SE0900236A1 - Förfarande för drift av en gasturbinkraftanläggning och en gasturbinkraftanläggning - Google Patents

Förfarande för drift av en gasturbinkraftanläggning och en gasturbinkraftanläggning

Info

Publication number
SE0900236A1
SE0900236A1 SE0900236A SE0900236A SE0900236A1 SE 0900236 A1 SE0900236 A1 SE 0900236A1 SE 0900236 A SE0900236 A SE 0900236A SE 0900236 A SE0900236 A SE 0900236A SE 0900236 A1 SE0900236 A1 SE 0900236A1
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
turbine
compressor
combustion
unit
gas
Prior art date
Application number
SE0900236A
Other languages
English (en)
Inventor
Hans-Erik Hansson
Original Assignee
Euroturbine Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Euroturbine Ab filed Critical Euroturbine Ab
Priority to SE0900236A priority Critical patent/SE0900236A1/sv
Priority to CN201080008749.0A priority patent/CN102325979B/zh
Priority to EP10746509.8A priority patent/EP2401490B1/en
Priority to US13/203,047 priority patent/US9062607B2/en
Priority to PCT/SE2010/000041 priority patent/WO2010098709A1/en
Publication of SE0900236A1 publication Critical patent/SE0900236A1/sv

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
    • F01K21/047Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas having at least one combustion gas turbine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/10Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor with another turbine driving an output shaft but not driving the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • F02C3/305Increasing the power, speed, torque or efficiency of a gas turbine or the thrust of a turbojet engine by injecting or adding water, steam or other fluids

Abstract

Ett förfarande för drift av gasturbinkraftanläggning med en första gasturbingrupp (10), inkluderande en första turbinanordning (13) och en andra gasturbingrupp (20) inkluderande en kompressoranordning (22) och en andra turbinanordning (23), vilka är mekaniskt ihopkopplade med varandra, varvid nyttigt arbete tas ut genom en anordning (15), som är inkluderad i anläggningen, varvid en förbränningsgasström alstras av en förbränningsanordning (35), vilken är placerad i en gasflödesström (42,48) uppströms av den andra turbinanordningen (23), och varvid processvatten och/eller -ånga uppvärms av en processgasström och det producerade vattnet och/eller ångan införs i en gasflödesström (42,48) uppströms av förbränningsanordningen. Sagda andra turbinanordning (23) och kompressoranordningen (22) är balanserade till varandra så att åtminstone väsentligen allt arbete alstrat av den andra turbinanordningen (23) konsumeras av kompressoranordningen (22), och den första turbinanordningen (13) är balanserad till anordningen för uttag av nyttigt arbete (15) så att allt arbete producerat av den första turbinanordningen (13) konsumeras av anordningen för uttag av nyttigt arbete (15). Uppfinningen avser även en anläggning.Fig. 1.

