SE431359B - Gasturbinanleggning - Google Patents

Description

20 25 30 8203664-1 _ ' 2 Den andra möjligheten består i att man låter förbränningen fortsätta efter att bränsletillförseln har stoppats, varvid man utnyttjar den tryckluft som finns kvar i och omkring brännkammaren för att bränna bort det bränsle som finns kvar i virvelbädden. Samtidigt avledes de heta gaserna till om- givningarna. 3 Vad som framför allt måste undvikas är ett mellanting mellan dessa två meto- der, vilket skulle kunna medföra att det utvecklas stora mängder av kolmono- oxid som tillsammans med tryckluften i kammarens hölje skulle innebära en mycket stor risk för explosion.

Föreliggande uppfinning avser den andra metoden, varvid det enligt uppfin- ningen anordnas ett ventilsystem för avblåsning av brännkammarens tryck såsom angivet i kännetecknet i bifogade patentkrav.

På så vis uppnås att det kvarvarande bränslet i virvelbädden bränns bort sam- tidigt som de heta gaserna avleds till omgivningen efter att ha blandats med kall tryckluft. Detta är mycket viktigt för att skydda den avblåsningsventil som under normaldrift skall täta för trycket i brännkammaren. Skulle man ut- sätta denna ventil för de heta gaserna utan föregående nedkylning av dessa skulle ventilen mycket snart bli otät oberoende av hur omsorgsfullt den kon- struerades.

Ventilsystemet enligt uppfinningen består enligt en vidareutveckling lämp- ligen av en ventil för kall luft och en för varma gaser såsom angivet i krav 2. Därvid kommer den varma ventilet förmodligen att bli något otät, vilket dock är av mindre betydelse. För det första utsätts den endast för tryckfallet över virvelbädden och för det andra kan man mycket väl tillåta ett mindre läckage genom denna ventil om det kan hållas inom kontrollerbara gränser. _ § Uppfinningen skall för övrigt närmare beskrivas under hänvisning till bi- fogade ritningar, där fig 1 visar ett principschema för en känd gasturbinanläggning, fig 2 visar brännkammaren mera detaljerat med ventilsystemet enligt upp- finningen, medan fig 3 visar själva ventilsystemet enligt uppfinningen i förstorad skala.

Fig 1 visar en känd utformning av en gasturbinanläggning där gasturbinsídan 10 15 20 25 30 8203664-1 har uppbyggts i tre steg, nämligen för lågtryck, högtryck och kraftsteg, samtidigt som anläggningen har supplerats med en ångcyklus.

Gasturbinkretsen börjar med ett luftfilter 1 framför en lågtryckskompressor 2. Tryckluften härifrån går genom en mellankylare 3 till högtryckskompres- sorn H, vars utgångssida genom ventilen 5 är ansluten till brännkammaren 6.

Genom ventilen 7 går de heta gaserna till högtrycksturbinen 8, vidare till lågtrycksturbinen 9 och kraftturbinen 10 och genom en värmeväxlare 11 till skorsten. Kraftturbinen 10 driver en generator 12. Anläggningen har vidare försetts med en ångkrets omfattande en ångturbin 13, varifrån kondensat medelst pumpen 1H matas till en rörslínga 15 i värmeväxlaren 11 och vidare till kokarslingan 16 till brännkammaren 6 och därifrån tillbaka till turbi- nen 13 som driver en generator 17. Ritningen visar dessutom en startmotor 18 för att köra igång anläggningens högtryckssteg.

Den visade treaxliga utformningen av anläggningen är numera vanlig vid större anläggningar. Ängkretsen kan därvid mata en turbin som visat eller den kan vara kopplad till någon värmeprocess. Det väsentliga enligt uppfinningen är detta att man har en kompressor 4 och en turbin 8 och däremellan en tryck- brännkammare 6 med virvelbädd företrädesvis för fast bränsle.

Vid snabbstopp kortslutes brännkammaren 6 med hjälp av ventilen 19 samtidigt som brännkammaren avspärras från kompressor och turbin med hjälp av venti- lerna 5 och 7.

Problemet enligt uppfinningen blir därefter att passivera brännkammaren med dess stora innehåll av bränsle och värme- och tryckenergi, vilket förklaras närmare under hänvisning till fig 2.

Fig 2 visar högtryckskompressorn U och högtrycksturbinen B samt ventilerna 5, 7 och 19 som utgör förbindelsen till brännkammaren 6. Denna innehåller virvelbädden 22 med kylslingan 16 samt cykloner 23 för rening av den heta gasen som därefter förs till ett samlingsrör 23. Därifrån leder hetgasled- ningen 21 till turbinen 8 genom ventilen 7. Hetgasledningen omges delvis av tryckluftsledningen 20.

