CZ68193A3

CZ68193A3 - Process of operating a gas turbo-set

Info

Publication number: CZ68193A3
Application number: CZ93681A
Authority: CZ
Inventors: Hans Ulrich Ing Frutschi
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1993-11-17
Also published as: EP0566868B1; JPH0610706A; JP3340505B2; DE4213023A1; CA2093185A1; DE59301700D1; US5386687A; EP0566868A1; KR930021925A

Description

Vynález si klade za úkol odstranit uvedená ne iostatky. Tak jak je vynález vyznačen v patentových nárocích, si klade za úkol navrhnout u způsobu v úvodu uvedeného druhu opatření, která by ochlazováním jedná nebo více struktur plynového turbosoustrojí přinesla zvýšení hospodárnosti a v

minimalizaci emisí škodlivých látek, přičemž by odstraňovala výše uvedená nedostatky.

Podstatná výhoda vynálezu spočívá v tom, že ochlazování struktur, tedy například zdroje tepla na nízkotlaké straně, nízkotlaké turbiny atd. se uskutečňuje určitým množstvím spalin z vysokotlaké turbiny, přičemž tento dílčí plynový proud před svým nasazením se s výhodou vede výměníkem tepla, který je protékán proudem chladicího vzduchu z plynového turbosoustrojí nebo ze vzdušníkovám ústrojí·

Dále je bez problémů možné aktivovat jako chladicí médium pro výměník tepla množství páry z parního okruhu.

Další možnost spočívá v tom, že se ochlazování dílčího plynového proudu uskutečňuje přímo vstřikováním vody a/nebo páry.

Další výho’u vynálezu je třeba spatřovat v tom, že ochlazovaní struktury plynového turbosoustrojí jsou protékány dílčím plynovým proudem paralelná nebo sériově.

Výhodná a účelná další vytvořeni řešení úkolu podle vy nálezu jsou vyznačena v dalších patentových nárocích.

Přehled_obrázku_na_výkřese

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladu provedení ve spojení s výkresovou částí. Všechny elementy, které nejsou potřebné pro bezprostřední porozumění vynálezu jsou vynechány. Směr proudění médií je označen šipkami.

Na obr. je schematicky znázorněno zapojení, u kterého se uskutečňuje chlazení nízkotlaké turbiny spalinami vysokotlaké turbiny.

