CH150539A - Steam generator. - Google Patents

Steam generator.

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CH150539A
CH150539A CH150539DA CH150539A CH 150539 A CH150539 A CH 150539A CH 150539D A CH150539D A CH 150539DA CH 150539 A CH150539 A CH 150539A
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CH
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steam
steam generator
gas turbine
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German (de)
Inventor
Cie Aktiengesellschaft Boveri
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Bbc Brown Boveri & Cie
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  

  Dampferzeuger.    Im Hauptpatent war ein Dampferzeuger  beispielsweise beschrieben worden, bei wel  chem die Rauchgase mit einer sehr hohen  Geschwindigkeit (gleich der Schallgeschwin  digkeit oder mindestens 1/2 der Schallge  schwindigkeit) an den Heizflächen vorbeige  führt werden. Die Erfinder hatten nämlich  festgestellt, dass bei diesen hohen Strömungs  geschwindigkeiten unerwartet hohe Wärme  übergänge erreicht werden.

   Die Erzeugung       dieser    hohen     Strömungsgeschwindigkeiten     macht es nötig, dass ein grösseres     Druckge-          f        älle    zur Verfügung steht, zu welchem  Zwecke der Brennstoff und die Verbren  nungsluft unter Druck verbrannt, also durch  einen Verdichter in die Brennkammer ge  drückt werden. Für den Antrieb dieses Ver  dichters war eine     Dampfturbine,        eine        Ver-          brennungskraftmaschine    oder ein Elektro  motor, also eine selbständige Maschinenein  heit vorgesehen.

   Weitere Versuche haben  nun ergeben, dass unter     gewissen    Voraus  setzungen zum Antrieb des Verdichters auch    eine Gasturbine, die von den Abgasen  (Rauchgasen) des Dampferzeugers gespeist  wird,     verwendet    werden kann. Die betreffen  den Voraussetzungen bestehen darin, dass     cli2     zum Antrieb der Gasturbine verfügbare  Energie der Rauchgase noch grösser ist als  die zum Antrieb des Verdichters erforder  liche Energie.  



       Gegenstand    vorliegender Erfindung ist  nun ein Dampferzeuger der oben     besehrie-          benen    Art, bei welchem der Antrieb des  Verdichters durch eine Gasturbine erfolgt,  deren Düsenkörper so ausgebildet ist,     rlass    in  ihm der gesamte oder mindestens der grösste  Teil des zu erzeugenden Dampfes erzeugt       wird.     



       Abb.    1 zeigt schematisch und     beispieh-          weise    einen Dampferzeuger gemäss der Erfin  dung; in     Abb    2 ist eine Düse und ihr     An-          schluss    an die Brennkammer und die Gastur  bine in grösserem Massstab dargestellt.

   In       Abb.    1 ist 1 die     Brennkammer.    Sie besteht  aus dem Blechmantel 2 und dem aus feuer-      festem Baustoff aufgebauten Körper B. 4 ist  der die Düsen und Heizflächen enthaltende       Düsenkörper        (Verdampfer).    Die Düsenteile;  in denen das verfügbare Wärmegefälle der  Rauchgase ohne wesentlichen Wärmeentzug  von aussen in Geschwindigkeit umgesetzt  wird, sind mit 5 bezeichnet, hieran schliessen  sich längere Rohrstücke 6, die von Wasser  umströmt werden und unter Aufzehrung  eines geringen Teils der Strömungsgeschwin  digkeit der Rauchgase die fühlbare Wärme  der Rauchgase möglichst vollständig ent  ziehen.

   Die abgekühlten, aber immer noch  sehr rasch strömenden Rauchgase werden  durch die Leitbleche der     Gasturbine    bei 7  auf das Rad     .8    der     Gasturbine    9 geleitet. Die  Gasturbine ist mit dem Verdichter 1'0 ge  kuppelt; auf der gleichen Welle befindet  sich noch die     Umwälzpumpe    11. Diese erhält  ihr Wasser aus dem     Dampfabscheider    12  und drückt es bei 13 in den Düsenkörper 4,  wo das Umlaufwasser zum Teil verdampft  wird. Das     Dampfwassergemisch    strömt in  den Ringraum 14 und von da in den     Dampf-          abscheider    12' ab.

   Das     Anschlussrohr    15 mün  det     tangentia.l    in den Mantel des     Dampf-          abscheiders.    Infolge der verhältnismässig  hohen Geschwindigkeit, mit der das Was  ser in den     Abscheider    gepresst wird, be  wirkt der     tangentiale    Eintritt eine rasche  Kreisbewegung des Wassers, so dass der  Dampf durch     Zentrifugierung    vom Wasser  rasch getrennt wird. Der     Nassdampf    geht  nun weiter in den     Überhitzer    16, der zum  Beispiel in der innern Schicht des Mantels       eingebettet    sein kann.