Description

10 15 20 25 (AJ (f) parallella och separata från varandra och, vidare, turbinen hos den andra gruppen visas inkludera en förbränningsanord- ning, vilket resulterar i ett arrangemang, varvid förbrän- ningsgaserna från förbränningsanordningen ges en radiell rörelsekomponent vid inträdet i turbinhuset. ÄNDANLÅL ocH VIKTIGASTE SÅRDRAG Hos UPPFINNINGEN Förfarandet enligt bakgrundstekniken fungerar väl, men i enlighet med föreliggande uppfinning tillhandahålls en vidare- utveckling fokuserande på förbättrad ekonomi, för det första med avseende på själva kraftanläggningen och för det andra i förhållande till möjligheten att utta ytterligare nyttigt arbete per anläggningsenhet liksom per enhet använt bränsle.
Dessa ändamål adresseras i enlighet med föreliggande upp- finning. Sammantaget görs förfarandet enligt uppfinningen enklare och är enklare att kontrollera. Genom uppfinningen är det vidare uppnått att den andra turbingruppen kommer att bli mer oberoende från den första turbingruppen.
Genom att de andra turbin- och kompressorenheterna är balanserade till varandra så att åtminstone väsentligen allt arbete alstrat av den andra turbinanordningen konsumeras av kompressoranordningen elimineras behovet på den första turbin- gruppen att tillhandahålla betydande kompressorkapacitet.
Genom att den första turbinanordningen är balanserat till anordningen för uttaget av nyttigt arbete så att åtminstone väsentligen allt arbete alstrat av den första turbin- anordningen konsumeras av anordningen för uttag av nyttigt arbete, uppnås flera fördelar. I synnerhet, i praktiken, enligt uppfinningen, är endast den första turbingruppen för- bunden med en elektrisk generator eller liknande. Härigenom kan det ovan indikerade problematiska arrangemanget med en växeltransmission i fallet av en konventionell generator också förbunden med den andra gruppen undvikas. I synnerhet löper '75102SV; 2010-05-28 10 15 20 25 den första turbingruppen för det mesta långsammare än den andra gruppen, vilket för stora maskiner gör det möjligt att förbinda generatorn direkt med turbinen utan någon växellåda däremellan.
Eftersom den andra turbingruppens axel (axlar) inte är förbunden (förbundna) med någon generator som har fast hastig- het, kan den andra turbingruppen vara fri att justera till rådande förutsättningar för anläggningen. Detta resulterar i nya frihetsvillkor, vilket kan resultera i förbättrade prestanda för anläggningen, i synnerhet i förhållande till dellastbetingelser.
Stora gasturbiner (mer än 200 MW) kan inte effektivt tillhandahållas med en transmission inkluderande en växellåda på grund av begränsningar i arbete som skall överföras. För mycket stora anläggningar är det därför speciellt fördelaktigt att kompressorarbetet väsentligen överförs till den andra tur- bingruppen, varvid högtrycksturbinen i den gruppen väsentligen endast driver kompressorn för hela anläggningen och att lägtrycksturbinen, vilken är närvarande i den första turbin- gruppen, väsentligen endast driver anordningen för uttag av nyttigt arbete såsom en elektrisk generator. Sammantaget kan den första gruppens turbin utformas att ha en rotationshastig- het medgivande perfekt matchning med generatorn, t ex 1500 rpm, 3000 rpm etc. beroende av typen och kraven som råder.
Ett fördelaktigt resultat i vissa utföringsformer av upp- finningen är att temperaturen i en tvärledning uppströms av den första gruppens turbin kommer att reduceras, vilket kan uppnås genom utökad expansion i den andra turbingruppens tur- bin. Ju mer arbete som utförs av kompressorn i den andra grup- pen, desto längre kommer expansionslinjen att vara i turbinen i den andra gruppen och därigenom desto lägre temperaturen efter den turbinen - i tvärledningen mellan turbingrupperna.
Alternativt ger detta en potential att öka förbränningstempe- 75102sv; 2010-05-28 10 15 20 25 b) (D raturen utan att förorsaka någon signifikant ökning i tempera- turen i tvärledningen. Tvärledningen är av relativt komplex utformning och sänkning av tvärledningstemperaturen är för- delaktig på grund av att en lägre temperatur kommer att redu- cera designproblem och/eller reducera kostnader på grund av krav på dyrbarare material.
Uppfinningen ger också möjlighet till förbättrad flödes- geometri och tryckprestanda för den andra gruppens kompressor- anordning. På grund av krav på högt tryckt och lågt volym- metriskt flöde föredras att denna slutliga kompressorenhet är av radialtyp. Genom denna uppfinning behövs ingen central axel för kraftuttag. Geometrivillkor för luftinträdet till denna radiella kompressor kan därför vara mer gynnsam, vilket för- bättrar prestanda hos kompressoranordningen.
När, i enlighet med en föredragen aspekt av denna uppfin- ning, en första gasström komprimeras av en första kompressor- enhet hos sagda kompressoranordning, därefter bringas till en värmeväxlare för kylning av sagda gasström och upphettning av sagda processvatten och/eller ånga och därefter bringas till en andra kompressorenhet hos sagda kompressoranordning, till- handahàlls en naturlig och effektiv möjlighet till mellan- kylning av kompressorluften, tillhandhållande möjligheten till förbättrad flödesgeometri-tryckprestanda för kompressoranord- ningen.
