Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung der thermisch bela
steten Strukturen einer Kraftwerksanlage gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aus EP-A1-0 795 685 ist eine mehrstufige Gasturbine mit einer Dampfkühlung
bekanntgeworden. Das hier zur Anwendung gelangende Verfahren geschieht in
der Weise, dass mindestens ein Teil des mittelbar oder unmittelbar im Abhitze
dampferzeuger erzeugten Dampfes zur Kühlung der thermisch belasteten Struktu
ren ebendieser Gasturbine eingesetzt wird. Dabei ist dieser Dampf von verschie
dener Aufbereitungsstufe: Während der Hochdruckdampf die hochdruckseitigen
Strukturen der Gasturbogruppe kühlt, wird Mitteldruckdampf für die Kühlung der
niederdruckseitigen Strukturen eingesetzt. Nach erfolgter Kühlung wird die jeweilige
Kühldampfmenge in einen Arbeitsluftstrom des Gasturbinenprozesses einge
leitet. Diese Ausrichtung zur Kühlung von thermisch belasteten Strukturen einer
Gasturbine hat hinsichtlich Zuführung eines Mediums mit maximiertem Kühlpoten
tial zweifelsohne ihre Richtigkeit, weist doch Dampf ein höheres Kühlpotential ge
genüber Luft auf. Indessen, fällt die Dampfzuführung in qualitativer und quantitati
ver Hinsicht aus irgendeinem Grund aus, so ist man unmittelbar mit einer nicht
mehr ohne weiteres beherrschbaren Situation konfrontiert, welche eine schwer
wiegende Havarie auslösen kann, auch im Hinblick darauf, dass die Reaktions
zeiten um hier Remedur zu bieten in allen Fällen äusserst kurz ausfallen.
Weiter ist aus der EP-A1-0 978 635 ein Verfahren zur Kühlung der thermisch be
lasteten Strukturen einer Kraftwerksanlage bekannt. In diesem Verfahren wird teil-
und endverdichtete Verdichterluft mit Dampf gemischt und zur Kühlung von ther
misch belasteten Strukturen einer Kraftwerksanlage eingesetzt. Bei derartigen
Gasturbinen kann der Kühlluftstrom bis zu 20% des vom Verdichter angesaugten
Luftstroms ausmachen. Zur Aufrechterhaltung der Kühlluftströmung kann ein er
forderlicher Druckabfall einen Exergieverlust und somit einen Leistungs- und Wir
kungsgradverlust bedeuteten. Weil sich bei nicht auslegungsgemässen Betriebs
bedingungen die Drücke der teilverdichteten Luft verschieben, kann es zu einem
Rückströmen der erhitzten Kühlluft zum Kompressor kommen, was verheerende
Folgen für die Maschine haben würde. Umgekehrt kann es auch passieren, dass
es bei einem zu starken Druckanstieg zu einer Überkühlung kommen würde. Zur
Verhinderung müsste eine Drosselung der Kühlluft eingesetzt werden. Eine solche
Drosselung dieses relativ grossen Teilluftstroms des Kreisprozesses würde die
oben genannten Verluste unnötig erhöhen. Eine aufwendigere Entnahmegeome
trie zur Umschaltung auf verschiedene Druckniveaus ist jedoch viel zu aufwendig.
Darstellung der Erfindung
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
bei einem Verfahren der eingangs genannten Art den Druck teilverdichteter Kühl
luft während des Betriebs auf einfache Art zu regeln.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren gemäss dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass der Druck oder der Massenstrom der teilver
dichteten Luftmenge durch Einspritzen von Wasser in den Verdichter oder in den
Ansaugstrom des Verdichters stromauf der Entnahmestelle der teilverdichteten
Luftmenge geregelt wird.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Kühlpotential in
zweifacher Hinsicht erhöht wird: Zum einen bewirkt die Einspritzung eine innere
Kühlung der Verdichterluft und erhöht somit die Wärmeaufnahmekapazität der
Kühlluft. Zum anderen kann der Druck der teilverdichteten Kühlluft auf einfache
Weise in einem Regelkreis geregelt werden. Der Sollwert des Drucks oder der
Sollwert des Massenstroms der teilverdichtete Luftmenge kann vorteilhaft in Ab
hängigkeit einer Betriebskenngrösse (Leistung, Temperatur etc.) der Kraftwerk
sanlage dynamisch bestimmt werden.