\a obr. je znázorněna plynová turbina se vzdušníkem, sestávající z plynového turbosoustrojí 32, vzdušníkového ústrojí Ji a z parního oběhu 33, ve které se ve smyslu kombinovaného zařízení kaloricky využívají spaliny z plynového turbosoustrojí 32. kompresorova skupina v plynovém turbosoustro jí 32, sestávající z prvního kompresoru la , ze druhého kompresoru lb a z mezi nimi zapojeného mezilehlého chladiče 2» stlačuje nasávaný vzduch 3 a dopravuje jej prostřednictvím vzduchového potrubí 4 do podzemní dutiny _ó vzdušníkového ústrojí 34, lato doprava stlačeného vzduchu do podzemní dutiny 3 se uskutečňuje prostřednictvím dalšího vzduchového potrubí 6, které odbočuje od prvního vzduchového potrubí 4. 'vzduchové [.Otrubí 4 rovněž vytv ří dopravní pás k prvnímu zdroji 7. tepla plynového turbosoustrojí 32, přičemž řada regulačních orgánů přejímá provozní pro nojování potrubí 4, tj mezi sebou. Nejprve má vzducíiovo potrubí ó k podzemní dutině ó bezprostředně za jeho odbočkou od prvního vzduchového potrubí 4 regulační orgán 8, přičemž ve směru proti proudu a ve směru po proudu od něj jsou upra vény dva další regulační orgány 9, 10, které zajištují připojitelnost odpovídajících potrubí. Doprava stlačeného vzduchu do podzemní dutiny 5 se uskutečňuje, když je regulační orgán 8 v dalším vzduchovém potrubí 6 a první regulační orgán 9 v prvním vzduchovém potrubí 4 otevřený, zatímco druhý regulační orgán 10 v prvním vzduchovém potrubí 4 zůstává uzavřen, uzavřením regulačního orgánu 3 v dalším vzduchovém potrubí 6 a současným otevřením obou regulačních orgánů 9, 10 v prvním vzduchovém potrubí 4 se zařízení propojí a provozuje jako čisté plynové turbosoustrojí 32. řo pr »udu za regulačním orgánem _S v potrubí 6 k podzemní. dutině £ působí výměník 11 tepla, který je prostřednictvím potrubního systému 12 spojen s akumulátorem 13 tepla. Tento akumulátor 13 přejímá zhutnovaeí entalpii posledního stupně kompresoru lb, přičemž kompresory jsou poháněny elektrickým strojem 14, který pracuje jako motor, a tak odebírají akumulovatelnou energii ze sítě. V akumulátoru 13 tepla obsažená zhutnovaeí entalpio se v>- vybíjecím provo zu opět přivádí do studeného zásobního vzduchu, čímž se zvy suje práceschopnost. Ukázalo se, že další zvýšeni teploty pracovního prostředí prostřednictvím zdroje tepla, provozovaného plynným palivem, ještě iále podstatně zvyšuje pracovní schopnost, což má značné ekonomické výhody, protože potřebné přídavné investice jsou ve srovnaní s pracovním ziskem malé. Teprve tak je vůbec mezní rentabilně provozovat elektrárnu se zásobníkem vzduchu, tedy vzdušníkem. Přitom je třeba brát zřetel na tu skutečnost, že abv se udržely náklady na podzemní dutinu _5 co nejnižs.í, je třeba využívat co nejvyšší tlak vzduchu, což je zpravidla 50 až 70 barů. Takový vysoký tlak však příznivě ovlivňuje vznik NO v prvním zdroji 1_ tepla, který je ve směru proti proudu těmito horkými plyny ovlivňované vysokotlaké turbiny 15 což je z ekologického hlediska nepřípustné. Fomoc lze zde vytvořit využitím vhodných prostředků, například vháněním amoniaku na vhodném místě.

Naopak je třeba ještě pamatovat n_a skutečnosti, týkající se ochlazování kaloricky zatížených agregátů plynového turbosoustroji 32. Na obrázku je znázorněno zapojení, u kterého se uskutečňuje ochlazování nízkotlaké turbiny 19 spalinami z vysokotlaké turbiny 15. Prostřednictvím potrubí 17 chladicího plynu se z vysokotlaké turbiny _l£ ^ve vhodném místě 16 odběru chladicího plynu odebírá dílčí plynový proud a přivádí se do výměníku 20 tepla. Zbývající, převážně spalinový proud plynu z vysokotlaké turbiny 15 se vede do dalšího přiřazeného zdroje 13 tepla, ve kterém se uskutečňuje nová kalorická úprava, před tím, než tento pracovní plyn působí na nízkotlakou turbinu 13. uvedený výměník 20 teplu působí v prvním vzduchovém potrubí 4, přičemž se zde pro účely chlazení jeňt'· příliš horký proud 17 sp.qin ochlazuje výměnou tepla na relativně chladním stlačeném vzduchu 4. Výměník O tepla může byt samozřejmé upraven také v dílčím proudu vzduchového potrubí 4, který >e v souladu s tím potom více ohřívá. Tento relativně značně předehřátý pracovní vzduch muže být potom pro-»tře ^!nictvíu neznázorněného potrubí na vhodném ...íste uřivá.lčn do z Ire je 7 tepla na vysokotluk'' straně. řř i tou; je třeba brat zřetel na tu skutečnost, že vzduchovým potrubím -í_ proudící vzduch má relativní· nízké teploty. Jak v propojeném provozním stavu plynového turl>o soust, o j i. 32, tak i ve vy prázdno vae úu provozu v žlučníkového Asi.ojí 14 lze provozovat výměník o teplu s relativ-v stu’eným prou.iem vzduchové hmoty. '·' propojené.» provozu plynového turbosoustrojí 32 zabezpečuje mezilehlé chlazení v

