SE534008C2

SE534008C2 - Förfarande för drift av en gasturbinkraftanläggning och gasturbinkraftanläggning

Info

Publication number: SE534008C2
Application number: SE0900237A
Authority: SE
Inventors: Hans-Erik Hansson
Original assignee: Euroturbine Ab
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2011-03-29
Also published as: CN102325978A; WO2010098710A1; SE0900237A1; CN102325978B

Description

20 25 30 534 008 hos den andra gruppen visas att inkludera en förbränninge- anordning, vilket resulterar i ett arrangemang, varvid för- bränningsgaserna från förbränningsanordningen har givits en radiell rörelsekomponent vid inträdet till huset av turbinen. ÅNDAMÅL OCH VIKTIGASTE SÃRDRAG HOS UPPFINNINGEN Förfarandet enligt bakgrundstekniken fungerar väl men enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls en vidareutveck- ling fokuserande på ökad ekonomi, i första hand med hänsyn till själva kraftanläggningen och i andra hand i förhållande till flexibilitet och enkelhet vad avser arrangemanget av den andra turbingruppen.

Dessa ändamål adresseras i enlighet med föreliggande upp- finning.

När förbränningsgasströmmen produceras i en koaxiell för- bränningsanordning och bringas axiellt in i den andra turbin- gruppens turbin reduceras komplexiteten hos anläggningen och i synnerhet inloppet till den andra turbinanordningen. Det med- ger också användningen av en okomplicerad förbränningsanord- ning som ger höga prestanda i termer av temperaturfördelning och emissioner.

Föredraget okomplicerat tillhandahåller uppfinningen också frihet att göra en förbränningsanordning utan nägra speciellt snäva geometriska begränsningar, vilket annars är fallet när förbränningsanordningar måste vara utformade för att passa till traditionella gasturbiner.

När gasflödesströmmen från den andra turbinanordningen utgår mellan den andra turbinanordningen och den andra kom- pressoranordningen, med väsentligen lägre temperaturer än från förbränningsanordningsutgàngen, blir betingelserna acceptabla för okomplicerad långvarig drift av den första turbinanord- ningen. Temperaturinfluerade problem kan därigenom reduceras och geometriska begränsningar undvikas. 10 15 20 25 30 534 008 Möjligheter ökar att nå höga temperaturnivåer för verk- ningsgradsförbättring genom en jämn temperaturdistribution på grund av närvaro av höga mängder av ånga i förbränningsanord- ningen, och på grund av de fördelaktiga IR-distributionsegen- skaperna hos ånga. Exempelvis medger uppfinningen friare och effektivare val av punkter och områden för ånga och/eller vat- teninjektion. Förbränningen görs mer harmonisk i jämförelse med situationen i processer i enlighet med bakgrundstekniken.

Geometriska lösningar kan väljas friare vad avser designen av en förbränningskammare hos förbränningsanordningen.

Sammantaget görs förfarandet enligt uppfinningen mer ekonomiskt att drivas och komponenter mer ekonomiska att pro- ducera och att underhålla.

I tidigare gasturbinutformning har det syftats till att skapa en förbränningsanordning som producerar höga tempera- turer och effektiv temperaturdistribution i insidan och i gas utgående från förbränningsanordningen och att producera låga emissioner från förbränningsanordningen. Detta har ofta resul- terat i mycket komplicerad förbränningsanordningsutformning, huvudsakligen på grund av geometriska begränsningar resulte- rande från själva gasturbinstrukturen. I synnerhet på grund av kravet på en central axel för överföring av mekaniskt arbete från turbinen till kompressorn finns ett krav på brännar- placeringar utplacerade på avstånd kring omkretsen av turbin- inloppet. Detta har resulterat i antingen ringformig utform- ning eller utformning med multipla burkar. Förbränningsanord- ningar för gasturbiner i enlighet med den bakgrundstekniken kommer sålunda att omringa motorn. Mest störande har varit det faktum att förbränningsanordningen och de första stegen av turbinen år de komponenter som är mest utsatta för underhåll på grund av höga temperaturer och tryck. Dessa komponenter är på grund av deras komplexitet dyrbara att underhålla och ersätta. 10 15 20 25 30 534 008 Det föredras att processvatten och/eller ånga injekteras i en gasflödesström varvid nödvändigt kompressionsarbete kan reduceras. I synnerhet injekteras vatten och/eller ånga i sådana mängder att åtminstone 60% av syreinnehållet av luften i gasflödesströmmen konsumeras genom förbränning.

