Einrichtung zur Erhitzung des Arbeitsmittels von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel, vorzugsweise Luft, einen geschlossenen Kreislauf unter Überdruck beschreibt. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erhitzung des Arbeitsmittels von Wärme kraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Ar beitsmittel, vorzugsweise Luft, einen ge schlossenen Kreislauf unter Überdruck be schreibt.
In solchen Anlagen wird das durch äussere indirekte Wärmezufuhr erhitzte Ar beitsmittel unter äusserer Leistungsabgabe expandieren gelassen, und zwar vorzugsweise in mindestens einer Turbine, um hierauf wie der auf höheren Druck gebracht zu werden, und zwar vorzugsweise in mindestens einem Turboverdichter. Die Erhitzung des Arbeits mittels erfolgt dabei, im Gegensatz zu Gas turbinenanlagen mit offenem Kreislauf des Arbeitsmittels, nicht durch unmittelbare Ver brennung von Brennstoffen im Arbeitsmittel- strom, sondern so, dass die Erhitzungswärme von einer äusseren Wärmequelle her durch Wandungen hindurch an das Arbeitsmittel abgegeben wird.
Bei Wärmekraftanlagen mit geschlosse- nein Kreislauf des Arbeitsmittels lässt sich die nach aussen abgegebene Leistung dadurch in einfacher Weise regeln, dass das spe zifische Gewicht des umlaufenden Arbeits mittels bei gleichbleibender Temperatur un gefähr proportional- der Leistungsänderung verändert wird, was sich durch entsprechen des vorübergehendes Ein- oder Ablassen von Arbeitsmittel in bezw. aus dem- Kreislauf er reichen lässt.
Die Änderung des umlaufenden Arbeitsmittelgewichtes bei einer Änderung der Leistungsabgabe macht es aber erforder lich, dass die von aussen zugeführte Wärme menge ungefähr im gleichen Masse und in der gleichen Zeit wie das spezifische Gewicht des Arbeitsmittels geändert, das heisst geregelt wird, wenn nicht eine unerwünscht starke Änderung der Temperaturen im Kreislauf und damit eine starke Gefährdung der mei stens schon hoch beanspruchten Anlageteile eintreten soll.
Die dem Arbeitsmittel von aussen zuzu- führende -t'ärmemenge lä.sst sich beispiels- weise durch Verbrennen von<B>01</B> in einem be sonderen Gaserhitzer erzeugen, wobei die Verbrennungsgase die eine Seite der Wärine- austauschfläche des C-aserhitzers bestreichen und ihre Wärme durch die Wand hindurch an das Arbeitsmittel abgeben können.
Eine solche (Aheizung lässt sich durch entspre chende Beeinflussung der Ölzufuhr in den Brennern verhältnismässig rasch regeln. Wür den an Stelle von Ölbrennern Kohlenstaub- brenner verwendet, so ist eine solche unter Umständen rasch erforderliche Regeleng der Brennstoffzufuhr ebenfalls inöglicli. Es wäre aber in hohem Masse auch erwünscht, billige Brennstoffe, wie Kohle. Torf und dergleichen in möglichst unaufbereitetem Zustand in einer Wärmekraftanlage der erwähnten Art verwenden zu können.
Die Heizkosten eine Gaserhitzers für eine bestimmte Leistung sind nämlich bei<B>01-</B> und Kohlenstaubbehei- zung bedeutend höher als sie es bei normaler Kohlenverbrennung zur Erzeugung gleicher Kalorienzahl in einem Dampfkessel wären. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit der An lage gefährdet.
-Man könnte nun bei gleichbleibender Last auch daran denken, auf einem Rost Kohle zu verbrennen und mit den erhaltenen Feuer gasen den Gaserhitzer speisen, in welchem dem Arbeitsmittel von aussen her Wärme zu zuführen ist. Dabei könnten, wie auch beim Brennerbetrieb und wie dies auch bei nor malen Dampfkesseln der Fall ist. der Rost, die Brennerkammer und die übrigen Teile mit dem Gaserhitzer vorteilhaft. zu einer Ein heit zusammengefasst werden.
