DE19900026B4

DE19900026B4 - Gas turbine with steam injection

Info

Publication number: DE19900026B4
Application number: DE19900026.3A
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Frutschi
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: Ansaldo Energia Switzerland AG
Priority date: 1999-01-02
Filing date: 1999-01-02
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2019-01-03
Also published as: DE19900026A1

Abstract

Gasturbine mit Dampfeindüsung, wobei die Gasturbine im wesentlichen aus einer Verdichtereinheit (1), aus mindestens einer Brennkammer (4, 9), mindestens einer Turbine (7, 12) und einem Generator (19) besteht, und wobei die Abgase aus der Turbine (7, 12) einen Abhitzedampferzeuger (14) beaufschlagen, wobei aus der Verdichtereinheit (1) an geeigneter Stelle hinsichtlich Druck und Temperatur mindestens eine Kühlluftmenge (22, 23) zur Kühlung der thermisch belasteten Aggregate der Gasturbine entnehmbar ist, und wobei eine Dampfmenge (20) aus dem Abhitzedampferzeuger (14) eine Gegendruckturbine (28) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aus dem Abhitzedampferzeuger (14) mittelbar abgeleitete Dampfmenge (29) und/oder Heisswassermenge (24) und/oder eine von aussen zugeleitete Frischwassermenge (25) in die Verdichtereinheit (1) einleitbar ist, dass ein Teil Dampfmenge (30) der in der Gegendruckturbine (28) entspannten Dampfmenge (29) der Kühlluft (22, 23) beimischbar ist, und dass dieses zusammengesetzte Kühlmedium (30, 22, 23) mindestens zur Kühlung der thermisch belasteten Teile einer ersten Turbine (7) der Gasturbine einsetzbar ist.Gas turbine with steam injection, wherein the gas turbine consists essentially of a compressor unit (1), at least one combustion chamber (4, 9), at least one turbine (7, 12) and a generator (19), and wherein the exhaust gases from the turbine ( 7, 12) act on a heat recovery steam generator (14), wherein from the compressor unit (1) at a suitable point in terms of pressure and temperature at least one cooling air quantity (22, 23) for cooling the thermally loaded units of the gas turbine can be removed, and wherein a steam quantity (20 ) from the heat recovery steam generator (14) acted upon by a back pressure turbine (28), characterized in that at least one steam quantity (29) and / or hot water quantity (24) indirectly derived from the heat recovery steam generator (14) and / or a fresh water quantity (25) supplied from the outside in the compressor unit (1) can be introduced, that a portion of steam quantity (30) of the in the back pressure turbine (28) relaxed steam quantity (29) of the cooling air (22, 23) admixable i st, and that this composite cooling medium (30, 22, 23) is used at least for cooling the thermally stressed parts of a first turbine (7) of the gas turbine.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine mit Dampfeindüsung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a gas turbine with steam injection according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Aus EP-0 770 771 A1 ist ein zwischengekühlter Verdichter im Zusammenhang mit einer offenen Gasturbine mit Abwärmerückgewinnung bekanntgeworden. Die aus dieser Druckschrift hervorgehende Schaltung besteht im wesentlichen aus einem axialdurchströmten, zweiteiligen Verdichter mit dazwischengeschaltetem Kühler, einer Brennkammer, einer Turbine und einem Rekuperator. Der erste Verdichterteil ist mit einer Mehrzahl von Wassereinspritzungen versehen. Der zwischen den Verdichterteilen wirkende Kühler weist Mittel zur Wasserrekuperation auf, welche über eine Förderpumpe mit den Wassereinspritzungen verbunden sind. Dabei werden diese Wassereinspritzungen im Verdichter jeweils in der Ebene der Leitschaufeln angeordnet und sie erstrecken sich über der ganzen Höhe des durchströmten Verdichterkanals. Die Anlage wird dergestalt betrieben, dass über die Mehrzahl der Wassereinspritzungen jeweils so viel Wasser zugegeben wird, dass das entstehende Dampf/Luft-Gemisch während der Verdichtung die Wassersättigungslinie nicht unterschreitet, und dass im Endkühler die zwischenverdichtete Luft so weit hinuntergekühlt wird, dass zumindest annähernd alles eingespritzte Wasser auskondensiert und nach dessen Reinigung wiederum den Wassereinspritzungen zugeführt wird.Out EP-0 770 771 A1 An intercooled compressor has become known in the context of an open gas turbine with waste heat recovery. The resulting from this document circuit consists essentially of an axialdurchströmten, two-piece compressor with interposed cooler, a combustion chamber, a turbine and a recuperator. The first compressor part is provided with a plurality of water injections. The cooler acting between the compressor parts has means for water recuperation, which are connected via a feed pump with the water injections. In this case, these water injections are arranged in the compressor respectively in the plane of the vanes and they extend over the entire height of the flowed through the compressor duct. The system is operated in such a way that over the majority of the water injections each so much water is added that the resulting vapor / air mixture during compression does not fall below the water saturation line, and that in the final cooler, the intermediate-compressed air is cooled down so far that at least approximately condenses all injected water and after its purification is in turn fed to the water injections.