När, i enlighet med en föredragen aspekt av denna upp- finning, en första gasström komprimeras av en första kompres- sorenhet hos den andra kompressoranordningen, därefter bringas till en värmeväxlare för kylning av sagda första gasström och uppvärmning av sagda processvatten och/eller ånga och därefter bringas till en andra kompressorenhet hos sagda andra kompres- soranordning, tillhandahålls en naturlig och effektiv möjlig- het till mellankylning av kompressorluften, tillhandahållande möjligheten till förbättrad flödesgeometri och tryckprestanda för den andra kompressoranordningen.

Som alternativ, kan vattenspray injekteras i kompressor- flödet mellan de första och andra enheterna hos den andra kom- pressoranordningen i stället för inter-cooling genom en värme- växlare. Detta kan åstadkommas genom t ex extrahering av ett gasflöde till en separat vattensprayenhet och tillbakaföring igen.

Uppfinningen avser också en kraftanlåggning och mot- svarande särdrag och fördelar erhålls i förhållande till krav riktade mot detta.

Det föredras att förbränningsanordningen är av koaxiell typ, är en fristående och utanför motorn befintlig förbrän- ningsanordning och/eller är en turbinintegrerad axiell för- bränningsanordning. Den andra turbingruppen är separerad från huvudmotorn (den första turbingruppen) och gas uttas mellan dess turbin och dess kompressor. Det har blivit praktiskt möj- ligt i enlighet med uppfinningen att integrera arrangemang med andra turbingrupper i nya liksom redan operativa anläggningar l0 15 20 25 30 534 008 genom att arrangemanget bildat av den andra turbingruppen är enkel att installera och att ersätta och att underhålla.

När sagda andra kompressoranordning har en första och en andra kompressorenhet är det speciellt föredraget att den andra turbingruppens turbin har en första och en andra turbin- enhet, varvid den första kompressorenheten är rotationsdriven av den andra turbinenheten genom en ihålig första axel och den andra kompressorenheten är rotationsdriven av den första tur- binenheten genom en andra axel eftersom detta arrangemang för- enklar styrning och öppnar för enkel oberoende reglering av respektive enheter. I synnerhet ska de första och andra axlarna vara koaxiella med den första ihåliga axeln delvis omgivande den andra axeln.

Företrädesvis används åtminstone en del av vatteninne- hållet i förbränningsgaserna som processtillförselvatten och/eller processánga, vilket medger återvinning med visst överskott, på grund av bildning av vatten under förbränningen.

Företrädesvis används ånga för kylning av förbränningsgasströmmen, och åtminstone en del av sagda ånga introduceras därefter i gasströmmen, företrädesvis i förbrän- ningsanordningen, för vidare användning som arbetsfluid.

Som en definition, inträder gasflödet i den första kompressorenheten först och därefter i den andra kompressoren- heten. Motsvarande gäller för en gasturbin som har en första och en andra turbinenhet, varvid ett gasflöde inträder i den första turbinenheten först och därefter i den andra turbin- enheten.

Sagda andra kompressorenhet kan också inkludera ytterli- gare kompressorenheter vid sidan av de första och andra kom- pressorenheterna.

Uppfinningen avser också ett toppspolearrangemang inkluderande en andra turbingrupp. Med termen ”toppspole" avses här ett speciellt kompressor- turbinarrangemang inrättat 10 15 20 25 30 534 008 att komplettera en huvudturbingruppanordning med att nå mer effektiv drift.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj med ledning av utföringsformer och med referens till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig. 1 visar schematiskt en kraftanläggning enligt upp- finningen i en första utföringsform, Fig. 2 visar schematiskt en kraftanläggning enligt upp- finningen i en andra utföringsform, och Fig. 3 visar schematiskt en kraftanläggning enligt upp- finningen i en tredje utföringsform Fig. 4 visar en detaljerad utföringsform av en andra turbingrupp med en axel i en axiell sektion, och Fig. 5 visar en detaljerad utföringsform av en andra turbingrupp med två axlar i en axiell sektion.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER I kraftanläggningen enligt uppfinningen arbetar den andra gasturbingruppen i ett temperaturomràde 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 förbränningsanordningen. Härigenom kan denna ånga också delta i expansionsprocessen och tillhandahålla ytterligare arbete. Emellertid används en del av ångan för filmkylning av delar där konvektionskylning inte ger den nöd- vändiga effekten. Denna filmkylning, där ångan fungerar som ett skyddande skikt mellan gasströmmen och metallen, är mycket effektiv när det används ånga på grund av ångans högre värme- kapacitet i jämförelse med luft. 10 15 20 25 30 534 008 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 i turbinen.

