CH629571A5

CH629571A5 - Verfahren zum betrieb einer gasturbinenanlage.

Info

Publication number: CH629571A5
Application number: CH657378A
Authority: CH
Inventors: Paul Zaugg
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1978-06-16
Publication date: 1982-04-30
Also published as: JPS623296B2; SE443190B; FR2432090A1; SE7905080L; DK243479A; DE2830724A1; JPS555488A; GB2027492A; GB2027492B; US4270342A; DE2830724C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage, welche turbinenseitig ein Hoch- und Niederdruckteil aufweist, denen je eine Brennkammer vorgeschaltet ist, und bei welchem die Verbrennungsluft vorgewärmt wird.

Die einen Hochdruck- und Niederdruckteil aufweisenden Gasturbinen für hohe Eintrittsdrücke, wie sie beispielsweise bei Anlagen mit Luftspeichern vorkommen, sind in den meisten Fällen so ausgelegt, dass der Hochdruck- und der Niederdruckteil im gleichen Turbinengehäuse angeordnet sind (siehe BBC-Mitteilungen Nr. 1/77 und Sonderdruck CH-T113 133 D).

Bei diesen bekannten Anordnungen ergibt sich jedoch das Problem, dass im allgemeinen die Gehäusetemperatur des die Hochdruckturbine umschliessenden Gehäuseteiles sowohl im Vollast- als auch im Teillastbetrieb eine vom Niederdruck-Gehäuseteil abweichende Temperatur aufweist, wodurch sich Wärmespannungen im Gesamtgehäuse ergeben können.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu entwickeln, bei welchem die vorgenannten Nachteile beim Betrieb einer Gasturbinenanlage nicht auftreten und dass beide Gehäuseteile lastunabhängig stets die gleiche Temperatur aufweisen, so dass keine Wärmespannungen im Gehäuse auftreten.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Verbrennungsluft vor dem Eintritt in die HD-Brennkammer zunächst im Vorwärmer erwärmt und dann das Hochdruckgehäuse an seinen Innenwandungen bespült und damit erwärmt, wobei die Austrittstemperatur nach der Entspannung im Hochdruckteil so eingestellt wird, dass sie gleich ist wie die Eintrittstemperatur der Verbrennungsluft in das Hochdruckgehäuse, und dass weiterhin unabhängig von Laständerungen die Austrittstemperatur der Verbrennungsluft aus dem Vorwärmer konstant gehalten wird.

Ferner ist es zweckmässig, die Laständerungen der Gasturbine überwiegend über die Verbrennungsluftmenge zu regeln.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gasturbinenanlage mit Vorwärmer,

Fig. 2 ein Diagramm Massendurchsatz und Temperaturverlauf in Funktion der Last.

Die dargestellte Gasturbinenanlage besteht im wesentlichen aus zwei Teilturbinen, einem Niederdruckteil 8 und einem Hochdruckteil 6, denen je eine, unmittelbar dem Turbinengehäuse 23 aufgesetzte Brennkammer 5,9 zugeordnet ist. Niederdruck- und Hochdruckbeschaufelung der Turbine sitzen auf einer gemeinsamen Welle 14. Mit 1 ist ein der Gasturbinenanlage zugeordneter Vorwärmer bezeichnet, in welchen bei 2 ein Arbeitsmedium, im vorliegenden Fall Luft, beispielsweise aus einem (nicht dargestellten) Luftspeicher eintritt, wobei die Luft eine verhältnismässig niedrige Temperatur aufweist. Die Luft wird im Vorwärmer erhitzt und über eine Luftzuführung 3 in das Hochdruck-Gehäuse 4 der Gasturbine geleitet, wo sie dessen Innenwand umspült, bevor sie in eine Hochdruckbrennkammer 5 gelangt, wo sie auf die Eintrittstemperatur der Hochdruckturbine 6 aufgeheizt wird. Nach dem Durchströmen der Hochdruckturbine 6 tritt das Arbeitsmedium in das Gehäuse 7 der Niederdruckturbine 8 ein. Hier umspült das Arbeitsmedium die Innenoberflächen des Gehäuses 7, bevor es in die Niederdruckbrennkammer 9 gelangt. Die Abgase werden in Pfeilrichtung aus dem Abgasaustritt 10 durch den Vorwärmer 1 geleitet, wo sie die in der Berohrung 11 strömende Ansaugluft erwärmen. Zur Mengenregelung des Arbeitsmediums ist ein Regelorgan 13 in der Zuleitung zur Hochdruckturbine vorgesehen. Bedingt durch die Tatsache, dass die Hochdruckturbine 6 und die Niederdruckturbine 8 auf der gemeinsamen Welle 14 angeordnet sind, wobei sich die Axialschübe beider Beschaufelungen addieren, ist ein Ausgleichskolben 15 auf der Welle 14 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Anordung ist folgende:

Für den Vollastpunkt der Gasturbinenanlage werden die Temperaturen des Arbeitsmediums so eingestellt, dass sie sowohl im Hochdruck-Gehäuse 4, als auch im Gehäuse 7 der Niederdruckturbine 8 gleich sind, d.h. beide Gehäuse werden auf die gleiche Temperatur aufgeheizt. Jede Leistungsänderung der Gasturbinenanlage wird primär über das Regelorgan 13 und sekundär durch Veränderung der Austritts-Temperaturen aus der Hochdruck- 5 und Niederdruckbrennkammer 9 vorgenommen.

