WO2012028430A1 - Spülen der abgasrezirkulationsleitungen einer gasturbine - Google Patents

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WO2012028430A1
WO2012028430A1 PCT/EP2011/063690 EP2011063690W WO2012028430A1 WO 2012028430 A1 WO2012028430 A1 WO 2012028430A1 EP 2011063690 W EP2011063690 W EP 2011063690W WO 2012028430 A1 WO2012028430 A1 WO 2012028430A1
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recirculation line
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PCT/EP2011/063690
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Floris Van Straaten
Jürgen Hoffmann
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Alstom Technology Ltd.
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    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Definitions

  • the present invention relates to purging an exhaust gas recirculation line of a gas turbine with exhaust gas recirculation. It relates to a method for purging the exhaust gas recirculation line and a gas turbine for carrying out the method.
  • Exhaust gas recirculation is a technology that can be used for various purposes in gas turbines. For example, it can be used to control NOx emissions by providing an intake gas with reduced reactivity, that is usually used with respect to fresh air reduced oxygen content, or for the reduction of the exhaust gas volume for carbon dioxide deposition.
  • an intake gas with reduced reactivity that is usually used with respect to fresh air reduced oxygen content, or for the reduction of the exhaust gas volume for carbon dioxide deposition.
  • Branch exhaust stream and is, typically after cooling and if necessary after cleaning, the Ansaugmassenstrom the turbine respectively the compressor of the gas turbine fed again. This is the recirculated
  • Exhaust gas stream mixed with fresh air and then fed this mixture to the compressor Exhaust gas stream mixed with fresh air and then fed this mixture to the compressor.
  • a corresponding power plant with a gas turbine and exhaust gas recirculation is known for example from WO2010 / 072710.
  • Residual fuels are driven out of the system via the chimney.
  • exhaust gas recirculation system Before restarting, or before these lines and auxiliary equipment are accessible for inspection or repair, they too, e.g. be flushed with fresh air.
  • the exhaust gas recirculation lines are opposite to
  • EP2060772 discloses a system and method for purging
  • Exhaust gas recirculation lines proposed.
  • additional flaps and, for example, an additional fan are proposed for exhaust gas recirculation, which allow to flush the exhaust gas recirculation line.
  • the object is solved by the entirety of the features of claims 1 and 15.
  • the inventive method is characterized in that a blow-off of the compressor is used for purging the exhaust gas recirculation line.
  • Nominal speed are (standstill to about 20% below the rated speed), for example, at start, at shutdown and boiler flushing, a part of the sucked air from the compressor must be blown off. For it is partially compressed air over Plena discharged from the compressor and, for example blown directly into the environment or routed through lines in the exhaust pipe of the gas turbine and blown off over the fireplace.
  • a gas turbine is operated for boiler purging at speeds well below the rated speed. This means that the gas turbines are operated in a speed range in which air is blown out of the compressor. These are, for example, a range of 20% to 50% of the rated speed, wherein in large gas turbines, the rated speed is equal to the mains frequency.
  • the generator is typically operated by means of a frequency converter, typically a so-called SFC (static frequency converter), as a motor that drives the gas turbine.
  • SFC static frequency converter
  • Blowing rate can be up to 60%, in special cases even more, of
  • Ambient pressure is, this mass flow can be used in whole or in part for purging the exhaust gas recirculation lines.
  • at least one connecting line is provided with a control element from a compressor plenum to the exhaust gas recirculation line.
  • the blow-off air is introduced into an end region of the exhaust gas recirculation line and at another end of the
  • Exhaust gas recirculation line discharged. For practical reasons, it may be difficult to introduce the blow-off air directly into the end of the exhaust gas recirculation line.
  • An initiation in the end region, ie, is typically in a portion of at most 10 to 20% of the one end of the line is removed preferred to avoid larger dead spaces at the end of a line and to ensure a well-defined flow direction.
  • Exhaust gas recirculation line which opens into the intake line of the compressor of the gas turbine, initiated. From there, the blow-off air flows counter to the direction of the recirculation flow in the normal operation of the gas turbine through the exhaust gas recirculation line and is at a first end of the
  • Exhaust gas recirculation line is the end at which the exhaust gas recirculation line is connected to an exhaust line of the gas turbine. This connection is
  • control element such as a control flap
  • Blow-off air is directed from the first end of the exhaust gas recirculation line directly or indirectly into the chimney.
  • Compressor intake flow of the compressor is controlled by a control element disposed between the location where the blow-off air is disposed in the exhaust gas recirculation passage and a second end of the exhaust gas recirculation passage.
  • This control element is typically a flap or a valve.
  • This control element also permits the ratio of the blow-off air flowing to the second end of the exhaust gas recirculation line and the blow-off air flowing to the first end of the exhaust gas recirculation line. For example, blowing air is blown through the second end of the air for a short time
  • a first part of the blow-off air is introduced into the exhaust gas recirculation line for purging, and a second part of the blow-off air is fed via a blow-off line to the exhaust pipes and typically to the HRSG.
  • blow-off air from a first blow-off point of the compressor is introduced into the exhaust gas recirculation line for purging and blow-off air from a second blow-off point of the compressor is supplied via a blow-off line to the exhaust pipes and thus typically to the HRSG.
