DE2945404A1 - Einrichtung und verfahren zum teillastbetrieb einer kombinierten gas-dampfturbinenanlage - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum teillastbetrieb einer kombinierten gas-dampfturbinenanlage

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DE2945404A1 DE19792945404 DE2945404A DE2945404A1 DE 2945404 A1 DE2945404 A1 DE 2945404A1 DE 19792945404 DE19792945404 DE 19792945404 DE 2945404 A DE2945404 A DE 2945404A DE 2945404 A1 DE2945404 A1 DE 2945404A1
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Description

UHION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
VPA 79 P 9 3 6 3
Einrichtung und Verfahren mm Teillastbetrieb einer kombinierten Gas-Dampfturbinenanlage
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und Verfahren zum Teiilaetbetrieb einer kombinierten Gas-Dampftur bineraniage, bei der Gas- und Dampfturbine über Generatoren mit einem elektrischen Netz kuppelbar sind, bei der ferner die Abgase der Gasturbine dem Dampferzeuger der Dampftürbinenanlage zugeführt werden und bei der der Gasturbine ein auf gleicher Welle angeord neter Verdichter und ein mit wechselndem Wärmeangebot ▼ersehener Wärmetauscher zur Gaserhitzung vorgeschaltet sind.
Schaltungen von kombinierten Gas- und Dampfturbinenanlagen Rind beispielsweise in der Zeitschrift "Energie und Technik" Nr. 24, 1972, Heft 5, auf den Seiten 147 bis 152, in einem Aufsatz "Kombinierte Dampf-Gasturbinen-Prozesse" beschrieben.
C 2 Di / 31-10.1979
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Wenn derartige kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlagen mit Teillast gefahren werden müssen, so wird zunächst die Leistung des nachgeschalteten Dampfprozesses vermindert, da die Grasturbinenanlage bei Teillast einen sehr schlechten Wirkungsgrad besitzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, mit deren Hilfe bei verminderter Wärmezufuhr an den Gasturbinenkreislauf die kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage ohne wesentliche Ver schlechterung des Teillastwirkungegrades betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der auf gleicher Welle mit dem Verdichter angeordnete Generator oder eine andere damit gekoppelte elektrische laschine so ausgebildet ist, daß mindestens ein Teil der Nennleistung bei gegenüber der Nenndrehzahl verringerter Drehzahl an das Netz abgegeben und aus dem Netz aufgenommen werden kann und daß bei verringertem Wärmeangebot in dem der Gasturbine vorgeschalteten Wärmetauscher die Drehzahl der Gasturbine so weit verringert wird, daß die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers nicht wesentlich absinkt.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Der Gasturbinenteil der kombinierten Gas- und Dampfturbinenanlage besteht aus einer Gasturbine 1, deren Welle 2 über eine Kupplung 3 mit einem Verdichter 4 und einem Generator 5 verbunden ist. Der Generator 5 ist über eine Leitung 6 und einen Leistungsschalter 7 an ein elektrisches Netz 8 angeschlossen. Außerdem ist der Generator 5 über einen Frequenzumsetzer 9 und einen weiteren Leistungsschalter 10 ebenfalls mit dem Netz 8
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ORIGINAL INSPECTED
ε 2945Α0Α
-J - VPA 79 P 9 3 6 3 BRD
verbunden. Der Frequenzumsetzer 9 wird in vielen Fällen vorgesehen, um ein asynchrones Anfahren der Gasturbinenanlage zu ermöglichen.
