DE10150087A1

DE10150087A1 - Arrangement for increasing gas turbine power, has compressor providing compressed ambient air connected to air feed device or condenser; compressed air is fed to condenser inlet

Info

Publication number: DE10150087A1
Application number: DE10150087A
Authority: DE
Inventors: Manfred Nixdorf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-14
Filing date: 2001-10-14
Publication date: 2003-05-08

Abstract

The arrangement has an air feed device (24) for feeding ambient air into the inlet region of a condenser (12) and a compressor (30) that provides compressed ambient air connected via an air line for compressed ambient air to the air feed device or to the condenser and the compressed ambient air is fed to the inlet region of the condenser. AN Independent claim is also included for the following: a method of increasing the power of a gas turbine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Leistungserhöhung einer Gasturbine, die einen Verdichter, eine Brennkammer sowie eine Turbine aufweist, mit einer Luftzuführungseinrichtung zum Zu- und Einleiten von Umgebungsluft in einen Eintrittsbereich des Verdichters. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Leistungserhöhung einer Gasturbine. The invention relates to an arrangement for increasing the power of a gas turbine, the has a compressor, a combustion chamber and a turbine, with a Air supply device for supplying and introducing ambient air into one Entry area of the compressor. The invention also relates to a method for Performance increase of a gas turbine.

Gasturbinen werden in Kraftwerken als einzelne Antriebskomponente für Generatoren, im sogenannten offenen Prozeß, zur Stromerzeugung verwendet. Zunehmend sind Gasturbinen aber auch in kombinierten Gas- und Dampfturbinenprozessen, die sogenannten Kombiprozesse, oder in Kraft-Wärme-Kopplungsprozessen eingesetzt. Gas turbines are used in power plants as a single drive component for Generators, in the so-called open process, used to generate electricity. Increasingly are gas turbines but also in combined gas and steam turbine processes so-called combination processes, or used in cogeneration processes.

Der Kombiprozeß wird insbesondere zur Erhöhung der elektrischen Leistung und des Wirkungsgrades des betreffenden Kraftwerkes eingesetzt. Wenn Energie auch als Heizdampf oder Prozeßwärme verwendet werden soll, bietet sich vorzugsweise an, einem Gasturbinenprozeß einen Abhitzekessel nachzuschalten, der die heißen Abgase der Gasturbine in Heiz- oder Prozeßdampf umwandelt; die sogenannte Kraft- Wärme-Kopplung ist erreicht. Hierbei steht die erzeugte elektrische Energie häufig nicht im Vordergrund. Gleichwohl steigt der Gesamtwirkungsgrad der Energieumwandlung von Primärenergie in genutzte Energie im Vergleich zum offenen Prozeß signifikant. The combination process is used in particular to increase the electrical power and the efficiency of the power plant concerned. If energy too should preferably be used as heating steam or process heat to add a waste heat boiler to a gas turbine process called the Converts exhaust gases from the gas turbine into heating or process steam; the so-called force Heat coupling has been reached. The electrical energy generated is often present here not in the foreground. Nevertheless, the overall efficiency of the Energy conversion from primary energy to used energy compared to the open process significant.

In beiden eingangs genannten Fällen ist die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad der eingesetzten Gasturbinen von einer wesentlichen Bedeutung auch für den Gesamtwirkungsgrad des Kombiprozesses beziehungsweise der Kraft-Wärme- Kopplung. In both of the cases mentioned above, the performance and the efficiency of the gas turbines used is also of essential importance for the Overall efficiency of the combination process or combined heat and power Coupling.

Bisher bekannt gewordene Gasturbinen werden üblicherweise als standardisierte Produkte in bestimmten Leistungsklassen konzipiert und gefertigt. Bei der Auslegung eines Kombiprozesses müssen daher neben sonstigen Auslegungskriterien, die Produktdaten einer gewählten Gasturbine als weitgehend unveränderlich akzeptiert und entsprechend berücksichtigt werden. So far known gas turbines are usually called standardized Products designed and manufactured in certain performance classes. When interpreting A combination process must therefore, in addition to other design criteria, the Product data of a selected gas turbine accepted as largely unchangeable and be taken into account accordingly.

Die Leistung einer bestimmten Gasturbine schwankt innerhalb eines vergleichsweise breiten Leistungsbandes. Zudem nehmen die Wirkungsgrade der Gasturbine im Teillastbetrieb oder bei ansteigenden Umgebungstemperaturen, beispielsweise im Sommer, vergleichsweise stark ab. The performance of a particular gas turbine fluctuates comparatively within one broad performance range. In addition, the efficiency of the gas turbine in the Part load operation or with increasing ambient temperatures, for example in Summer, comparatively heavily.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine Anordnung sowie ein Verfahren zu schaffen, welche die Leistung einer Gasturbine steigert. Based on this prior art, it is an object of the invention To provide an arrangement and a method that increases the performance of a gas turbine.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anordnung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den in Anspruch 10 genannten Merkmalen gelöst. The object is achieved by the arrangement with the in claim 1 Features mentioned and with the inventive method with the in Claim 10 features solved.