Den optimala effektiviteten för en torr process, dvs. för en traditionell gasturbincykel, uppnås vid de relativt låga tryckförhållandena av 5 - 40 bar. Emellertid ligger den opti- mala effektiviteten vid mycket högre tryckförhällanden för en ånginjekterad cykel. Följaktligen är det viktigt att öka 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 °K.

I vissa ånginjekterade cykelkonfigurationer kan additio- nen 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 ändamålen vid drivning av den uppfinningsenliga kraftanläggningen.

Förbränning vid nära stökiometriska villkor leder till en effektiv, kompakt och kostnadseffektiv kraftanläggning. Vatt- net som har deltagit i processen emitteras inte till omgiv- ningen utan kan återvinnas genom förbränningsgaskondensering.

Kondensatet som erhålls kan behandlas kontinuerligt och åter- cirkuleras till kraftcykeln. Processen med förbränningsgas- kondensering är förenklad vid nära stökiometriska villkor pà grund av att daggpunkten är mycket hög under sådana förutsätt- ningar och cykeln kan göras vattensjälvförsörjande. Kondense- ring av vatten fràn förbränningsgaserna hjälper också till att ta bort partiklar och, i viss utsträckning, kontaminerande 10 15 20 25 30 534 008 ämnen från förbränningsgaserna. Sålunda uppnås minsta möjliga omgivningsmässiga 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 fördelarna som anges ovan.

Nettoresultatet med att introducera ånga i den traditio- nella gasturbinprocessen år att öka effektiviteten och produk- tion av nyttigt arbete. Välutvecklade ånginjekterade gas- turbincykler som drivs med liknande tryck och temperaturnivàer som existerande teknologi uppnår vanligtvis verkningsgrader av approximativt 50 - 55%. 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 gasturbinprocess.

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 den andra kom- pressoranordningen hos den andra turbingruppen. Högtrycks- kompressorn och turbinen skulle drivas med den högre rota- tionshastigheten.

Sålunda skulle en fleraxellösning ge en konventionell gasturbinanordning arbetande med en axel, en andra kompressor- anordning och turbinanordning arbetande på separata axlar, som roterar vid högre hastigheter, och en förbränningsanordning, vilken arbetar vid högre tryck och temperaturer, med nära stökiometrisk förbränning. Ånga och/eller vatten kan också introduceras genom injektering av högtrycksånga före förbrän- 10 15 20 25 30 534 008 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- peraturnivàn och materialkrav i kompressorn, och à den andra sidan att reducera mängden av nödvändigt kompressorarbete.

Sänkning av temperaturen i kompressorluften kan också leda till mer fördelaktiga förutsättningar för förbränning.

Det enklaste sättet att nå lägre temperaturer är att spruta vatten in i den komprimerade luftströmmen. Alternativt kan värmet 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, vilken är rotationsför- bunden över en axel ll med en anordning 15 för uttag av nyt- tigt arbete, såsom en elektrisk generator eller liknande. Den första gasturbingruppen 10 inkluderar också en första kompres- soranordning 12, vilken är mekaniskt förbunden med den första turbinanordningen 13.

Den andra gasturbingruppen 20 inkluderar en andra turbin- anordning 23. Den andra gasturbingruppen 20 inkluderar också en andra kompressoranordning 22. Den andra gasturbingruppen 20 inkluderar vidare en anordning 25 för uttag av nyttigt arbete, vilken är en elektrisk generator eller liknande.

Vidare är positionerad mellan de första och andra kom- pressoranordningarna en luftkylare 74 i formen av en värme- vâxlare, vilken är använd för att producera ånga för injektion till processen. Efter utgången från den andra kompressoranord- ningen 22 leds luften över en ledning 43 till inloppet av en förbränningsanordning 35, vilken är arrangerad axiellt upp- 10 15 20 25 30 534 008 10 ströms av den andra turbinanordningen 23, motsatt till kom- pressorn 22.