Bei einer beispielsweisen Leistungsreduzierung der Gasturbinenanlage auf etwa 50% der Nennleistung wird das Regelorgan 13 teilweise geschlossen, so dass der Durchsatz auf etwa 55-60% vom Nenndurchsatz verringert wird. Dadurch reduziert sich das Druckverhältnis an der Niederdruckturbine 8 ebenfalls auf etwa die Hälfte, während das Druckverhältnis an der Hochdruckturbine 6 annähernd gleich bleibt. Die Regelung der Kraftstoffzuführung in der Hochdruckbrennkammer 5 erfolgt nun derart, dass auch bei Halblast die Temperatur des Gases nach der Entspannung in der Hochdruckturbine beim Eintritt in das Gehäuse 7 der Niederdruckturbine 8 gleich ist wie bei Vollast. Über eine Regelung der Kraftstoffzufuhr in die Niederdruckbrennkammer 9 kann die Abgastemperatur der Niederdruckturbine 8 so eingestellt werden, dass die Eintrittstemperatur des Arbeitsmediums in das Hochdruck-Gehäuse 4 gleich ist wie bei Vollast. Dadurch wird gewährleistet, dass die Temperaturen des Hochdruck-Gehäuses 4 und des Niederdruck-Gehäuses 7 gegenüber dem Vollastbetrieb gleich bleiben, wodurch zusätzlich Wärmespannungen in den Gehäusen vermieden werden.

Aus dem in der Fig. 2 dargestellten Diagramm geht der grundsätzliche Verlauf der Temperaturen in der Gasturbinenanlage in Funktion der Last hervor, wobei die Temperaturen mit ausgezogenen, der Massenstrom mit strichlierten Linien aufgetragen sind. Auf der Abszisse ist die Last aufgetragen, auf der einen Ordinate die Temperatur und auf der anderen der Massenstrom. Der Kurvenzug 2' stellt die Eintrittstemperatur der Kühlluft in den Vorwärmer dar. Die

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Kurve 3' bezeichnet die Eintrittstemperatur der Verbren- massnahme ansteigen würde. Desgleichen ändert sich bei nungsluft in das Hochdruckgehäuse nach ihrer Vorwärmung. Teillast die Wärmedurchgangszahl im Vorwärmer 1. Aus Fig. In der Brennkammer 5 (Fig. 1) wird die Verbrennungsluft auf 2 ist ersichtlich, dass wegen der Verkleinerung des Druckver-die Temperatur 5' erhitzt und wird anschliessend in der häitnisses in der Niederdruckturbine 8 bei Teillast die Ein-Hochdruckturbine 6 auf die Temperatur 7' expandiert, s trittstemperatur in die Niederdruckturbine 8 abgesenkt welche erfindungsgemäss gleich gross ist wie die Eintrittstem- werden muss, um annähernd gleichbleibende Austrittstempe-peratur 3 '. In der Niederdruck-Brennkammer 9 wird die raturen zu erzielen. Die Gastemperaturen am Hochdruckge-bereits teilweise mit Abgasen versetzte Luft auf die Tempe- häuse 4 und am Niederdruckgehäuse 7 können in einem ratur 9' erhitzt und expandiert in der Niederdruckturbine 8 weiten Bereich konstant gehalten werden. Bei der erfindungsauf die Austrittstemperatur 10'. io gemässen Regelung ist es demnach möglich, die konstante

Bei Teillast ist zu beachten, dass bei Verkleinerung des Gehäuse-Wandtemperatur bei Teillast nur über die Verwen-

Massenstromes die Abgastemperatur bei 10 ohne Gegen- dung einer separaten Hochdruckbrennkammer zu erzielen.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

629571 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage, welche turbinenseitig einen Hoch- und einen Niederdruckteil aufweist, denen je eine Brennkammer vorgeschaltet ist, und bei welchem die Verbrennungsluft vorgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft vor dem Eintritt in die Hochdruck-Brennkammer (5) zunächst im Vorwärmer (1) erwärmt und dann das Hochdruck-Gehäuse (4) an seinen Innen Wandungen bespült und damit erwärmt, wobei die Austrittstemperatur nach der Entspannung im Hochdruckteil (6) so eingestellt wird, dass sie gleich ist wie die Eintrittstemperatur der Verbrennungsluft in das Hochdruckgehäuse (4), und dass weiterhin unabhängig von Laständerungen die Austrittstemperatur der Verbrennungsluft aus dem Vorwärmer (1) konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laständerungen der Gasturbine überwiegend über die Verbrennungsluftmenge geregelt werden.