v kompresorové skupině, které so uskutečňuje prostřednictvím mezilehlého chladiče 2, že teplotní hladina zůstává v

nízká. Ve vyprazdnovacím procesu vzdušníkového ústrojí 34 je teplotní úroveň zhruba 200 C, což je podstatné pod obvyklou úrovní teplot chladicího vzduchu o hodnotě 330 100 °C. Aby se zvýšil tlakový spád chladicího proudu, odebírá se pro chladicí účely různých struktur plynového turbosoustrojí 32 z vysokotlaké turbiny 13 odebírané dílčí chladicí plynové množství 17 s výhodou před expanzním koncem této vysokotlaké turbiny 13, což důle symbolizuje odběrové potrubí 2 7. uvedené struktury je přitom možné zapojit paralelně nebo sériově, a to vždy podle kalorického stupně zatížení a chladicího potenciálu dílčího chladicího plynového množství i7. tři paralelním zapojení se rozděluje proud 2 3 dílčího chladicího plynu, například za dmýchadlem 23 pro zvýšení tlaku, do dvou proudu, z nichž jeden protéká pro zajištění chlazení nízkotlaké turbiny le a druhý proud ~ Ja protéká zdrojem 1b tepla na nízkotlaké straně, i teto konfigurace je regulační or^án lúb, upraveny ve směru proti proudu od nízkotlaké turbiny 1ύ otevřený, zatímco regulační organ lua, uprav ony po přibudu od: zdroje ].□. tepla, je uzavřen, vři sériovém zapojení je regulační orgán lob uzavřen. dílčí i rou ’ 2j chladicího nivou proudí potrubí.» 2Jn ke zdroji 1 o tepla a potom prostřednictví... dalšího [Otrubí 23b k nízkotlaká turbině 1J. Je jasné, že při posle lne uvedená konfiguraci je regulační orgán lua upravený po proudu za zdrojem le t<pLa, otevřený, bale je zře jm; _t že chladicí technika v zdroji 13 tepla so řídí způsobem cniazoní struktur, to znamená, zda se chladí paralelně nebo sériově. Tlakové spády tohoto dílčího proudu chladicího plynu lze také dosáhnout prostřednictvím dmýchadla 26 pro zvýšení tlaku, které se umístí kdekoli v přívodu 23 chlazeného proudu spalin, tedy chladicího vzducau 21 turbiny, k nízkotlaká turbině 19, s výhodou v nejchladnějším místě tohoto přívodu 2 3. iiimoto je bez dalšího možné umístit uvedený výměník 20 tepla místo ve vzduchovém potrubí 4 v proudu 31 paliva, a to zejména tehdy, když se jedná o plynné palivo, kde také působí, čímž se současně uskuteční ohřev uvedeného paliva. Jituoto je také možné u neznázorněné varianty umístit výměník 20 tepla v hlavním nebo ve vedlejším proudu parního oběhu. Zpětné ochlazování proudu spalin k potrubí 23 lze také uskutečnit alternativně nebo kumulativně k výměníku 20 tepla vháněním určitého množství páry 24 nebo vstřikováním určitého množství vody, přičemž je potom v určitých případech možné bez dalších úprav vůbec nepoužít výměník 20 tepla. Posledně uvedeným opatřením se vytváří zvětšení proudu chladicího me-din pro nízkotlakou turbinu 1.), takže- je třeba škrtit odběr na expanzním konci j_jj. Vhánění vody nebo páry Ji se z hlediska množství uskutečňuje výhodně v malém množství, protože kromě ztráty vody představuje také snížení účinnosti. Jinak však nelze neuvést, že se tímto opatřením zvyšuje vytvářený elektrický výkon. Při vhánění páry 21 lze prostřednictvím ejektoru nebo směšovacího ...ústa 2 5 realizovat maximální požadované zvýši ní tlaku pro rozdělení chladicího plynu v nízkotlaká turbině 19. Vháněná pára 34 může být libovolného původu·. Výhodný je její odběr z kotle 29 na odpadní teplo nebo z parní turbiny 30 parního oběhu 33, přičemž takový parní oběh je popsán například v 2t-31-5 150 3-iO. Snížení teploty v proudu 17 spalin na úroveň potřebnou pro ochlazování nízkotlaká turbiny 19 lze uskutečnit také přimícháváním chladnějšího vzduchu, které se může uskutečnit prostřednictvím vodního nebo parního potrubí 24. V propojeném provozu plynového turbosoustrojí 32 se tento vzduch s výhodou odebírá na vhodném místě 28 odběru v kompresoru lb. Samozřejmě se tento odběr může uskutečňovat také ze vzduchového potrubí 4, přičemž zde dojde také k využití funkce ejektoru 25 pro zvýšení tlaku chladicího vzduchu. Čisticí ústro jí 2 2, které je upraveno v přívodu 23 proudu spalin k nízko tlaké turbině 19, zabezpečuje, že podle použitého paliva lze dočištovat turbinová spaliny, využitá pro chlazení. Další, zejména u kombinovaných zařízení příznivé řešení chlazení turbin a zdro ňš teplu, lze uskutečnit párou, řalivo 31, která je potřebná pro napájeni na vysokotlaká straně upravené ho zdroje 7, tipla a na nízkotlaká straně upraveného zdroje IS tepla se pro zajištění minimalizace energetických ztrát pře 'ohřívá pokud možno v protiproudu ke spalinám v kotli 23 na odpadní teplo parního procesu j j, pokud se, jak bylo výše popsáno, nepoužívá pro zpětná chlazení turbinového chladicího vzduchu -1.