Förbränningsanordningen 35 är koaxiell och tillför förbränningsgaser till ett axiellt inlopp till den andra tur- binanordningen 23. Vidare finns inlopp till förbränningsanord- ningen 35 för hetvatten 61' och/eller ånga 61 i ändamål att tillhandahålla en förbränningsprocess, varvid åtminstone 60% av syreinnehållet i luften i flödesströmmen konsumeras genom förbränning i förbränningsanordningen 35. Bränsle tillhanda- hålls till förbränningsanordningen 35 över ledningen 51.

Gaserna från utloppet från den andra turbingruppens turbinanordning 23 strömmar genom ledningen 48 till den första turbingruppens turbinanordning 13.

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 injektion i processen genom ledning 61.

Efter värmeväxlaren 73 leds förbrânningsgaserna genom en värmeväxlare 70, vilken bidrar till upphettning av vatten för injektion in i processen genom ledning 61' och varvid konden- sat från en förbränningsgaskondensor 71 upphettas innan de leds till en avluftare 72 över ledning 83.

Vatten tillförs till uppvärmningskretsen inkluderande värmeväxlarna 73 och 74 över avluftaren 72, vilken har ända- målet att tillförsäkra att vattnet i kretsen är fritt från syre.

En viss mängd ånga leds i ett flöde 63 genom en ledning och injekteras i den andra turbinanordningen 23 för film- kylning. Ytterligare använd ånga för ytterligare konventions- kylning inuti turbinbladen extraheras därefter i ett flöde 68 genom en ledning och matas in i förbränningsanordningen för att delta i expansionsprocessen. 10 15 20 25 30 534 008 ll Fig. 2 visar schematiskt en gasturbinkraftanläggning enligt uppfinningen, vilken skiljer sig från den i fig. 1 genom att den andra gasturbingruppen 20 inkluderar en andra turbinanordning 23, vilken utgörs av en första turbinenhet 23' och en andra turbinenhet 23”. Den andra gasturbingruppen 20 inkluderar också en andra kompressoranordning 22, Vilken i sin tur utgörs av en första kompressorenhet 22' och en andra kompressorenhet 22”.

Den första kompressorenheten 22' är rotationsförbunden med den andra turbinenheten 23” över en första, ihålig, axel 21', vilken delvis omger en andra axel 21, vilken i sin tur rotationsmässigt förbinder den andra kompressorenheten 22' med den första turbinenheten 23'. Ett luftflöde att inlöpa till den första kompressorenheten indikeras med 42 och efter utträde från den första kompressorenheten leds den komprime- rade luften över en ledning 42' till inloppet för den andra kompressorenheten 22”. Vidare är positionerat mellan de första och andra kompressorenheterna en luftkylare 74 i formen av en värmeväxlare, vilken används för att producera ånga för injek- tering in i processen. Som ett alternativ, kan den andra gas- turbinanordningen inkludera tre turbinenheter, vilka vardera är rotationsförbundna med respektive en av tre kompressoren- heter som är inkluderade i kompressoranordningen. Tre förbin- dande axlar för de tre respektive stegen är i det fallet koaxiella motsvarande till tvà 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 turbinen motsatt kompressorenheten 22”.

Förbränningsanordningen 35 är koaxiell och tillför förbränningsgaser till ett axiellt inlopp till den första tur- binenheten 23' hos den andra turbinanordningen 23 och därefter 10 15 20 25 30 534 008 12 till inloppet av den andra turbinenheten 23” hos den andra turbinanordningen 23.

Den första gasturbingruppen 10 i fig. 2 inkluderar en första turbinanordning 13, vilken är rotationsförbunden över en axel 11 med en anordning 15 för uttag av nyttigt arbete såsom en elektrisk generator eller liknande. Den andra gas- turbingruppen 20 inkluderar emellertid inte en anordning för uttag av nyttigt arbete, varvid de andra kompressor- och tur- binanordningarna är balanserade till varandra. Kompressor- anordningen 12 hos den första turbingruppen är relativt låg- energikonsumerande och åtminstone väsentligen allt nyttigt arbete producerat av anläggningen uttas från den första tur- bingruppen. Härigenom behöver endast den första turbingruppen vara förbunden med en elektrisk generator eller liknande.

