttoaineen syötöllä polttoilman pienentyneen esilämmityk-sen johdosta. Kaasuturbiinilaitteisto voi täten toimia suurella vaihtelevan sähkö-/lämpösuhteen alueella, kuten on havainnollistettu kuviossa 2. Ohitussuhteen kasvaessa pie-35 nenee sähköhyötysuhde kun taas kokonaishyötysuhde kasvaa.'25 The efficiency of this adjustment method will be as good as, if not better than, the full load point in almost the entire partial load range (10-100% load). By passing a portion of the exhaust gas stream past recuperator 18 through an adjustable bypass connection 20, heat flow to the exhaust gas heat exchanger 19 is increased, thereby reducing power generation by constant fuel supply due to reduced preheating of the combustion air. The gas turbine apparatus can thus operate over a wide range of electrical / thermal ratios, as illustrated in Figure 2. As the bypass ratio increases, the pie-35 reduces the electrical efficiency while the overall efficiency increases.
4 1026924, 102692
Tavanomainen kaasuturbiini on herkkä ympäristön lämpötiloille. Ulostuloteho ja sähköhyötysuhde pienenevät ym-päristölämpötilan kohotessa sisäänimetyn ilman massavirran pienentyessä. Tässä selitetyssä kaasuturbiinilaitteistossa 5 matalapaineturbiinin kierroslukua voidaan asetella laitteen 15 avulla matalapaineturbiinin geometrian muuttamiseksi siten, että ilman massavirta pidetään vakiona ympäristön lämpötilan vaihdellessa.A conventional gas turbine is sensitive to ambient temperatures. The output power and electrical efficiency decrease as the ambient temperature rises and the mass flow of inlet air decreases. In the gas turbine apparatus 5 described herein, the RPM of the low pressure turbine can be adjusted by means of the device 15 to change the geometry of the low pressure turbine so that the air mass flow is kept constant as the ambient temperature fluctuates.
Typpioksidien (N0X) määrää pakokaasuissa voidaan 10 samoin kuin tavanomaisissa kaasuturbiineissa vähentää alhaiselle tasolle ruiskuttamalla ilmaa polttokammioon. Tällöin saadaan tavallisesti kohonnut sähköteho ja heikentynyt sähkö- ja kokonaishyötysuhde. Tässä selitetyssä kaasuturbiinilaitteistossa voidaan kuitenkin sähkötehoa ja sähkö-15 hyötysuhdetta kohottaa veden sisäänruiskutuksella käyttämällä täydentävää laitteistoa, joka on esitetty kuviossa 3. Vesi veden sisäänruiskutusta varten esilämmitetään kompressori-ilman avulla lämmönvaihtimissa 23 ja 24 ja/tai pakokaasujen avulla lämmönvaihtimessa 25, kuten on esitetty 20 kuviossa 3, tullakseen sitten ruiskutetuksi kompressori-ilmaan ennen rekuperaattoria 18 kohdassa 26. Tällöin kasvaa lämmön ulosotto rekuperaattorista parantuneen sähkö-hyötysuhteen ollessa seurauksena. Kokonaishyötysuhde pienenee kuitenkin savupiippuhäviöiden kasvaessa.As with conventional gas turbines, the amount of nitrogen oxides (N0X) in the exhaust gas can be reduced to a low level by injecting air into the combustion chamber. This usually results in increased electrical power and reduced electrical and overall efficiency. However, in the gas turbine apparatus described herein, electrical power and electrical efficiency can be increased by water injection using the auxiliary apparatus shown in Figure 3. Water for water injection is preheated by compressor air in heat exchangers 23 and 24 and / or by exhaust gas in heat exchanger 20, as shown. 3, then to be injected into the compressor air before the recuperator 18 at position 26. Thereby, the heat output from the recuperator increases with the resulting improved electrical efficiency. However, the overall efficiency decreases as the chimney losses increase.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI883440A FI102692B (en) | 1988-07-20 | 1988-07-20 | Methods of operation of a gas turbine plant for simultaneous production of electricity electricity and heat and gas turbine plant for the practice of the method |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI883440A FI102692B (en) | 1988-07-20 | 1988-07-20 | Methods of operation of a gas turbine plant for simultaneous production of electricity electricity and heat and gas turbine plant for the practice of the method |
FI883440 | 1988-07-20 |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI883440A0 FI883440A0 (en) | 1988-07-20 |
FI883440A FI883440A (en) | 1990-01-21 |
FI102692B1 FI102692B1 (en) | 1999-01-29 |
FI102692B true FI102692B (en) | 1999-01-29 |
Family
ID=8526848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI883440A FI102692B (en) | 1988-07-20 | 1988-07-20 | Methods of operation of a gas turbine plant for simultaneous production of electricity electricity and heat and gas turbine plant for the practice of the method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI102692B (en) |
-
1988
- 1988-07-20 FI FI883440A patent/FI102692B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI883440A (en) | 1990-01-21 |
FI883440A0 (en) | 1988-07-20 |
FI102692B1 (en) | 1999-01-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5347806A (en) | Cascaded advanced high efficiency multi-shaft reheat turbine with intercooling and recuperation | |
US5133180A (en) | Chemically recuperated gas turbine | |
US5465569A (en) | Method of establishing part-load operation in a gas turbine group | |
EP1917469B1 (en) | Method using a cogeneration system with oxygen-enriched air assisting system | |
US5595059A (en) | Combined cycle power plant with thermochemical recuperation and flue gas recirculation | |
US5271215A (en) | Natural gas stream turbine system operating with a semi-open cycle | |
US4893466A (en) | Method of operating a gas turbine unit | |
CN1074085C (en) | Exhaust recirculation type combined plant | |
EP1044321B1 (en) | Gas turbine engines connected in series | |
JP2898290B2 (en) | Mechanical energy generator | |
CA2069593A1 (en) | Combined gas/steam power station plant | |
US20060272334A1 (en) | Practical method for improving the efficiency of cogeneration system | |
EP1285151B1 (en) | Method and apparatus for power augmentation for gas turbine power cycles | |
US5193337A (en) | Method for operating gas turbine unit for combined production of electricity and heat | |
CA1298615C (en) | Gas turbine unit for combined production of electricity and heat and method for operating such unit | |
WO1997031184A1 (en) | Hydrogen fueled power plant with recuperation | |
FI102692B (en) | Methods of operation of a gas turbine plant for simultaneous production of electricity electricity and heat and gas turbine plant for the practice of the method | |
JP2869070B2 (en) | Gas turbine unit for electricity and heat generation and method of operation thereof | |
US10358979B2 (en) | Turbocooled vane of a gas turbine engine | |
JPS63120826A (en) | Fuel heating method | |
RU2767677C1 (en) | Method of reducing the power of a gas turbine plant below its permissible lower limit of the control range | |
JPH02153227A (en) | Compound engine | |
RU2008480C1 (en) | Power unit | |
RU2192551C2 (en) | Gas turbine engine with regeneration of heat | |
DK168126B1 (en) | Method of operating a gas turbine unit for simultaneous production of electricity and heat, and gas turbine unit for implementing the method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Owner name: ABB STAL AB |
|
FG | Patent granted |
Owner name: ABB STAL AB |
|
MA | Patent expired |