Diese Schaltung weist indessen keine befriedigende Wirkungsgradsteigerung auf, weil der im Verdichter erzeugte Dampf in der Turbine keine Arbeit leistet.However, this circuit does not have a satisfactory increase in efficiency, because the steam generated in the compressor does not work in the turbine.

Des Weiteren beschreibt die Druckschrift DE 195 08 018 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage und sieht insbesondere unter Bezugnahme auf 1 eine gezielte Ableitung des überhitzten Dampfes von dem Abhitzedampferzeuger vor. Aus dieser Druckschrift kann entnommen werden, dass der überhitzte Dampf an einer geeigneten Stelle in die Gasturbogruppe eingeblasen wird. Aus dieser Druckschrift geht des Weiteren hervor, dass aus der Verdichtereinheit an geeigneter Stelle hinsichtlich Druck und Temperatur mindestens eine Kühlluftmenge zur Kühlung der thermisch belasteten Aggregate der Gasturbine entnommen wird. Allerdings geht aus dieser Druckschrift nicht hervor, dass schaltungsspezifische Überlegungen angestellt wurden, wie eine effiziente Kühlung bewerkstelligt werden könnte. Des Weiteren geht aus dieser Druckschrift nicht daraus hervor, dass im Zusammenhang mit der Erhöhung des Wirkungsgrades und der spezifischen Leistung eine Kühlung angestrebt ist, welche eine moderierende Wirkung auf die Entstehung und Auswirkung von Spannungen bei den zu kühlenden Teilen ausübt.Furthermore, the document describes DE 195 08 018 A1 a method for operating a power plant and provides particular reference to 1 a targeted discharge of the superheated steam from the heat recovery steam generator before. From this document it can be seen that the superheated steam is injected at a suitable location in the gas turbine group. It is also apparent from this document that at least one quantity of cooling air for cooling the thermally loaded aggregates of the gas turbine is taken from the compressor unit at a suitable point in terms of pressure and temperature. However, this document does not indicate that circuit-specific considerations have been made as to how efficient cooling could be accomplished. Furthermore, it is not apparent from this document that, in connection with the increase in efficiency and specific power cooling is sought, which has a moderating effect on the formation and effect of stresses in the parts to be cooled.

Aus der EP 781 909 A2 ist eine Gasturbogruppe bekannt geworden, welche aber keine Gegendruckturbine aufweist. Auf die Kühlung der thermisch hochbelasteten Teile in der Gasturbine wird in dieser Druckschrift nicht eingegangen, insbesondere sind aus dieser Druckschrift keine Hinweise erkennbar, welche darauf schliessen liessen, dass eine effiziente aber doch moderierende Kühlung auf die zu kühlenden Teile angestrebt wird.From the EP 781 909 A2 is a gas turbine group has become known, but which has no back pressure turbine. On the cooling of the thermally highly stressed parts in the gas turbine is not discussed in this document, in particular, no evidence can be seen from this document, which suggest that an efficient but moderating cooling is sought on the parts to be cooled.

Aus EP 795 685 A1 ist eine Gasturbine mit Dampfkühlung bekannt geworden, bei welchem der entspannte Dampf direkt für die Kühlung der Hochdruck- und Niederdruckturbine eingesetzt wird. Bei dieser Ausgangslage ist eine moderierende Kühlung der thermisch hochbeanspruchten Teile nicht zu bewerkstelligen, was dort zu metallurgischen Spannungen führt.Out EP 795 685 A1 a gas turbine with steam cooling has become known in which the expanded steam is used directly for the cooling of the high-pressure and low-pressure turbine. In this starting position, a moderating cooling of the thermally highly stressed parts can not be accomplished, which leads there to metallurgical stresses.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde bei einer Gasturbine der eingangs genannten Art deren Wirkungsgrad und spezifische Leistung kräftig zu steigern.The invention aims to remedy this situation. The invention, as characterized in the claims, the object is based on a gas turbine of the type mentioned to increase their efficiency and specific power vigorously.