Som alternativ kan vattenspray injekteras i kompressor- flödet mellan de första och andra stegen hos kompressorn istället för intercooling genom en värmeväxlare. Detta kan åstadkommas genom t ex uttag av ett gasflöde till en separat vattensprayenhet och att bringa det tillbaka igen. 1....
LC Det är särskilt föredraget att allt ryttigt arbe uttaget från anläggningen uttas från den första gasturbin- gruppen, vilket å ena sidan ger bäst arbetsvillkor för den första turbinen i förhållande till anordningen för uttag av 75l02SV; 2010-05-28 10 15 20 25 (A (D nyttigt arbete, Därigenom kan arrangemang för att förbinda en ytterligare anordning för att utta arbete till den andra grup- pen på ett föredraget sätt undvikas. Sammantaget tillhanda- håller uppfinningen en ekonomisk och högeffektiv lösning för en gasturbinkraftanläggning.
Det är också särskilt föredraget att allt gaskompressionsarbete för anläggningen utförs av sagda kom- pressorenhet i den andra turbingruppen. Detta reducerar kom- plexiteten hos hela anläggningen och öppnar för föredragna arrangemang vad avser turbingrupperna relativt varandra.
Företrädesvis används åtminstone en del av vatteninne- hållet i förbränningsgaserna som processtillförselvatten, vilken medger återvinning med visst överskott, på grund av bildande av vatten under förbränningen.
Företrädesvis används ånga för kylning av förbränningsgasströmmen och åtminstone en del av sagda ånga introduceras därefter i gasströmmen, företrädesvis i en för- bränningskammare hos förbränningsanordningen, för vidare användning som arbetsfluid.
Uppfinningen hänför sig också till en kraftanläggning och motsvarande särdrag och fördelar uppnås i förhållande till krav riktade mot detta.
Enligt uppfinningen föredras att förbränningsgasströmmen produceras i en koaxiell förbränningsanordning och bringas axiellt in i den andra turbingruppens turbin, eftersom detta ytterligare reducerar komplexiteten hos anläggningen och i synnerhet inloppet till turbinen, och medger användningen av en mer okomplicerad förbränningsanordning.
Föredraget okomplicerat tillhandahåller uppfinningen också frihet att göra en förbränningsanordning utan ïågra speciella strikta geometriska begränsningar, vilket annars är fallet när förbränningsanordningar är utformade att passa traditionella gasturbiner. 75102SV; 2010-05-28 lO l5 20 25 LU (D När sagda kompressorenhet har en första och en andra kom- pressorenhet, är det speciellt föredraget att den andra tur- bingruppens turbin har en första och en andra turbinenhet, varvid den första kompressorenheten är rotationsdriven av den andra turbinenheten genom en ihålig första axel och den andra kompressorenheten är rotationsdriven av den första turbin- enheten genom en andra axel, eftersom detta arrangemang för- enklar styrning och öppnar för enkel oberoende reglering av de respektive stegen. I synnerhet bör de första och andra axlarna vara koaxiella med den första ihåliga axeln delvis omgivande den andra axeln.
Som en definition, gasflödet inträder i den första kompressorenheten först, och därefter den andra kompressor- enheten. Motsvarande gäller för en turbin som har en första och en andra turbinenhet, varvid gasflödet först inträder i den första turbinenheten och därefter i den andra turbin- enheten.
Ett särskilt föredraget arrangemang av de tvà grupperna i förhållande till varandra uppnås om axeln till den första tur- bingruppen bildar en vinkel med axeln (axlarna) till den andra turbingruppen, eftersom härigenom bl. a. flödesvägarna kan arrangeras för reducerade flödesmotstànd. Det föredras att gasflödesströmmen som avgår från den andra turbinen leds utan väsentlig vinkelmässig avvikelse till ett axiellt inlopp till den första turbinen.
Sagda kompressorenhet kan också inkludera ytterligare kompressorenheter vid sidan av de första och andra kompressor- enheterna.
KORTFATTAD BEShRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj med ledning av utföringsformer och med referens till de bifogade ritningarna, på vilka: 75lO2SV; 2010-05-28 10 15 20 25 id ID Fig. 1 visar schematiskt en kraftanläggning enligt upp- finningen i en första utföringsform, Fig. 2 visar schematiskt en kraftanläggning enligt uppf- inningen i en andra utföringsform, och Fig. 3 visar schematiskt en kraftanläggning enligt upp- finningen i en tredje utföringsform.
BESKRIVNING Av UTFöRINGsFoRMER I kraftanläggningen enligt uppfinningen arbetar den andra gasturbingruppen i ett temperaturområde där kylning krävs och detta kan föredraget tillhandahållas med användning av ånga. Ångan kan delta i denna process på ett mycket fördelaktigt sätt genom att först kyla högtemperaturkomponenterna innan den introduceras i en förbränningskammare till förbränningsanord- ningen. Härigenom kan denna ånga också delta i expansions- processen och tillhandahålla ytterligare arbete. Emellertid används en del av ångan för filmkylning av delar där konvek- tionskylning inte ger den nödvändiga effekten. Denna film- kylning, där ångan fungerar som ett skyddande skikt mellan gasströmmen och metallen, är mycket effektiv när det används ånga på grund av ångans högre värmekapacitet i jämförelse med luft.