Demnach ist die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompressor vorhanden ist, der verdichtete Umgebungsluft bereitstellt. Der Kompressor ist durch eine Luftleitung für verdichtete Umgebungsluft mit der Luftzuführungseinrichtung beziehungsweise mit dem Verdichter verbunden. Des weiteren ist durch die Anordnung der Luftleitung beziehungsweise der Luftzuführungseinrichtung die verdichtete Umgebungsluft dem Eintrittsbereich des Verdichters zugeführt. Auf diese Weise ist einer Gasturbine verdichtete Umgebungsluft, also ein entsprechend höherer Luftmassenstrom, zugeführt. Deren Leistung ist somit gesteigert, was insbesondere im Teillastbetrieb der Gasturbine oder bei bestimmten Witterungsverhältnissen, beispielsweise an einem vergleichsweise warmen Sommertag, besonders vorteilhaft ist. Accordingly, the arrangement according to the invention is characterized in that a Compressor is available that provides compressed ambient air. The Compressor is through an air line for compressed ambient air with the Air supply device or connected to the compressor. Furthermore is through the arrangement of the air line or the air supply device compressed ambient air is fed to the inlet area of the compressor. To this Ambient air is compressed to a gas turbine, that is, correspondingly higher air mass flow. Their performance is thus increased, what especially in part-load operation of the gas turbine or in certain weather conditions, for example on a comparatively warm summer day, particularly advantageous is.

Wird die erfindungsgemäße Anordnung beispielsweise bei einer Gasturbine in einem Kombiprozeß eingesetzt, steigt vorteilhafterweise die Leistung der Gasturbine sowie der Wirkungsgrad der Gesamtanlage. If the arrangement according to the invention is used in a gas turbine in one Combined process used, the performance of the gas turbine increases advantageously as well the efficiency of the entire system.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftleitung zwischen dem Kompressor und dem Verdichter ein Wärmetauscher angeordnet ist, mit dem die verdichtete Umgebungsluft kühlbar ist. Auf diese Weise wird die Eintrittstemperatur des Gasturbinenprozesses gesenkt, was mit einem Wirkungsgradanstieg verbunden ist. This is an advantageous embodiment of the arrangement according to the invention characterized in that in the air line between the compressor and the compressor a heat exchanger is arranged with which the compressed ambient air can be cooled is. In this way, the inlet temperature of the gas turbine process is lowered, which is associated with an increase in efficiency.

Eine besonders günstige Variante für den Wärmetauscher ist dessen Ausgestaltung als Verdampfungskühler, der einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweist und zudem einem vergleichsweise verschleißarmen Betrieb gewährleistet. A particularly favorable variant for the heat exchanger is its design as an evaporative cooler, which has a comparatively high efficiency and also ensures comparatively low-wear operation.

Eine mögliche Ausgestaltung der Anordnung wird durch einen Kompressor erreicht, der drehzahlgeregelt ist. Ein derartiger Kompressor kann besonders einfach den Zustrom an Umgebungsluft zur Gasturbine regeln, was beispielsweise für die Leistungssteigung im Teillastbetrieb der Gasturbine beziehungsweise einer Kombianlage besonders nützlich ist. A possible configuration of the arrangement is achieved by a compressor, which is speed controlled. Such a compressor can particularly easily Regulate the inflow of ambient air to the gas turbine, for example for the Performance increase in part-load operation of the gas turbine or a combination system is particularly useful.

Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung sieht vor, daß der Kompressor mit einer Dampfturbine angetrieben ist. Insbesondere, wenn in einem Kombikraftwerk ein Wasser-Dampf-Kreislauf vorhanden ist, ist die Verbindung der Dampfturbine zum Antrieb des Kompressors mit dem Zudampf- beziehungsweise mit dem Abdampfbereich des Wasser-Dampf-Kreislaufs auf besonders günstige Weise möglich. An advantageous arrangement according to the invention provides that the compressor with a steam turbine is driven. Especially when in a combined cycle power plant Water-steam cycle is present, is the connection of the steam turbine to Drive the compressor with the steam or with Evaporation area of the water-steam cycle possible in a particularly favorable manner.

Der Wirkungsgrad der Dampfturbine ist vorteilhaft verbessert, wenn in der erfindungsgemäßen Anordnung eine Kühlervorrichtung in einer Abdampfleitung der Dampfturbine angeordnet ist, durch welche Kühlvorrichtung der Abdampfzustand des Abdampfes regelbar ist. Es wird insbesondere vorgeschlagen, die Kühlvorrichtung auf das Erreichen einer möglichst kühlen Abdampftemperatur auszulegen. Dann ist eine vergleichsweise tiefe Temperatur des Dampfturbinenprozesses erreicht und der Wirkungsgrad dieses Prozesses steigt vorteilhaft. The efficiency of the steam turbine is advantageously improved when in the arrangement according to the invention a cooler device in an exhaust line Steam turbine is arranged, through which cooling device the evaporation state of the Steam is adjustable. In particular, the cooling device is proposed to ensure that the evaporator temperature is as cool as possible. Then reached a comparatively low temperature of the steam turbine process and the The efficiency of this process increases advantageously.

Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, daß für den Antrieb des Kompressors dieser mit einem Elektromotor verbunden sein kann. Dieser ist nämlich auf besonders einfache Weise regelbar und zudem mit vergleichsweise geringem Aufwand zu installieren oder gegebenenfalls zu einer bestehenden Gasturbinenanlage nachzurüsten. Insbesondere bei bereits vorhandenen Gasturbinenanlagen ist häufig vergleichsweise wenige Stellfläche oder Raum für zusätzliche Komponenten vorhanden. Auch in diesem Fall ist ein Elektromotor besonders vorteilhaft einsetzbar. According to the invention it is also provided that for driving the compressor this can be connected to an electric motor. This is because it is special easy to regulate and also with comparatively little effort install or if necessary to an existing gas turbine plant retrofit. This is particularly common with existing gas turbine systems comparatively little floor space or space for additional components available. In this case too, an electric motor can be used particularly advantageously.

Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Leistungserhöhung einer Gasturbine, die einen Verdichter aufweist, mit einer Luftzuführungseinrichtung zum Zu- und Einleiten von Umgebungsluft in einen Eintrittsbereich des Verdichters. Furthermore, the invention relates to a method for increasing the performance of a Gas turbine, which has a compressor, with an air supply device for supply and introducing ambient air into an inlet area of the compressor.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Kompressor Umgebungsluft angesaugt und verdichtet wird, daß die verdichtete Umgebungsluft der Luftzuführungseinrichtung zugeleitet wird, und daß die verdichtete Umgebungsluft dem Verdichter zugeleitet wird. Dem Verdichter wird ein verdichteter Luftstrom, damit ein erhöhter Luftmassenstrom zugeführt, was die Leistung der Gasturbine vorteilhaft steigert. The process according to the invention is characterized in that Compressor ambient air is sucked in and compressed, that the compressed Ambient air is supplied to the air supply device, and that the compressed Ambient air is fed to the compressor. The compressor becomes a compressed one Air flow, thus an increased air mass flow is fed, which affects the performance of the Gas turbine advantageously increases.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die verdichtete Umgebungsluft gekühlt, bevor diese dem Verdichtereintrittsbereich zugeleitet wird. Damit kann der Luftmassenstrom in die Gasturbine weiter gesteigert, die Leistung der Gasturbine also wiederum erhöht werden. Zudem wird die Prozeßtemperatur der Eintrittsseite der Gasturbine vorteilhaft verringert. Der Wirkungsgrad des Gasturbinenprozesses steigt vorteilhaft an. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the compressed ambient air is cooled before it enters the compressor inlet area is forwarded. This allows the air mass flow into the gas turbine to be further increased Power of the gas turbine can thus be increased in turn. In addition, the Process temperature of the inlet side of the gas turbine advantageously reduced. The efficiency of the Gas turbine process increases advantageously.

Der Luftmassenstrom zur Gasturbine kann auf vorteilhaft einfache Weise geregelt werden, wenn ein Enddruck der verdichteten Umgebungsluft durch die Regelung der Drehzahl des Kompressors eingestellt wird. Mit dem Enddruck variiert der Luftmassenstrom, welcher der Gasturbine zugeleitet wird. The air mass flow to the gas turbine can be regulated in an advantageously simple manner be when a final pressure of the compressed ambient air by regulating the Speed of the compressor is set. The varies with the final pressure Air mass flow which is fed to the gas turbine.

Vorteilhafterweise wird der Kompressor von einer Dampfturbine oder einem Elektromotor angetrieben. Die Dampfturbine läßt sich in besonders einfacher Weise in einen bestehenden Wasser-Dampf-Kreislauf einbinden. Der Elektromotor ist auf besonders einfache Weise zu installieren und weist einen vergleichsweise geringen Platzbedarf auf. The compressor is advantageously operated by a steam turbine or a Electric motor driven. The steam turbine can be particularly easily integrated into one Integrate existing water-steam cycle. The electric motor is on special easy to install and has a comparatively small footprint on.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Further advantageous embodiments of the arrangement according to the invention and the The method according to the invention can be found in the dependent claims.

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung, sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Based on the embodiments shown in the drawings Invention, advantageous refinements and improvements of the invention, and Particular advantages of the invention are explained and described in more detail.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 ein Schema einer Anordnung zur Aufladung einer Gasturbine und Fig. 1 is a diagram of an arrangement for charging a gas turbine and

Fig. 2 ein Kennfeld einer Gasturbine mit Aufladung. Fig. 2 is a map of a gas turbine with charging.