  • a gas turbine with recirculation which allows flushing of the exhaust gas recirculation line by Ver Whyrabblas Kunststoff, the subject of the invention.
  • a gas turbine according to the invention with an exhaust gas recirculation line which connects an exhaust line of the gas turbine to the compressor intake line for the recirculation of exhaust gases into the compressor intake flow, has at least one purge line which connects a compressor exhaust point to the exhaust gas recirculation line.
  • a purge valve for controlling the
  • Spülmassenstromes provided. This allows the blow-off flow, with which the exhaust gas recirculation line is purged by blow-off air to regulate.
  • This purge valve may be arranged in series with conventional relief valves or replace them and their function, that is to take over the closing of the blow in normal operation of the gas turbine and the opening for starting and stopping the gas turbine.
  • a blow-off line can connect the compressor blow-off point, to which the flushing line is connected, to the exhaust gas line of the gas turbine. This allows one part of the blow-off air to be used for backflushing the exhaust gas recirculation line and the other part through the blow-off line into the exhaust line to lead. Further, it can be prevented at a shutdown of the gas turbine or at a quick shutdown (trip) that gases pass under high pressure and temperature from the compressor into the Abgasrezirkulations einen. In this case, the purge valve remains closed and the blow-off valve is opened at shutdown as in a conventional gas turbine. Even during the start, it may be advantageous to close the flush valve after flushing and blow off the blow-off during startup only via the blow-off. In order to regulate the blow-off separately, in one embodiment a blow-off valve is arranged in the blow-off line.
  • At least one second blow-off line is provided by a second compressor blow-off point, which connects it to the exhaust gas line of the gas turbine.
  • a second compressor blow-off point which connects it to the exhaust gas line of the gas turbine.
  • Exhaust gas recirculation provided a recirculation fan, which supports the recirculation of the exhaust gases in the compressor intake. During the flushing process, the flow direction is opposite to that of normal operation and the recirculation fan leads to an increased pressure gradient. To avoid this additional pressure gradient, the recirculation fan is in a
  • Embodiment connected via a coupling with its drive.
  • This coupling makes it possible to disengage the recirculation fan during the flushing process, so that it can run freely contrary to its normal direction of rotation and thus its pressure loss is reduced.
  • the recirculation fan is designed with adjustable guide and / or moving blades. These can be opened to reduce the flow resistance. Alternatively, they can be switched so that the recirculation fan operates counter to its normal flow direction and assists flushing. Typically, large recirculation fans are driven by a variable motor. In a further alternative embodiment, the control allows the motor to be driven counter to its normal direction of rotation so that the recirculation fan is reduced during flushing
  • a further embodiment of the invention is characterized in that the flushing process is performed by the recirculation fan.
  • the adjustable guide and / or moving blades will be switched so that the recirculation blower operates counter to its normal flow direction and thus the exhaust gas recirculation lines against the normal flow direction with air coming from the suction line of
  • Recirculation blower are driven controlled against its normal direction of rotation, so that the exhaust gas recirculation lines is flushed against the normal flow direction with air, which is branched off from the suction line of the compressor.
  • the purge line and blow-off from the compressor in the exhaust gas recirculation line can be dispensed with the purge line and blow-off from the compressor in the exhaust gas recirculation line.
  • FIG. 1 shows a gas turbine with HRSG and exhaust gas recirculation, discharge line into the exhaust gas recirculation line for purging the exhaust gas recirculation lines
  • FIG. 2 shows a gas turbine with HRSG and exhaust gas recirculation, discharge line into the exhaust gas recirculation line for purging the exhaust gas recirculation lines and a blow-off line to the HRSG.
  • a gas turbine with HRSG and exhaust gas recirculation is shown schematically in FIG. Further, the lines and actuators for blowing off compressor air into the exhaust gas recirculation line for flushing this line are shown.
  • the gas turbine comprises a compressor 2 (compressor), a combustion chamber 3 and a turbine 4.
  • the combustion air compressed in the compressor 2 is fed to the combustion chamber 3 there and then the hot combustion gases in the turbine 4 are expanded.
  • the useful energy generated in the turbine is converted into electrical energy, for example, by means of a generator 5 arranged on the same shaft.
  • the exhaust gases exiting the turbine 4 are used to make optimum use of the energy still contained therein in a HRSG 23 (heat recovery steam generator) or heat recovery steam generator, steam for one
  • HRSG 23 heat recovery steam generator
  • a compressor intake stream 1 for the compressor 2 is typically supplied via an inflow channel. Fresh intake air is initially passed through an air filter arranged at the inlet. Downstream of this air filter can
  • Muffler be arranged in the guide channel of the compressor intake 1.
  • the air supply with filter and muffler is referred to simplifying as compressor intake manifold.
  • a portion of the exhaust gases is introduced at such a system behind the HRSG 23 in a flow divider 1 1, which may be regulated, in a first end 16 of an exhaust gas recirculation line 8 and is about this
  • Exhaust gas recirculation line 8 recirculated into the compressor intake stream 1. For the recirculated exhaust gases flow from a second end 17 of the
  • Exhaust gas recirculation line 8 in the compressor intake stream 1, are mixed with the fresh intake air and are thus returned to the suction side of the compressor 2.