Den första gasturbingruppen kommer att arbeta med förut- sättningar som inte kräver, eller främst, endast kräver en begränsad mängd av kylning. Spridningen av kylande luft i en motsvarande ”torr” konstruktion av en sådan gasturbingrupp kan därför vara drastiskt reducerad och istället medge ett större flöde av arbetsfluid in i turbinen.
Den optimala effektiviteten för en torr process, dvs. för d de ~l I *I 5 eiativt laga få en traditionell gasturbincykel, uppnås vi tryckförhållandena av 5 - 40 bar. Emellertid ligger den opti- mala effektiviteten vid mycket högre tryckförhållanden för en ånginjekterad cykel. Följaktligen är det viktigt att öka 75lO2SV; 2010-05-28 10 15 20 25 bd C) tryckförhållandet i ånginjekterade gasturbinscykler i ändamål att nå de optimala driftförutsättningarna. Ett lämpligt tryck- område för den uppfinningsenliga kraftanläggningen är 30 - 300 bar och företrädesvis 50 - 200 bar. Förbränningstempertur- nivåer är mellan 1000 - 2200 °K, företrädesvis 1200 - 2000 OK.
I vissa ånginjekterade cykelkonfigurationer kan addi- tionen av vatten vara så stor att förbränning sker vid så nära stökiometriska förhållanden som är praktiskt möjligt, dvs. nästan allt syre innehållet i luften används. Detta är ett av de primära åndamålen vid drivning av den uppfinningsenliga kraftanläggningen.
Förbränning vid nära stökiometriska villkor leder till en effektiv, kompakt och kostnadseffektiv kraftanläggning. Vatten som har deltagit i processen emitteras inte till omgivningen utan kan återvinnas genom förbränningsgaskondensering. Konden- satet som erhålls kan behandlas kontinuerligt och återcirkule- ras till kraftcykeln. Processen med förbränningsgaskondense- ring är förenklad vid nära stökiometriska villkor på grund av att daggpunkten är mycket hög under sådana förutsättningar och cykeln kan göras vattensjälvförsörjande. Kondensering av vatten från förbränningsgaserna hjälper också till att ta bort partiklar och, i viss utsträckning, kontaminander från för- bränningsgaserna. Sålunda uppnås minsta möjliga omgivnings- mässiga inverkan. Nära stökiometrisk förbränning implicerar också att förbränningsgasflödet till omgivningen minimeras.
Anläggningsdriften bör designas så att åtminstone 60%, lämpligen åtminstone 80% av företrädesvis åtminstone 90% av syreinnehållet i intagsluften konsumeras. Detta representerar en betydande avvikelse från den existerande teknologin och ger Nettoresultatet med att introducera ånga i den tradi- tionella gasturbinprocessen är att öka effektiviteten och pro- duktion av nyttigt arbete. Välutvecklade änginjekterade gas- 75l02SV; 2010-05-28 10 15 20 25 (a) (D turbincykler som drivs med liknande tryck och temperaturnivåer som existerande teknologi uppnår vanligtvis verkningsgrader av 0 approximativt 50 - 55s. Höggradigt ånginjekterade cykler som drivs med högre trycknivåer erhåller verkningsgrader kring 55 - 65% och nyttigt arbete som uttas kommer att vara 2 - 3 gånger högre än dess motsvarande konventionella gasturbin- process.
I enlighet med uppfinningen har trycket i utloppet från den andra gasturbinenheten ett tryck av omkring 5 - 50 bar och mest föredraget är ett tryck mellan 10 - 40 bar. Detta är trycket vid inloppet till den första turbinanordningen och konstituerar tryckfallet över sagda första turbinanordning.
I ändamål för cykeln att arbeta effektivt och genom- förbart med tryckförhållanden som krävs att nå 30 - 300 bar, behöver åtminstone två eller för de högsta trycknivåerna, tre axlar med olika rotationshastigheter användas i kompressor- anordningen hos den andra turbingruppen. Högtryckskompressorn och turbinen skulle drivas med den högre rotationshastigheten.
Sålunda skulle en fleraxellösning ge en konventionellt gasturbinanordning arbetande med en axel, en andra kompressor- anordning och turbinanordning arbetande på separata axlar, som roterar vid högre hastigheter, och en förbränningskammare, vilken arbetar vid högre tryck och temperaturer, med nåra stökiometrisk förbränning. Ånga och/eller vatten kan också introduceras genom injektering av högtrycksånga före förbrän- ningskammaren eller genom injektering av medeltrycksånga och/eller vatten före något av kompressorstegen.
Under drift vid högre tryck, ökar behovet att kyla luften mellan kompressorenheterna; å ena sidan för att reducera tem- peraturnivån och materialkrav i 'ompressor1, och å den andra sidan att reducera mängden av nödvändigt kompressorarbete.
Sänkning av temperaturen i kompressorluften kan också leda till mer fördelaktiga förutsättningar för förbränning. 75lO2sV; 2010~O5-28 10 15 20 25 LU (D 10 Det enklaste sättet att nå lägre temperaturer är att spruta vatten in i den komprimerade luftströmmen. Alternativt kan vårmet innehållet i den komprimerade luften användas för att producera ånga i en kokare.
Fig. 1 visar schematiskt en gasturbinkraftanläggning enligt uppfinningen, vilken inkluderar en första 10 och en andra 20 gasturbingrupp. Den första gasturbingruppen 10 inklu- derar en första turbinanordning 13, vilket är rotationsför- bundet över en axel 11 med en anordning 15 för uttag av nyttigt arbete, såsom en elektrisk generator eller liknande.
En andra gasturbingrupp 20 inkluderar en andra turbinanordning 23, vilket utgörs av en första turbinenhet 23' och en andra turbinenhet 23”.