Vorteilhaft kann zur Regelung des Abnahmedrucks der Kühlluft zusätzlich zur
Wassereinspritzung auch der Verdichteransaugstrom durch Öffnen oder Schlie
ssen der Verdichterleitreihe eingestellt werden. Im Rahmen der Erfindung ist es
prinzipiell auch denkbar, Wasser hinter eine oder zwischen zwei oder mehrere
verstellbare Verdichterstufen stromauf der Entnahmestelle der teilverdichteten
Luftmenge einzuspritzen. Durch diese zwei einfache Massnahmen kann der Mas
senstrom durch den Verdichter, damit die Druckverteilung in dem Verdichter und
somit auch der Abnahmedruck der Kühlluft verbessert geregelt werden.
Selbstverständlich kann Wasser an mehreren Stellen stromauf der Entnahme
stelle der teilverdichteten Luftmenge eingespritzt werden. Um den Effekt der inne
ren Kühlung der Kühlluft noch zu verstärken kann nach Abnahme der teilverdich
teten Luft in die Luft zusätzlich Wasser eingespritzt werden.
Die Kühlluft kann nach erfolgter Kühlung an geeigneter Stelle in den Gasturbinen
prozess eingeleitet werden. Vorteilhaft wird die Gasturbogruppe mit einer sequen
tiellen Verbrennung betrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Schaltung einer Gasturbine mit sequentieller
Verbrennung darstellt und
Fig. 2 ein T-s-Diagramm der erfindungsgemässen Kühlluftabnahme zeigt.
Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente
sind fortgelassen worden. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen ange
geben.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Fig. 1 zeigt eine Gasturbogruppe mit sequentieller Befeuerung. Hinsichtlich der
zum Einsatz gelangenden Brennstoffe zum Betreiben der Brennkammern ist fol
gendes zu sagen: Der notwendige Brennstoff kann beispielsweise durch eine mit
der Gasturbogruppe zusammenwirkende Kohlenvergasung bereitgestellt werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die zum Einsatz gelangenden Brennstoffe
aus einem Primärnetz zu beziehen. Wird die Versorgung eines gasförmigen
Brennstoffes zum Betrieb der Gasturbogruppe über eine Pipeline beigestellt, so
kann das Potential aus der Druck- und/oder Temperaturdifferenz zwischen Pri
märnetz und Verbrauchernetz für die Belange der Gasturbogruppe, oder allge
mein der Anlage, durch geeignete Massnahmen rekuperiert werden. Die Gastur
bogruppe als autonome Einheit besteht aus einem Verdichter 1, welcher aus zwei
Verdichterteilen 11, 12 aufgebaut ist, einer dem Verdichter 1 nachgeschalteten er
sten Brennkammer 2, einer dieser Brennkammer 2 nachgeschalteten ersten Tur
bine 3, einer dieser Turbine 3 nachgeschalteten zweiten Brennkammer 4 und ei
ner dieser Brennkammer 4 nachgeschalteten zweiten Turbine 5. Die genannten
Strömungsmaschinen 1, 3, 5 weisen eine einheitliche Rotorwelle 15 auf, welche
durch eine nicht ersichtliche Kupplung mit einem Generator 14 gekoppelt ist. Die
se Rotorwelle 15 ist vorzugsweise auf zwei nicht gezeigten Lagern gelagert, wel
che vorzugsweise kopfseitig des Verdichters 1 und stromauf der zweiten Turbine 5
angeordnet sind. Der Ansaugstrom 6 des Verdichters strömt nach dessen Verdichtung
vorzugsweise in ein nicht gezeigtes Gehäuse, das in sich den Verdich
teraustritt und die erste Turbine 3 einschliesst. In diesem Gehäuse ist auch die
erste Brennkammer 2 untergebracht, welche vorzugsweise als zusammenhän
gende Ringbrennkammer ausgebildet ist und worin die verdichtete Luft 7 ein
strömt. Selbstverständlich kann die verdichtete Luft zum Betrieb der ersten Brenn
kammer 2 aus einer nicht gezeigten Luftspeicheranlage beigestellt werden. Die
Ringbrennkammer 2 weist kopfseitig, auf den Umfang verteilt, eine Anzahl von
nicht näher dargestellten Brennern auf, welche für die Verbrennung besorgt sind.
