DE2542097C2 - Dampfkraftanlage mit druckgefeuertem Dampfkessel - Google Patents
Dampfkraftanlage mit druckgefeuertem DampfkesselInfo
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Description
35
Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftanlage mit druckgefeuertem Dampfkessel, der eine Aufladegruppe
aufweist, welche einen Turboverdichter zur Förderung der Verbrennungsluft und eine dem Dampfkessel
gasseitig nachgeschaltete Gasturbine umfaßt, bei hohen Druckverhältnissen arbeitet und weder Leistung nach
außen abgibt noch Leistung von außen aufnimmt, und der Frischdampfregler über ein hydraulisches oder
elektrisches System sowohl die Brennstoffmenge regelt als auch durch Regelung der Aufladegruppe die
notwendige Luftmenge der eingeregelten Brennstoffmenge zuordnet, wobei der Frischdampfregler bei
abnehmender Last die Drehzahl der Aufladegruppe bis zu einem vorbestimmten Wert absenkt und bei
zunehmender Last die Drehzahl der Aufladegruppe erhöht.
Druckgefeuerte Dampfkessel für Dampfkraftanlagen sind seit langem unter dem Namen »Velox« bekannt und
in der Praxis angewendet. Der aufgeladene Dampfkessel weist eine Aufladegruppe auf, in welcher die
Verbrennungsluft in einem Turboverdichter, üblicherweise ein Axialverdichter, auf den Brennkammerdruck
verdichtet wird und die den Dampfkessel verlassenden Feuerungsgase in einer Gasturbine, welche den
Verdichter antreibt, entspannt werden. Solche Anlagen sind besonders dann interessant, wenn der Brennkammerdruck,
wie aus der CH-PS 5 52 770 bekannt ist, über 9 bar beträgt und die Turbine nur den Verdichter
antreibt. Es werden in diesem Falle einerseits die Kesseldimensionen klein, weil das Gasvolumen wegen
des hohen Druckes klein ist und die Wärmeübergänge hoch sind, andererseits die Abgastemperaturen nach der
Gasturbine tief sind, weil die Eintrittstemperatur in die Gasturbine niedrig und das Expansionsgefälle hoch ist,
so daß keine Heizflächen nachgeschaltet werden müssen.
Die Anwendungsmöglichkeit dieser Auslegung ist aber beschränkt, denn der Turboverdichter hat nur ein
enges Arbeitsgebiet und geratet bei sinkender Drehzüil
rasch in das unstabile Gebiet Die Pumpgrenze wird bereits erreicht, wenn die Drehzahl auf 90% der
Nenndrehzahl abgesunken ist Diese Unzulänglichkeit kann zwar durch Ausblaseschlitze zwischen den
Leitschaufeln verbessert werden, dies genügt jedoch bei hohem Druckverhältnis bei weitem nicht, um gute
Teillast-Wirkungsgrade zu erhalten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Dampfkraftanlage der genannten Art auch bei
hohen Druckverhältnissen in der Aufladegruppe einen guten Teillast-Wirkungsgrad zu erzielen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Turboverdichter mit Verstellschaufeln versehen
ist, die bei einer weiteren Lastabsenkung bei konstanter Drehzahl im Sinne einer Verminderung der Luftförderung
verstellt und bei Lastanstieg zunächst zurückverstellt werden.
Die Verminderung der Drehzahl hat zur Folge, daß die Gefällkennziffer der Gasturbine weniger vom
Optimalwert abweicht und deshalb auch bei der nachfolgenden Verstellung der Verdichterschaufeln
weniger stark sinkt. Durch die dadurch erzielte Reduzierung der Verbrennungsluftmenge wird die
Anlage bei Teillast wirtschaftlicher.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch und vereinfacht dargestellt.
Die Dampfkraftanlage besteht im wesentlichen aus der Hochdruck-Dampfturbine 1, der Niederdruck-Dampfturbine
2, welche zusammen den elektrischen Generator 3 antreiben, ferner aus dem Kondensator 4,
der Kondensatpumpe 5 und dem Dampfkessel 6. Für das Aufladen des Dampfkessels, d. h. um ihn gasseitig auf
den gewünschten Druck zu bringen, dient die Aufladegruppe, die sich im wesentlichen aus dem Turboverdichter
7, der Gasturbine 8, dem Anwurfmotor 9 und der hydraulischen Kupplung 10 zusammensetzt. Alle Bauteile
der Aufladegruppe sitzen auf der selben Welle.