Der Verdichter 4 saugt über eine Leitung 11 Luft an, verdichtet sie und gibt sie über eine Leitung 12 in einen Wärmetauscher 13. Dieser Wärmetauscher 13 kann z.B. eine mit Öl oder Gas befeuerte Brennkammer sein. Es ist aber auch.denkbar, hier den Wärmetauscher einer Wirbelschichtfeuerung, einer Kohlevergasungsanlage oder einer Sonnenenergieanlage vorzusehen. Der Ausgang der Brennkammer ist über eine Leitung 14 mit einem Ventil 15 und über eine Leitung 16 mit einem Ventil 17 verbunden. Vom Ventil 17 führt eine Leitung 18 zum Eintritt der Turbine 1 und vom Ventil 15 führt eine Leitung 19 zum Eingang des Dampferzeugers 20 für die Dampfturbinenanlage. Außerdem geht vom Ausgang der Gasturbine 1 eine Leitung 21 ebenfalls zum Dampferzeuger 20. Nach Durchströmen des Dampferzeugers 20 und gegebenenfalls von abgasbeheizten Speisewasservorwärmern verläßt die Luft die Anlage über eine Leitung 22. Dem Dampferzeuger 20 ist in bekannter Weise neben nicht dargestellten Vorwärmern eine Speisewasserpumpe 23 vorgeschaltet. Der im Dampferzeuger 20 erzeugte Dampf gelangt über eine Leitung 24 in die Dampfturbine 25- Dieser ist in ebenfalle bekannter Weise ein Kondensator 26 nachgeschaltet, dessen Kondensat wieder zur Speisewasserpumpe 23 zurückfließt. Die Dampfturbine 25 ist wie die Gasturbine 1 mit einem Generator 27 verbunden, der über einen Leistungsschalter 28 mit dem Netz 8 in Verbindung steht.
Außerdem ist an den Ausgang des Wärmetauschers 13 ein Temperaturmeßgerät 29 angeschlossen, das mit einer Steuereinrichtung 30 in Verbindung steht. Die Steuer-
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-Λ - VPA 79 P 9 36 3 BRD
einrichtung 30 ist über Signalleitungen 31 mit den Ventilen 15 und 17, mit den Leietungsschaltern 7 und 10 und mit dem Frequenzumsetzer 9 verbunden.
Bei Vollast der Gasturbinenanlage ist das Ventil 15 geschlossen und das Ventil 17 geöffnet. Der über die Leitungen 14 und 19 führende Bypaß zur Gasturbine 1 ist damit unterbrochen. Außerdem ist der Generator 5 über die Leitung .6 und den Leistungsschalter 7 mit dem Hetz 8 verbunden, so daß er die Nutzleistung der Gasturbinenanlage an das letz 8 abgeben kann.
Soll die Gasturbinenanlage nun mit Teillast betrieben werden, so wird das dem Wärmetauscher 13 zugeführte Wärmeangebot verringert und damit die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers 13 wegen des gleichbleibenden, vom Verdichter 4 geförderten Massenstromes vermindert. Unterschreitet diese Temperatur einen einstellbaren, von-4er zulässigen Leistung des Frequenzumsetzers 9 mit abhängigen Wert, so veranlaßt das Steuergerät 30 die Öffnung dee Leietungssehalters 7 und schließt den Leistungsschalter 10. Außerdem wird die Drehzahl der Welle 2 und somit der Verdichtermassenstrom durch entsprechende Ansteuerung des Frequenzumsetzers 9 so weit vermindert, daß die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers 13 wieder bis auf Auslegungstemperatur ansteigt. In diesem Fall ergibt sich am Auetritt der Gasturbine eine höhere Gastemperatur als im Auslegungsfall. Dies liegt daran, daß das Druckverhältnis zwischen Eintritt und Austritt der Gasturbine 1 wegen der verringerten Drehzahl kleiner ist und somit sich das Gas weniger entspannt und damit weniger abkühlt.
Dies hat zur Folge, daß auch bei reduzierter Wärme-
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-^- VPA 79 P 9 3 6 3 BRD
leistung der Gasturbinenanlage Luft mit hoher Temperatur in den Dampferzeuger 20 strömt, so daß bei verringerter Drehzahl sowohl Nutzleistung in der Gasturbinenanlage a]s auch Nutzleistung im Dampfturbinenprozeß bei hohem Dampfdruck und hoher Dampf- temperatur, Jedoch verringerter Frischdampfmenge erzeugt werden.