  • the non-diverted portion of the exhaust gases is typically led to a carbon dioxide separation unit or discharged to the environment via a chimney 12.
  • the recirculated exhaust gas flow is in an exhaust gas recooler 13 or
  • Heat exchanger which may be equipped with a condenser, cooled to slightly above ambient temperature. Downstream of this exhaust gas recooler 13, a recirculation fan 9 may be arranged, which is driven for example via a coupling 24 by a drive 25.
  • the drive is typically an electric motor.
  • the intake air is mixed with recirculated exhaust gases before the compressor 2.
  • a control element 10 with which the outlet of the exhaust gas recirculation line 8 can be closed in the compressor suction, opened.
  • purging of the exhaust gas recirculation line 8 is a
  • Purge line 20 from a Abblasstelle of the compressor 2 to the second end 17 of the exhaust gas recirculation line 8 is provided. It does not lead directly to the second end of the exhaust gas recirculation line 8 but is replaced by the
  • Control element 10 separated from the compressor intake.
  • a purge valve 7 is provided for controlling the purge flow itself. A blow in the
  • Exhaust pipe 21 of the gas turbine 14 is possible through a first discharge line 18.
  • a first blow-off valve 6 is provided to control the blow-off in the exhaust pipe 21, a first blow-off valve 6 is provided.
  • the gas turbine 14 is brought to rinsing speed.
  • the flush valve 7 is opened.
  • the purge valve 7 the blow-off air from the compressor 2 through the
  • the control element 10 is closed for at least part of the purging duration to ensure that the blow-off air can not flow into the compressor intake flow.
  • the first blow-off valve 6 allows dividing the blow-off flow into a part with which the exhaust gas recirculation line is purged and into a part which is supplied to the exhaust pipe 21. Further, the first blow-off valve 6 allows e.g. to blow off large amounts of hot air during a trip of the plant. If one
  • the air from a first plenum for example after the low pressure part of a compressor 2 is used for purging the exhaust gas recirculation line 8.
  • the air from a second plenum for example, after the medium-pressure part of a compressor 2, however, via a second blow-off valve 15 and a second blow-off 19 directly to the exhaust pipe 21 of the gas turbine 14th
  • FIG. 1 A corresponding system is shown schematically in FIG. 1
  • blow-off air from a blow-off point as shown in FIGS. 1 and 2, the blow-off air from several blow-off points of the compressor 2 are combined and used for purging the exhaust gas recirculation line 8.
  • the control of valves or flaps is described. This regulation is representative of a regulation or a control.
  • a blow-off point of the compressor is typically a location at which cooling air for the turbines and / or combustion chamber cooling is also removed from the compressor.
  • the purge line 20 does not have to go directly from the compressor but may be from a conventional exhaust line or

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zuverlässigen Spülen der Abgasrezirkulationsleitung (8) einer Gasturbine (14) mit Abgasrezirkulation ohne die Verwendung von zusätzlichen Abblasgebläsen sowie eine Gasturbine (14) zur Durchführung des Verfahrens. Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren vorgeschlagen, in dem ein Abblasstrom des Verdichters (2) zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitung (8) genutzt wird. Weiter ist eine Gasturbine (14) mit mindestens einer Spülleitung (20), die eine Verdichterabblasstelle mit der Abgasrezirkulationsleitung (8) verbindet, vorgeschlagen.

Description

BESCHREIBUNG
SPÜLEN DER ABGASREZIRKULATIONSLEITUNGEN EINER GASTURBINE
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Spülen einer Abgasrezirkulationsleitung einer Gasturbine mit Abgasrezirkulation. Sie betrifft ein Verfahren zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitung sowie eine Gasturbine zur Durchführung des Verfahrens.
STAND DER TECHNIK Um die Leistungsverluste und Wirkungsgradverluste von Gasturbinen und Kombi- Kraftwerken mit Kohlendioxid-Abscheidung zu reduzieren, sind in der Literatur verschiedene Möglichkeiten, den Kohlendioxid-Partialdruck vor der Abscheidung zu erhöhen, vorgeschlagen worden. Die Abgasrezirkulation ist eine Technologie, welche für unterschiedliche Zwecke bei Gasturbinen eingesetzt werden kann. So kann sie beispielsweise für die Kontrolle der NOx- Emission durch die Bereitstellung eines Ansauggasses mit reduzierter Reaktivität, das heisst üblicherweise mit gegenüber Frischluft reduziertem Sauerstoffgehalt, oder für die Reduktion des Abgasvolumens für die Kohlendioxid-Abscheidung eingesetzt werden. Bei der Abgasrezirkulation in einer Gasturbine wird ein wesentlicher Anteil des Abgases aus dem gesamten
Abgasstrom abgezweigt und wird, typischerweise nach Kühlung und falls erforderlich nach Reinigung, dem Ansaugmassenstrom der Turbine respektive des Verdichters der Gasturbine wieder zugeführt. Dazu wird der rezirkulierte
Abgasstrom mit frischer Luft vermischt und diese Mischung anschließend dem Verdichter zugeführt. Ein entsprechendes Kraftwerk mit einer Gasturbine und Abgasrezirkulation ist beispielsweise aus der WO2010/072710 bekannt.