Für die Regelung der Anlage sind folgende Einzelelemente vorgesehen, soweit sie im vorliegenden
Rahmen von Interesse sind:
Vom Dampfdruck oder von der Durchströmmenge in der Frischdampfleitung 11 wird der Frischdampfregler
12 beeinflußt, der den Abfluß 13 der Druckölleitung 14 des Primärsystems steuert, die bei 15 über die
Drosselstelle 16 angespeist wird. Mit der Druckölleitung 14 steht der Servomotor 17 in Verbindung, der über die
Brennstoffdüsen 18 des Dampfkessels die Brennstoffzufuhr (nicht eingezeichnet) regelt, ferner der Servomotor
26, welcher die Leitschaufeln 27 des Turboverdichters 7 verstellt, endlich der Servomotor 19, der die Büchse 20
des Fliehkraftreglers 21 der Aufladegruppe verstellt, wodurch über den Abfluß 22 der Steueröldruck in der
Druckölleitung 23 des Sekundärsystems geändert wird. Die Druckölleitung 23 wird bei 24 über die Drosselstelle
25 angespeist und führt zum Servomotor 28, welcher das Ventil 29 betätigt, das den Bypass 30 auf der Gasseite
des Kesselteils 31 beeinflußt. An Stelle der Druckölsteuerung kann auch eine elektrische Steuerung mit den
gleichen Funktionen treten.
Das Zusammenwirken der einzelnen Teile sowie die Regelung der Anlage geschieht wie folgt:
Der Turboverdichter 1 verdichtet bei Vollast die
Verbrennungsluft auf mindestens 9 bar, die dadurch auf ca. 33O0C erwärmt wird, was die Verbrennung von
Schweröl erleichtert Der Dampfkessel 6 ist so ausgelegt, daß die Gastemperatur am Austritt ca. 430° C
beträgt, was auch die Eintrittstemperatur in die Gasturbine 8 ist Im Zusammenhang mit dem hohen
Druckverhältnis führt dies zu einer Abgastemperatur nach der Gasturbine und somit zu einer Kamintemperatur
von nur 150° C. Der Abgasverlust kann also sehr
klein gehalten und eine voluminöse Nachschaltheizfläche vermieden werden. Der Turboverdichter hat
keinerlei Kühlung, das Speisewasser muß also weder durch die verdichtete Luft noch durch das Abgas
erwärmt werden, was die optimale Erwärmung durch Anzapfdampf erlaubt
Die Temperatur vor der Gasturbine wird durch die weiter unten beschriebene Regelung so tief gehalten,
daß die Gasturbine gerade den Turboverdichter der Aufladegruppe anzutreiben vermag. Dadurch geht mit
Ausnahme der Lager- und Abstrahlungsx irluste die ganze Expansionswärme der Gasturbine an den
Verdichter über, so daß die Aufladegruppe den Effekt des bei den bekannten Anlagen notwendigen abgasbeheizten
Luftvorwärmers hat. Gleichzeitig erzeugt sie aber noch einen hohen Druck und verkleinert dadurch
die Kesselheizfläche auf einen Bruchteil eines unaufgeladenen Kessels.
Der Fliehkraftregler 21 hält die Drehzahl innerhalb seiner Ungleichförmigkeitsgrenze konstant, indem z. B.
bei sinkender Drehzahl der Aufladegruppe der Steuerkolben der Büchse 20 deren Abfluß schließt und damit
über die Druckölleitung 23 des Sekundärsystems und den Servomotor 28 das Bypassventil 29 öffnet. Dadurch
steigt die Temperatur vor der Gasturbine 8 an und die Drehzahl der Aufladegruppe wird innerhalb der
Ungleichförmigkeit des Reglers gehalten.
Um die Drehzahl der Aufladegruppe bei Teillast reduzieren zu können — was den Vorteil hat, daß die
Verbrennungsluftmenge jederzeit der Last des Dampfkessels bzw. dei Brennstoffmenge angepaßt werden
kann — wird der Anwurfmotor 9 durch Ausrücken der Kupplung 10 von der Aufladegruppe getrennt und
stillgesetzt, sobald die Aufladegruppe nach dem Zünden der Brennkammer die notwendige Drehzahl für das
Gleichgewicht zwischen Verdichter- und Gasturbinenleistung erreicht hat. Dieselbe ist sich nun selbst
überlassen und unterliegt der installierten Regelung. Durch die anschließende Verstellung der Leitschaufeln
des Verdichters kann die Verbrennungsluftmenge auf etwa 55% abgesenkt werden, so daß zwischen Vollast
und Halblast der Luftüberschuß im Dampfkessel praktisch konstant gehalten werden kann, was hinsichtlich
einer sauberen Verbrennung und dementsprechend geringer Umweltverschmutzung sehr wichtig ist.
Steigt z. B. nahe der Vollast der Frischdarppfdruck, weil die Dampfturbinengruppe wegen einer Leistungsabnahme
eine kleinere Dampfmenge benötigt, so öffnet der Frischdampfregler 12 den Abfluß 13 der Druckolleitung
14. Dadurch sinkt der Druck im Primäfsystem und schließt über den Servomotor 17 die Brennstoffdüsen 18
des Dampfkessels. Gleichzeitig wird über den Servomotor 19 die Büchse 20 des Fliehkraftreglers 21 so
verschoben, daß der Abfluß 22 geöffnet und dadurch der
Steueröldruck in der Druckölieitung 23 des unabhängigen Sekundärsystems gesenkt wird. Das hat zur Folge,
daß über den Servomotor 28 das Ventil 2? und damit der ίο Bypass 30 auf der Gasseite des Dampfkessels schließt.