   Bei 17 verlässt der  überhitzte Dampf den Dampferzeuger, um  an seinen Gebrauchsort geleitet zu werden.  



  Zur Verdichtung der Verbrennungsluft  dient der Verdichter 10. Er saugt die Luft  bei 18 an und presst sie bei 19 in die Brenn  kammer. Die Luft     wird    zunächst zwischen  dem Mantel und Einsatz geführt, um vorge  wärmt zu werden und den Mantel zu kühlen,       iind    tritt bei 20 in den eigentlichen     Brenn-          raum,    wo sie sich mit dem durch Brenner 21  eingeführten Brennstoff mischt. Ein Teil der  Verbrennungsluft kann auch als "Förder-         luft"    in den     Brenner    geführt, ein weiterer  Teil durch Bohrungen im Einsatz, zum Bei  spiel bei     2'12,    als sogenannte Sekundärluft in  die Kammer eingeblasen werden.

   Durch  ist ein     Wasserstandsanzeiger    angedeutet, mit  dem auch eine automatische     Speisewasser-          regelung    verbunden sein kann. Das Speise  wasser wird zum Beispiel bei 24 in den  Sammler geliefert. Der Sammler erhält       selbstverständlich    die bei Kesseln üblichen  Armaturen. Die Regelung des Brennstoffes  kann vom Dampfdruck abhängig gemacht  werden.  



       Abb.    ? gibt die zum eigentlichen     Ver-          dampfer    gehörenden Einzelheiten in grö  sserem Massstab wieder. Es wurde hier die  als Heizrohr dienende Verlängerung des  Düsenteils 5 als gerades Rohr gezeichnet; die  Bezeichnungen sind, soweit es sich um  gleichartige Teile handelt, die gleichen wie  in     Abb.    1.

   Die in der     Brennkammer    1 mit  Druck verbrannten Gase werden unter Ent  spannung in der Expansionsdüse 5 auf hohe  Geschwindigkeit gebracht und strömen mit  Schallgeschwindigkeit oder nahezu Schall  geschwindigkeit durch Rohr 6, wobei sie ihre  'Wärme an das bei 13 eintretende, ebenfalls  mit verhältnismässig hoher     Geschwindigkeit          vorbeiströmende    Umlaufwasser abgeben. Das       Wasserdampfgemisch    fliesst in den Ring  raum 14 und wird von dort zum     Dampfab-          scheider    geleitet. Das Rohrstück 6 endigt in  Leitblechen 7, die den noch rasch strömenden       gung    des     Gasturbinenrades    8 geben.

   Man       gung    des     Gasturbinenrades    6 geben. Man  kann sich die Düsenteile 5 und Düsenrohre     G     auf dem Mantel eines Zylinders oder Kegel       angeordnet    vorstellen; dabei können die  Düsenrohre 6, zum Beispiel sowohl gerad  linig, als auch schraubenförmig verlaufen.  Als Führung für das Wasser ergeben sich  dann zwei konzentrische Zylinder- oder  Kegelmäntel, zwischen denen die Heizrohre  gelegen sind. Dem Wasser- (oder Dampf-)  Druck braucht nur der äussere Mantel 4 zu  widerstehen, während der innere     2)5        lediglieli     als Leitblech dient.

        Bei grösseren Verdichtungsdrücken (über  2,5     Ata),    die man zum Beispiel zur Verklei  nerung des     Brennkammerinhaltes    wählen  wird, erfordert die zum Antrieb des Verdich  ters erforderliche Energie noch ziemlich hohe  Beträge an Strömungsgeschwindigkeit der  Abgase.

   Da es sich nun bei der     Gasturbine     meist um eine Turbine handelt, die nur Ge  schwindigkeitsstufen besitzt (ein- oder     mehr-          kranziges    Geschwindigkeitsrad), so kann der  Temperaturanstieg der Abgase aus den     Rad-          und        Austrittsverlusten    einen ansehnlichen  Betrag annehmen, Da ferner die hohe Ver  dichtung der Luft auch eine Kühlung  der Luft während der Verdichtung emp  fehlenswert macht, und damit eine     Vor-          wärmung    durch Verdichtungswärme fort  fällt, so ist es vorteilhaft, in diesen Fäl  len die verdichtete Luft durch die Abgase  aus der Gasturbine vorzuwärmen,

   bevor sie  in die Brennkammer     tritt.        Reicht    die Ener  gie der Rauchgase nicht aus, um die volle       Verdichterleistung    zu erhalten, so kann die  fehlende Energie durch eine Dampfturbine  aufgebracht werden. Man kann in diesem  Falle zweckmässig eine Gegendruck- oder       Gegendruekentnahmeturbine    verwenden. und       Iden    Entnahme- und Abdampf zur     Vorwär-          mung    des Speisewassers benützen.