An sich können hier Diffusionsbrenner zum Einsatz gelangen. Im Sinne einer Re
duzierung der Schadstoff-Emissionen, insbesondere was die NOx-Emissionen
betrifft, und zur Steigerung des Wirkungsgrades ist es vorteilhaft, eine Anordnung
von Vormischbrennern gemäss EP-0 321 809 B1 vorzusehen, wobei der Patent
gegenstand aus dieser Druckschrift einen integrierenden Bestandteil dieser Be
schreibung darstellt; darüber hinaus gilt dies auch hinsichtlich der dort beschrie
benen Art der Brennstoffzuführung und der Zusammensetzung der Verbren
nungsluft, beispielsweise mit einem rückgeführten Rauchgas angereichert, die in
der vorliegenden Fig. 1 über die Brennstoffzuführungen 12 resp. 13 zur Anwen
dung gelangen kann. Bezüglich Art der Zuführung und der Zusammensetzung der
Verbrennungsluft gilt dies auch für die zweite Brennkammer 4. Was die Anord
nung der genannten Vormischbrenner in Umfangsrichtung der Ringbrennkanner 2
betrifft, so kann eine solche bei Bedarf von der üblichen Konfiguration gleicher
Brenner abweichen, stattdessen können unterschiedlich grosse Vormischbrenner
zum Einsatz kommen. Dies geschieht vorzugsweise so, dass jeweils zwischen
zwei grossen Vormischbrennern ein kleiner Vormischbrenner gleicher Konfigurati
on disponiert ist. Die grossen Vormischbrenner, welche die Funktion von Haupt
brennern erfüllen, stehen zu den kleinen Vormischbrennern, welche die Pilotbren
ner dieser Ringbrennkammer 2 sind, bezüglich der sie durchströmenden Verbren
nungsluft, also im Normalfall der verdichteten Luft 7 aus dem Verdichter 1, in ei
nem Grössenverhältnis, das fallweise festgelegt wird. Im gesamten Lastbereich
der Ringbrennkammer 2 arbeiten die Pilotbrenner als selbstgängige Vormisch
brenner, wobei die Luftzahl fast konstant bleibt. Die Zu- oder Abschaltung der
Hauptbrenner erfolgt nach bestimmten anlagespezifischen Vorgaben. Weil die
Pilotbrenner im ganzen Lastbereich bei idealem Gemisch gefahren werden können,
sind die NOx-Emissionen auch bei Teillast sehr gering. Bei einer solchen
Konstellation kommen die umlaufenden Stromlinien im Frontbereich der Ring
brennkammer 2 sehr nahe an die Wirbelzentren der Pilotbrenner heran, so dass
eine Zündung an sich nur mit den Pilotbrennern möglich ist. Beim Hochfahren wird
die Brennstoffmenge 12, die über die Pilotbrenner zugeführt wird, soweit gestei
gert, bis die Pilotbrenner ausgesteuert sind, d. h. bis die volle Brennstoffmenge zur
Verfügung steht. Die Konfiguration wird so gewählt, dass dieser Punkt den jeweili
gen Lastabwurfbedingungen der Gasturbogruppe entspricht. Die weitere Lei
stungssteigerung erfolgt dann über die Hauptbrenner. Bei der Spitzenlast der Ga
sturbogruppe sind sonach auch die Hauptbrenner voll ausgesteuert. Weil die
durch die Pilotbrenner injizierte Konfiguration "kleiner" heisser Wirbelzentren zwi
schen den von den Hauptbrennern stammenden "grossen" kühleren Wirbelzen
tren extrem instabil ausfällt, wird auch bei mager betriebenen Hauptbrennern im
Teillastbereich ein sehr guter Ausbrand mit zusätzlich zu den NOx-Emissionen
