SE500150C2 - Sätt och anordning för att tillföra tillskottsluft till en brännkammare vid en gasturbinanläggning - Google Patents

Description

H4' .U âu/'J 2 (fl ovan där ett fast bränsle, vanligen finfördelat kol, för- brännes i en fluidiserad bädd i brännkammaren.

I en gasturbinanläggning är vanligen en elektrisk generator för alstring av nyttig energi kopplad till högtrycksturbinen via en växel. Vid start av anläggningen är det möjligt att nyttja generatorn som elmotor för att varva upp kompressorn och därigenom trycksätta brännkammaren.

Vid dimensionering av en gasturbinanläggning väljes gastur- bin- och kompressorstorlek utifrån fasta på marknaden salu- förda effektnivàer. Detta skapar ett antal olika problem som anläggningskonstruktören har att lösa. Nágra av de problem som föreligger redovisas här.

Ett optimalt val av kompressorstorlek för att uppnå avsett luftflöde med avseende pà anpassning till andra komponenter i anläggningen försvåras.

Vid dimensionering av anläggningen väljes vanligen en kom- pressorstorlek som ger optimalt luftflöde vid en för anlägg- ningsorten känd làg utelufttemperatur. När det á andra sidan råder högre temperaturer pà orten erhåller luften lägre densitet, varvid luftflödet genom kompressorn minskar.

En liten feldimensionering av vald kapacitet för kompressorn kan inte kompenseras med enkla medel i efterhand.

Vid åldring av den ordinarie kompressorn minskar kapaciteten hos denna, vilket innebär att de ursprungligen beräknade flödena ej längre överensstämmer med verkligheten, vilket ej går att kompensera.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Uppfinningen avser ett sätt och en anordning för att till- föra tillskottsluft till en brännkammare vid en gasturbin- lfitfl d' 3 ~5Uu (3 \J U 'l anläggning med hjälp av en tillsatskompressor för till- skottsluft, vilket innebär att luft komprimeras i till- satskompressorn och tillföres brännkammaren genom ledning av den komprimerade luften helt eller delvis förbi den ordinarie kompressor som levererar luft till brännkammaren för trycksättning av brännkammaren och för underhåll av en förbränning i brännkammaren.

Tillsatskompressorn drives av gasturbinen. Om denna är indelad i en högtrycks- och lágtrycksturbin drives tillsats- kompressorn lämpligen av högtrycksturbinen. Drivningen av tillsatskompressorn kan ske via en växel eller genom monte- ring på samma axel som turbinen. Ett annat alternativt driftsätt är att tillsatskompressorn monteras på samma axel som generatorn via en koppling. Ytterligare en variant för drift av tillsatskompressorn är att denna förses med en egen elmotor.

Genom distribution av tillskottsluft till brännkammaren upp- nås bättre möjlighet till anpassning till andra komponenter i anläggningen och i beroende av dessa komponenter uppkommet erforderligt luftflöde till förbränningsprocessen i bränn- kammaren. Möjlighet ges också att kompensera för effekt- minskning i anläggningen pà grund av minskat luftflöde till brännkammaren vid högre utelufttemperatur. Ytterligare för- delar är att möjlighet skapas för efterjustering av luft- flödeskapaciteten för kompressorerna, vilket är fallet vid t ex en felaktig dimensionering av den ordinarie kompressorn eller vid en inträdande luftflödesminskning pà grund av förändringar i den ordinarie kompressorn orsakade av exempelvis kompressorns ålder.

FIGURBESKRIVNING Figur la - lc återger schematiskt ett antal allmänna varianter av en gasturbinanläggning där tillskottsluft tillföres en brännkammare från en tillsatskompressor.

LH CJ Cl: ...X (_) I 'n Q I Figur 2 visar tillförsel av tillskottsluft fràn en tillsats- kompressor till en brännkammare i en gasturbinanläggning, där gasturbin och kompressor uppdelats i högtrycks- och làgtrycksenheter.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Med stöd av bifogade ritningar beskrives ett antal utföran- den av den föreliggande uppfinningen.

I figurerna som schematiskt återger olika varianter av en gasturbinanläggning betecknar BK en brännkammare, i vilken ett bränsle eldas under högt tryck. Det höga trycket åstad- kommes medelst en kompressor C, som komprimerar luft, vilken föres till brännkammaren BK via en intercept- och bypass- ventil V. Luft till kompressorn intages via luftledningen 8.