Fig. 1 zeigt anhand eines Schemas ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung zur Leistungssteigerung einer Gasturbine 10, die einen Verdichter 12, eine Brennkammer 14 mit einer Dampfeindüsungsvorrichtung 16 sowie eine Turbine 18 aufweist. Eine Dampfeindüsevorrichtung kann verwendet werden, um im Teillastbereich den elektrischen Wirkungsgrad zu steigern und die produzierte thermische Leistung zu reduzieren, sowie die aus der durch die Verbrennung entstandenen Emissionen zu reduzieren. Die Gasturbine 10 ist mechanisch mittels einer Welle 20 mit einem Generator 22 zur Stromerzeugung gekoppelt. Die Gasturbine 10 ist in diesem Beispiel Komponente eines Wasser-Dampf-Kreislaufs eines Kombi-Kraftwerkes, das neben der Stromerzeugung auch Prozeßdampf an verschiedene Wärmeverbraucher liefert. Die verschiedenen Komponenten des Wasser-Dampf-Kreislaufs sind im Schema nicht dargestellt. Fig. 1 shows an example for an inventive arrangement to increase performance of a schema based shows a gas turbine 10 having a compressor 12, a combustor 14 having a Dampfeindüsungsvorrichtung 16 and a turbine 18. A steam injector can be used to increase electrical efficiency and reduce the thermal power produced in the partial load range, as well as to reduce emissions from combustion. The gas turbine 10 is mechanically coupled to a generator 22 for generating electricity by means of a shaft 20 . In this example, the gas turbine 10 is a component of a water-steam cycle of a combined cycle power plant which, in addition to the generation of electricity, also supplies process steam to various heat consumers. The various components of the water-steam cycle are not shown in the diagram.

Der Eintrittsbereich des Verdichters 12 ist mit einem ersten Luftkanal 24 verbunden, der Umgebungsluft zum Verdichter leitet. Häufig sind in dem ersten Luftkanal 24 Filterelemente zur Luftreinigung vorhanden, in dem gewählten Beispiel jedoch nicht dargestellt. Mit einem ersten Ventil 26, das im ersten Luftkanal 24 angeordnet ist, ist der direkte Luftpfad zur Turbineneintrittsseite verschließbar, so daß in dessen geschlossenen Zustand keine Umgebungsluft über das erste Ventil zur Turbine 12 gelangen kann. Unmittelbar stromaufwärts zum ersten Ventil 26 ist ein zweiter Luftkanal 28 angeordnet, der den ersten Luftkanal 24 mit der Lufteintrittsseite eines Kompressors 30 verbindet. Die Luftaustrittsseite des Kompressors 30 ist mit einem dritten Luftkanal 32 mit der Lufteintrittsseite eines Verdampfungskühler 34 verbunden. An dessen Luftaustrittsseite schließt ein vierter Luftkanal 36 an, der mit dem ersten Luftkanal 24 im Nahbereich des Lufteintritts des Verdichters 12 verbunden ist. Der Einsatz eines Verdunstungskühlers bietet sich an, wegen seines kostengünstigen kompakten Aufbaus und der Emissionsminderung der Abgase der Gasturbine durch die Aufsättigung der Verbrennungsluft. The inlet area of the compressor 12 is connected to a first air duct 24 , which conducts ambient air to the compressor. 24 filter elements for air purification are often present in the first air duct, but are not shown in the selected example. With a first valve 26 , which is arranged in the first air channel 24 , the direct air path to the turbine inlet side can be closed, so that in its closed state no ambient air can reach the turbine 12 via the first valve. Immediately upstream of the first valve 26 , a second air duct 28 is arranged, which connects the first air duct 24 to the air inlet side of a compressor 30 . The air outlet side of the compressor 30 is connected to a third air duct 32 with the air inlet side of an evaporative cooler 34 . A fourth air duct 36 connects to its air outlet side and is connected to the first air duct 24 in the vicinity of the air inlet of the compressor 12 . The use of an evaporative cooler is advisable because of its inexpensive, compact design and the emission reduction of the exhaust gases from the gas turbine through the saturation of the combustion air.