Die Grundschaltung der Gasturbogruppe eignet sich sowohl für eine einfach befeuerte Gasturbine als auch für eine solche mit sequentieller Verbrennung. Die wesentlichen Aspekte der Erfindung sind darin zu sehen, dass bei einer Gasturbine mit Dampfeinblasung die Verdichteraustrittstemperatur gesenkt werden kann, ohne dass der Wirkungsgrad durch einen Kühlluftkühler verschlechtert wird. Im ersten Teil der Verdichtung wird eine Verdampfungskühlung durch eine dosierte Wassereinspritzung bewerkstelligt. Dabei halten sich der Rückgang an Verdichterleistungsbedarf und der Mehrbedarf an Brennstoff im Rahmen des Wirkungsgrades einer Gasturbine mit Dampfeinblasung etwa die Waage. Für moderate Turbineneintrittstemperaturen von 1200–1300°C wird durch die Massnahme eine weitere Leistungserhöhung erzielt, ohne dass die Luftüberschusszahl in der Brennkammer zu niedrig wird. Allenfalls lässt sich durch eine Dampfbeimischung oder im Grenzfall durch reine Dampfkühlung mehr Brennluft über die Brenner führen.The basic circuit of the gas turbine group is suitable both for a single-fired gas turbine and for one with sequential combustion. The essential aspects of the invention can be seen in the fact that in a gas turbine with steam injection, the compressor outlet temperature can be lowered, without the efficiency is deteriorated by a cooling air cooler. In the first part of the compression evaporative cooling is accomplished by a metered water injection. The decline in compressor power requirements and the additional fuel requirement are roughly in line with the efficiency of a gas turbine with steam injection. For moderate turbine inlet temperatures of 1200-1300 ° C, the measure achieves a further increase in power without the excess air coefficient in the combustion chamber becoming too low. At most, can be carried out by a steam admixing or in the borderline case by pure steam cooling more combustion air over the burner.

Die erfindungsgemässe Schaltung kommt deshalb ohne einen Kühlluftkühler aus, weil die Temperatur der Luft im Verdichter tief bleibt, somit ist diese Luft unmittelbar für den Einsatz als Kühlmedium tauglich.Therefore, the circuit according to the invention does not require a cooling air cooler because the temperature of the air in the compressor remains low, so this air is directly suitable for use as a cooling medium.

Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet. Advantageous and expedient developments of the task solution according to the invention are characterized in the further claims.

Im Folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.In the following, embodiments of the invention are illustrated and explained in more detail with reference to the drawing. All elements not required for the immediate understanding of the invention are omitted. The flow direction of the media is indicated by arrows.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Es zeigt:It shows:

1 eine Schaltung einer Gasturbine mit Hochdruckdampfeinblasung und Gegendruck-turbine. 1 a circuit of a gas turbine with high-pressure steam injection and counter-pressure turbine.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability

