SE453114B - Sett for drift av ett turbinaggregat - Google Patents

Description

453 114 2 10 15 20 25 30 35 let arbetade med verkningsgrader på mindre än 30%, även vid användningen av mellankylare och rekuperator.

Det är emellertid väl känt, att verkningsgraden i modernare gasturbinaggregat i allmänhet är av stor- leksordningen 30 - 35% (om man bortser från den ökning av verkningsgraden som kan uppnås med användning av mellankylare, rekuperator etc), och att den inte är högre än så har sin grund i att avgasen från aggrega- tet. som får avgå till omgivningen genom skorsten el- ler dylikt, håller relativt hög temperatur (av stor- leksordningen SOOOC). Denna avgas innehåller för öv- rigt en stor mängd luft, som tillförts av kompresso- rerna men som inte har utnyttjats till förbränningen.

För att öka nyttoeffekten från ett gasturbinagg- regat, innefattande turbin och därav driven kompres- sor, har det tidigare föreslagits att utnyttja all luft från kompressorn till förbränning av det i bränn- kammaren införda bränslet och att nedkyla gasen från brännkammaren till en temperatur på ca 450°C genom àngalstring i tuber i brännkammaren. Ångan får driva_ en ångturbin. Vid detta kända system, det s k Velox- systemet, uttages då hela nyttoeffekten från den ång- drivna turbínen, medan gasturbinen tillföres gas från brännkammaren vid betydligt reducerad temperatur och inte ger större effekt än som erfordras för drift av kompressorn. Det erhålles en ökning av verkningsgraden till ca 38%, men det kräves också en avsevärt större brännkammare, vilket innebär ökad anläggningskostnad. Ändamålet med uppfinningen är att möjliggöra an- vändningen av en kompakt kombianläggning, dvs en tur- binanläggning med både gasturbin och ångturbin liksom Velox-systemet, under uppnáende av högre verkningsgrad och under utnyttjande av all kompressorluften till förbränningen, och i detta syfte föreslås sättet av det inledningsvis angivna slaget med de kännetecken, 10 15 20 25 30 35 2 453 11.4. som framgår av patentkravet. Därvid uttages nyttoef- fekten sålunda inte från en mellantrycksturbin, såsom i fråga om anläggningen enligt den schweiziska patent- skriften, utan dels frán högtrycksturbinen vid huvud- sakligen konstant varvtal och dels från ångturbinen.

Genom att högtrycksturbinen och därmed den till denna kopplade högtryckskompressorn drives med huvudsakligen konstant varvtal, nedsättes risken för pumpníng i låg- tryckskompressorn.

Genom sättet enligt uppfinningen uppnås en ökning av totalverkningsgraden till ca 4l% och kan denna verkningsgrad därtill hållas huvudsakligen konstant över största delen av lastområdet på grund av att tem- peraturen på gasen till högtrycksturbinen hålles hu- vudsakligen konstant.

För närmare förklaring av uppfinningen hänvisas till bifogade ritningar, på vilka FIG l är ett schema över en turbinanläggning för utövning av sättet enligt uppfinningen, och FIG 2 är en fragmentarisk axialsektionsvy av tur; bindelen i turbinaggregatet.

Med hänvisning till FIG l innefattar den där vi- sade turbinanläggningen ett turbinaggregat bestående av en högtrycksturbin l0, som är kopplad till en hög- tryckskompressor ll och en elektrisk generator 12 för uttagning av nyttoeffekt från aggregatet, samt en låg- trycksturbin l3, som är kopplad till en lågtrycks- kompressor 14. Mellan högtrycksturbinen och lågtrycks- turbinen är anordnad en reglerbar förbindelse, vilken i föreliggande fall är utförd som en ledskenekrans med ställbara (vridbara) ledskenor l5, FIG 2, som var och en med en arm l6 är kopplade till en ring l7, vilken är vridbar medelst ett ställdon 18, som utgör turbin- aggregatets effektreglerdon.

Med de vridbara ledskenorna regleras relationen 10 15 20 25 30 35 453 114 4 mellan expansionen i högtrycksturbinen och expansionen i lågtrycksturbinen. Denna reglering sker vid låga strömníngsförluster och ger därför bättre verknings- grad än andra typer av reglering, exempelvis shunt el- ler strypventil.

En brännkammare 19 (panna) är med sitt gasutlopp ansluten till högtrycksturbinen för att mata denna och den därmed seriekopplade làgtrycksturbinen med gas.

Lâgtrycksturbinen är ansluten till en skorsten, vilket är markerat med en pil 20. Brännkammaren är med sitt luftinlopp ansluten till högtryckskompressorn för tillförsel av förbränningsluft. Högtryckskompressorn är seriekopplad med lágtryckskompressorn, som tar in luft från omgivningen, såsom är markerat med en pil 21.