In einem HRSG (Heat recovery steam generator oder Abwärmekessel) und Abgasleitungen stromab der Gasturbine können sich beim Abschalten der Anlage Brennstoffreste sammeln. Diese Brennstoffreste werden durch eine sogenannte Kesselspülung vor einen Neustart der Anlage aus den betreffenden Volumina entfernt. Diese Sicherheitsmassnahme bezweckt, die Abgasleitungen und den HRSG von Restbrennstoffen und explosiven Gasmischungen zu befreien und mögliche Explosionen während des Anfahrens zu vermeiden. Die Kesselspülung erfolgt durch Antreiben des Wellenstrangs durch eine Anfahrvorrichtung bei einer niedrigen Geschwindigkeit und einem niedrigen Massenstrom, wodurch
Restbrennstoffe über den Kamin aus der Anlage getrieben werden.
Bei Gasturbinen mit Abgasrezirkulation können sich bei dem Abschalten der Anlage auch Brennstoffreste in den Abgasrezirkulationsleitungen und
Hilfsanlagen, wie Rückkühler, Wasserabscheider usw. des
Abgasrezirkulationsystems sammeln. Vor einem Neustart, oder bevor diese Leitungen und Hilfsanlagen für eine Inspektion oder Reparatur zugänglich sind, müssen auch diese, z.B. mit Frischluft, gespült werden. Bevorzugt werden die Abgasrezirkulationsleitungen entgegen der
Strömungsrichtung des Normalbetriebs gespült. Somit kann die Spülluft über den normalen Kamin abgeführt werden. Ausserdem wird sicher gestellt, dass evtl. vorhandene Brenngasreste nicht aus dem Kessel in die
Abgasrezirkulationsleitungen gelangen und die Spüldauer nochmals verlängert werden muss oder sogar ein Kreislauf entsteht. In der EP2060772 sind ein System und Verfahren zum Spülen von
Abgasrezirkulationsleitungen vorgeschlagen. Hier werden zur Abgasrezirkulation zusätzliche Klappen und beispielsweise ein zusätzliches Gebläse vorgeschlagen, die es erlauben die Abgasrezirkulationsleitung zu spülen. Die Vielzahl von
Klappen das zusätzliche Gebläse führen zu Mehrkosten und erhöhtem
Energiebedarf während des Spülvorgangs, wodurch die Konkurrenzfähigkeit von derartigen Anlagen mit CO2 Abscheidung beeinträchtigen werden kann.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, dass ein zuverlässiges Spülen der Abgasrezirkulationsleitungen ohne die Verwendung von zusätzlichen Abblasgebläsen erlaubt. Weiter ist eine Gasturbine anzugeben, die geeignet ist ein zuverlässiges Spülen der Abgasrezirkulationsleitungen ohne die Verwendung von zusätzlichen Gebläsen durchzuführen. Dabei soll ausserdem die Anzahl zusätzliche Klappen, Ventile und Rohrleitung minimiert werden.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Abblasstrom des Verdichters zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitung genutzt wird.
Bei dem Betrieb eines Verdichters mit Drehzahlen, die deutlich unter der
Nenndrehzahl liegen (Stillstand bis etwa 20% unter der Nenndrehzahl), z.B. beim Start, beim Abstellen und beim Kesselspülen, muss ein Teil der vom Verdichter angesaugten Luft abgeblasen werden. Dafür wird teilverdichtete Luft über Plena aus dem Verdichter abgelassen und beispielsweise direkt in die Umgebung abgeblasen oder über Leitungen in die Abgasleitung der Gasturbine geführt und über den Kamin abgeblasen. Typischerweise wird eine Gasturbine zum Kesselspülen bei Drehzahlen, die deutlich unter der Nenndrehzahl liegen, betrieben. Dass heisst die Gasturbinen werden in einem Drehzahlbereich betrieben, in dem aus dem Verdichter Luft abgeblasen wird. Dies sind beispielsweise ein Bereich von 20% bis 50% der Nenndrehzahl, wobei bei grossen Gasturbinen die Nenndrehzahl gleich der Netzfrequenz ist. Zum Kesselspülen wird der Generator typischerweise mit Hilfe eines Frequenzumwandlers, typischerweise eine sogenannte SFC (static frequency Converter), als Motor betrieben, der die Gasturbine antreibt.
Je nach Verdichterdesign und Drehzahl wird beim Kesselspülen ein grosser Teil des Verdichteransaugstroms über die Abblasventile abgeblasen. Die
Abblasmenge kann bis zu 60%, in besonderen Fällen sogar mehr, des
Verdichteransaugstroms betragen. Der abzublasende Massenstrom ist
typischerweise proportional zum Verdichterdruckverhältnis des Verdichters bei Volllastbetrieb und der Verdichteransaugstrom proportional zur Drehzahl, bei der abgeblasen wird. Da der Druck in den Plena des Verdichters über dem
Umgebungsdruck liegt, kann dieser Massenstrom kann ganz oder Teilweise zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitungen genutzt werden. Dafür ist mindestens eine Verbindungsleitung mit einem Regelelement von einem Verdichterplenum zu der Abgasrezirkulationsleitung vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Abblasluft in einen Endbereich der Abgasrezirkulationsleitung eingeführt und an einem anderen Ende der
Abgasrezirkulationsleitung ausgeleitet. Aus praktischen Gründen kann es schwierig sein, die Abblasluft direkt in das Ende der Abgasrezirkulationsleitung einzuleiten. Eine Einleitung im Endbereich, d.h. typischerweise in einen Abschnitt der maximal 10 bis 20% von dem einem Ende der Leitung entfernt ist, ist bevorzugt, um grössere Todräume am Ende einer Leitung zu vermeiden und eine klar definierte Strömungsrichtung sicher zu stellen.