1 zeigt eine Gasturbogruppe, welche mit einem Abhitzedampferzeuger 14 in Wirkverbindung steht, wobei der in diesem Abhitzedampferzeuger 14 bereitgestellte Dampf an geeigneter Stelle in die Gasturbogruppe eingeblasen wird. Die Gasturbogruppe als autonome Einheit besteht aus einem Verdichter 1, des weiteren aus einer dem Verdichter 1 nachgeschalteten ersten Brennkammer 4, einer dieser Brennkammer 4 nachgeschalteten ersten Turbine 7, einer dieser Turbine 7 nachgeschalteten zweiten Brennkammer 9 und einer dieser Brennkammer 9 nachgeschalteten zweiten Turbine 12. Die genannten Strömungsmaschinen 1, 7, 12 weisen eine einheitliche Rotorwelle 18 auf, welche durch eine nicht ersichtliche Kupplung mit der ebenfalls nicht ersichtlichen Welle eines Generators 19 gekoppelt ist. Diese Rotorwelle 18 ist vorzugsweise auf zwei nicht gezeigten Lagern gelagert, welche kopfseitig des Verdichters 1 und stromab der zweiten Turbine 12 plaziert sind. Die vorliegende Verdichterstufe ist zweigeteilt. Die angesaugte Luft 2 strömt nach deren Verdichtung vorzugsweise in ein nicht gezeigtes Gehäuse, das in sich den Verdichteraustritt und die erste Turbine 7 einschliesst. In diesem Gehäuse ist auch die erste Brennkammer 4 untergebracht, welche vorzugsweise als zusammenhängende Ringbrennkammer ausgebildet ist und worin die verdichtete Luft 3 einströmt. Die Ringbrennkammer 4 weist kopfseitig, auf den Umfang verteilt, eine Anzahl von nicht näher dargestellten Brennern auf, welche die Verbrennung aufrechterhalten. An sich können hier auch Diffusionsbrenner zum Einsatz gelangen. Im Sinne einer Reduzierung 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. Was die Anordnung dieser Vormischbrenner in Umfangsrichtung der Ringbrennkammer 4 betrifft, so kann eine solche bei Bedarf von der üblichen Konfiguration gleicher Brenner abweichen, statt dessen können unterschiedlich grosse Vormischbrenner zum Einsatz kommen. Selbstverständlich kann die Ringbrennkammer 4 aus einer Anzahl einzelner autonomer rohrförmiger Brennräume bestehen, welche allenfalls schrägringförmig, bisweilen auch schraubenförmig, um die Rotorachse angeordnet sind. Diese Ringbrennkammer 4, unabhängig von ihrer Auslegung, wird und kann geometrisch so angeordnet werden, dass sie auf die Rotorlänge praktisch keinen Einfluss ausübt. Auf die daraus resultierenden Vorteile aus einer solchen Disposition, wird weiter unten näher eingegangen. Die Heissgase 6 aus dieser Ringbrennkammer 4 beaufschlagen die unmittelbar nachgeschaltete erste Turbine 7, deren kalorisch entspannende Wirkung auf die Heissgase 6 bewusst minimal gehalten wird, d. h. diese Turbine 7 wird demnach aus nicht mehr als eine bis zwei bis drei Laufschaufelreihen bestehen. Bei einer solchen Turbine 7 wird nötig sein, einen Druckausgleich an den Stirnflächen zwecks Stabilisierung des Axialschubes vorzusehen. Die in Turbine 7 teilentspannten heissen Abgase 8, welche unmittelbar in die zweite Brennkammer 9 strömen, weisen aus dargelegten Gründen eine recht hohe Temperatur auf, vorzugsweise ist sie betriebsspezifisch so auszulegen, dass sie sicher noch um 1000°C beträgt. Diese zweite Brennkammer 9 hat im wesentlichen die Form eines zusammenhängenden ringförmigen axialen oder quasi-axialen Zylinders. Diese Brennkammer 9 kann selbstverständlich auch aus einer Anzahl axial, quasi-axial oder schraubenförmig angeordneter und in sich abgeschlossener Brennräume bestehen. Was die Konfiguration der ringförmigen, aus einem einzigen Brennraum bestehenden Brennkammer 9 betrifft, so sind in Umfangsrichtung dieses ringförmigen Zylinders mehrere Brennstofflanzen disponiert, welche in der 1 mit der Pos. 10 versinnbildlicht sind, wobei sie selbstverständlich über eine nicht gezeigte Ringleitung miteinander verbunden sein können. Diese Brennkammer 9 weist an sich keinen herkömmlichen Brenner auf: Die Verbrennung des in die aus der Turbine 7 kommenden heissen Abgase 8 eingedüsten Brennstoffes 10 geschieht hier durch Selbstzündung, soweit freilich die vorherrschende Temperatur der teilentspannten Gase 8 eine solche Betriebsart zulässt. Ausgehend davon, dass die Brennkammer 9 mit einem gasförmigen Brennstoff, also beispielsweise Erdgas, betrieben wird, muss für eine Selbstzündung eine Temperatur der heissen Abgase 8 aus der Turbine 7 um die 1000°C vorliegen, und dies selbstverständlich auch bei Teillastbetrieb, was für die Auslegung dieser Turbine 7 eine ursächliche Rolle spielt. Um die Betriebssicherheit 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 9, vorzugsweise an der Innen- und Aussenwand, in Umfangsrichtung disponiert, eine Reihe von in der Figur nicht gezeigten Wirbel-Generatoren vorgesehen, welche in axialer Richtung vorzugsweise stromauf der Brennstofflanzen 10 plaziert sind. Die Aufgabe dieser Wirbel-Generatoren besteht darin, Wirbel zu erzeugen, welche weiter stromab eine Rückströmzone, analog derjenigen aus den Vormischbrennern in der Ringbrennkammer 4, induzieren. Da es sich bei dieser Brennkammer 9 aufgrund ihrer axialen Anordnung und ihrer Baulänge um eine Hochgeschwindigkeitsbrennkammer handelt, deren mittlere Geschwindigkeit grösser ca. 60 m/s beträgt, müssen die wirbelerzeugenden Elemente entsprechend ausgebildet sein. Anströmungsseitig sollen diese vorzugsweise aus einer tetraederförmigen Form mit anströmungsschiefen Flächen bestehen. Diese wirbelerzeugenden Elemente können entweder an der Aussenfläche oder an der Innenfläche der Brennkammer 5 plaziert sein, oder beiderorts wirken. Die schiefen Flächen zwischen den aussenliegenden und innenliegenden wirbelerzeugenden Elementen sind vorzugsweise spiegelbildlich angeordnet, dergestalt, dass im diesem Bereich an sich eine Verengung des Durchflussquerschnittes resultiert. Abströmungsseitig wird dann Brennstoff 10 in die Wirbel eingedüst, und weiter stromab findet eine Querschnittserweiterung mit einem Coanda-Effekt statt. In diesem Bereich wirkt die Flammenfront mit der sich dort einstellenden Rückströmzone. Selbstverständlich können die wirbelerzeugenden Elemente auch axial zueinander verschoben sein. Die abströmungsseitige Fläche der wirbelerzeugenden Elemente ist im wesentlichen radial ausgebildet. Hinsichtlich der spezifischen Ausgestaltung der Wirbel-Generatoren wird auf die Druckschrift EP-0 619 133 A1 verwiesen. Die Selbstzündung in der Brennkammer 9 muss indessen auch in den transienten Lastbereichen sowie im Teillastbereich der Gasturbogruppe gesichert bleiben, d. h. es müssen allenfalls Hilfsvorkehrungen vorgesehen werden, welche die Selbstzündung in der Brennkammer 9 auch dann sicherstellen, wenn sich eine Flexion der Temperatur der heissen Abgase 8 im Bereich der Eindüsung des Brennstoffes 10 einstellen sollte. Durch die extrem kurze Baulänge dieser Brennkammer 9 ist die Verweilzeit des Brennstoffes im Bereich der heissen Flammenfront minimal. Eine unmittelbar verbrennungsspezifisch messbare Wirkung hieraus betrifft die NOx-Emissionen, welche 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 Brennkammer 9 niederschlägt. Die in der Brennkammer 9 aufbereiteten Heissgase 11 beaufschlagen anschliessend eine nachgeschaltete zweite Turbine 12. Die thermodynamischen Kennwerte der Gasturbogruppe können so ausgelegt werden, dass die Abgase 13 aus der zweiten Turbine 12 noch so viel kalorisches Potential aufweisen, um damit einen nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger 14 zu betreiben, auch zur Erzeugung eines hochqualitativen Dampfes. Anschliessend strömen diese Abgase als Rauchgase 15 ab. Dieser Abhitzedampferzeuger 14 wird über eine Förderpumpe 27 fortlaufend mit Frischwasser 26 gespeist, wobei im Abhitzedampferzeuger 14 grundsätzlich mehrere Dampf- und Wasserqualitäten bereitgestellt werden können. Vorliegend wird hochdruckseitig 14b eine überhitzte Dampfmenge 20 entnommen. Danebst wird vorzugsweise aus dem Economizer 14a eine Heisswassermenge 24, allenfalls Dampfmenge, entnommen, welche über ein Regelorgan 16 in den ersten Teil der Verdichterstufe eingeleitet wird. Grundsätzlich lässt sich aus diesem Economizer 14a vorgewärmtes Wasser 24 mit zu jeder Druckstufe im Verdichter passender Temperatur entnehmen. Es ist auch möglich, dieses Wasser 24 dort in Abständen von mehreren Verdichterstufen einzudüsen. Dieses Wasser 24 kann dabei durch die Leitschaufeln des Verdichters 1 geführt werden und durch radial verteilte Bohrungen oder Schlitze an der Hinterkante eingedüst werden. Wählt man eine direkte Einspritzung, so müssen die axialen Stufenabstände entsprechend bemessen sein. Stromauf dieser Eindüsung oder an anderer Stelle wird in denselben Verdichterteil, ebenfalls über ein Regelorgan 17, eine Wassermenge 25 eingeleitet. So gesehen arbeitet der zweite Teil der Verdichtereinheit 1 ohne innere Kühlung, wobei eine solche Schaltung nicht unabdingbar ist. Damit ist es möglich, jene optimierte Dampf- oder Wasserqualität an geeigneten Stellen in den Verdichter 1 resp. stromauf oder stromab dieses Verdichters 1 einzubringen. Die Lufttemperatur in diesem Verdichter 1, insbesondere im zweiten Teil desselben, ist somit ideal geeignet, um als Kühlluft für die thermisch belasteten Komponenten der Gasturbogruppe zu dienen, womit die hier beschriebene Schaltung ohne Einsatz eines Kühlluftkühlers auskommt. Die Kühlung der thermisch belasteten Aggregate der Gasturbogruppe wird durch die Leitungen 22 und 23 erstellt, dergestalt, dass je nach vorherrschendem Druck in den einzelnen zu kühlenden Aggregaten eine entsprechende Anzapfstelle im Verdichter vorgesehen wird. Dies geht aus der Zeichnung hervor, wo beispielsweise für die 1 shows a gas turbine group, which with a heat recovery steam generator 14 is in operative connection, wherein in this heat recovery steam generator 14 provided steam is injected at a suitable location in the gas turbine group. The gas turbine group as an autonomous unit consists of a compressor 1 , further from a compressor 1 downstream first combustion chamber 4 , one of these combustion chamber 4 downstream first turbine 7 , one of these turbine 7 downstream second combustion chamber 9 and one of these combustion chambers 9 downstream second turbine 12 , The turbomachines mentioned 1 . 