Den andra gasturbingruppen 20 inkluderar också en kom- pressoranordning 22, vilket i sin tur utgörs av en första kom- pressorenhet 22' och en andra kompressorenhet 22”.
Den första kompressorenheten 22' är rotationsförbunden med den andra turbinenheten 22” över en första, ihålig, axel 21', vilken delvis omger en andra axel 21, vilken i sin tur rotationsmässigt förbinder den andra kompressorenheten 22' med en första turbinenheten 23'. Ett luftinlopp till den första kompressorenheten indikeras med 42 och efter utträde från den första kompressorenheten leds den komprimerade luften över en ledning 42' till inloppet för den andra kompressorenheten 22”.
Vidare är positionerat mellan de första och andra kompressor- enheterna en luftkylare 74 i formen av en värmeväxlare, vilken används för att producera ånga för injektering in i systemet såsom kommer att beskrivas nedan. Som ett alternativ, kan den andra gasturbinanordningen inkludera tre turbinenheter, vilka vardera är rotationsförbundna ned respekti pressorenheter som är inkluderade i kompressoranordningen. Tre förbindande axlar för de tre respektive stegen är i det fallet 75lO2sv; 2010-05-28 10 15 20 25 (M (D ll koaxiella motsvarande till två axelalternativet som nämns ovan.
Efter utträdet från den andra kompressorenheten 22” leds luften över en ledning 43 till inloppet av en förbrännings- anordning 35, vilken är arrangerad axiellt uppströms av den första turbinenheten 23' motsatt kompressorenheten 22”.
Förbränningsanordningen 35 är koaxiell och tillför förbränningsgaser till ett axiellt inlopp till den första turbinenheten 23' hos den andra turbinen 23. Vidare finns inlopp till förbränningsanordningen 35 för hett vatten 61' eller ånga 61 i ändamål att tillhandahålla en förbrännings- process, varvid åtminstone 60% av syreinnehållet i luften i flödesströmmen konsumeras genom förbränning i förbränninge- anordningen 35. Bränslet tillförs till förbränningsanordningen 35 över ledningen 51.
Gaserna från utloppet av den andra turbingruppens turbin- anordning 23 strömmar genom ledningen 48 till den första tur- bingruppens turbinanordning 13, vilket i sin tur producerar det nyttiga i arbetet för anläggningen, vilket uttas av anord- ningen 15 för uttag av nyttigt arbete, vilket är en elektrisk generator eller liknande.
Gaserna utträder därefter från den första turbinen 13 och strömmar genom ledningen 49 till en ytterligare värmeväxlare 73, vilken bidrar till upphettning av ånga för injektering i processen genom ledningen 61.
Efter värmeväxlaren 73 leds förbränningsgaserna genom en värmeväxlare 70, vilken bidrar till uppvärmning av vatten för injektering i processen genom ledningen 61', och varvid kondensat från en förbränningsgaskondensor 71 upphettas innan det leds till en avluftare 72 över ledning 83.
Vatten tillhandahålls till uppvärmningskretsen inklude- rande vårmevåxlarna 73 och 74 över avluftaren 72, vilken har 75l02sV; 20lO~O5-28 10 15 20 25 w C) 12 ändamålet att tillförsäkra att vattnet i kretsen är fritt från syre.
Fig. 2 visar en andra utföringsform, varvid samma eller liknande element har samma referenssiffror som i fig. 1. En skillnad från kraftanläggningen enligt fig. l är att i utföringsformen i fig. 2 bildar den centrala axeln B för den första turbinanordningen 13 en vinkel u med centralaxeln A för elementen till den andra turbingruppen och i synnerhet turbi- nen 23, sä att sagda axlar korsar varandra. Detta ger fördelen att avståndet, vilket de heta gaserna måste strömma i förbind- ningen mellan utloppet från den andra turbinen 23 och inloppet till den första turbinen 13 kan reduceras och att skillnaden i flödesriktningen i ledningen kan reduceras. En annan skillnad är att sprayintercoolern 91 är arrangerad i ledningen 42'.
Vidare finns ökade möjligheter att tillhandahålla en flödesväg som är mer fördelaktig, eftersom flödesmotståndet och komplexiteten hos arrangemanget kan reduceras. I det visade exemplet är a = 90°, men i ändamål att ytterligare för- bättra verkningsgraden och ytterligare reducera flödesmotstån- det mellan den andra turbinen 23 den första turbinen 13 är det möjligt att positionera turbingrupperna så att a är en spetsig vinkel, t ex 45°, såsom visas i fig. 3. Härigenom kan utlopps- förlusterna från den andra turbinen 23 reduceras ytterligare.
Uppfinningen kan modifieras inom ramen för kraven.
Exempelvis är det möjligt att i vissa applikationer inkludera en annan làgkraftskonsument såsom en hjälpanordning, i den första eller den andra turbingruppen. En anordning för uttag av mindre mängder av nyttigt arbete eller liknande kan också i vissa applikationer kopplas också till den andra turbin- gruppen. Dessa modifikationer är emellertid inte föredragna.
Det är också möjligt att inom ramen för kraven addera superuppvärmning utöver hetvatten och ånga i förbränningsgaser och mellanliggande kompressorflödesväg. 75l02sv; 20l0~O5~28 13 Den andra turbingruppen kan positioneras och orienteras på olika sätt i förhållande till den första turbingruppen. En andra förbränningsanordning kan i vissa applikationer positio- neras som en s. k. àteruppvärmare efter den andra turbinen och före den första turbinen. '75102SV; 2010-05-28