niedrigen CO- und UHC-Emissionen erreicht, d. h. die heissen Wirbel der Pilot
brenner dringen sofort in die kleinen Wirbel der Hauptbrenner ein. Selbstverständ
lich kann die Ringbrennkammer 2 aus einer Anzahl einzelner rohrförmiger Brenn
räume bestehen, welche allenfalls schrägringförmig, bisweilen auch schrauben
förmig, um die Rotorachse angeordnet sind. Diese Ringbrennkammer 2, unab
hängig von ihrer Auslegung, wird und kann geometrisch so angeordnet werden,
dass sie auf die Rotorlänge praktisch keinen Einfluss ausübt. Auf die daraus re
sultierenden Vorteile aus einer solchen Disposition, wird weiter unten näher ein
gegangen. Die Heissgase 8 aus dieser Ringbrennkammer 2 beaufschlagen die
unmittelbar nachgeschaltete erste Turbine 3, deren kalorisch entspannende Wir
kung auf die Heissgase 8 bewusst minimal gehalten wird, d. h. diese Turbine 7
wird demnach aus nicht mehr als ein bis zwei Laufschaufelreihen bestehen. Bei
einer solchen Turbine 3 wird es nötig sein, einen Druckausgleich an den Stirnflä
chen zwecks Stabilisierung des Axialschubes vorzusehen. Die in Turbine 3 tei
lentspannten heissen Abgase 9, welche unmittelbar in die zweite Brennkammer 4
strömen, weisen aus dargelegten Gründen eine recht hohe Temperatur auf, vor
zugsweise ist sie betriebsspezifisch so auszulegen, dass sie sicher noch um
1000°C beträgt. Diese zweite Brennkammer 4 hat im wesentlichen die Form eines
zusammenhängenden ringförmigen axialen oder quasi-axialen Zylinders; sie kann
selbstverständlich auch aus einer Anzahl axial, quasi-axial oder schraubenförmig
angeordneten und in sich abgeschlossenen Brennräumen bestehen. Was die
Konfiguration der ringförmigen, aus einem einzigen Brennraum bestehenden
Brennkammer 4 betrifft, so sind in Umfangsrichtung dieses ringförmigen Zylinders
mehrere Brennstofflanzen disponiert, wobei sie selbstverständlich über eine nicht
gezeigte Ringleitung miteinander verbunden sein können. Diese Brennkammer 4
weist an sich keinen Brenner auf: Die Verbrennung des in die aus der Turbine 3
kommenden heissen Abgase 9 eingedüsten Brennstoffes 13 geschieht hier durch
Selbstzündung, soweit freilich das Temperaturniveau eine solche Betriebssart
zulässt. Ausgehend davon, dass die Brennkammer 4 mit einem gasförmigen
Brennstoff, also beispielsweise Erdgas, betrieben wird, muss für eine Selbstzün
dung eine Temperatur der heissen Abgase 9 aus der Turbine 3 um die 1000°C
vorherrschen, und dies selbstverständlich auch bei Teillastbetrieb, was für die
Auslegung dieser Turbine 3 eine ursächliche Rolle spielt. Um die Betriebssicher
heit und einen hohen Wirkungsgrad bei einer auf Selbstzündung ausgelegten
Brennkammer zu gewährleisten, ist es eminent wichtig, dass die Flammenfront
ortsmässig stabil bleibt. Zu diesem Zweck werden in dieser Brennkammer 4, vor
zugsweise an der Innen- und Aussenwand, in Umfangsrichtung disponiert, eine
Reihe von in der Figur nicht gezeigten Wirbel-Generatoren vorgesehen, welche in
Strömungsrichtung vorzugsweise stromauf der Brennstofflanzen angeordnet sind.