7 . 12 have a uniform rotor shaft 18 on, which by an unobvious clutch with the likewise not visible shaft of a generator 19 is coupled. This rotor shaft 18 is preferably mounted on two bearings, not shown, which head side of the compressor 1 and downstream of the second turbine 12 are placed. The present compressor stage is divided into two parts. The sucked air 2 after its compression, it preferably flows into a housing, not shown, which exits the compressor and the first turbine 7 includes. In this case is also the first combustion chamber 4 housed, which is preferably formed as a continuous annular combustion chamber and wherein the compressed air 3 flows. The ring combustion chamber 4 has head-side, distributed over the circumference, a number of burners, not shown, which maintain the combustion. As such, diffusion burners can also be used here. In order to reduce the pollutant emissions, in particular as regards the NOx emissions, and to increase the efficiency, it is advantageous to an arrangement of premix burners according to EP-0 321 809 B1 provided. As for the arrangement of these premix burners in the circumferential direction of the annular combustion chamber 4 If necessary, such may deviate from the customary configuration of the same burner if required, but differently sized premix burners may be used instead. Of course, the annular combustion chamber 4 consist of a number of individual autonomous tubular combustion chambers, which are at most schrägringförmig, sometimes helically arranged around the rotor axis. This annular combustion chamber 4 regardless of its design, is and can be geometrically arranged so that it has virtually no influence on the rotor length. The resulting benefits from such a disposition will be discussed below. The hot gases 6 from this annular combustion chamber 4 apply the immediately downstream first turbine 7 whose caloric relaxing effect on the hot gases 6 is kept deliberately minimal, ie this turbine 7 will therefore consist of no more than one to two to three blade rows. In such a turbine 7 will be necessary to provide a pressure compensation at the end faces for the purpose of stabilizing the axial thrust. The in turbine 7 partially released hot exhaust gases 8th which directly into the second combustion chamber 9 flow, have for reasons set out a fairly high temperature, preferably it is plant specific designed so that it is safe still around 1000 ° C. This second combustion chamber 9 is substantially in the form of a continuous annular axial or quasi-axial cylinder. This combustion chamber 9 can of course also consist of a number of axially, quasi-axially or helically arranged and self-contained combustion chambers. What the configuration of the annular combustion chamber made up of a single combustion chamber 9 is concerned, so are arranged in the circumferential direction of this annular cylinder several fuel lances, which in the 1 with the pos. 10 are emblematic, they may of course be connected to each other via a ring line, not shown. This combustion chamber 9 has no conventional burner per se: the combustion of the in the turbine 7 coming hot exhaust 8th injected fuel 10 Here happens by auto-ignition, as far as the prevailing temperature of the partially relaxed gases 8th such an operating mode permits. Assuming that the combustion chamber 9 is operated with a gaseous fuel, so for example natural gas, a temperature of the hot exhaust gases must for auto-ignition 8th from the turbine 7 exist around 1000 ° C, and of course also at partial load operation, what the design of this turbine 7 plays a causal role. In order to ensure the operational safety and high efficiency of a self-ignition combustion chamber, it is extremely important that the flame front remains stable in the field. For this purpose, in this combustion chamber 9 , Preferably on the inner and outer wall, Disposed in the circumferential direction, a number of vortex generators not shown in the figure is provided, which in the axial direction preferably upstream of the fuel lances 10 are placed. The purpose of these vortex generators is to generate vortices which further downstream of a Rückströmzone, analogous to those from the premix burners in the annular combustion chamber 4 induce. Because it is in this combustion chamber 9 Due to their axial arrangement and their length is a high-speed combustion chamber whose average velocity is greater about 60 m / s, the vortex-generating elements must be designed accordingly. On the inflow side, they should preferably consist of a tetrahedral shape with inclined surfaces. These vortex-generating elements can either be on the outer surface or on the inner surface of the combustion chamber 5 be placed or work in both places. The inclined surfaces between the outer and inner vortex-generating elements are preferably arranged in mirror image, such that in this area a constriction of the flow cross-section itself results. Outflow side is then fuel 10 injected into the vortex, and further downstream there is a cross-sectional enlargement with a Coanda effect. In this area, the flame front acts with the return flow zone established there. Of course, the vortex-generating elements can also be displaced axially relative to one another. The downstream side surface of the vortex generating elements is formed substantially radially. With regard to the specific embodiment of the vortex generators is on the document EP-0 619 133 A1 directed. The auto-ignition in the combustion chamber 9 must, however, remain secured even in the transient load ranges and in the partial load range of the gas turbine group, ie it must be provided at best auxiliary arrangements, which the auto-ignition in the combustion chamber 9 even then ensure if there is a flexion of the temperature of the hot exhaust gases 8th in the field of injection of fuel 10 should set. Due to the extremely short length of this combustion chamber 9 the residence time of the fuel in the area of the hot flame front is minimal. An immediate combustion-specific measurable effect from this concerns the NOx emissions, which undergo a minimization, such that they are now no longer an issue. This starting position also makes it possible to clearly define the location of the combustion, which is based on an optimized cooling of the structures of this combustion chamber 9 reflected. The ones in the combustion chamber 9 processed hot gases 11 then apply a downstream second turbine 12 , The thermodynamic characteristics of the gas turbine group can be designed so that the exhaust gases 13 from the second turbine 12 still have so much caloric potential to order a downstream heat recovery steam generator 14 to operate, also to produce a high quality steam. Subsequently, these exhaust gases flow as flue gases 15 from. This heat recovery steam generator 14 is via a feed pump 27 ongoing with fresh water 26 fed, being in the heat recovery steam generator 14 basically several steam and water qualities can be provided. In the present case, the high pressure side 14b a superheated amount of steam 20 taken. Danebst is preferably from the economizer 14a a hot water amount 24 , at most, amount of steam, taken, which via a control organ 16 is initiated in the first part of the compressor stage. Basically, from this economizer 14a preheated water 24 with appropriate to each pressure level in the compressor temperature. It is also possible this water 24 inject it at intervals of several compressor stages. This water 24 can do this through the vanes of the compressor 1 be guided and injected through radially distributed holes or slots at the trailing edge. If one chooses a direct injection, then the axial step distances must be dimensioned accordingly. Upstream of this injection or elsewhere is in the same compressor part, also via a control element 17 , a quantity of water 25 initiated. In this sense, the second part of the compressor unit works 1 without internal cooling, such a circuit is not essential. This makes it possible to have that optimized steam or water quality at suitable locations in the compressor 1 respectively. upstream or downstream of this compressor 1 contribute. The air temperature in this compressor 1 , in particular in the second part thereof, is thus ideally suited to serve as cooling air for the thermally loaded components of the gas turbine group, whereby the circuit described here manages without the use of a cooling air cooler. The cooling of the thermally loaded units of the gas turbine group is through the lines 22 and 23 created, such that depending on the prevailing pressure in the individual units to be cooled a corresponding tapping point is provided in the compressor. This is apparent from the drawing, where, for example, for the