Förbränningsgaserna som alstras i brännkammaren BK ledes via intercept- och bypassventilen V till en gasturbin GT för nyttiggörande av energin i förbränningsgaserna, varefter de förbrukade avgaserna bortföres via en avgasledning 10. Gas- turbinen GT är monterad på samma axel A som kompressorn C och driver således kompressorn. Pà samma axel A som kom- pressorn C och gasturbinen GT är monterade är tillika en växel 12 anordnad. Via denna växel 12 driver gasturbinen GT även en generator G för omvandling av i gasturbinanlägg- ningen nyttiggjord energi till elektrisk energi. Intercept- och bypassventilen V innefattar förutom avstängningsventiler för kompressorluft till brännkammaren BK, och avstängnings- ventiler för tillförsel av förbränningsgaser till gastur- binen GT även en bypassledning med avstängningsventil för möjlighet till kortslutning av kompressor C och gasturbin GT. 5 ~ 3 3 Ü ...x C' IH C) Uppfinningen avser ett sätt och en anordning för att till- föra brännkammaren BK tillskottsluft medelst en tillsats- kompressor AC. Luft till tillsatskompressorn AC insuges via ett andra luftinsug 14 och tillföres brännkammaren BK.

Tillförseln av tillskottsluften till brännkammaren BK kan ordnas pà flera olika sätt. Tillskottsluften kan ledas via en ledning 16, så som visas i fig l och 2 till interceptventilen V pá samma sätt som luften från den ordinarie kompressorn C, varefter tillskottsluften ledes till brännkammaren BK. I fig la visas även en variant, där tillskottsluften via en ledning 18 intappas i den ordinarie kompressorn C vid ett intappningshál 20 i kompressorn C nedströms luftledningen 8, varvid tillskottsluften komprimeras ytterligare i kompressorn C.

Tillsatskompressorn AC drives av gasturbinen GT via växeln 12. Som alternativ kan tillsatskompressorn AC drivas av gasturbinen GT via generatoraxeln, varvid tillsatskompres- sorn AC är monterad via en koppling eller växel 22 till generatoraxeln enligt fig lb. Vid ytterligare ett alterna- tivt driftssätt kan tillsatskompressorn AC drivas via en separat elmotor M ansluten till tillsatskompressorn AC såsom visas i fig lc.

Vid en föredragen utföringsform är bàde gasturbin GT och kompressor C uppdelad i flera steg enligt figur 2. Utföran- det följer i övrigt den mer allmänna kopplingen enligt figur la - lc. I utföringsformen enligt figur 2 driver förbrän- ningsgaserna fràn brännkammaren BK en högtrycksturbin HPT, vilken är monterad tillsammans med en högtryckskompressor HPC pà en första axel Al. De i högtrycksturbinen HPT expanderade gaserna föres vidare till en lágtrycksturbin LPT, från vilken avgaserna fràn anläggningen bortföres via en avgasledning 10. Pâ samma axel, en andra axel A2, som làgtrycksturbinen LPT är monterad, är även en lágtrycks- kompressor LPC anordnad. Till denna lágtryckskompressor föres luft via luftledningen 8, varefter luften efter kompression i làgtryckskompressorn LPC föres till högtrycks- san wsn 6 - kompressorn HPC, där luften komprimeras ytterligare innan den tillföres brännkammaren BK via interceptventilen V.

Efter kompression av luften i làgtryckskompressorn LPC kan luften innan den pàföres högtryckskompressorn HPC kylas i en mellankylare IC. Den första axeln A1 driver via en växel 12 generatorn G för alstring av elektrisk energi.

Enligt uppfinningen komprimeras luft i ytterligare en kompressor, en tillsatskompressor AC, och tillföres brännkammaren BK tillsammans med luften komprimerad i högtryckskompressorn HPC. Luft till tillsatskompressorn AC tas in via luftinsuget 14 och föres till interceptventilen V till samma inlopp hos ventilen V som den komprimerade luften fràn högtryckskompressorn HPC matas in via. I alternativa utföranden av anläggningen enligt figur 2 föres den komprimerade luften fràn tillsatskompressorn AC till högtryckskompressorns HPC inlopp nedströms mellankylaren IC via ledningen altl eller uppströms mellankylaren IC via ledningen alt2 i beroende av högtryckskompressortyp och anpassning till denna samt för optimering av prestanda.