Som tidigare nämnts gäller det enligt uppfinningen att få brännkammaren 6 avlastad för tryck samtidigt som resten av bränslet i virvelbädden 22 bränns bort utan att det bildas kolmonoxid. 10 15 20 25 30 .8203664-1 Närmast till hands liggande vore det att ansluta samlingsröret 24 direkt till ytterluften genom en ventil så att all luften från brännkammarens ytterhölje fick passera genom brännkammaren och cyklonerna och utblåsnings- ventilen som alltså skulle utstå de heta gaserna och därefter vara i stånd att hålla tätt för trycketåi brännkammaren vid nästa start, vilket tryck är av storleksordningen 15-20 bar. En sådan ventil finns knappast tillgänglig 'idag. Det kan därvid nämnas att brännkammaren kan ha en diameter på 10-20 meter - den är lämpligen sfärisk - och att ventilen måste ha en diameter på upp till en halv meter eller mera. Det skulle alltså innebära mycket stora konstruktions- och materialproblem att tillverka en ventil som skulle kunna motstå de här nämnda påfrestningarna.

; I stället föreslås det enligt uppfinningen att blanda hetgasen med kall tryckluft i en blandningskammare 26 i brännkammarhöljet, såsom visas mera detaljerat i fig 3. r .v Från samligsröret 2H leds hetgasen genom ventilen 25 in i blandningskammaren 26. Ventilen 25 sitter i ett rör 28 med mindre diameter än blandningskamma- ren som är öppen in mot brännkammarens inre. Blandningskammaren 26 avslutas med en större ventil 27 som leder ut till omgivningen, eventuellt genom en skorsten med ljuddämpare. I blandningskammaren blandas hetgasen med kallare tryckluft så att hetgasen, som kan ha en temperatur av 800-900 OC, kyls ned till exempelvis omkring 300-H00 OC. Därmed är man nere på en temperatur som ventilen 27 kan uthärda om den bara är konstruerad av någorlunda goda mate- rial med avseende på värmetålighet.

Anpassningen av blandningstemperaturen vid ventilen 27 sker i första hand -genom att välja ett lämpligt förhållande mellan diametrarna i blandninge- kammaren 26 och röret 28, varvid man också måste tänka på att trycket på hetgasen understiger trycket på tryckluften i brännkammarens ytterhölje på grund av tryckfallet genom virvelbädden och cyklonerna. Därutöver kan man -anordna en styrning av öppningen av ventilerna 25 och 27, varvid man måste säkra en så kraftig genomströmning genom virvelbädden som behövs för bäddens fluidisering och fullständig förbränning av bränslet.

Av det föregående framgår att ventilen 25 kommer att genomströmmas av oblan- dad hetgas, varför man får räkna med att denna ventil kommer att läcka under driften då den är stängd. Detta är dock av mindre betydelse, enär den under

Claims (3)

8203664-1 driften endast kommer att utsättas för tryckfallet över virvelbädden och cvklonerna. Dessutom kan man relativt lätt bäde vid konstruktionen och driften av anläggningen ta hänsyn till denna begränsade läckning. 'a I fig 2 har blandningskammaren 26 med ventilerna 25 Och 27 placerats i bränn- kammarens 6 hölje. En annan möjlighet vore att ansluta den till den övre änden av tryckluftledningen 20 så att ventilen 25 med röret 28 anslutes till hetgasledningen 21, varvid en viss värmeutväxling uppnås utmed denna ledning. Vilken placering av blandningskammaren som är att föredra beror företrädes- vis på lokala förhållanden vid en aktuell anläggning. PATENTKRAV

1. Gasturbinanläggning omfattande en kompressor (4), en turbin (8) och däremellan en tryckbrännkammare (6) med virvelbädd (22), företrädesvis för fast bränsle,samt en första och en andra ventil (5, 7) för avstängning av kompressor och turbin från brännkammaren och en tredje ventil (19) för di- rekt hopkoppling av kompressor och turbin vid frånslag av turbinbelastningen, k ä n n e t e c k n a d därav, att det finns ett ventilsystem (25', 27) för avblåsning av brännkammarens tryck vid snabba frånslag av turbinbelastningen, vilket ventilsystem är utformat för blandning av brännkammarens heta tryck- gas och kallare tryckluft under avblåsningen.

2. Gasturbinanläggning enligt patentkrav 1, k.ä n n e t e c k n a d därav, att ventilsystemet omfattar en första ventil (27), som förbinder ett bränn- kammaren (6) omgivande tryckhölje med omgivningen och en andra ventil (25), som förbinder brännkammarens heta avgångssida med tryckhöljets inre.

3. Gasturbinanläggning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att den första ventilen (27) är placerad på utsidan av en blandningskammare (26) placerad vid trycknöljets vägg och öppen mot höljets inre, medan den andra ventilen (25) mynnar i denna blandningskammare.