Kühlung der mit höherem Druck betriebenen ersten Turbine 7 eine Kühlluft 22 höheren Druckes eingesetzt wird. Die hier gezeigten Kühlluftstränge 22, 23 erheben nicht Anspruch auf Abschliesslichkeit, sie sind nur unter einem qualitativen Aspekt zu verstehen. Diese Kühlstränge 22, 23 können darüber hinaus, je nach Bedarfsfall, in offenen oder geschlossenen Kühlpfaden gehalten werden. Beim offenen Kühlpfad ist es so, dass unmittelbar nach getanem Kühlvorgang die Kühlluft an geeigneter Stelle in den Kreislaufprozess der Gasturbogruppe eingeleitet wird. Bei einem geschlossenen Kühlpfad wird die Kühlluft sequentiell eingesetzt, wobei diese Kühlluft schliesslich auch an geeigneter Stelle in den Kreislauf eingeleitet wird.Cooling of the first turbine operated at higher pressure 7 a cooling air 22 higher pressure is used. The cooling air strands shown here 22 . 23 do not claim to be complete, they are to be understood only under a qualitative aspect. These cooling lines 22 . 23 In addition, they can be kept in open or closed cooling paths, as required. In the case of the open cooling path, immediately after the cooling process has been carried out, the cooling air is introduced at a suitable point into the cycle process of the gas turbo group. In a closed cooling path, the cooling air is used sequentially, this cooling air is finally introduced into the circuit at a suitable location.