-y-

Claims

1. Způsob provozu plyového turbosoustro j í s nebo bez integrovaného parního procesu, sestávajícího v podstatě z nejméně jednoho kompresoru, nejméně jein· plynová turbiny a nejméně jednoho elektrického stroje, přičemž při rozdělení plynové turbiny do více nezávislých tlakových stupňů se ve směru proudění přel první plynovou turbinou provozuje první zdroj tepla a za první plynovou turbinou provozuje druhý zdroj tepla, vyznačující se tím, že pro chlazení jedné nebo více kaloricky zatížených struktur plynového turbosoustrojí se z vysokotlaké turbiny odebírá dílčí hmotový proud, že se tento dílčí hmotový proud přímo a/nebo nepřímo ochlazuje chladnějším prostředím a následně se vede skrz chladicí struktury.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dílčí hmotový proud so pro ochlazovaní vede výměníkem tepla, který je protékán proudem vzduchu.

d. Způsob podle nároku 2, vyznačující s o tím, že prou., vzduchu pochází ze skupiny kompresorů plynového turbosoustrojí a/nebo ze vzdušnicového ústrojí.

i. Způsob podle nároku 1, v y z n a č u j í e i s o t 1 m , že dílčí hmotový proud se pro ochlazení vele výměníkem tepla, který je protékán hlavním nebo dílčím proudem parního oběhu.

3. Způsob podle nároku 1, v y z n a č u jí c í s e t í m , že dílčí hmotový proud se pro ochlazení ve ie výměníkem tepla, který je protékán proudem paliva.

- 11 Způsob padl nároku 1, v že dílčí hmotový proud se ba páry.

y z n a č u ochlazuje v í c i S O i kováním vody n/ne-

í · Z ρ 11 s o b podle auro ku 1, vy z n a č u i í r* i. s/ í se tím > že ochlazován ' stru ktury se z. i po jí paral elu. nebo sériově. S. Způsob podle nároků 1 a 6, v y z n a č t- j ící se

t í tli , ie ochlazovaný dílčí hmotový proud se vede na nízkotlaké straně upravený.n zdrojem tepla a nízkotlakou turbinou.

3, Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dílčí hmotový proud se před průtokem ochlazovanými strukturami vede čisticím ústrojím.

11. Způsob podle nároku i, v v z n a č u j í c í se t í m , žc dílčí hmotový proud se před průtokem ochlazovanými strukturami vele skrz ejextor a/nebo dnr chalio.