In einer Ausgestaltung wird die Abblasluft an einem zweiten Ende der
Abgasrezirkulationsleitung, welches in die Ansaugleitung des Verdichters der Gasturbine mündet, eingeleitet. Von dort strömt die Abblasluft entgegen der Richtung der Rezirkulationsströmung im Normalbetrieb der Gasturbine durch die Abgasrezirkulationsleitung und wird an einem ersten Ende der
Abgasrezirkulationsleitung ausgeleitet. Das erste Ende der
Abgasrezirkulationsleitung ist das Ende, an dem die Abgasrezirkulationsleitung mit einer Abgasleitung der Gasturbine verbunden ist. Diese Verbindung ist
beispielsweise mit einem Regelorgan, wie einer Regelklappe kombiniert.
Beim Spülen wird nach Durchströmen der Abgasrezirkulationsleitung die
Abblasluft von dem ersten Ende der Abgasrezirkulationsleitung direkt oder indirekt in den Kamin geleitet.
Die Strömung der Abblasluft aus der Rezirkulationsleitung in den
Verdichteransaugstrom des Verdichters wird durch ein Regelelement, das zwischen dem Ort, an dem die Abblasluft in die Abgasrezirkulationsleitung und einem zweiten Ende der Abgasrezirkulationsleitung angeordnet ist, geregelt. Dies Regelelement ist typischerweise eine Klappe oder ein Ventil.
Dieses Regelelement erlaubt ausserdem das Verhältnis der Abblasluft, die zu dem zweiten Ende der Abgasrezirkulationsleitung fliesst und der Abblasluft, die zu dem ersten Ende der Abgasrezirkulationsleitung fliesst, einzustellen. Beispielsweise wird für kurze Zeit Abblasluft durch das zweite Ende der
Abgasrezirkulationsleitung in die Verdichtereintrittsleitung gespült und danach die Abgasrezirkulationsleitung in Richtung des ersten Endes gespült. Als kurze Zeit ist hierbei ein Zeitraum von einigen Sekunden bis wenigen Minuten zu verstehen. Typischerweise etwa ein Zehntel bis ein Fünftel der Kesselspülzeit. In einer weiteren Ausführungsform wird ein erster Teil der Abblasluft zum Spülen in die Abgasrezirkulationsleitung eingeleitet wird und ein zweiter Teil der Abblasluft über eine Abblasleitung den Abgasleitungen und typischerweise dem HRSG zugeführt.
In noch einer weiteren Ausführung wird Abblasluft aus einer ersten Abblasstelle des Verdichters zum Spülen in die Abgasrezirkulationsleitung eingeleitet und Abblasluft aus einer zweiten Abblasstelle des Verdichters über eine Abblasleitung den Abgasleitungen und damit typischerweise dem HRSG zugeführt.
Neben dem Verfahren ist eine Gasturbine mit Rezirkulation, die ein Spülen der Abgasrezirkulationsleitung durch Verdichterabblasluft erlaubt, Gegenstand der Erfindung. Eine erfindungsgemässe Gasturbine mit einer Abgasrezirkulationsleitung, die eine Abgasleitung der Gasturbine mit der Verdichteransaugleitung zur Rezirkulation von Abgasen in den Verdichteransaugstrom verbindet, weisst mindestens eine Spülleitung auf, die eine Verdichterabblasstelle mit der Abgasrezirkulationsleitung verbindet.
Typischerweise ist in dieser Spülleitung ein Spülventil zur Regelung des
Spülmassenstromes vorgesehen. Dies erlaubt den Abblasstrom, mit dem die Abgasrezirkulationsleitung durch Abblasluft gespült wird zu regeln. Dies Spülventil kann in Reihe mit herkömmlichen Abblasventilen angeordnet sein oder diese ersetzen und deren Funktion, das heisst das Schliessen der Abblasung bei Normalbetrieb der Gasturbine und das Öffnen zum Start- und Abstellen der Gasturbine übernehmen.
Weiter kann eine Abblasleitung die Verdichterabblasstelle, an die die Spülleitung angeschlossen ist, mit der Abgasleitung der Gasturbine verbinden. Dies erlaubt einen Teil der Abblasluft zum Rückspülen der Abgasrezirkulationsleitung zu nutzen und den anderen Teil durch die Abblasleitung in die Abgasleitung zu führen. Weiter kann damit bei einem Abstellen der Gasturbine oder bei einem Schnellabschalten (Trip) verhindert werden, dass Gase unter hohem Druck und Temperatur aus dem Verdichter in die Abgasrezirkulationsleitungen gelangen. In diesem Fall bleibt das Spülventil geschlossen und das Abblasventil wird wie bei einer herkömmlichen Gasturbine beim Abschalten geöffnet. Auch während des Starts kann es Vorteilhaft sein, das Spülventil nach dem Spülen zu schliessen und die Abblasluft während des Hochfahrens nur über die Abblasleitung abzublasen. Um die Abblasung separat zu Regeln ist in einer Ausführung ein Abblasventil in der Abblasleitung angeordnet.