Claims (18)

10 15 20 25 30 P A T E N T K R A V
1. Metod för drift av gasturbinkraftanläggning med en första gasturbingrupp (10), inkluderande en första turbinanordning (13) och en andra gasturbingrupp (20) inkluderande en kompressoranordning (22) och en andra turbinanordning (23), vilka är mekaniskt ihopkopplade med varandra, varvid nyttigt arbete tas ut genom en anordning (15), som är inkluderad i anläggningen, varvid en förbränningsgasström är alstrad av en förbränningsanordning (35), vilken är placerad i en gasflödesström (42,48) uppströms av den andra turbinanordningen (23), varvid sagda andra turbinanordning (23) och kompressoranordning (22) är balanserade till varandra så att åtminstone väsentligen allt arbete alstrat av den andra turbinanordningen (23) konsumeras av kompressoranordningen (22), och varvid den första turbinanordningen (13) är balanserad till anordningen för uttag av nyttigt arbete (15) så att åtminstone väsentligen allt arbete producerat av den första turbinanordningen (13) konsumeras av anordningen för uttagning av nyttigt arbete (15), k ä n n e t e c k n a d av - att processånga uppvärms från förbränningsgasströmmen nedströms den första turbinanordningen och att den producerade ångan införs i en gasflödesström (42,48) uppströms av V och/eller i förbränningsanordningen (35) i sådana mängder att åtminstone 80% av syreinnehållet hos luften i gasflödesströmmen (42,48) konsumeras genom förbränning, - att förbränningsgasen som matas till den andra turbinanordningen har ett tryck 50 - 300 bar, och - att åtminstone en del av vatteninnehållet i förbränningsgaserna används som processånga. 7510213; 2010-02-15 10 15 20 25 30
2. Förfarandet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att trycket i utloppet från den andra turbinanordningen har ett tryck av omkring 5 - 50 bar.
3. Förfarandet enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att trycket i utloppet från den andra turbinanordningen har ett tryck mellan 10 - 40 bar.
4. Förfarandet enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e - t e c k n a t av att en första gasström sammanpressas av en första kompressorenhet hos sagda kompressoranordning (22), därefter bringas till åtminstone en andra kompressorenhet hos sagda kompressoranordning (22).
5. Förfarandet enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den första gasströmmen efter den första kompressorenheten och före den andra kompressorenheten bringas till en värmeväxlare (74) för kylning av sagda första gasström och uppvärmning av sagda processånga.
6.Förfarandet enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att förbränningsgasströmmen produceras i en koaxiell förbränningsanordning (35) och leds axiellt in i den andra turbinanordningen (23).
7. Förfarandet enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att gasflödesströmmen (48) från den andra turbinenheten (23) utgår mellan den andra turbinanordningen (23) och den andra kompressoranordningen (22).
8. Förfarandet enligt något av föregående krav, varvid sagda kompressoranordning (22) har en första och en andra av att den andra kompressorenhet, k ä n n e t e c k n a t 75l02b: 2010-02-15 10 15 20 25 30 turbinanordningen har en första och andra turbinenhet, varvid den första kompressorenheten rotationsdrivs av den andra turbinenheten över en första ihålig axel och den andra kompressorenheten rotationsdrivs av den första turbinenheten över en andra axel.
9. Förfarandet enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att turbinanordningen (23) har en tredje turbinenhet, vilken driver en tredje kompressorenhet över en tredje axel.
