DE4426354C2

DE4426354C2 - Kombianlage

Info

Publication number: DE4426354C2
Application number: DE4426354A
Authority: DE
Inventors: Walter Jury
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2014-07-26
Also published as: DE4426354A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine als Einwellenanlage ausgeführte Kombianlage, im wesentlichen bestehend aus einer Gasturbine, einer Dampfturbine und einem dazwischengeschalteten Generator, wobei zwischen Generator und Dampfturbine eine synchronisie rende, selbstschaltende Kupplung so angeordnet ist, dass die Gasturbine allein betreibbar ist.

Stand der Technik

Als Einwellenanlage ausgeführte Kombianlagen sind bekannt (D. L. Chase and L. O. Tomlinson "Single Shaft Combined Cycle Power Generation System", 9^th Conference on Electric Power Supply Industry, Hongkong 1992). Die Gasturbine und die Dampfturbine treiben dabei den gemeinsamen Generator an. Das Konzept mit der synchronisierenden, selbstschaltenden Kupplung weist den Vorteil auf, dass die Gasturbine allein betrieben werden kann. Um nach dem Abstellen der Anlage mit Revisionsarbeiten beginnen zu kön nen, müssen die Abkühlzeiten der rotierenden Hauptkomponenten abgewartet werden. Während dieser Abkühlzeit müssen der Gas turbinenrotor und der Dampfturbinenrotor mittels einer Wellen drehvorrichtung gedreht werden, um Verformungen infolge Wärme spannungen zu vermeiden. Hierbei zeigt sich das bisherige Kon zept mit einer Wellendrehvorrichtung als nachteilig, da die Gas turbine in der Regel bereits nach einem Tag auf eine revisions fähige Temperatur abgkühlt ist, die Dampfturbine hingegen bis zu einer Woche Abkühlzeit bedarf.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kombi anlage der eingangs genannten Art ein Revisionskonzept zu schaffen, mit welchem nach dem Abstellen der Anlage der Zugang zur Gasturbine beträchtlich früher erfolgen kann.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass sowohl die Gasturbine als auch die Dampfturbine mit je einer eigenen Wellendrehvorrichtung ausgerüstet sind, und dass während des Betriebes der Dampfturbinen-Wellendrehvorrichtung die Kupp lung ausgerückt ist.

Der Vorteil der Erfindung ist unter anderem darin zu sehen, dass durch die Entkoppelung der Wellendrehvorgänge von Gasturbine und Dampfturbine die Möglichkeit gegeben ist, die längere Auskühlzeit der Dampfturbine, welche in der Regel massgebend ist für die Wartezeit, zu Revisionszwecken der andern Komponenten zu nutzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die einzige Figur zeigt den Wellen strang einer Kombianlage. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht darge stellt von der Anlage sind beispielsweise der mit den Abgasen der Gasturbine beaufschlagte Abhitzekessel für die Dampf erzeugung, der Dampf- und Wasserkreislauf der Dampfturbine sowie die Brennkammer der Gasturbine.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Der gemeinsame Wellenstrang der Einwellenanlage ist generell mit 1 bezeichnet. Sie weist an einem Strangende eine Gastur bine auf, bestehend aus der eigentlichen Turbine 2A und dem Verdichter 2B, welcher die Verbrennungsluft bereitstellt. Am andern Strangende ist eine Dampfturbine 3 auf der Welle ange ordnet. Beide Strömungsmaschinen sind in Radiallagern 8 gela gert. Der Axialschub der Gasturbine und der Dampfturbine wird in je einem Axiallager 9 aufgenommen. In der Wellenmitte ist ein Motor/Generator 4 in Radiallagern 10 gelagert. Nicht dar gestellt sind die festen Kupplungen zwischen den einzelnen Komponenten.

Zwischen Generator 4 und Dampfturbine 3 ist eine synchroni sierende selbstschaltende Kupplung 6 vorgesehen, welche eine an sich bekannte Zahnkupplung sein kann. Ihr obliegt die Aufgabe, Dampfturbine und Gasturbine miteinander zu koppeln resp. bei Bedarf zu entkoppeln. Diese Kupplung rückt automa tisch ein, wenn die Dampfturbine die Gasturbine drehzahlmäs sig überholen möchte. Ebenso selbsttätig rückt die Kupplung aus, wenn die Dampfturbinendrehzahl gegenüber der Generator drehzahl absinkt. Eine derartige Kupplung gestattet einer seits den Gasturbinenbetrieb unabhängig vom Dampfturbinen betrieb. Andererseits besteht die Möglichkeit, während des Gasturbinenbetriebes die Dampfturbine mit Dampf anzufahren und auf Nenndrehzahl zu beschleunigen, bei deren Erreichen die Kupplung selbsttätig einrückt. Genau so einfach kann die Dampfturbine unabhängig vom Betrieb der Gasturbine abgestellt und abgekoppelt werden. Es versteht sich, dass für diesen Fall ein entsprechend ausgelegter Dampf- und/oder Abgasbypass vorhanden sein muss.