I denna utföringsform är ånga ledd genom ledningen 63 och injekterat i den andra turbinanordningen 23 för filmkylnings- ändamål inte därefter uttagen för att vara vidareledd in i förbränningsanordningen.

Fig. 3 visar en utföringsform vilken skiljer sig från den som visas i fig. 2 väsentligen genom att allt kompressorarbete är producerat i den andra gruppen, vilket ger mer möjlighet till förbättrad flödesgeometri vad avser den andra turbin- gruppen. En annan skillnad är att ánggeneratorn 74 i utfö- ringsformen i fig. 2 har ersatts av en sprayintercooler 91.

Fig. 4 visar mer i detalj den andra turbingruppen 20 i en axiell tvärsektion med en förbränningsanordning i formen av en axiellt inriktad brännare 35 förbunden med en turbinanordning 23.

Brännaren matas med en blandning av bränsle och luft och också genom ånga och/eller vatten för ytterligare styrning av brännartemperaturen.

Temperaturen hos förbränningsanordningen 35 avses vara omkring 1400°C, under det att temperaturen nedströms av den 10 15 20 25 30 534 008 13 andra turbinanordningen 23 är omkring 1000°C, vilket är en nivå som är helt hanterbar för överföringen till och driften av den första turbinanordningen 13 utan några krav på kylning.

Den andra turbinanordningen 23 är här visad att kylas av ett àngflöde 63, vilket inträder genom ett ángflödesinlopp 65, varvid sagda àngflöde 63 är initialt injekterat i stationära delar och vidare överfört in i roterande delar av den andra turbinanordningen 23. Ångflödet 61 (se också figurer 1 - 3) inträder genom något av eller båda inloppen 64 och 64'. Ett vattenflöde 61' inträder genom injektion genom ett inlopp 64” vid en bränsle- injektionsände av en förbränningskammare 66 direkt in i för- bränningskammaren 66 hos förbränningsanordningen 35. Ett ång- flöde kyler föredraget förbränningskammarväggarna. Detta är fallet, i denna utföringsform, för inlopp 64', vilket leder till organ för kylning av beklädnad. Referens 51 indikerar bränslematningsledningar.

Den andra turbingruppen är av typen med en axel och har en turbin av axialtyp inkluderad i den andra turbinanordningen 23 och en kompressor av radialtyp inkluderad i den andra kom- pressoranordningen 22, vilka är mekaniskt ihopkopplade med varandra. En axel 21 inkluderar organ 24 för förbindningen till en anordning för kraftuttag.

Flödesledningen 48' överförande gasflödet 48 från den andra turbinanordningen 23 till den första turbinanordningen 13 skiljs genom komprimerat luftflöde 42 från den första kom- pressorn 12, inuti en ledning 48" i arrangemanget visat i fig. 4 innan det lämnar den andra turbingruppen 20. Referens 43 indikerar en ledning för luft strömmande från den andra kom- pressoranordningen 22 till den andra turbinanordningen 23 (se ovan).

Ett ångflöde 63 injekterat genom ett inlopp 65 in i den andra turbinanordningen 23 används för både fílmkylning och 10 15 20 25 30 534 D08 14 konventionskylning. Motsvarande använt àngflöde 68 uttas genom ett utlopp 65'. Därefter kan det matas in i förbränningsanord- ningen genom inlopp 64 och/eller 64' för att delta i expan- sionsprocessen.

Utföringsformen i fig. 5 skiljer sig från den i fig. 4 i huvudsak genom att här presenteras, mer i detalj, en tvàaxlig turbingrupp, från anläggningen som kan ses i fig. 2 eller 3.

Turbin-till-kompressorkopplingen kan utföras att drivas vid högre tryckförhàllanden och göra hela gruppen möjlig att drivas utan något kraftuttag.