Wenn aber das Gewicht des umlaufenden Arbeitsmittels rasch ändert, so ist es bei einer solchen Ver brennung der Kohle auf einem Rost nicht möglich, den Verbrennungsvorgang, die Rost temperaturen und Strahlungswärme entspre chend rasch zu ändern.
Bei einer raschen Abnahme des umlaufenden Arbeitsmittel gewichtes, das heisst wenn die Wärmekraft.- anlag e einer verringerten Belastung folgen muss, würden daher die Gaserhitzerflächen und damit das zu erhitzende Arbeitsmittel, augenblicklich viel zu stark erhitzt. was -la- terialbeschädigungen und Explosionen zur Folge haben könnte.
t eigekehrt würde es bei einer plötzlichen Belastung der Wärmekraft- i till, Belastung age, wenn also mehr Gewicht durch den Gaserhitzer umgewälzt wird, nicht möglich sein, den Verbrennungsvorgang auf dem Rost entsprechend rasch zu steigern. Die Tem peraturen im geschlossenen Kreislauf würden daher sinken und die gewünschte Zunahme der Belastungsfähigkeit der Anlage würde ausbleiben.
Eine Rostfeuerung, auf der Kohle verbrannt wird, eignet .ich folglich aus reguliertechnischen Gründen, im Gegen satz zu Dampfkraftanlagen, nicht. zum Be trieb von 1@'ärmekraft < 2nlagen, in denen das Arbeitsmittel dauernd einen geschlossenen Kreislauf heschreibt.
Die Erfindung bezweckt nun eine Ein richtung zur Erhitzung des Arbeitsmittels von Wärmekraftanlagen der eingangs er- C w ühnten Art zu schaffen, welche auch un- aufbereitete, billige Kohle als -@Tärniequelle zu verwenden ermöglicht, und zwar ohne dass die eben beschriebenen Nachteile einer Rost- feuerung mit der Unmöglichkeit der Anpas- sung an beliebige Lastwechsel in Kauf ge nommen werden müssen.
Um dies zu errei chen, ist gemäss vorliegender Erfindung der Erhitzer, in welchem das Arbeitsmittel er hitzt; wird, an einen Gasgenerator angeschlos sen, und es erfolgt die Verbrennung der von diesem gelieferten Gase im Erhitzer. Dabei findet die Regelung der vom Generator er zeugten Gasmenge in Abhängigkeit vom Gange der -Wärmekraftanlage, und zwar vorzugsweise von ihrer äussern Leistungs abgabe, statt.
Die Kohle wird somit in die sem Falle auf indirektem Wege zur Heizung des Arbeitsmittels verwendet, indem sie im Generator auf einem Rost zti Generatorgas verbrannt und dieses Gas Brennern des Gas- erhitzers der 'NWärmekraftanlage zugeführt wird, wo es nach erfolgter -Mischung mit se kundärer \'ei-lirennungsluft verbrennt.
Die dabei entstehende Wärme wird dann durch die Austauseherflächen des Gaserhitzers hin- durch an das den geschlossenen Kreislauf durchlaufende Arbeitsmittel im erforder lichen Masse abgegeben. Die abgekühlten Verbrennungsgase können beispielsweise durch ein Saugzuggebläse aus dem Gaserhit zer abgesogen werden. Wird dann zu irgend einer Zeit, z.
B. plötzlich weniger Wärme vom geschlossenen Kreislauf angefordert, weil der äussere Leistungsbedarf sinkt, so ist lediglich dafür zur sorgen, dass weniger Ge- neratorgas aus dem Gasgenerator abgesogen wird.
Die Erfindung zeitigt die vorteilhafte technische Wirkung, dass sich nun ohne wei teres auch 'billige, feste Brennstoffe, wie un- a.ufbereitete Kohle, Torf und dergleichen, für den Betrieb von Wärmekraftanlagen, bei denen das gasförmige Arbeitsmittel einen ge schlossenen Kreislauf beschreibt und die Be lastung starken Schwankungen unterworfen ist, -wirtschaftlich verwenden lassen.