   Auf diese       @@Teise    bleibt nahezu alle Wärme, die man  für die Dampfturbine aufwandte, im Wärme  kreislauf des Dampferzeugers erhalten, da  die mechanische Arbeit der Dampfturbine  in Form von     Verdichtungswärme    der Ver  brennungsluft (sofern diese nicht gekühlt  wird) und die Verlustwärme der Dampftur  bine mitsamt der     Verdampfwärme    des ver  brauchten Dampfes dem Speisewasser mit  geteilt wird.



  Steam generator. In the main patent, for example, a steam generator was described in which the flue gases pass the heating surfaces at a very high speed (equal to the speed of Schallgeschwin or at least 1/2 of the speed of Schallge). The inventors had found that unexpectedly high heat transitions are achieved at these high flow velocities.

   The generation of these high flow velocities makes it necessary that a larger pressure drop is available, for which purpose the fuel and the combustion air are burned under pressure, that is, they are pushed into the combustion chamber by a compressor. A steam turbine, an internal combustion engine or an electric motor, ie an independent machine unit, was provided to drive this compressor.

   Further experiments have now shown that, under certain conditions, a gas turbine, which is fed by the exhaust gases (flue gases) of the steam generator, can also be used to drive the compressor. The relevant prerequisites consist in the fact that the energy of the flue gases available to drive the gas turbine is even greater than the energy required to drive the compressor.



       The subject of the present invention is a steam generator of the type described above, in which the compressor is driven by a gas turbine whose nozzle body is designed so that all or at least most of the steam to be generated is generated in it.



       Fig. 1 shows schematically and by way of example a steam generator according to the invention; Fig. 2 shows a nozzle and its connection to the combustion chamber and the gas turbine on a larger scale.

   In Fig. 1, 1 is the combustion chamber. It consists of the sheet metal jacket 2 and the body B made of refractory building material. 4 is the nozzle body (evaporator) containing the nozzles and heating surfaces. The nozzle parts; in which the available heat gradient of the flue gases is converted into speed without significant heat extraction from the outside, are denoted by 5, this is followed by longer pipe sections 6, which are flowed around by water and the sensible heat of the flue gases, while consuming a small part of the flow rate of the flue gases withdraw as completely as possible.

   The cooled, but still very rapidly flowing flue gases are passed through the guide plates of the gas turbine at 7 onto the wheel 8 of the gas turbine 9. The gas turbine is coupled to the compressor 1'0; The circulating pump 11 is also located on the same shaft. This receives its water from the steam separator 12 and pushes it at 13 into the nozzle body 4, where the circulating water is partially evaporated. The steam-water mixture flows into the annular space 14 and from there into the steam separator 12 '.

   The connecting pipe 15 opens tangentia.l into the jacket of the steam separator. As a result of the relatively high speed at which the water is pressed into the separator, the tangential entry causes a rapid circular movement of the water, so that the steam is quickly separated from the water by centrifugation. The wet steam now goes on into the superheater 16, which can be embedded, for example, in the inner layer of the jacket.

   At 17 the superheated steam leaves the steam generator to be directed to its place of use.



  The compressor 10 serves to compress the combustion air. It sucks in the air at 18 and presses it at 19 into the combustion chamber. The air is first passed between the jacket and the insert in order to be preheated and to cool the jacket. At 20 it enters the actual combustion chamber, where it mixes with the fuel introduced by burner 21. Part of the combustion air can also be fed into the burner as "conveying air", while another part can be blown into the chamber as so-called secondary air through bores in use, for example at 2'12.

   A water level indicator is indicated by which can also be connected to an automatic feed water control. The feed water is delivered to the collector at 24, for example. Of course, the collector receives the usual fittings for boilers. The regulation of the fuel can be made dependent on the steam pressure.



       Fig? shows the details belonging to the actual vaporizer on a larger scale. The extension of the nozzle part 5 serving as a heating pipe was drawn here as a straight pipe; Insofar as parts of the same type are involved, the designations are the same as in Fig. 1.

   The gases burned under pressure in the combustion chamber 1 are brought under pressure in the expansion nozzle 5 to high speed and flow at the speed of sound or almost the speed of sound through pipe 6, giving their 'heat to the one entering at 13, which also flows past at a relatively high speed Release circulation water. The water vapor mixture flows into the annular space 14 and is passed from there to the vapor separator. The pipe section 6 ends in baffles 7, which give the still rapidly flowing movement of the gas turbine wheel 8.

   Give supply of the gas turbine wheel 6. One can imagine the nozzle parts 5 and nozzle pipes G arranged on the jacket of a cylinder or cone; The nozzle tubes 6 can extend, for example, both straight and helical. As a guide for the water, there are two concentric cylinder or conical jackets, between which the heating pipes are located. Only the outer jacket 4 needs to withstand the water (or steam) pressure, while the inner 2) 5 only serves as a guide plate.