10. En gasturbinkraftanläggning med en första gasturbingrupp (10) inkluderande en första turbinanordning (13) och en andra gasturbingrupp (20), inkluderande en kompressoranordning (22) och en andra turbinanordning (23), vilka är mekaniskt ihopkopplade med varandra, varvid anläggningen inkluderar en anordning (15) för uttag av nyttigt arbete, varvid en förbränningsanordning (35) för att producera en förbränningsgasström är placerad i en gasflödesström (42,48) uppströms av den andra turbinanordningen (23), varvid sagda andra turbinanordning (23) och kompressoranordning (22) är balanserade till varandra så att åtminstone väsentligen allt arbete alstrat av den andra turbinanordningen (23) konsumeras av kompressoranordningen (22), och varvid den första turbinanordningen (13) är balanserad till anordningen för uttag av nyttigt arbete (15) så att åtminstone väsentligen allt arbete alstrat av den första turbinanordningen (13) konsumeras av anordningen för uttag av nyttigt arbete (15), k ä n n e t e c k n a d av - att uppvärmningsorgan (73) är arrangerade att uppvärma processånga från förbränningsgasströmmen nedströms den första turbinanordningen (23) och att införingsmedel är arrangerade för att införa den producerade ångan in i gasflödesströmmen (42,48) uppströms av och/eller i förbränningsanordningen, 75l02b; 2010-02-15 10 15 20 25 30 - att anläggningen är anordnad att införa ånga i sådana mängder att åtminstone 80% av syreinnehàllet hos luften i gasflödesströmmen (42,48) konsumeras genom förbränning, - att anläggningen är anordnad så att förbränningsgasen som matas till den andra turbinenheten har ett tryck av 50 - 300 bar, och - att anläggningen uppvisar medel (71) inrättade så att åtminstone en del av vatteninnehållet i förbränningsgaserna används för införande som processånga.
11. Anläggningen enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att kompressoranordningen (22) inkluderar en första och en andra kompressorenhet.
12. Anläggningen enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d av att en värmeväxlare (74) för kylning av sagda första gasström och uppvärmning av sagda processånga är placerad efter den första kompressorenheten och före den andra kompressorenheten.
13. Anläggningen enligt något av kraven 10 - 12, k ä n n e - t e c k n a d av att en koaxiell förbränningsanordning (35) är arrangerad för att alstra förbränningsgasströmmen, vilken leds axiellt in i den andra turbinanordningen (23).
14. Anläggningen enligt något av kraven 10 ~ 13, k ä n n e - t e c k n a d av att utloppet av gasflödesströmmen från den andra turbinenheten (23) är inrättad mellan den andra turbinanordningen (23) och den andra kompressoranordningen.
15. Anläggningen enligt något av kraven 10 - 14, varvid sagda kompressoranordning (22) har en första och en andra av att den första kompressorenhet, k ä n n e t e c k n a d turbinanordningen har en första och en andra turbinenhet, 7510213; 20l0-O2~15 10 15 varvid den första kompressorenheten är rotationsmässigt ihopkopplad med den andra turbinenheten över en första ihålig axel och den andra kompressorenheten är rotationsmässigt ihopkopplad med den första turbinenheten över den andra axeln.
16. Anläggningen enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att den första turbinanordningen har fler än två turbinenheter och att den första kompressoranordningen har fler än två kompressorenheter.
17. Anläggningen enligt krav 15 eller 16, k ä n n e t e c k - n a d av att de första och ytterligare axlarna är koaxiella och att den ytterligare axeln är åtminstone delvis omgiven av den första axeln.
18. Anläggningen enligt något av kraven 10 - 17, k ä n n e - t e c k n a d av att förbränningsanordningen är positionerad motsatt kompressorenheten (22) i förhållande till den andra turbinanordningen. 7510210; 2010-02-15
SE0900236A 2009-02-24 2009-02-24 Förfarande för drift av en gasturbinkraftanläggning och en gasturbinkraftanläggning SE0900236A1 (sv)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0900236A SE0900236A1 (sv) 2009-02-24 2009-02-24 Förfarande för drift av en gasturbinkraftanläggning och en gasturbinkraftanläggning
CN201080008749.0A CN102325979B (zh) 2009-02-24 2010-02-24 运行燃气轮机发电站的方法及燃气轮机发电站
EP10746509.8A EP2401490B1 (en) 2009-02-24 2010-02-24 Method of operating a gas turbine power plant and gas turbine power plant
US13/203,047 US9062607B2 (en) 2009-02-24 2010-02-24 Method of operating a gas turbine power plant and gas turbine power plant
PCT/SE2010/000041 WO2010098709A1 (en) 2009-02-24 2010-02-24 Method of operating a gas turbine power plant and gas turbine power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0900236A SE0900236A1 (sv) 2009-02-24 2009-02-24 Förfarande för drift av en gasturbinkraftanläggning och en gasturbinkraftanläggning