Der Kompressor 30 ist mit einer Verbindungswelle 40 an eine Dampfturbine 42 angekoppelt. Eine erste Hochdruckdampfleitung 43 verbindet ein Dampfregelventil 44 mit der Dampfturbine 42, deren Drehzahl beziehungsweise deren Leistung durch eine Druck- oder Dampfstromregelung regelbar ist. Eine erste Abdampfleitung 46 verbindet die Dampfturbine 42 zudem mit einem Einspritzkühler 48, wobei eine zweite Abdampfleitung 50 diesem wiederum mit einer geeigneten Einleitestelle für den Abdampf im Wasser-Dampf-Kreislauf verbindet, der jedoch in dieser Figur nicht näher dargestellt ist. The compressor 30 is coupled to a steam turbine 42 with a connecting shaft 40 . A first high-pressure steam line 43 connects a steam control valve 44 to the steam turbine 42 , the speed or the output of which can be regulated by a pressure or steam flow control. A first exhaust steam line 46 also connects the steam turbine 42 to an injection cooler 48 , a second exhaust steam line 50 in turn connecting the latter to a suitable introduction point for the exhaust steam in the water-steam cycle, which is not shown in detail in this figure.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein Kühler, nämlich der Verdampfungskühler 34 im Luftstrom zwischen dem dritten Luftkanal 32 und dem vierten Luftkanal 36 angeordnet. Mit diesem Verdampfungskühler 36 kann, durch die Absenkung der Verdichtereintrittstemperatur, der Verdichterleistungsbedarf von Temperatur der verdichteten Luft von hier 55°C auf ca. 20°C gesenkt werden. Die Gasturbinenleistung kann derart von 3,9 MW (ohne die Anordnung zur Leistungserhöhung) auf ca. 5,8 MW erhöht werden. Zudem steigt der Wirkungsgrad der Exemplarisch gewählten Gasturbine 10 von 27 auf 34%. In the illustrated embodiment of the arrangement according to the invention, a cooler, namely the evaporative cooler 34, is arranged in the air flow between the third air duct 32 and the fourth air duct 36 . With this evaporative cooler 36 , by lowering the compressor inlet temperature, the compressor power requirement of the temperature of the compressed air can be reduced from here 55 ° C to approximately 20 ° C. The gas turbine output can be increased in this way from 3.9 MW (without the arrangement for increasing the output) to approximately 5.8 MW. In addition, the efficiency of the exemplary gas turbine 10 increases from 27 to 34%.

In diesem Ausführungsbeispiel wurde als Antrieb für den Kompressor 30 die Dampfturbine 42 gewählt. Die Hochdruckdampfleitung 43 zur Dampfturbine 42 ist mit einem Frischdampfsystem des nicht näher dargestellten Wasser-Dampf-Kreislaufs verbunden. Der die Dampfturbine antreibende Frischdampf ist also aus einem bestehenden System entnommen und muß nicht separat erzeugt werden. Das vereinfacht die zu installierenden Systeme und verbilligt zudem das Investment in die Antriebstechnik des Kompressors 30. In this exemplary embodiment, the steam turbine 42 was selected as the drive for the compressor 30 . The high-pressure steam line 43 to the steam turbine 42 is connected to a live steam system of the water-steam cycle, not shown. The live steam driving the steam turbine is therefore taken from an existing system and does not have to be generated separately. This simplifies the systems to be installed and also reduces the investment in the drive technology of the compressor 30 .

Zudem ist zwischen der ersten 46 und der zweiten Abdampfleitung 50 der Einspritzkühler 48 angeordnet, der den Abdampf der Dampfturbine 42 kühlt, in diesem Beispiel von 180 C° auf 150°C. Das heißt die Randbedingungen für den Dampfturbinenprozeß sind an dessen kaltem Prozeßende günstig beeinflußt. Der Wirkungsgrad des Dampfturbinenprozesses ist gesteigert. In addition, the injection cooler 48 , which cools the exhaust steam of the steam turbine 42 , is arranged between the first 46 and the second steam line 50 , in this example from 180 ° C. to 150 ° C. This means that the boundary conditions for the steam turbine process are favorably influenced at the cold end of the process. The efficiency of the steam turbine process is increased.

In der hier beispielhaft vorgestellten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Umgebungsluft durch den ersten Luftkanal 24 über den zweiten Luftkanal 28 vom Kompressor 30 angesaugt. Das erste Ventil 26 ist dabei geschlossen und ein direktes Ansaugen von Umgebungsluft durch den Verdichter 12 der Gasturbine 10 verhindert. Der Kompressor 30 verdichtet die angesaugte Umgebungsluft auf einen bestimmten Enddruck. Dieser kann über eine Drehzahlregelung des Kompressors eingestellt werden. In diesem Beispiel wird die Drehzahl über die Dampfturbine 42 vorgegeben beziehungsweise geregelt. Das ist besonders vorteilhaft, weil die Dampfturbine 42 durch das hier gewählte Dampfregelventil 44 mittels einer Drosselregelung auf einfache Weise geregelt werden kann. In the embodiment of the method according to the invention presented here by way of example, ambient air is drawn in by the compressor 30 through the first air channel 24 via the second air channel 28 . The first valve 26 is closed and a direct intake of ambient air by the compressor 12 of the gas turbine 10 is prevented. The compressor 30 compresses the ambient air drawn in to a specific final pressure. This can be set via a speed control of the compressor. In this example, the speed is predetermined or regulated via the steam turbine 42 . This is particularly advantageous because the steam turbine 42 can be regulated in a simple manner by means of a throttle control by means of the steam control valve 44 selected here.