In einer Weiteren Ausführung ist mindestens eine zweite Abblasleitung von einer zweiten Verdichterabblasstelle vorgesehen, die diese mit der Abgasleitung der Gasturbine verbindet. Typischerweise ist in der Abgasrezirkulationsleitung einer Gasturbine mit
Abgasrezirkulation ein Rezirkulationsgebläse vorgesehen, das die Rezirkulation der Abgase in den Verdichteransaugstrom unterstützt. Während des Spülvorgangs ist die Strömungsrichtung entgegengesetzt der des Normalbetriebs und das Rezirkulationsgebläse führt zu einem erhöhten Druckgefälle. Um dies zusätzliche Druckgefälle zu vermeiden, wird das Rezirkulationsgebläse in einer
Ausführungsform über eine Kupplung mit seinem Antrieb verbunden. Diese Kupplung erlaubt es, das Rezirkulationsgebläse während des Spülvorgangs abzukuppeln, so dass es entgegen seiner normalen Drehrichtung frei laufen kann und somit sein Druckverlust reduziert wird.
In einer weiteren Ausführung ist das Rezirkulationsgebläse mit verstellbaren Leit- und/ oder Laufschaufeln ausgeführt. Diese können geöffnet werden, um den Strömungswiderstand zu reduzieren. Alternativ können sie so umgestellt werden, dass das Rezirkulationsgebläse entgegen seiner normalen Strömungsrichtung arbeitet und das Spülen unterstützt. Typischerweise sind grosse Rezirkulationsgebläse durch einen regelbaren Motor angetrieben. In einer weiteren alternativen Ausführung erlaubt es die Regelung, den Motor entgegen seiner normalen Drehrichtung anzutreiben, so dass das Rezirkulationsgebläse während des Spülens einen reduzierten
Strömungswiderstand bietet oder das Spülen unterstützt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spülvorgang durch das Rezirkulationsgebläse durchgeführt wird. Zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitung werden die verstellbaren Leit- und/ oder Laufschaufeln so umgestellt werden, dass das Rezirkulationsgebläse entgegen seiner normalen Strömungsrichtung arbeitet und damit die Abgasrezirkulationsleitungen entgegen der normalen Strömungsrichtung mit Luft, die aus der Ansaugleitung des
Verdichters abgezweigt wird, spült. Alternativ kann der Motor des
Rezirkulationsgebläse geregelt entgegen seiner normalen Drehrichtung angetrieben werden, so dass die Abgasrezirkulationsleitungen entgegen der normalen Strömungsrichtung mit Luft, die aus der Ansaugleitung des Verdichters abgezweigt wird, gespült wird. Für diese Ausführungen kann auf die Spülleitung und Abblasung von dem Verdichter in die Abgasrezirkulationsleitung verzichtet werden.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im
Zusammenhang mit schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 eine Gasturbine mit HRSG und Abgasrezirkulation, Abblasleitung in die Abgasrezirkulationsleitung zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitungen,
Fig. 2 eine Gasturbine mit HRSG und Abgasrezirkulation, Abblasleitung in die Abgasrezirkulationsleitung zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitungen sowie einer Abblasleitung zum HRSG.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine Gasturbine mit HRSG und Abgasrezirkulation ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Weiter sind die Leitungen und Stellorgane für ein Abblasen von Verdichterluft in die Abgasrezirkulationsleitung zum Spülen dieser Leitung dargestellt.
Die Gasturbine umfasst einen Verdichter 2 (Kompressor), eine Brennkammer 3 und eine Turbine 4. Die im Verdichter 2 verdichtete Verbrennungsluft wird der Brennkammer 3 zugeführt dort verbrannt und anschliessend werden die heissen Verbrennungsgase in der Turbine 4 entspannt. Die in der Turbine erzeugte Nutzenergie wird zum Beispiel mit einem auf der gleichen Welle angeordneten Generator 5 in elektrische Energie umgewandelt. Die aus der Turbine 4 austretenden Abgase werden zur optimalen Nutzung der darin noch enthaltenen Energie in einem HRSG 23 (Heat recovery steam generator) oder Abhitzedampferzeuger dazu verwendet, Dampf für eine
Dampfturbine oder für andere Anlagen zu erzeugen.
Ein Verdichteransaugstrom 1 für den Verdichter 2 wird typischerweise über einen Zuströmkanal zugeführt. Frische Ansaugluft wird dabei zunächst über einen am Eintritt angeordneten Luftfilter geführt. Stromab dieses Luftfilters können
Schalldämpfer im Führungskanal des Verdichteransaugstroms 1 angeordnet sein. Die Luftzuführung mit Filter und Schalldämpfer wird im weiteren vereinfachend als Verdichteransaugleitung bezeichnet.