Gemäss der Erfindung ist sowohl die Gasturbine 2 als auch die Dampfturbine 3 mit je einer eigenen Wellendrehvorrichtung 7A bezw. 7B ausgerüstet, welche an hierzu geeigneten Stellen am Wellenstrang angeordnet sind. Bei diesen Wellendrehvorrich tungen kann es sich um übliche, wie schematisch angedeutet, hydraulisch betätigte Klinken- und Zahnvorrichtungen handeln. Der Sinn der zweifachen Drehvorrichtung an nur einem Wellen strang ist darin zu sehen, dass Gasturbine und Dampfturbine unabhängig voneinander gedreht werden können; nicht massge bend hierfür ist der Fall, bei dem nur die Dampfturbine abge stellt wird, die Gasturbine jedoch weiterbetrieben wird. Denn durch die Schmierung der Kupplung wird die nicht durch Dampf angetriebene Dampfturbine mit niedriger Drehzahl, d. h. ca 100-200 U/min mitgedreht, wenn die Gasturbine mit voller Drehzahl läuft. Von Vorteil ist die Lösung mit zwei Wellen drehvorrichtungen jedoch noch insofern, als jede Komponente mit der für sie bestgeeigneten Drehzahl gedreht werden kann.

Die zweifache Drehvorrichtung 7A, 7B ergibt indes im Zusam menhang mit der Betriebsweise der synchronisierenden selbst schaltenden Zahnkupplung nur dann einen Sinn, wenn diese Kupplung so ausgeführt ist, dass ein Einkuppeln erst frühe stens bei einer Drehzahl oberhalb der für das Wellendrehen benötigten Drehzahl erfolgt. Dies bedeutet, dass die Kupplung so eingestellt ist, dass sie während des Betriebes der Dampf turbinen-Wellendrehvorrichtung 7A ausgerückt ist. Dies steht im Gegensatz zur allgemeinen Betriebsweise einer derartigen Kupplung und zu den bisherigen Lösungen, bei welchem die Kupplung einrückt, wenn die Dampfturbine die Gasturbine über holen möchte. Und dies ist immer der Fall bei stillstehender Gasturbine.

Die Anlage wird wie folgt betrieben:

- Zum Anfahren wird bei selbsttätig abgekuppelter Dampf turbine 3 die Turbine 2A und der auf der gleichen Welle ange ordnete Verdichter 2B mittels des Motor/Generators auf Zünd drehzahl hochgefahren. Nach der Zündung der Brennkammer wird die Gasturbine auf Nenndrehzahl hochgefahren, synchronisiert und belastet. Während dieser Periode dreht die Dampfturbine 3 infolge der Ölreibung in der Kupplung 6 mit niedriger Drehzahl mit. Mit den Abgasen der Gasturbine 2A wird in einem Abhitze kessel Dampf erzeugt, der zunächst via Bypass um die Dampf turbine herum direkt in den Kondensator geleitet wird. Sowie Dampf genügender Qualität im Abhitzkessel vorliegt, wird damit die Dampfturbine beaufschlagt, die in der Folge ebenfalls auf Nenndrehzahl beschleunigt. Bei Erreichen dieser Nenndrehzahl wird infolge der Charakteristik der selbstschaltenden Zahnkupp lung 6 die Dampfturbine ebenfalls synchronisiert und kann be lastet werden.
- Beim Abstellen der Anlage wird die Last der Gasturbine auf ca. 15% Nennlast zurückgenommen. Danach wird die Dampfturbine durch Umleiten des Dampfes über das Bypasssystem entlastet, worauf sie ausläuft. Das negative Drehmoment auf die Kupplung bewirkt, dass die Kupplung selbsttätig ausrückt. Danach wird die Gasturbine abgestellt. Unter anderem infolge der Bremswir kung des Verdichters reduziert sich die Drehzahl der Gasturbine wesentlich schneller als jene der Dampfturbine. Fällt die Gas turbinendrehzahl unter jene der Dampfturbine, so rückt nach obigem die Kupplung wieder ein. Der gemeinsame Wellenstrang läuft dann bis zum Stillstand aus. Als nächstes wird die Wel lendrehvorrichtung 7A der Gasturbine in Betrieb genommen, was bewirkt, dass die Kupplung wiederum selbsttätig ausrückt. Nun mehr wird die Wellendrehvorrichtung 7B der Dampfturbine in Be trieb genommen, welche den Dampfturbinenrotor in der Regel mit ca. 5 Umdrehungen pro Stunde dreht. Die Kuplung ist nunmehr so ausgelegt, dass der Turnbetrieb der Gasturbine jederzeit unter brochen werden kann, ohne dass die Kupplung wieder einrückt. Als Zahlenbeispiel kann angegeben werden, dass die Kupplung so eingestellt wird, dass ein Einrücken erst ab einer Kupplungs drehzahl von 400 Umdrehungen pro Minute erfolgt. Im Ergebnis erlaubt diese Massnahme, dass Revisionsarbeiten an der Gastur bine bereits nach der entsprechenden Abkühlzeit beginnen können, während die Dampfturbine noch weiter gedreht werden muss.

Bezugszeichenliste

1

gemeinsamer Wellenstrang

2

Gasturbine

2

A Turbine

2

B Verdichter

3

Dampfturbine

4

Generator

6

synchronisierende selbstschaltende Zahnkupplung

7

A,

7

B Wellendrehvorrichtung

8

Radiallager

9

Axiallager

10

Generatorlager

Claims

Als Einwellenanlage ausgeführte Kombianlage, im wesent lichen bestehend aus einer Gasturbine (2), einer Dampf turbine (3) und einem dazwischengeschalteten Generator (4), wobei zwischen Generator und Dampfturbine eine syn chronisierende selbstschaltende Kupplung (6) so angeord net ist, dass die Gasturbine allein betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Gasturbine (2) als auch die Dampfturbine (3) mit je einer eigenen Wellendrehvorrichtung (7A, 7B) aus gerüstet sind, und dass während des Betriebes der Dampfturbinen-Wellendrehvorrichtung (7A) die Kupplung (6) ausgerückt ist.