Auf der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegen standes in vereinfachter Darstellungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Einrichtung, bei welcher durch die Abgase des Erhitzers vorgewärmte Frischluft dem Brenner des Erhitzers zuge führt wird, und Fig. 2 eine Einrichtung, bei welcher durch die Abgase des Erhitzers vorgewärmte Frischluft in den Gasgenerator gelangt.
1 bezeichnet einen Erhitzer, in welchem ein einen geschlossenen Kreislauf unter Überdruck beschreibendes Arbeitsmittel, vor zugsweise Luft, einer Wärmekraftanlage zu erhitzen ist. Die eigentliche Erhitzung des Arbeitsmittels erfolgt in einem Röhren- wärmeaustauscher 2, welcher von Feuer gasen, die in weiter unten beschriebener Weise erzeugt werden, umspült wird.
Die Erhitzung des Arbeitsmittels wird im Er hitzer 1 vorteilhaft auf mindestens 500 C getrieben. Das so erhitzte Arbeitsmittel ge langt durch eine Leitung 3 in eine Turbine 4, wo es unter Arbeitsabgabe an eine Ma schine 5, die zum Beispiel als Generator aus gebildet sein kann, expandiert. Die Turbine 4 treibt gleichzeitig auch eine Kreiselver- dichter 6 an.
Das aus der Turbine 4 -strö mende, expandierte Arbeitsmittel gelangt durch eine Leitung 7 in einen als Gegen stromapparat ausgebildeten Wärmeaustau- scher 8, -wo es Wärme an das durch einen Turboverdichter 6 komprimierte Arbeitsmit tel abgibt, welches durch eine Leitung 9 aus dem Verdichter 6 in diesen Röhrenwärmeaus- tauscher 8 gelangt.
Das expandierte Arbeits mittel gelangt, nachdem es im Wärmeaustau- scher 8 Wärme abgegeben hat. durch eine Leitung 10 in den Verdichter 6, während das Arbeitsmittel höheren Druckes, welches im Wärmeaustauscher 8 Wärme aufgenommen hat, durch eine Leitung 11 in den Röhren- wärmeaustauscher 2 des Erhitzers 1 gelangt. 12 bezeichnet einen Gasgenerator an sich be kannter Bauart, dem Frischluft durch eine Leitung 17 zuströmt.
Das in diesem Gas generator erzeugte Gas gelangt durch eine Leitung 14, in -welche ein Reglerventil 15 eingebaut ist, zu einem Brenner 16, dem fer ner in einer Leitung 13 vorgewärmte Frisch luft zugeführt wird. Das Gemisch von .Ge- neratorgas und vorgewärmter Frischluft wird im Erhitzer 1 verbrannt und liefert die für die Erhitzung des Arbeitsmittels der Wärme kraftanlage benötigten Feuergase.
Die Ab gase des Erhitzers 1 gelangen durch eine Leitung 18 in einen Wärmeaustauscher 19, wo sie ihre Restwärme an die durch die Lei- tung 13 dem Brenner 16 zuströmende Frisch luft abgeben. Die Abgase strömen aus dem Wärmeaustauscher 19 durch eine Leitung 21 ab, in welche ein in der Fördermenge regel bares Saugzuggebläse 22 eingebaut ist. Das Saugzuggebläse 22 bewirkt über den Wärme austauscher 19 und die Leitung 18 auch ein Absaugen der Abgase aus dem Erhitzer 1.
Durch Regelung der Fördermenge dieses Saugzuggebläses 29 ist es möglich, die im Gasgenerator 12 erzeugte Gasmenge zu be einflussen, indem auch die dem Gasgenerator durch die Leitung 17 zuströmende Frisch luftmenge vom Gang des Saugzuggebläses 22 abhängt und. die in einem Gasgenerator erzeugte Gasmenge sieh bekanntlich ledig lich durch Änderung der durch dessen Kqh- lenrost durehgesaugten Luftmenge ändern lässt.