Ein Teil der Abgase wird bei einer solchen Anlage hinter dem HRSG 23 in einem Strömungsteiler 1 1 , welcher geregelt sein kann, in ein erstes Ende 16 einer Abgasrezirkulationsleitung 8 eingeleitet und wird über diese
Abgasrezirkulationsleitung 8 in den Verdichteransaugstrom 1 rezirkuliert. Dafür strömen die rezirkulierten Abgase aus einem zweiten Ende 17 der
Abgasrezirkulationsleitung 8 in den Verdichteransaugstrom 1 , werden mit der frischen Ansaugluft vermischt und werden so zur Ansaugseite des Verdichters 2 zurückgeführt. Der nicht abgezweigte Teil der Abgase wird typischerweise zu einer Kohlendioxid- Abscheidungseinheit geführt oder über ein Kamin 12 an die Umwelt abgegeben.
Der rezirkulierte Abgasstrom wird in einem Abgasrückkühler 13 oder
Wärmetauscher, welcher mit Kondensator ausgestattet sein kann, auf etwas über Umgebungstemperatur abgekühlt. Stromab dieses Abgasrückkühler 13 kann ein Rezirkulationsgebläse 9 angeordnet sein, das beispielsweise über eine Kupplung 24 von einem Antrieb 25 angetrieben wird. Der Antrieb ist typischerweise ein elektrischer Motor.
Im Normalbetrieb wird vor dem Verdichter 2 die Ansaugluft mit rezirkulierten Abgasen vermischt. Dabei sind im Normalbetrieb erstes Abblasventil 6 und Spülventil 7 geschlossen. Weiter ist ein Regelelement 10, mit welchem der Austritt der Abgasrezirkulationsleitung 8 in die Verdichteransaugleitung geschlossen werden kann, geöffnet. Um ein Spülen der Abgasrezirkulationsleitung 8 zu ermöglichen, ist eine
Spülleitung 20 von einer Abblasstelle des Verdichters 2 zu dem zweiten Ende 17 der Abgasrezirkulationsleitung 8 vorgesehen. Es führt nicht unmittelbar in das zweite Ende der Abgasrezirkulationsleitung 8 sondern wird durch das
Regelelement 10 von der Verdichteransaugleitung getrennt. Zur Regelung des Spülstroms selber ist ein Spülventil 7 vorgesehen. Ein Abblasen in die
Abgasleitung 21 der Gasturbine14 ist durch eine erste Abblasleitung 18 möglich. Zur Regelung der Abblasung in die Abgasleitung 21 ist ein erstes Abblasventil 6 vorgesehen. Zum Spülen wird die Gasturbine 14 auf Spüldrehzahl gebracht. Dazu wird sie typischerweise mit dem als Motor betriebenen Generator 5 angetrieben. Zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitung 8 wird das Spülventil 7 geöffnet. Über das Spülventil 7 wird die Abblasluft aus dem Verdichter 2 durch die
Abgasrezirkulationsleitung 8 in den Kamin 12 geblasen und damit die
Abgasrezirkulationsleitungen 8 gespült. Das Regelelement 10 wird zumindest für einen Teil der Spüldauer geschlossen, um sicherzustellen, dass die Abblasluft nicht in den Verdichteransaugstrom fliessen kann.
Das erste Abblasventil 6 erlaubt eine Aufteilung des Abblasstroms in einen Teil, mit dem die Abgasrezirkulationsleitung gespült wird, und in einen Teil, der der Abgasleitung 21 zugeführt wird. Weiter erlaubt das erste Abblasventil 6 z.B. bei einem Trip der Anlage grosse Mengen heisser Luft abzublasen. Falls eine
Abblasung über die Abgasrezirkulationsleitung 8 vorgesehen ist, muss diese für entsprechend heisse Luft ausgelegt sein.
Je nach Volumen der Abgasrezirkulationsleitung 8 und den Abblasluftmengen wird nur ein Teil der Abblasluft zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitung 8 benötigt. Beispielsweise wird die Luft aus einem ersten Plenum, z.B. nach dem Niederdruckteil eines Verdichters 2, zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitung 8 verwendet. Die Luft aus einem zweiten Plenum, z.B. nach dem Mitteldruckteil eines Verdichters 2, wird hingegen über ein zweites Abblasventil 15 und eine zweite Abblasleitung 19 direkt der Abgasleitung 21 der Gasturbine 14
zurückgeführt. Eine entsprechende Anlage ist in Fig. 2 schematisch dargestellt.