Den andra turbinanordningen 23 har två singelstegs högtrycksturbiner. Den andra turbinanordningen 23 utgörs av en första turbinenhet 23', vilket är en singelstegs högtrycks- turbin och en andra turbinenhet 23", vilken är en singelstegs- làgtrycksturbin. Den andra gasturbingruppen 20 inkluderar också en andra kompressoranordning 22, vilken i sin tur utgörs av en första kompressorenhet 22' och en andra kompressorenhet 22”. Den första turbinenheten 23' är stödd av ett lager posi- tionerat i en central position av en ledskensvågg hos den andra turbinanordningen och är driven genom axeln 21 (se också fig. 2). Den andra turbinenheten 23” är uppburen av ett lager positionerat i centrum av det andra turbinstegets ledskena och drivs genom axeln 21' (se också fig. 2).

Det refereras till det ovannämnda vad avser återstående referenssiffror i fig. 5. Ångflöden 63 injekterade endast för filmkylning är, efter att ha används, inte därefter uttagna för matning till förbränningskammaren. Se fig. 2.

Positioneringen av brännaren koaxiellt till en intillig- gande turbin underlättar isolering av brännaren från huvud- motorn liksom från väsentliga komponenter i den andra turbin- gruppen.

Temperaturen fràn brännaren är avsedd att vara omkring 1500°C, under det att temperaturen nedströms av den andra tur- 10 534 008 15 binanordningen är omkring 1000°C, vilket är en nivå som är helt hanterbar för överföringen till och driften av den första turbinanordningen.

Uppfinningen kan modifieras inom omfånget för kraven.

Exempelvis är det möjligt i vissa applikationer att inkludera en annan làgkraftkonsument såsom en hjälpanordning, den första eller den andra turbingruppen. Också utföringsformerna i fig. 2 och 3 kan kompletteras på detta sätt. En anordning för uttag av mindre mängder av nyttigt arbete eller liknande kan också i vissa applikationer kopplas också till den andra turbingruppen också i utföringsformerna i fig. 2 och 3.

Det är också möjligt inom omfånget för kraven att addera överhettning utöver hetvatten och ånga till förbrännings- gaserna och mellanliggande kompressorflödesväg.

Claims

10 15 20 25 30 534 008 16 P A T E N T K R A V

1. Ett förfarande för drift av en gasturbínkraftanläggning med en första gasturbingrupp (10) inkluderande en första turbin- anordning (13) och en andra gasturbingrupp (20) inkluderande en andra kompressoranordning (22) och en andra turbinanordning (23), vilka är mekaniskt kopplade till varandra, och nyttigt arbete uttas genom åtminstone en anordning (15,25) inkluderad i en anläggning, varvid en förbränningsgasström produceras av en förbränningsanordning (35), vilken är placerad i en gas- flödesström (42,48) uppströms av den andra turbinanordningen (23) och varvid processvatten och/eller ånga värms av en pro- cessgasström och det producerade vattnet och/eller ångan injekteras i en gasflödesström (42,48) uppströms av och/eller i förbränningsanordningen (35) i sådana mängder att åtminstone 60% av syreinnehállet i luften i gasflödesströmmen (42,48) konsumeras genom förbränning och att förbränningsgasen som matas till den andra turbinanordningen (23) har ett tryck i området av 50 - 300 bar, k å n n e t e c k n a t av att förbränningsgasströmmen alstras i en förbränningsanordning (35) som är koaxiell med den andra turbinanordningen (23) och leds axiellt in i en sida av den andra turbinanordningen (23) som är motsatt till en sida därav som är närmast till den andra kompressoranordningen (22), och att gasflödesströmmen (48) frán den andra turbinanordningen (23) utträder mellan den andra turbinanordningen (23) och den andra kompressoranordningen (22).

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 (23) är omkring 5 - 50 bar och mest föredraget mellan 10 - 30 bar. 10 15 20 25 30 534 008 17

3. Förfarandet enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att den första gasturbingruppen (10) inkluderar en första kompressoranordning (12), vilken är mekaniskt förbunden med den första turbinanordningen (13).

4. Förfarandet enligt något av kraven 1 - 3, k å n n e - t e c k n a t av att en första gasström komprimeras av en första kompressorenhet hos sagda andra kompressoranordning (22), bringas därefter till åtminstone en andra kompressor- enhet hos sagda andra kompressoranordning (22).

5. Förfarandet enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att den första gasströmmen efter den första kompressorenheten och före den andra kompressorenheten bringas till en värme- växlare (74) för kylning av sagda första gasström och uppvärm- ning av sagda processvatten och/eller ånga.