Die Aufgabe dieser Wirbel-Generatoren besteht darin, Wirbel zu erzeugen, in wel
che dann der Brennstoff eingegeben wird, und welche dann weiter stromauf eine
stabilisierende Rückströmzone induzieren, analog derjenige aus den Vormisch
brennern in der Ringbrennkammer 2. Da es sich bei dieser zweiten Brennkammer
4, aufgrund der axialen Anordnung und der Baulänge, um eine Hochgeschwindig
keitsbrennkammer handelt, deren mittlere Geschwindigkeit grösser ca. 60 m/s
beträgt, müssen die wirbelerzeugenden Elemente, also die Wirbel-Generatoren,
strömungskonform ausgebildet sein. Anströmungsseitig sollen diese vorzugsweise
aus einer tetraederförmigen Form mit anströmungsschiefen Flächen bestehen.
Die wirbelerzeugenden Elemente können, wie bereits erwähnt, entweder an der
Aussenfläche oder an der Innenfläche der Brennkammer 4 plaziert sein, oder bei
derorts wirken. Die schiefen Flächen zwischen den aussenliegenden und innen
liegenden wirbelerzeugenden Elementen sind vorzugsweise spiegelbildlich angeordnet,
dergestalt, dass der Durchflussquerschnitt in der Brennkammer 4 stromauf
dieses Ortes im Bereich der Eindüsung des Brennstoffes 13 eine Rückströmung
erzeugende Erweiterung erfährt. Selbstverständlich können die wirbelerzeugen
den Elemente auch axial zueinander verschoben sein. Die abströmungsseitige
Fläche der wirbelerzeugenden Elemente ist im wesentlichen senkrecht auf die In
nenwand gerichtet, so dass sich ab dort die angestrebte Rückströmzone einstel
len kann. Hinsichtlich der spezifischen Ausgestaltung der Wirbel-Generatoren wird
auf die Druckschrift EP-0 619 133 A1 verwiesen, welche integrierender Bestand
teil dieser Beschreibung ist. Die Selbstzündung in der Brennkammer 4 muss in
dessen bei verschiedenen Brennstoffen auch in den transienten Lastbereichen
sowie im Teillastbereich der Gasturbogruppe gesichert bleiben, d. h. es müssen
Hilfsvorkehrungen vorgesehen werden, welche die Selbstzündung in der Brenn
kammer 4 auch dann sicherstellen, wenn sich allenfalls eine Verminderung der
Temperatur der heissen Abgase 9 im Bereich der Eindüsung des Brennstoffes 13
einstellen sollte. Um dies zu gewährleisten, kann diesem Brennstoff eine kleine
Menge eines anderen Brennstoffes mit einer niedrigeren Zündtemperatur beige
geben werden. Als "Hilfsbrennstoff" eignet sich hier beispielsweise Brennöl sehr
gut. Der flüssige Hilfsbrennstoff, entsprechend eingedüst, erfüllt die Aufgabe, so
zusagen als Zündschnur zu wirken, und lässt auch dann eine Selbstzündung in
der Brennkammer 4 zu, wenn die heissen Abgase 9 aus der ersten Turbine 3 eine
Temperatur unterhalb des angestrebten optimalen Niveaus aufweisen sollten.