Alle erläuterten Vorteile sind nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann anstelle der
Verwendung von Abblasluft aus einer Abblasstelle, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, die Abblasluft von mehreren Abblasstellen des Verdichters 2 zusammengeführt werden und zum Spülen der Abgasrezirkulationsleitung 8 verwendet werden. Vereinfachend ist die Regelung von Ventilen oder Klappen beschrieben. Diese Regelung steht stellvertretend für eine Regelung oder eine Steuerung. Dem
Fachmann sind weiterhin die verschieden geeigneten Regelelemente bekannt, wie beispielsweise Klappen oder Ventile. Eine Abblasstelle des Verdichters ist typischerweise eine Stelle, an der auch Kühlluft für die Turbinen und/ oder Brennkammerkühlung aus dem Verdichter entnommen wird. Die Spülleitung 20 muss nicht direkt von dem Verdichter abgehen sondern kann von einer herkömmlichen Abblasleitung oder
Kühlluftleitung abgezweigt sein. Die Beispiele zeigen eine Gasturbine 14 mit einfacher Brennkammer. Die Erfindung ist entsprechend für Gasturbinen mit Sequentieller Verbrennung, wie sie beispielsweise aus der EP0718470 bekannt sind, anwendbar. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Verdichteransaugstrom
2 Verdichter
3 Brennkammer
4 Turbine
5 Generator
6 erstes Abblasventil
7 Spülventil
8 Abgasrezirkulationsleitung
9 Rezirkulationsgebläse
10 Regelelement
1 1 Strömungsteiler
12 Kamin/ Leitung zur CO2 Abscheidung
13 Abgasrückkühler
14 Gasturbine
15 zweites Abblasventil
16 erstes Ende
17 zweites Ende
18 erste Abblasleitung
19 zweite Abblasleitung
20 Spülleitung
21 , 22 Abgasleitung
23 HRSG
24 Kupplung
25 Antrieb

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Verfahren zum Spülen einer Abgasrezirkulationsleitung (8) einer
Gasturbine (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbine (14) mit einer Spüldrehzahl betrieben wird, aus dem Verdichter (2) Abblasluft abgeleitet wird und diese Luft zum Spülen in die Abgasrezirkulationsleitung (8) eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Abblasluft an einem Ende der Abgasrezirkulationsleitung (8) in diese eingeleitet wird und an einem anderen Ende der Abgasrezirkulationsleitung (8) ausgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abblasluft an einem zweiten Ende (17) der Abgasrezirkulationsleitung (8), welches in die Ansaugleitung des Verdichters der Gasturbine mündet, eingeleitet wird, durch die Abgasrezirkulationsleitung (8) entgegen der Richtung der
Rezirkulationsströmung im Normalbetrieb der Gasturbine strömt und aus einem ersten Ende (16) der Abgasrezirkulationsleitung (8) ausgeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abblasluft nach Durchströmen der Abgasrezirkulationsleitung (8) von dem ersten Ende (16) der Abgasrezirkulationsleitung (8) direkt oder indirekt in den Kamin geleitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abblasluft in die Abgasrezirkulationsleitung (8) eingeleitet wird, ein Teilstrom in Richtung des zweiten Endes (17) der Abgasrezirkulationsleitung (8) geleitet wird und ein zweiter Teilstrom in Richtung des ersten Endes (16) der Abgasrezirkulationsleitung (8) geleitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das
Verhältnis der Abblasluft, die zu dem zweiten Ende (17) der
Abgasrezirkulationsleitung (8) fliesst und der Abblasluft, die zu dem ersten Ende (16) der Abgasrezirkulationsleitung (8) fliesst, durch ein Regelelement (10) geregelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der Abblasluft zum Spülen in die Abgasrezirkulationsleitung (8) eingeleitet wird und ein zweiter Teil der Abblasluft über eine zweite Abblasleitung (19) dem HRSG (23) zugeführt wird.
8. Gasturbine (14) mit einer Abgasrezirkulationsleitung (8), die eine
Abgasleitung (21 , 22) der Gasturbine mit der Verdichteransaugleitung zur
Rezirkulation von Abgasen in den Verdichteransaugstrom (1 ) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spülleitung (20) von einer
Verdichterabblasstelle in die Abgasrezirkulationsleitung (8) führt.
9. Gasturbine (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spülventil (7) zur Regelung des Spülmassenstromes, mit dem die
Abgasrezirkulationsleitung (8) durch Abblasluft gespült wird, in der Spülleitung (20) angeordnet ist.
10. Gasturbine (14) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Abgasrezirkulationsleitung (8) ein Regelelement (10) zwischen der Mündung der Spülleitung (20) in die Abgasrezirkulationsleitung (8) und der Mündung der Abgasrezirkulationsleitung (8) in die
Verdichteransaugleitung, angeordnet ist, um ein Rückspülen der Abblasluft in den Verdichtereinlass zu regeln oder zu unterbinden.
1 1 . Gasturbine (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass eine erste Abblasleitung (18) die Verdichterabblasstelle, an die die Spülleitung (20) angeschlossen ist, mit der Abgasleitung (21 , 22) der Gasturbine (14) verbindet.
12. Gasturbine (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass in der ersten Abblasleitung (18) ein erstes Abblasventil (6) angeordnet ist.
13. Gasturbine (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass eine zweite Abblasleitung (19) eine zweite
Verdichterabblasstelle mit der Abgasleitung (21 , 22) der Gasturbine (14) verbindet.
14. Gasturbine (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Abgasrezirkulationsleitung (8) ein
Rezirkulationsgeblase (9) vorgesehen ist, das von seinem Antrieb (25)
abkoppelbar angeordnet ist, so dass während des Abblasens das
Rezirkulationsgeblase (9) entgegen seiner normalen Drehrichtung frei laufen kann.
15. Gasturbine (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrezirkulationsleitung (8) ein Rezirkulationsgeblase (9) mit verstellbaren Leit und/ oder Laufschaufeln angeordnet ist, oder ein
Rezirkulationsgeblase (9) mit einen Antrieb (25) verbunden ist dessen
Drehrichtung umkehrbar ist, so dass das Rezirkulationsgeblase (9) während des Abblasens einen reduzierten Strömungswiderstand bietet oder das Spülen unterstützt.
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