6. Förfarandet enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att den första gasströmmen efter den första kompressorenheten och före den andra kompressorenheten bringas till en spray- enhet för utsättande av gasströmmen för en vatten- och/eller ángspray.

7. Förfarandet enligt något av föregående krav, varvid sagda andra kompressoranordning (22) har en första och en andra kom- pressorenhet, k å n n e t e c k n a t av att den första tur- binanordningen har en första och en andra turbinenhet, varvid den första kompressorenheten är rotationsdriven av den andra turbinenheten över en första ihålig axel och den andra kom- pressorenheten är rotationsdriven av den första turbinenheten över den andra axeln. 10 15 20 25 30 534 008 18

8. Förfarandet enligt något av föregående krav i beroende av krav 4, varvid sagda andra kompressoranordning har en första och en andra kompressorenhet, k ä n n e t e c k n a t av att den första gasströmmen efter den andra kompressorenheten hos sagda andra kompressoranordning (22) är bringad till åtminstone en ytterligare kompressorenhet hos sagda andra kom- pressoranordning (22).

9. Förfarandet enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att var och en av sagda åtminstone en ytterligare kompressor- enhet(-enheter) drivs av en motsvarande turbinenhet över en ytterligare axel.

10. Förfarandet enligt krav 7 eller 9, k ä n n e t e c k n a t av att kompressorenheterna är drivna av koaxiella axlar, åtminstone delvis omgivande varandra.

11. Förfarandet enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att åtminstone en del av vatteninnehàllet i förbränningsgaser används som processmatningsvatten och/eller processånga.

12. Förfarandet enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att ånga används för kylning av förbrän- ningsgaser och att åtminstone en del av sagda ånga därefter introduceras i gasströmmen (42,48), företrädesvis i förbrän- ningsanordningen, för ytterligare användning som arbetsfluid.

13. Förfarandet enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t av att en flödesledning (48') överförande ett gasflöde (48) från den andra turbinanordningen (23) till den första turbinanordningen (13) kyls av ett komprimerat luft- 10 15 20 25 30 534 008 19 flöde (42), från den första kompressorn (12) inuti en ledning (48") innan det lämnar den andra turbingruppen (20).

14. En gasturbinkraftanläggning med en första gasturbingrupp (10) inkluderande en första turbinanordning (13) och en andra gasturbingrupp (20) inkluderande en andra kompressoranordning (22) och en andra turbinanordning (23), vilka är mekaniskt kopplade till varandra, och åtminstone en av de första och andra turbingrupperna (10,20) har en anordning (15,25) för uttag av arbete, varvid en förbränningsanordning (35) för alstrande av en förbränningsgasström är placerad i en gas- flödesström (42,48) uppströms av den andra turbinanordningen (23) och varvid uppvärmningsorgan är arrangerade för att upp- värma processvatten och/eller -ånga från en processgasström och injektionsorgan är arrangerade att injektera det alstrade vattnet och/eller ångan in i en gasflödesström (42,48) upp- ströms av och/eller i förbränningsanordningen, k ä n n e - t e c k n a d av - att en förbränningsanordning (35) för alstrande av förbrän- ningsgasströmmen är koaxiell med och positionerad axiellt till den andra turbinanordningen (23) på en sida därav motsatt till en sida som är närmast till den andra kompressoranordningen (22). och - att utloppet av gasflödesströmmen (48) från den andra tur- binanordningen (23) är positionerad mellan den andra turbin- anordningen (23) och den andra kompressoranordningen (22).

15. Anläggningen enligt krav 14, k ä n n e t e c k n a d av att den koaxiella förbränningsanordningen (35) är en eller flera från gruppen: brännare av tunn-typ, en fristående och utanför motorn inrättad brännare, en turbinintegrerad axial- brännare. 10 15 20 25 30 534 008 20

16. Anläggningen enligt krav 14 eller 15, k ä n n e t e c k - n a d av att den andra kompressoranordningen (22) inkluderar en första och en andra kompressorenhet (22',22”).

17. Anläggningen enligt krav 16, 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 processvatten och/eller -ånga är pla- cerad efter den första kompressorenheten (22') och före den andra kompressorenheten (22”).

