Stationäres Teillastverhalten einer geschlossenen Einwellen-Gasturbinenanlage mit Hochtemperaturreaktor bei einer Bypassregelung vom Hochdruckverdichteraustritt zum Kühlereintritt

摘要

Bei einem Kraftwerk, bestehend aus einer thermischen Energiequelle und einer Gasturbinenanlage, kommt der Beurteilung des stationären Teillastverhaltens sowohl bezüglich der Wirtschaftlichkeit als auch der Sicherheit eine besondere Bedeutung zu. In dem vorliegenden Bericht wird eine 600 MW_(el) Einwellen-Gasturbinenanlage mit Hochtemperaturreaktor als Wärmequelle betrachtet. Die Nutzleistung, die bei einer Einwellenanlage abgegeben wird, ergibt sich als Differenz aus der Turbinen- und Verdichterleistung. Da die Leistung der Strömungsmaschinen direkt proportional den in ihnen strömenden Mengen des Arbeitsmittels ist, bietet sich unter anderem eine Beaufschlagung der Turbine und der Verdichter mit verschiedenen Mengenströmen des Arbeitsmittels als Regelungsmöglichkeit an. Zur Beurteilung des Teillastverhaltens wird in diesem Beitrag eine Bypassregelung vom Hochdruckverdichteraustritt zum Kühlereintritt betrachtet. Bei dieser Regelung wird ein Teil der vom Hochdruckverdichter geförderten Menge des Heliums über den Kühler zum Eintritt des Niederdruckverdichters weitergeleitet. Die Temperatur- und Druckverhältnisse am Eintritt des Niederdruckverdichters bleiben dadurch unverändert. Die Verdichter haben jedoch eine größere Menge des Arbeitsmittels zu verarbeiten als die Turbine, wodurch die Nutzleistung geregelt werden kann. Da die Temperaturen und Drücke für jede Anlagekomponente bei den Teillastzuständen vorliegen, kann jede Komponente nach artspezifischen Kriterien beurteilt werden. Dies gilt für die thermodynamische, die fluid- und strukturmechanische sowie die konstruktive Beurteilung.%In a power plant consisting of a thermal power source and a gas turbine plant, a factor of particular importance is the assessment of steady-state part-load behavior with respect to economy and safety. This report is about a 600 MWe single-shaft gas turbine plant with a high-temperature reactor as the heat source. The useful power delivered by a single-shaft plant is the difference between the turbine power and the compressor power. As the power of a fluid kinetic machine is directly proportional to the quantities of working fluid passing through, one possible regulation, among others, is by applying to the turbine and the compressor different mass flows of the working fluid. To assess part-load behavior, this contribution examines a bypass regulation system from the high-pressure compressor outlet to the cooler inlet. In this type of regulation, part of the helium volume passed by the high-pressure compressor is carried through the cooler to the inlet of the low-pressure compressor. This does not change the temperature and pressure conditions at the inlet of the low-pressure compressor. However, the compressors must process a larger volume of the working fluid than the turbine, which allows the useful load to be regulated. As the temperatures and pressures are known for each plant component under part-load conditions, each component can be assessed in the light of type-specific criteria. This applies to thermodynamic, fluid and structure dynamic as well as design assessments.