        At higher compression pressures (over 2.5 Ata), which you will choose, for example, to reduce the combustion chamber contents, the energy required to drive the compressor still requires fairly high amounts of flow velocity of the exhaust gases.

   Since the gas turbine is usually a turbine that only has speed levels (single or multi-ring speed wheel), the temperature rise of the exhaust gases from the wheel and outlet losses can assume a considerable amount If the air is sealed, cooling of the air during compression is also recommended, and so that preheating by compression heat is not required, it is advantageous in these cases to preheat the compressed air with the exhaust gases from the gas turbine,

   before it enters the combustion chamber. If the energy in the flue gases is insufficient to obtain the full compressor output, the missing energy can be provided by a steam turbine. In this case, a counter-pressure or counter-pressure extraction turbine can be used. and I use the extraction and exhaust steam to preheat the feed water.

   In this @@ Teise, almost all of the heat that was used for the steam turbine is retained in the heat circuit of the steam generator, since the mechanical work of the steam turbine in the form of the compression heat of the combustion air (if it is not cooled) and the heat loss from the steam turbine together with the evaporation heat of the consumed steam is shared with the feed water.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Dampferzeuger gemäss dem Patentan spruch des Hauptpatentes, bei welchem die Rauchgase mit einer Geschwindigkeit gleich oder nahezu gleich der Schallgeschwindig keit an den Heizflächen vorbeigeführt wer den und das Brennstoff-Luftgemiscb Bure li einen Verdichter unter Druck zur Brennkam- mer geliefert wird, dadurch gekennzeichnet. dass der Antrieb des Verdichters durch eine Gasturbine erfolgt, deren Düsenkörper so ausgebildet ist, dass in ihm der gesamte oder mindestens der grösste Teil des zu erzeugen den Dampfes erzeugt wird. UNTERANSPRüCHE 1. PATENT CLAIM: Steam generator according to the patent claim of the main patent, in which the flue gases are guided past the heating surfaces at a speed equal to or almost equal to the speed of sound and the fuel-air mixture is delivered to a compressor under pressure to the combustion chamber, characterized . that the compressor is driven by a gas turbine, the nozzle body of which is designed in such a way that all or at least most of the steam to be generated is generated in it. SUBCLAIMS 1. Dampferzeuger nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da.ss die Düsen der Gasturbine derart ausgebildet sind, dass in ihnen das verfügbare Gefälle zunächst ohne wesentlichen Wärmeentzug von au ssen in Geschwindigkeit umgesetzt und dann die erzielte hohe Strömungsge schwindigkeit zur Erreichung eines gro ssen Wärmeüberganges an die Wand und eines möglichst vollständigen Wärmeent zuges bei geringem Geschwindigkeitsver lust der strömenden Gase verwendet wird. Dampferzeuger nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restwärme der aus der Gasturbine austretenden Gase zur Vorwärmung der Verbrennungsluft verwendet wird. 3. Steam generator according to claim, characterized in that the nozzles of the gas turbine are designed in such a way that in them the available gradient is initially converted into speed without significant heat removal from the outside and then the high flow speed achieved to achieve a large heat transfer to the Wall and as complete a heat as possible is used with a low speed loss of the flowing gases. Steam generator according to claim and dependent claim 1, characterized in that the residual heat of the gases emerging from the gas turbine is used to preheat the combustion air. 3. Dampferzeuger nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und ?, dadurch ge kennzeichnet, dass die Gasturbine zum Antrieb des Verdichters noch durch eine Dampfturbine unterstützt wird. Dampferzeuger nach Patentanspruch wid Unteransprüchen 1 bis 3,. dadurch gekenn zeichnet, dass die Hilfsdampfturbine eine Entnahme-Gegendruckturbine ist, deren Entnahme- und Abdampf zur Vorwär- mung des Speisewassers verwendet -wird. Steam generator according to claim and dependent claims 1 and?, Characterized in that the gas turbine for driving the compressor is also supported by a steam turbine. Steam generator according to claim wid subclaims 1 to 3 ,. characterized in that the auxiliary steam turbine is an extraction back pressure turbine, the extraction and exhaust steam of which is used to preheat the feedwater.
CH150539D 1930-01-08 1930-01-08 Steam generator. CH150539A (en)

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DE150539X 1939-05-15

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE755525C (en) * 1941-12-23 1952-05-05 Oerlikon Maschf Steam power plant with the release of steam for heating and cooking purposes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE755525C (en) * 1941-12-23 1952-05-05 Oerlikon Maschf Steam power plant with the release of steam for heating and cooking purposes

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