Generatorn G i den föredragna utföringsformen enligt fig 2 drives enligt nágot av de alternativa driftsätten givna ovan, exempelvis är tillsatskompressorn anordnad på en hjälpaxel A3 ansluten till växeln 12, varvid högtrycks- turbinen HPT driver tillsatskompressorn AC via växeln 12.

Direktdrift av tillsatskompressorn AC genom montering av tillsatskompressorn AC pà samma axel som högtrycksturbinens HPT axel, dvs på första axeln A1, utgör ett annat alternativ för drivning.

Storleken hos tillsatskompressorn är liten relativt den normalt i en gasturbinanläggning av diskuterat slag befintliga högtryckskompressorn HPC. Förslagsvis väljes tillsatskompressorns AC luftflöde till 10% av högtrycks- kompressorns HPC luftflöde, ett värde som pà intet sätt är avgörande för uppfinningen.

Claims (8)

7 imo (sn PATENTKRAV

1. l. Sätt att tillföra tillskottsluft till en trycksatt brännkammare (BK) vid en gasturbinanlaggning som för trycksättning av brännkammaren (BK) innefattar en kompressor (C) driven av en gasturbin (GT), vilken i sin tur drivs av gaser bildade vid förbränning av ett bränsle i brännkammaren (BK), kännetecknat av att brännkammaren trycksättes förutom genom att luft tillföres brännkammaren (BK) via ett flöde av komprimerad luft frän kompressorn (C) även via ett flöde av komprimerad tillskottsluft fràn en tillsatskompressor (AC) som tillföres brännkammaren (BK) genom hel eller delvis bypass av kompressorn (C).

2. Sätt enligt patentkrav l vid en gasturbinanläggning där kompressorn (C) är uppdelad i en högtryckskompressor (HPC) och en lägtryckskompressor (LPC) och gasturbinen (GT) uppdelad i en högtrycksturbin (HPT) och en lägtrycksturbin (LPT) kännetecknat av att luften som komprimerats i tillsatskompressorn AC tillföres brännkammaren nedströms eller uppströms högtryckskompressorn (HPC).

3. Sätt enligt patentkrav 2 kännetecknat av att luften som komprimerats i tillsatskompressorn (AC), när denna tillföres brännkammaren uppströms högtryckskompressorn (HPC), anslutes nedströms eller uppströms en mellan högtryckskompressorn (HPC) och làgtryckskompressorn (LPC) anordnad mellankylare (IC).

4. Sätt enligt patentkrav l kännetecknat av att tillsatskompressorn (AC) drives av gasturbinen (GT) genom koppling av tillsatskompressorn (AC) till gasturbinaxeln (A, Al) direkt eller via en växel (l2) eller via samma axel, vartill en generator (G) är ansluten via växeln (12) till gasturbinaxeln (A, A1) eller drives av en separat elmotor (M). sooilffisfl f, :

5. Anordning för genomförande av sättet att tillföra tillskottsluft till en trycksatt brànnkammare (BK) vid en gasturbinanlàggning som för trycksättning av brännkammaren (BK) innefattar en kompressor (C) driven av en gasturbin (GT), vilken i sin tur drivs av gaser bildade vid förbränning av ett bränsle i brännkammaren (BK) kännetecknad av att en tillsatskompressor (AC) är anordnad att tillföra tillskottsluft till brännkammaren (BK) som komplement till den komprimerade luft som tillföres brännkammaren (BK) frán kompressorn (C).

6. Anordning enligt patentkrav 5 kännetecknad av att tillsatskompressorn (AC) är anordnad att drivas av gasturbinen (GT) eller högtrycksturbinen (HPT) eller av en separat elmotor (M).

7. Anordning enligt patentkrav 5 kännetecknad av att den komprimerade tillskottsluften tillföres brannkammaren (BK) genom inmatning av tillskottluften nedströms kompressorn (C) respektive nedströms högtryckskompressorn (HPC) eller tillföres brànnkammaren (BK) genom intappning i kompressorn (C) respektive uppströms högtryckskompressorn (HPC).

8. Anordning enligt patentkrav 7 kännetecknad av att när anslutning för tillskottsluft är anordnad till högtryckskompressorn (HPC) uppströms denna intappas tillskottsluft nedströms eller uppströms en mellan lagtryckskompressor och högtryckskompressor anordnad mellankylare (IC).