Diese Vorkehrung, Brennöl zur Sicherstellung einer Selbstzündung vorzusehen,
erweist sich freilich immer dann als besonders angebracht, wenn die Gasturbo
gruppe mit reduzierter Last betrieben wird. Diese Vorkehrung trägt des weiteren
entscheidend dazu bei, dass die Brennkammer 4 eine minimale axiale Länge auf
weisen kann. Die kurze Baulänge der Brennkammer 4, die Wirkung der gewür
digten Wirbel-Generatoren zur Gemischbildung und Flammenstabilisierung sowie
die fortwährende Sicherstellung der Selbstzündung sind ursächlich dafür verant
wortlich, dass die Verbrennung sehr rasch erfolgt, und die Verweilzeit des Brenn
stoffes im Bereich der heissen Flammenfront minimal bleibt. Eine unmittelbar ver
brennungsspezifisch messbare Wirkung hieraus betrifft die NOx-Emissionen, wel
che eine Minimierung erfahren, dergestalt, dass sie nunmehr kein Thema mehr
bilden. Diese Ausgangslage ermöglicht ferner, den Ort der Verbrennung klar zu
definieren, was sich auf eine optimierte Kühlung der Strukturen dieser Brenn
kammer 4 niederschlägt. Die in der Brennkammer 4 aufbereiteten Heissgase 10
beaufschlagen anschliessend eine nachgeschaltete zweite Turbine 5. Die thermo
dynamischen Kennwerte der Gasturbogruppe können so ausgelegt werden, dass
die Abgase 11 aus der zweiten Turbine 5 noch soviel kalorisches Potential auf
weisen, um damit einen nicht dargestellten, nachgeschalteten Abhitzedampfer
zeuger 30 zu betreiben. Wie bereits bei der Beschreibung der Ringbrennkammer
2 hingewiesen wurde, ist diese geometrisch so angeordnet, dass sie auf die Ro
torlänge praktisch keinen Einfluss ausübt. Des weiteren konnte festgestellt wer
den, dass die zweite Brennkammer 4 zwischen Abströmungsebene der ersten
Turbine 3 und Anströmungsebene der zweiten Turbine 5 eine minimale Länge
einnimmt. Da ferner die Entspannung der Heissgase 8 in der ersten Turbine 3,
aus dargelegten Gründen, über wenige Laufschaufelreihen geschieht, lässt sich
eine kompakte Gasturbogruppe bereitstellen. Es ist zur Steigerung des Wirkungs
grades der Gasturbogruppe von Vorteil, wenn vor der zweiten Brennkammer 4 ein
in der Figur nicht ersichtlicher Kleindiffusor vorgesehen wird. Damit liesse sich der
Totaldruckverlust im Gesamtsystem vermindern. Es lässt sich anhand der übli
chen Diffusorauslegungsdiagramme beweisen, dass sich bereits bei einer mini
malen Länge des Diffusors grosse Rückgewinnungsraten des dynamisches Druc
kes erreichen lassen.
Zur Kühlung der hochdruckseitigen thermisch belasteten Strukturen der Gastur
bogruppe, also den Strukturen der ersten Brennkammer 2, der ersten Turbine 3,
der zweiten Brennkammer 4 und der zweiten Turbine 5, wird dem Verdichter 1
zwischen den Verdichterteilen 11, 12 eine teilverdichtete Luftmenge 16 an einer
Entnahmestelle 20 abgezweigt und den zu kühlenden Strukturen als Kühlluft 17,
22 zugeführt. Ein derartiger Turboverdichter mit einer Entnahmestelle 20 zwischen
zwei Verdichterteilen 11, 12 ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE-A1-199 07 907
bekannt. Diese Schrift ist ein integraler Bestandteil der vorliegenden Be
schreibung. Erfindungsgemäss wird der Druck p oder der Massenstrom der teil
verdichteten Luftmenge 16 durch die Einspritzung von Wasser 18 in den Ver
dichter 1 geregelt. Wie in der Fig. 1 dargestellt wird Wasser 18 an einer Stelle
stromauf der Entnahmestelle 20 der teilverdichteten Luftmenge 16 in den Verdichter
1 eingespritzt. Selbstverständlich können auch mehrere Wassereinspritz
stellen vorgesehen sein. Auch eine Einspritzung von Wasser 18 in den Ansaug
strom 6 des Verdichters 1 ist möglich. Die Wassereinspritzung bewirkt zusätzlich
eine innere Kühlung der Verdichterluft, was sich ebenso auf das Druckniveau in
nerhalb des Verdichters 1 auswirkt. Dies wirkt sich auch positiv auf die Kühllei
stung der eingesetzten Kühlung durch die Kühlluft 17, 22 aus. Weiter ist es mög
lich, zusätzlich den Ansaugstrom 6 des Verdichters 1 durch eine verstellbare Leit
reihe 19, welche am Eingang des Verdichters 1 vorgesehen ist, zu variieren. Da
mit kann der Druck p bzw. der Massenstrom der teilverdichteten Luftmenge 16
zusätzlich geregelt werden. Zudem ist es denkbar, das Wasser 18 hinter eine oder
zwischen zwei verstellbare Leitschaufelreihen einzuspritzen. Derartige, verstellba
re Leitschaufelreihen sind ebenfalls aus der Schrift DE-A1-199 07 907 bekannt.