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SE0900236A1 true SE0900236A1 (sv) 2010-08-25

Family

ID=42665746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0900236A SE0900236A1 (sv) 2009-02-24 2009-02-24 Förfarande för drift av en gasturbinkraftanläggning och en gasturbinkraftanläggning

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9062607B2 (sv)
EP (1) EP2401490B1 (sv)
CN (1) CN102325979B (sv)
SE (1) SE0900236A1 (sv)
WO (1) WO2010098709A1 (sv)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120067054A1 (en) * 2010-09-21 2012-03-22 Palmer Labs, Llc High efficiency power production methods, assemblies, and systems
KR101719234B1 (ko) * 2015-05-04 2017-03-23 두산중공업 주식회사 초임계 이산화탄소 발전 시스템
US10508568B2 (en) * 2018-03-16 2019-12-17 Uop Llc Process improvement through the addition of power recovery turbine equipment in existing processes

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4896499A (en) * 1978-10-26 1990-01-30 Rice Ivan G Compression intercooled gas turbine combined cycle
US4509324A (en) 1983-05-09 1985-04-09 Urbach Herman B Direct open loop Rankine engine system and method of operating same
EP0216815A1 (en) * 1985-02-14 1987-04-08 PATTON, John T. Hybrid steam/gas turbine machine
EP0319699A3 (en) * 1987-11-30 1989-09-20 General Electric Company Steam injected engine with auxillary high pressure steam turbine
SE468910B (sv) * 1989-04-18 1993-04-05 Gen Electric Kraftaggregat, vid vilket halten av skadliga foeroreningar i avgaserna minskas
US5771678A (en) 1996-02-12 1998-06-30 Shouman; Ahmad R. Water-injected stoichiometric-combustion gas turbine engine
US6145296A (en) * 1998-09-25 2000-11-14 Alm Development, Inc. Gas turbine engine having counter rotating turbines and a controller for controlling the load driven by one of the turbines
GB9906620D0 (en) 1999-03-23 1999-05-19 Rolls Royce Plc Power generation equipment
US7416137B2 (en) * 2003-01-22 2008-08-26 Vast Power Systems, Inc. Thermodynamic cycles using thermal diluent
SE0301585D0 (sv) 2003-05-30 2003-05-30 Euroturbine Ab Förfarande för drift av en gasturbingrupp
US7284377B2 (en) * 2004-05-28 2007-10-23 General Electric Company Method and apparatus for operating an intercooler for a gas turbine engine
US7770376B1 (en) * 2006-01-21 2010-08-10 Florida Turbine Technologies, Inc. Dual heat exchanger power cycle
US7942008B2 (en) * 2006-10-09 2011-05-17 General Electric Company Method and system for reducing power plant emissions
US7895822B2 (en) * 2006-11-07 2011-03-01 General Electric Company Systems and methods for power generation with carbon dioxide isolation
JP4726930B2 (ja) * 2008-07-10 2011-07-20 株式会社日立製作所 2軸式ガスタービン
WO2011026960A1 (en) * 2009-09-07 2011-03-10 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method of operating a gas turbine and gas turbine
US20120017597A1 (en) * 2010-07-23 2012-01-26 General Electric Company Hybrid power generation system and a method thereof
JP5639568B2 (ja) * 2011-11-15 2014-12-10 三菱日立パワーシステムズ株式会社 2軸式ガスタービン

Also Published As

Publication number Publication date
US20110302926A1 (en) 2011-12-15
WO2010098709A1 (en) 2010-09-02
EP2401490B1 (en) 2019-11-06
EP2401490A1 (en) 2012-01-04
CN102325979B (zh) 2014-07-30
US9062607B2 (en) 2015-06-23
EP2401490A4 (en) 2018-02-21
CN102325979A (zh) 2012-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8726629B2 (en) Compressed air energy system integrated with gas turbine
JP2019502051A (ja) 逆ブレイトンサイクル熱機関
KR101521037B1 (ko) 배열 회수 발전 장치
CN101684748B (zh) 形成一体的燃气轮机排气扩散器和热回收蒸汽发生系统
JP5676122B2 (ja) 二酸化炭素を使用してタービンエーロフォイルを冷却するシステムおよび方法
US20090301078A1 (en) System for recovering the waste heat generated by an auxiliary system of a turbomachine
US8281565B2 (en) Reheat gas turbine
EP3354865B1 (en) Steam turbine preheating system with a steam generator
EP2971737B1 (en) Intercooled gas turbine with closed combined power cycle
EP2662536A2 (en) Gas Turbine Compressor Water Wash System
EP2573360B1 (en) Fuel heating in combined cycle turbomachinery
SE518504C2 (sv) Förfarande och system för kraftproduktion, samt anordnigar för eftermontering i system för kraftproduktion
EP2584157B1 (en) Heat recovery steam generator and methods of coupling same to a combined cycle power plant
CN203584580U (zh) 具有气流控制的燃气涡轮系统
CN102628381A (zh) 在底蒸汽循环中使用燃气轮机中间冷却器热的系统和方法
US11408339B2 (en) Steam turbine system and combined cycle plant
SE438709B (sv) Gasturbinanleggning
US20180216497A1 (en) Steam turbine preheating system
US20190323384A1 (en) Boilor plant and method for operating the same
SE0900236A1 (sv) Förfarande för drift av en gasturbinkraftanläggning och en gasturbinkraftanläggning
Rao Evaporative gas turbine (EvGT)/Humid air turbine (HAT) cycles
JP5933944B2 (ja) 統合型ターボ機械酸素プラント
SE0900237A1 (sv) Förfarande för drift av en gasturbinkraftanläggning och gasturbinkraftanläggning
SE534557C2 (sv) Metod för drift av en värme- och kraftanläggning och värme- och kraftanläggning
CN109113820A (zh) 热能回收装置

Legal Events

Date Code Title Description
NAV Patent application has lapsed