Die auf den Enddruck verdichtete Umgebungsluft wird durch den dritten Luftkanal 32 zu dem Verdampfungskühler 34 geleitet, der die durch die Verdichtung im Kompressor erwärmte Luft kühlt. Je tiefer die Temperatur der verdichteten Luft gekühlt wird oder werden kann, desto bessere Wirkungsgrade wird die Gasturbine 10 erreichen können. Die gekühlte verdichtete Umgebungsluft wird durch den vierten Luftkanal 36 von dem Verdampfungskühler 34 zum Eintrittsbereich des Verdichters 12 geleitet. Dabei wird in diesem Ausführungsfall die gekühlte verdichtete Umgebungsluft zunächst stromabwärts vom geschlossenen ersten Ventil 26 in den ersten Luftkanal 24 eingeleitet, und zwar günstigerweise im Nahbereich des Eintrittsbereichs des Verdichters 12. Gemäß dem Erfindungsgedanken ist es auch ohne weiteres denkbar, daß die gekühlte verdichtete Luft separat zum ersten Luftkanal 24, also direkt zu dem Eintrittsbereich des Verdichters 12 geleitet beziehungsweise in den Verdichter 12 eingeleitet wird. The ambient air compressed to the final pressure is passed through the third air duct 32 to the evaporative cooler 34 , which cools the air heated by the compression in the compressor. The lower the temperature of the compressed air is or can be cooled, the better efficiency the gas turbine 10 can achieve. The cooled compressed ambient air is conducted through the fourth air duct 36 from the evaporative cooler 34 to the inlet area of the compressor 12 . In this embodiment, the cooled, compressed ambient air is first introduced downstream of the closed first valve 26 into the first air duct 24 , advantageously in the vicinity of the inlet area of the compressor 12 . According to the inventive concept, it is also readily conceivable that the cooled compressed air is conducted separately to the first air duct 24 , that is to say directly to the inlet region of the compressor 12 , or is introduced into the compressor 12 .

Damit erhält die Gasturbine 10 einen vergleichsweise höheren Luftmassenstrom zugeführt, als das durch direktes Ansaugen von Umgebungsluft durch den Verdichter 12 möglich ist. Mit dem erhöhten Luftmassenstrom steigt die Leistung der Gasturbine vorteilhaft an. The gas turbine 10 thus receives a comparatively higher air mass flow than is possible by direct suction of ambient air through the compressor 12 . The output of the gas turbine increases advantageously with the increased air mass flow.

Fig. 2 zeigt das Beispiel eines Kennfeldes der Gasturbine 10, die mit einer erfindungsgemäßen Anordnung aufgeladen und die in einen ersten 72 sowie einen zweiten Kennfeldbereich 74 unterteilt ist. Das Kennfeld ist in ein kartesisches Koordinatensystem eingetragen, wobei auf einer x-Achse 76 die elektrische Leistung und auf einer y-Achse 78 der elektrische Wirkungsgrad mit einer erfindungsgemäß aufgeladenen Gasturbine aufgetragen ist. Fig. 2 shows an example of a map of the gas turbine 10 charged with an inventive arrangement, and in a first 72 and a second map area is divided 74th The map is entered in a Cartesian coordinate system, the electrical power being plotted on an x-axis 76 and the electrical efficiency on a y-axis 78 using a gas turbine charged according to the invention.

Der erste Kennfeldbereich 72 zeigt den Prozeß bei der die Gasturbine 10 auf herkömmliche Art, also ohne Aufladung, betrieben wird. Der zweite Kennfeldbereich 74 verdeutlicht die Erweiterung eines Gesamtkennfeldes, wenn die erfindungsgemäße Aufladung der Gasturbine 10 genutzt wird. The first map area 72 shows the process in which the gas turbine 10 is operated in a conventional manner, that is to say without charging. The second map region 74 illustrates the expansion of an overall map when the charging of the gas turbine 10 according to the invention is used.

Dabei ist der gerechnete Gesamtwirkungsgrad ca. 82% bei einem elektrischen Wirkungsgrad von 27% an einem ersten Lastpunkt (1) im Kennfeld 70 bei dem eine maximale thermische Energie im Kombiprozeß zur Verfügung steht. Der erste Lastpunkt (1) ist gerade noch mit der herkömmlichen Betriebsweise ansteuerbar. The calculated total efficiency is approximately 82% with an electrical efficiency of 27% at a first load point ( 1 ) in the map 70 at which a maximum thermal energy is available in the combined process. The first load point ( 1 ) can just be controlled with the conventional mode of operation.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung beziehungsweise aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Gesamtwirkungsgrad in diesem Beispiel bei ca. 82% nicht gesteigert werden, jedoch der elektrische Wirkungsgrad auf ca. 34%, die elektrische Leistung auf ca. 5,8 MW und die thermische Leistung auf ca. 8,3 MW gesteigert werden. Dies ist im Kennfeld an einem zweiten Lastpunkt (2) erreicht, der in einer Ecke des zweiten Kennfeldbereiches 74 angeordnet ist, bei der ein gleichzeitiges Maximum an thermischer Energie und Strom im Kombiprozeß bereit gestellt wird. Der Vergleich von Lastpunkt (2a) zu (2) zeigt exemplarisch den Anstieg des elektrischen Wirkungsgrades durch die Kühlung der vom Kompressor (30) gelieferten Luft. Das kartesische Koordinatensystem, im Betriebspunkt 1 zeigt die Leistungssteigerung auf der x-Achse (77) und die Wirkungsgradsteigerung auf der y-Achse (88) durch die Anordnung. Due to the arrangement according to the invention or due to the method according to the invention, the overall efficiency in this example cannot be increased at approx. 82%, but the electrical efficiency to approx. 34%, the electrical output to approx. 5.8 MW and the thermal output to approx 8.3 MW can be increased. This is achieved in the map at a second load point ( 2 ), which is arranged in a corner of the second map area 74 , at which a simultaneous maximum of thermal energy and current is provided in the combined process. The comparison of the load point (2 a) to (2) shows an example of the increase in electrical efficiency due to the cooling of the compressor (30) air supplied. The Cartesian coordinate system at operating point 1 shows the increase in performance on the x-axis ( 77 ) and the increase in efficiency on the y-axis ( 88 ) due to the arrangement.