Daneben lässt sich die vom Gasgenera tor 12 erzeugte Gasmenge auch noch rnit Hilfe der Reglervorrichtung 15 in der Zulei tung 1 4 zu dem Brenner 16 des Erhitzers I augenblicklich rasch regeln. Die Regelung der Fördermenge des Saugzuggebläses 22), oder die Einstellung der Vorrichtung 15 kön nen zum Beispiel selbsttätig in Abhängigkeit von der äussern Leistungsabgal)e der Wärrne- kraftanla.ge erfolgen.
Wenn die Regelung der Leistungsabgalle der Wärmekraftanlage durch Änderung des spezifischen Gewichtes des umlaufenden Ar beitsmittels erfolgt, so kann die Gener < ltor- ga.serzeugung selbsttätig in Abhängigkeit vom spezifischen Gewicht des umlaufenden Arbeitsmittels gebracht -erden, beispiels weise dadurch, dass in Abhängigkeit dieses spezifischen Gewichtes auf den Gang des Saugzuggebläses 22 oder auf das Reglerven- til 15 eingewirkt wird.
Die in Fig. ? gezeigte Ausführungsform unterscheidet sieh von der zuerst beschrie benen lediglich dadurch, dass die in einem Wärmeaustauscher 23 durch die Abgase des Erhitzers 24 vorgewärmte Frischluft nicht dem Brenner 27 des Erhitzers 24. sondern durch eine Leitung 26 dem Gasgenerator ? 5 zugeführt -wird. Das in letzterem erzeugte Gas gelangt in einer Leitung 28 mit: einge bauter Regelvorrichtung '?9 zum Brenner 27.
in welchem es sich mit der durch eine Lei tung 30 zuströmenden Frischluft mischt, um das im Erhitzer 24 zii verbrennende Gerniscll zu liefern.
Gewünschtenfa.lls kann nur ein Teil der Restwärme der aus dem Erhitzer abziehen den Verbrennungsgase zum Vorwärmen der im Gasgenerator bezw. der im Erhitzer be nötigten Verbrennungsluft verwendet wer den. Ein Teil solcher Restwärme kann auch in einer sekundären Wä rmeaustauschvorrich- tung für die Gewinnung von Leistung, für Heizzwecke und dergleichen ausgenutzt wer den.
'Wenn auf Wärmewirtschaftlichkeit nicht besonders Wert gelegt wird, so kann voll einer Vorwärmung der benötigten Frisch- luft durch die Abgase des Erhitzers Umgang genommen werden. In einem solchen Falle kann dann die Ab @ä rme des Erhitzers zu beliebigen andern Heiz- oder -'orwä,rme- zweeken benutzt werden.
An Stelle eines Saugzuggebläses, welches vorerst Frischhift durch den Rost des Gas- gener@itors und hierauf die erzeugten Glase durch den Erhitzer saugt, kann auch ein in seiner Fördermenge regelbares Druckgebläse vorgesehen werden, welches die im Gas-ene- rator benötigte Frischluft diesem zuführt. und alsdann bewirkt, dass die erzeugten Ge- lieratorgase und die aus diesen erhaltenen Feuergase durch den Generator, den Erhitzer und allenfalls den Vorwärmer getrieben wer den.
Anstatt cla.ss die Regelung der vom Gas generator erzeugten Gasmenge in Abhängig keit von der iiusser-en Leistungsabgabe der Wärmekraftanlage erfolgt, kann sie auch in Abhängigkeit. von einer andern mit dein Gange dieser Anlage zusammenhängenden Grösse vor sich gehen, z. B. in Abhängigkeit vom Drucke oder einer Temperatur an irgend einer Stelle der Anlage.
So liesse sich zum Beispiel die Fördermenge. des Saugzug- oder Druckgebläses, das in Verbindung mit dem Gasgenerator vorzusehen ist, auch in Ab hängigkeit voll der Temperatur der Wan dungen des Röhrenwärmea.ustauschers des Erhitzers, in welchem dem den geschlossenen Kreislauf beschreibenden Arbeitsmittel von aussen her indirekt Wärrne zuzuführen ist, ändern.