Die Gasturbogruppe ist mit einer Gegendruckturbine 28 gekoppelt, welche mit einer Dampfmenge 20 aus dem Economizer 14b betrieben wird, und welche unter anderem der Leistungssteigerung dient. Der hieraus abströmende Dampf 29 wird dann stromauf der ersten Brennkammer 4 an geeigneter Stelle in den Kreislauf eingeleitet.The gas turbine group is with a back pressure turbine 28 coupled with an amount of steam 20 from the economizer 14b operated, and which serves among other things, the increase in performance. The steam flowing out of it 29 is then upstream of the first combustion chamber 4 introduced at a suitable location in the cycle.

Von diesem Dampf 29 lässt sich stromauf seiner Einleitung in den Kreislaufprozess eine Dampfmenge 30 abzweigen, welche in die Kühlluft 22 eingemischt wird, im Sinne einer optimierten Kühlluftbereitstellung, was Masse, Druck und Temperatur für die jeweils zu kühlenden Aggregate betrifft.From this steam 29 upstream of its introduction into the cycle process can be a quantity of steam 30 branch off, which into the cooling air 22 is mixed, in terms of optimized cooling air supply, which relates to mass, pressure and temperature for the respective units to be cooled.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Verdichtercompressor
22: Angesaugte LuftSucked air
33: Verdichtete LuftCompressed air
44: Erste BrennkammerFirst combustion chamber
55: Brennstoff, Brennstoffzuführung, BrennstofflanzeFuel, fuel supply, fuel lance
66: Heissgasehot gases
77: Erste TurbineFirst turbine
88th: Teilentspannte HeissgasePartially released hot gases
99: Zweite BrennkammerSecond combustion chamber
1010: Brennstoff, Brennstoffzuführung, BrennstofflanzeFuel, fuel supply, fuel lance
1111: Heissgasehot gases
1212: Zweite TurbineSecond turbine
1313: Abgaseexhaust
1414: Abhitzedampferzeugerheat recovery steam generator
14a14a: Economizereconomizer
14b14b: HochdruckstufeHigh pressure stage
1515: Rauchgasefumes
1616: Regelorganregulating element
1717: Regelorganregulating element
1818: Wellewave
1919: Generatorgenerator
2020: Überhitzter DampfOverheated steam
2222: Kühlluftcooling air
2323: Kühlluftcooling air
2424: Heisswassermenge aus dem EconomizerHot water quantity from the economizer
2525: Wasserwater
2626: Frischwasserfresh water
2727: Förderpumpefeed pump
2828: GegendruckturbineBack pressure turbine
2929: Dampf aus der GegendruckturbineSteam from the back pressure turbine
3030: Abzweigung einer Dampfmenge aus 29 Branch of a quantity of steam 29