18. Anläggningen enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av att en sprayenhet för utsättande av gasströmmen för en vatten- och/eller ångspray är placerad efter den första kompressor- enheten (22') och före den andra kompressorenheten (22”).

19. Anläggningen enligt något av kraven 14 - 18, k ä n n e - t e c k n a d av att glasflödesströmutloppet fràn den andra turbinanordningen (23) är mellan den andra turbinanordningen (23) och den andra kompressoranordningen (22).

20. Anläggningen enligt något av kraven 14 - 19, varvid sagda andra kompressoranordning (22) har en första och en andra kom- pressorenhet (22',22”), k ä n n e t e c k n a d av att den andra turbinanordningen (23) har en första (23') och en andra (23”) turbinenhet, varvid den första kompressorenheten (22') är rotationskopplad till den andra turbinenheten (23”) över en första, ihålig axel (21') och den andra kompressorenheten (22”) är rotationskopplad till den första turbinenheten (23') över en andra axel (21).

21. Anläggningen enligt krav 20, k ä n n e t e c k n a d av att den andra turbinanordningen (23) har fler än tvâ turbin- 10 15 20 25 30 534 008 21 enheter och att den andra kompressorenheten har fler än två kompressorenheter.

22. Anläggningen enligt krav 19 eller 20, k ä n n e t e c k - n a d av att den första och ytterligare axlar är koaxiella och att den ytterligare axeln är åtminstone delvis omgiven av den första axeln.

23. Anläggningen enligt något av kraven 14 - 22, k ä n n e - t e c k n a d av att den första turbingruppen inkluderar en första kompressoranordning.

24. Ett toppspolearrangemang för en gasturbinkraftanläggning med en första gasturbingrupp (10) inkluderande en första tur- binanordning (13), varvid sagda toppspolearrangemang inklude- rar en andra gasturbingrupp (20), i sin tur inkluderande en andra kompressoranordning (22) och en andra turbinanordning (23), vilka är mekaniskt kopplade till varandra, varvid en förbränningsanordning (35) för alstrande av en förbrännings- gasström är placerad i en gasflödesström (42,48) uppströms av den andra turbinanordningen (23) varvid sgda anläggning inklu- derar uppvärmningsorgan är arrangerade för att uppvärma pro- cessvatten och/eller -ånga från en processgasström och injek- tionsorgan är arrangerade att injektera det alstrade vattnet och/eller ångan in i en gasflödesström (42,48) uppströms av och/eller i förbränningsanordningen, och åtminstone en av de första och andra turbingrupperna (lO,20) har en anordning (l5,25) för uttag av arbete, k ä n n e t e c k n a d av - en förbränningsanordning (35) för alstrande av förbrännings- gasströmmen, som är koaxiell med och positionerad axiellt till den andra turbinanordningen (23) på en sida därav motsatt till en sida som är närmast till den andra kompressoranordningen (22), och lO 15 20 25 30 534 008 22 - utloppet av gasflödesströmmen (48) från den andra turbin- anordningen (23) är positionerad mellan den andra turbin- anordningen (23) och den andra kompressoranordningen (22).

25. Arrangemanget enligt krav 24, k ä n n e t e c k n a d av att den koaxiella förbränningsanordningen (35) är en eller flera fràn gruppen: brännare av tunn-typ, en fristående och utanför motorn inrättad brännare, en turbinintegrerad axial- brännare.

26. Arrangemanget enligt krav 24 eller 25, k ä n n e - t e c k n a d av att den andra kompressoranordningen (22) inkluderar en första och en andra kompressorenhet (22',22”).

27. Arrangemanget enligt krav 26, k ä n n e t e c k n a d av att en värmeväxlare (74) för kylning av sagda första gas- ström och uppvärmning av sagda processvatten och/eller -ånga är placerad efter den första kompressorenheten (22') och före den andra kompressorenheten (22”).

28. Arrangemanget enligt krav 26, k ä n n e t e c k n a d av att en sprayenhet för utsättande av gasströmmen för en vat- ten- och/eller àngspray är placerad efter den första kompres- sorenheten (22') och före den andra kompressorenheten (22”).

29. Arrangemanget enligt något av kraven 24 - 28, k ä n n e - t e c k n a d av att glasflödesströmutloppet från den andra turbinanordningen (23) är mellan den andra turbinanordningen (23) och den andra kompressoranordningen (22).