Bei der Wahl der Betriebsparameter wurde darauf geachtet, daß die zulässigen konstruktiven und werkstoffbezogenen Werte für die Gasturbine 10 nicht unzulässig überschritten sind. Vorteilhafterweise entfällt eine Anpassung der Gasturbine 10. Eine standardisierte Gasturbine ist also für die Erfindung verwendbar. Besonders gut geeignet sind hierfür sogenannte Aeroderivatives. Hierbei handelt es sich um von Flugzeugtriebwerken, für der Einsatz in einer Kraft-Wärmekopplungsanlagen, umgerüstete Gasturbinen. Diese bieten bei Einsatz in stationären Anlagen einen größeren Abstand zu ihren Komponentenbetriebsgrenzen als Gasturbinen in Schwermaschinenbauweise (sog. Heavy Duty Bauweise). When selecting the operating parameters, care was taken to ensure that the permissible structural and material-related values for the gas turbine 10 were not exceeded inadmissibly. An adaptation of the gas turbine 10 is advantageously omitted. A standardized gas turbine can therefore be used for the invention. So-called aeroderivatives are particularly well suited for this. These are gas turbines converted from aircraft engines, for use in a cogeneration plant. When used in stationary systems, these offer a greater distance from their component operating limits than gas turbines with a heavy-duty design (so-called heavy-duty design).

Bei der Regelung der Aufladeeinrichtung müssen hierbei die Betriebsgrenzen der Gasturbine, wie Pumpgrenze des Verdichters (12), maximaler Massenstrom über die Turbine (18) und maximal zulässige übertragbare Leistung auf des Nutzwelle (20), mit berücksichtigt werden. In Fig. 2 ist dies durch die begrenzende Line 99 als sogenannte Leistungsgrenze dargestellt. When regulating the charging device, the operating limits of the gas turbine, such as the surge limit of the compressor ( 12 ), maximum mass flow via the turbine ( 18 ) and maximum permissible transferable power on the useful shaft ( 20 ) must also be taken into account. In Fig. 2 this is represented by the limiting line 99 as a so-called performance limit.

Claims

1. Anordnung zur Leistungserhöhung einer Gasturbine (10), die einen Verdichter (12) aufweist, mit einer Luftzuführungseinrichtung (24) zum Zu- und Einleiten von Umgebungsluft in einen Eintrittsbereich des Verdichters (12), dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompressor (30) vorhanden ist, der verdichtete Umgebungsluft bereitstellt, daß durch eine Luftleitung (32, 36) für verdichtete Umgebungsluft der Kompressor (30) mit der Luftzuführungseinrichtung (24) beziehungsweise mit dem Verdichter (12) verbunden ist, und daß die verdichtete Umgebungsluft dem Eintrittsbereich des Verdichters (12) zugeführt ist. 1. Arrangement for increasing the power of a gas turbine ( 10 ), which has a compressor ( 12 ), with an air supply device ( 24 ) for supplying and introducing ambient air into an inlet area of the compressor ( 12 ), characterized in that a compressor ( 30 ) is present, the compressed ambient air provides that the compressor ( 30 ) is connected to the air supply device ( 24 ) or to the compressor ( 12 ) by an air line ( 32 , 36 ) for compressed ambient air, and that the compressed ambient air to the inlet area of the compressor ( 12 ) is supplied.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftleitung (32, 36) ein Wärmetauscher (34) angeordnet ist, mit dem die verdichtete Umgebungsluft kühlbar ist. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a heat exchanger ( 34 ) is arranged in the air line ( 32 , 36 ) with which the compressed ambient air can be cooled.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (34) ein Verdampfungskühler (34) ist. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger ( 34 ) is an evaporative cooler ( 34 ).

4. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (30) drehzahlgeregelt ist. 4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor ( 30 ) is speed-controlled.

5. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (30) mit einer Dampfturbine (42) angetrieben ist. 5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor ( 30 ) is driven by a steam turbine ( 42 ).