Claims

Gas turbine with steam injection, wherein the gas turbine essentially consists of a compressor unit ( 1 ), from at least one combustion chamber ( 4 . 9 ), at least one turbine ( 7 . 12 ) and a generator ( 19 ) and the exhaust gases from the turbine ( 7 . 12 ) a heat recovery steam generator ( 14 ), wherein from the compressor unit ( 1 ) at a suitable point in terms of pressure and temperature at least one amount of cooling air ( 22 . 23 ) is removable for cooling the thermally loaded units of the gas turbine, and wherein a steam quantity ( 20 ) from the heat recovery steam generator ( 14 ) a back pressure turbine ( 28 ), characterized in that at least one of the heat recovery steam generator ( 14 ) indirectly derived steam quantity ( 29 ) and / or hot water quantity ( 24 ) and / or an externally supplied fresh water quantity ( 25 ) in the compressor unit ( 1 ), it can be deduced that a part of steam ( 30 ) in the back pressure turbine ( 28 ) relaxed amount of steam ( 29 ) of the cooling air ( 22 . 23 ) and that this composite cooling medium ( 30 . 22 . 23 ) at least for cooling the thermally stressed parts of a first turbine ( 7 ) of the gas turbine is used.

Gas turbine according to claim 1, characterized in that a quantity of steam ( 20 ) from the heat recovery steam generator ( 14 ) can be introduced into the cycle process of the gas turbine.

Gas turbine according to claim 2, characterized in that the amount of steam ( 20 ) directly downstream of the compressor unit ( 1 ) is einspritzbar.

Gas turbine according to claim 1, characterized in that in a heat recovery steam generator ( 14 ) associated economizer ( 14a ) preheated water ( 24 ) to each pressure stage in the compressor unit ( 1 ) appropriate temperature is removable.

Gas turbine according to claim 4, characterized in that in a heat recovery steam generator ( 14 ) associated economizer ( 14a ) preheated water ( 24 ) is injectable at intervals of several compressor stages.

Gas turbine according to claim 1, characterized in that the gas turbine is constructed on a sequential firing.