Die Variation der Leitschaufeln bewirkt wieder eine Variation des Massenflusses
durch den ganzen Verdichter 1. Ein verringerter Massenstrom des Ansaugstrom 6
des Verdichters 1 kann so mit dem eingespritzten Wasser 18 angereichert wer
den, was zu einer Veränderung des Drucks oder des Massenstroms der teilver
dichteten Luftmenge 16 führt. Zur weiteren Kühlung der Kühlluft 17, 22 kann vor
gesehen sein, dass Wasser 27, welches durch eine Pumpe 28 gefördert wird, in
die Kühlluft 17, 22 eingedüst wird. Die Menge des geförderten Wasser 27 kann
über ein Regelorgan 26 geregelt werden.
Allgemein kann der Druck oder der Massenstrom in der Leitung der teilverdichte
ten Luftmenge 16 gemessen werden. In einem Regelkreis wird dann ein Sollwert
für diesen Druck oder für diesen Massenstrom über die Wassereinspritzung 18
bzw. über eine Variation des Verdichtermassenstroms eingestellt. Dieser Sollwert
des Drucks oder des Massenstroms der teilverdichtete Luftmenge wird beispiels
weise in Abhängigkeit einer Betriebskenngrösse (Leistung, Temperatur etc.) der
Kraftwerksanlage dynamisch bestimmt.
Die Fig. 2 zeigt ein T-s-Diagramm des Prozesses. Sichtbar ist in diesem Dia
gramm, die Druckdifferenz Δp, welche sich an der Entnahmestelle 20 aus einer
Einspritzung von Wasser 18 ergibt.
Die Kühlung aller genannten Strukturen geschieht in offenem oder geschlosse
nem Pfad, d. h. im konkreten Fall, dass die Brennkammern und die Turbinen ei
nerseits parallel oder in Serie gekühlt werden können und andererseits, dass nach
erfolgter Kühlung die Kühlluft an passender Stelle in den Gasturbinenprozess ein
geleitet wird. Hier ist vorzugsweise auf die Schaltung hinzuweisen, wonach die
Kühlluft nach erfolgter Kühlung zusammen mit den teilentspannten Heissgasen 9
aus der ersten Turbine 3 durch den Brennstoff in offener Verbrennung auf die
verlangte Mischtemperatur am Eintritt in die zweite Turbine 5 gebracht wird.
Selbstverständlich kann auch die Einbringung der Kühlluft in den Arbeitsluftstrom
des Gasturbinenprozesses, mindestens teilweise, stromauf der Brennstoffein
düsung vorgesehen werden.
Bei allen hier gezeigten Schaltungen steht im Vordergrunde, die inhärente Sicher
heit der Luftkühlung nach bewährter Methode beizubehalten, gleichzeitig das Po
tential des Kühlmediums zu erhöhen, indem der Druck und damit der Massen
strom der teilverdichteten Luftmenge 16 geregelt wird.
Bezugszeichenliste
1
Verdichter.
1
1
,
1
2
Verdichterteil
2
Erste Brennkammer
3
Erste Turbine
4
Zweite Brennkammer
5
Zweite Turbine
6
Ansaugstrom des Verdichters
1
7
Verdichtete Luft
8
Heissgase
9
Teilentspannte Heissgase
10
Heissgase
11
Abgase
12
Brennstoff
13
Brennstoff
14
Generator
15
Welle
16
Teilverdichtete Luftmenge
17
Kühlluft
18
Wasser
19
Leitreihe des Verdichters
1
, verstellbar
20
Entnahmestelle
22
Kühlluft
25
Dampfmenge
26
Regelorgan
27
Wasser
28
Pumpe
p Druck der teilverdichteten Luftmenge
16
Δp Druckdifferenz