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlervorrichtung (48) in einer Abdampfleitung (46, 50) der Dampfturbine (42) angeordnet ist, durch welche Kühlervorrichtung (48) der Abdampfzustand regelbar ist. 6. Arrangement according to claim 5, characterized in that a cooler device ( 48 ) in an exhaust line ( 46 , 50 ) of the steam turbine ( 42 ) is arranged, through which cooler device ( 48 ) the evaporative state can be controlled.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlervorrichtung (48) ein Einspritzkühler (48) ist. That the cooler device (48) 7. An arrangement according to claim 6, characterized in that a desuperheater (48).

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für dessen Antrieb der Kompressor (30) mit einem Elektromotor verbunden ist. 8. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that for driving the compressor ( 30 ) is connected to an electric motor.

9. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftzuführungseinrichtung (24) eine Beipasseinrichtung (26) angeordnet ist, durch welche die durchströmende Umgebungsluft wahlweise zum Verdichter (12) oder zum Kompressor (30) zuleitbar ist. 9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the air supply device ( 24 ) a bypass device ( 26 ) is arranged, through which the ambient air flowing through can be supplied either to the compressor ( 12 ) or to the compressor ( 30 ).

10. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Beipasseinrichtung (26) ein wählbarer Teilstrom der durchströmenden Umgebungsluft dem Kompressor (30) zuleitbar ist. 10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the bypass device ( 26 ) a selectable partial flow of the ambient air flowing through the compressor ( 30 ) can be fed.

11. Verfahren zur Leistungserhöhung einer Gasturbine (10), die einen Verdichter (12) aufweist, mit einer Luftzuführungseinrichtung (12) zum Zu- und Einleiten von Umgebungsluft in einen Eintrittsbereich des Verdichters (12), dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Kompressor (30) Umgebungsluft angesaugt und verdichtet wird, daß die verdichtete Umgebungsluft der Luftzuführungseinrichtung (24) beziehungsweise dem Verdichter (12) zugeleitet wird, und daß die verdichtete Umgebungsluft in den Eintrittsbereich des Verdichters (12) eingeleitet wird. 11. A method for increasing the power of a gas turbine ( 10 ) having a compressor ( 12 ) with an air supply device ( 12 ) for supplying and introducing ambient air into an inlet area of the compressor ( 12 ), characterized in that by a compressor ( 30 ) Ambient air is sucked in and compressed so that the compressed ambient air is fed to the air supply device ( 24 ) or the compressor ( 12 ), and that the compressed ambient air is introduced into the inlet region of the compressor ( 12 ).

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verdichtete Umgebungsluft gekühlt wird, bevor diese in den Eintrittsbereich des Verdichters (12) eingeleitet wird. 12. The method according to claim 11, characterized in that the compressed ambient air is cooled before it is introduced into the inlet region of the compressor ( 12 ).

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Enddruck der verdichteten Umgebungsluft durch die Regelung der Drehzahl des Kompressors (30) eingestellt wird. 13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that a final pressure of the compressed ambient air is adjusted by controlling the speed of the compressor ( 30 ).

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (30) durch eine Dampfturbine (42) angetrieben wird. 14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the compressor ( 30 ) is driven by a steam turbine ( 42 ).

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß einem Wasser-Dampf-Kreislauf eines Kombiprozesses zur Strom- beziehungsweise Wärmeerzeugung an einer ersten geeigneter Stelle überhitzter Dampf entnommen wird, und daß der entnommene überhitzte Dampf als Frischdampf der Dampfturbine (42) zugeleitet wird. 15. The method according to any one of claims 11 to 14, characterized in that superheated steam is removed from a water-steam circuit of a combination process for electricity or heat generation at a first suitable point, and that the superheated steam removed as live steam from the steam turbine ( 42 ) is fed.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abdampf der Dampfturbine (42) an einer zweiten, dafür geeigneten Stelle wieder in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingeleitet wird. 16. The method according to any one of claims 11 to 15, characterized in that an exhaust steam of the steam turbine ( 42 ) is reintroduced into the water-steam cycle at a second, suitable location.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdampf auf eine vorgebbare Temperatur abgekühlt oder zu Kondensat gekühlt wird, bevor der gekühlte Abdampf beziehungsweise das Kondensat in den Wasser- Dampf-Kreislauf geleitet wird. 17. The method according to any one of claims 11 to 16, characterized in that the exhaust steam is cooled to a predeterminable temperature or cooled to condensate before the cooled waste steam or condensate enters the water Steam cycle is conducted.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (30) durch einen Elektromotor angetrieben wird. 18. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the compressor ( 30 ) is driven by an electric motor.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Elektromotors geregelt wird. 19. The method according to claim 18, characterized in that the speed of the Electric motor is regulated.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Beipasseinrichtung (26) der Zustrom von Umgebungsluft zum Kompressor (30) beziehungsweise zum Verdichter (12) gesteuert wird. 20. The method according to any one of claims 11 to 19, characterized in that the inflow of ambient air to the compressor ( 30 ) or to the compressor ( 12 ) is controlled by a bypass device ( 26 ).