Dadurch wird die Temperatur vor der Gasturbine gesenkt und damit die Drehzahl der Aufladegruppe
bzw. die Menge der geförderten Verbrennungsluft der neuen, kleineren Brennstoffmenge angepaßt
,5 Nimmt die Leistung und dadurch der Druck im Primärsystem noch weiter ab, so kann sich der
Steuerkolben des Servomotors 19 nur bis zum Anschlag 32 bewegen. Damit ist die unterste Stellung der Büchse
20 erreicht und die Drehzahl der Aufladegruppe kann nicht mehr weiter absinken.
Durch eine entsprechende Bemessung der Federkräfte wird erreicht, daß der Servomotor 26 erst dann
betätigt wird, wenn der Kolben des Servomotors 19 seine Endlage erreicht hat. Sinkt nun der Druck in der
Leitung 14 weiter ab, so bleibt, wie eben gesagt, die Stellung des Kolbens des Servomotors 19 unverändert,
dagegen bewegt sich nun der Kolben 15 und verstellt die
Leitschaufeln 27 des Verdichters 7, bis auch hier durch den Anschlag 33 die Verstellgrenze erreicht ist.
Bei vorübergehend fallendem Frischdampfdruck, d. h. bei steigender Last spielt sich der analoge Regelvorgang,
aber im umgekehrten Sinne ab. Es werden zunächst die Leitschaufeln des Verdichters verstellt und
erst nachher wird die Drehzahl erhöht. Durch den beschriebenen Regelvorgang erreicht die
Drehzahl der Aufladegruppe bei etwa 90% der Nennlast die unterste Grenze. Von diesem Berriebspunkte
an bleibt sie konstant und die Winkelverstellung der Schaufeln des Turboverdichters beginnt. Bei ca.
50% der Nennlast ist auch die Verstellung der Schaufeln an ihrer Grenze angelangt Von hier an bleibt die
Luftmenge konstant und entsprechend einer weiteren Abnahme der Brennstoffmenge nimmt der Luftüberschuß
zu.
Es wäre falsch, bei abnehmender Last zuerst die Schaufeln des Verdichters zu verstellen und erst dann
die Drehzahl abzusenken, weil man dadurch von Anfang an in das Gebiet der geringen Gefällskennziffer der
Gasturbine gelangen würde. Auch gleichzeitiges Verstellen der Schaufeln und Drehzahlabsenkung ist
schlechter als die beschriebene Regelung. Hingegen würde es noch einen gewissen Vorteil bringen, außer
den Leitschaufeln 27 auch die Laufschaufeln 34 des Verdichters 7, eventuell sogar noch die Schaufeln der
Turbine zu verstellen, was jedoch mit einer komplizierteren Mechanik erkauft werden müßte.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Dampfkraftanlage mit druckgefeuertem Dampfkessel, der eine Aufladegruppe aufweist,
welche einen Turboverdichter zur Förderung der Verbrennungsluft und eine dem Dampfkessel gasseitig
nachgeschaltete Gasturbine umfaßt, bei hohem Druckverhältnis arbeitet und weder Leistung nach
außen abgibt noch Leistung von außen aufnimmt, und der Frischdampfregler über ein hydraulisches )0
oder elektrisches System sowohl die Brennstoffmenge regelt als auch durch Regelung der Aufladegruppe
die notwendige Luftmenge der eingeregelten Brennstoffmenge zuordnet, wobei der Frischdampfregler
bei abnehmender Last die Drehzahl der Aufladegruppe bis zu einem vorbestimmten Wert
absenkt und bei zunehmender Last die Drehzahl der Aufladegruppe erhöht, dadurch gekennzeichnet,
daß der Turboverdichter (7) mit Verstellschaufeln (27, 34) versehen ist, die bei einer
weiteren Lastabsenkung bei konstanter Drehzahl im Sinne einer Verminderung der Luftförderung verstellt
und bei Lastanstieg zunächst zurückverstellt werden.
2. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Leitschaufeln (27) des
Turboverdichters (7) verstellbar sind.
3. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (27) und die
Laufschaufeln (34) des Turboverdichters verstellbar sind.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH552770A (de) * | 1972-12-01 | 1974-08-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | Dampfkraftanlage mit druckgefeuertem dampfkessel. |
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1975
- 1975-08-22 CH CH1089675A patent/CH592273A5/xx not_active IP Right Cessation
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-
1976
- 1976-08-18 SE SE7609208A patent/SE7609208L/ not_active Application Discontinuation
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SE7609208L (sv) | 1977-02-23 |
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FR2321588A1 (fr) | 1977-03-18 |
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