Sei weiter absinkendem Wärmeangebot im Wärmetauscher verringert sich die Drehzahl der Gasturbine und damit die Butzleietung der Gasturbinenanlage, bis keine Leistung mehr über den Generator 5 an das Netz 8 abgegeben wird. Jetzt liefert nur noch die Dampfturbine Leistung über den Generator 27 ans Netz 8. Die im Wärmetauscher Ό anfallende Wärmeleistung deckt die Verluste von Verdichter 4 und Gasturbine 1 und beheizt im übrigen dec Dampferzeuger 20 des Dampftürbinenprozesses.
Bei weiter absinkendem Wärmeangebet im Wärmetauscher mit entsprechender Drehzahlreduzierung wird die Nutzleistung der Gasturbinenanlage negativ, so daß der Generator 5 über den Frequenzumsetzer so gesteuert wird, daß er als Motor läuft und die negative Nutzleistung der Gasturbinenanlage ausgleicht. Dabei wird die ans dem Netz 8 entnommene Leistung teilweise in das Netz über den Generator 27 zurückgespeist, da im Verdichter Luft verdichtet und erhitzt wird und sich so das Särmeangebot im Dampferzeuger 20 und damit die Leistung der Dampfturbine 25 erhöht. 30
Extrem geringe Teillast läßt sich beim Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise ebenfalls verwirklichen, indem man das Ventil 17 schließt und das Ventil 15 öffnet. Jetzt sinkt der Druck in der Brennkammer 13 er-
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-Ar- VPA 79 P 9 363 BRD
heblich ab und der Verdichter 4 arbeitet im wesent lichen als Gebläse. Durch das Abschalten der Gasturbine 1 mittels der Kupplung 3 werden Leerlaufverluste vermie den, so daß eine geringe Leistung ausreicht, um den jetzt als Motor laufenden Generator 5 vom Netz 8 über den Frequenzumsetzer 9 zu speisen.
Anstatt den Generator 5 über einen Frequenzumsetzer zu speisen, läßt eich z.B. auch mit der Welle 2 eine weitere elektrische Maschine kuppeln, die geeignet ist, unabhängig von der Drehzahl Leistung ans Netz 8 zu liefern oder von diesem zu beziehen.
4 Patentansprüche 1 Figur
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Claims (4)

  1. Patentansprüehe
    ( 1/ Einrichtung und Verfahren zum Teillastbetrieb einer kombinierten Ga8-Dampiturbinenanlage, bei der Gas- und Dampfturbine über Generatoren mit einem elektrischen Netz kuppelbar eind, bei der ferner die Abgase der Gasturbine dem Dampferzeuger der Dampfturbinenanlage zugeführt werden und bei der der Gasturbine ein auf gleicher Welle angeordneter Verdichter und ein mit wechselndem Wärmeangebot versehener Wärmetauscher zur Gase.rh1t.zung vorgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet ,daß der auf gleicher Welle (2) mit dem Verdichter angeordnete Generator (5) oder eine andere damit gekoppelte elektrische Maschine so auegebildet ist, daß mindesten?! ein Teil der Nennleistung bei gegenüber der Nenndrehzahl verringerter Drehzahl an dae Netz (8) abgegeben und aus dem Netz (8) aufgenommen werden kann und daß bei verringertem Wärmeangebot in dem der Gasturbine (i) vorgeschalteten Wärmstauscher (1'3) die Drehzahl der Gasturbine (.1) so weit verringert wird, daß die Temperatur am Ausgang des Wärmetauechsre (13) nicht wesentlich absinkt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wärmetauscher (13) und Dampferzeuger (20) parallel zur Gasturbine (1) eine Leitung (14, 19) mit eingeschaltetem Ventil (15) aJs Bypaßleitung vorgesehen ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Gasturbine (1) und Verdichter (4) in die Welle (2) eine Kupplung (3) eingeschaltet ist.
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    -2- VPA79P9363 BRO
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur Leistungsübertragung zwischen Generator (5) und Hetz (8) bei Teillast der Generator (5) über einen Frequenzumsetzer (9) ait des Netz (8) verbunden ist.
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