Brännkammaren är anordnad med tuber och/eller rörmantel, vilket markerats med en slinga 22, som in- går i en ångkrets, vilken dessutom innefattar en ång- turbín 23, som är kopplad till en elektrisk generator 24 för uttagning av nyttoeffekt, och en kondensor 25.

I det beskrivna grundsystemet är visade valfritt ínsättbara apparater. Sålunda är en extern mellanky-_ lare 26 anordnad i förbindelsen mellan làgtrycks- kompressorn och högtryckskompressorn, där även en in- tern mellankylare 27 är anordnad för värmeväxling mel- lan luften i kompressorkretsen och kondensatet från kondensorn (matarvattnet). Genom mellankylningen re- duceras temperaturen på luften till högtryckskompres- sorn, samtidigt som matarvattnet till pannan förvärmes i den interna mellankylaren 27.

För förvärmning av matarvattnet till brännkamma- ren är också en economizer 28 anordnad som värmeväx- .lare mellan matarvattnet och avgasen till skorstenen.

En rekuperator 29 är anordnad mellan lågtrycks- turbinens avgasledning och brännkammarens luftinlopps- ledning från högtryckskompressorn för uppvärmning av 10 15 20 25 30 35 U'l 453 114. kompressorluften genom värmeväxling med avgaserna, vilket är en fördel, när turbinaggregatet drives med dellast, då luften från högtryckskompressorn kan ha alltför låg temperatur.

En reheatkrets 30 är anordnad mellan ângturbinen och brännkammaren för ökning av verkningsgraden på ångprocessen.

Som en speciell finess avtappas ånga från ångtur- binen med samma tryck som förefinnes i brännkammaren och ínsprutas i brännkammaren, såsom markerats vid 31, för reducering av NOX-halten i den från brännkammaren avgivna gasen. Vatten tillföras kondensorn från extern källa, såsom markerats vid 32, för att kompensera för avtappningen av ånga.

Den beskrivna turbinanläggningen fungerar i prin- cip enligt följande: Bränngasen som genereras i bränn- kammaren kyles medelst ångkretsen ned till den maxima- la drifttemperaturen för högtrycksturbinen. exempelvis 950°C, och tíllföres högtrycksturbinen för drift av denna med förutbestämt gastillstånd (tryck och tempe-_ ratur) på högtrycksturbinens ingångssida och med hu- vudsakligen konstant varvtal. Avgas från högtryckstur- bínen tillföres lâgtrycksturbinen via de vridbara led- skovlarna, som ställes in för anpassning av avgasflö- det till den aktuella lasten. De båda kompressorerna lämnar förbränningsluft under tryck till brännkamma- ren. Nyttoeffekten uttages dels i generatorn 12, som drives direkt av högtrycksturbinen, och dels i genera- torn 24, som drives av ångkretsen, vilken tar hand om det värme, som tages från den genererade gasen för sänkning av dennas temperatur.

Genom regleringen av gastillstàndet före hög- trycksturbinen och genom uttagningen av nyttoeffekt direkt från högtrycksturbínen vid huvudsakligen kon- stant varvtal uppnås en högre total verkningsgrad hos 455 114 6 turbínanläggningen än som tidigare varit möjlig att uppnå, nämligen ca 41%, och denna siffra kan ytterlig- are förbättras genom den valfria ínsättníngen av mel- lankylare, rekuperator, economizer etc. 10 15 20 _ 25 30 35 m

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 7 453

1.14 PATENTKRAV Sätt för drift av ett gasturbínaggregat, innefat- tande en brännkammare, en av gas från brännkammaren driven högtrycksturbin och en av avgasen från hög- trycksturbinen driven lågtrycksturbin, en anordning för reglering av gastíllförseln frán högtrycksturbínen till lágtrycksturbinen samt en av làgtrycksturbinen driven lågtryckskompressor och en med denna seriekopp- lad av högtrycksturbinen driven högtryckskompressor för tillförsel av luft under tryck till brännkammaren, varvid gasturbinaggregatets nyttoeffekt är reglerbar genom reglering av gastillstándet före lágtryckstur- bínen medelst den nämnda anordningen, k ä n n e ~ t e c k n a t av att huvudsakligen all den fràn kompressorerna till brännkammaren avgivna luften ut- nyttjas för förbränningen i brännkammaren under kyl- ning av den genererade gasen med vatten och/eller ånga till en temperatur, som motsvarar högtrycksturbinens maximala drifttemperatur, och under nyttiggörande av den från brännkammaren genom kylningen uttagna effek- ten samt uttagning av gasturbinaggregatets nyttoeffekt från högtrycksturbinen vid huvudsakligen konstant varvtal hos denna, och att temperaturen pà gasen till högtrycksturbinen bibehálles huvudsakligen konstant oberoende av den från gastubinaggregatet uttagna nyt- toeffekten.