Verbrennungsturbinenanlage. Die Erfindung betrifft eine Verbren nungsturbinenanlage, in der die Wärmezu fuhr stufenweise erfolgt.
Bekanntlich ist es noch nicht einwand frei gelungen, in Verbrennungsgasturbinen auch Kohle und andere aschenhaltige Brenn stoffe zu verbrennen. Solche Brennstoffe las sen sich wohl in Wärmekraftanlagen verwen den, in denen das Arbeitsmittel einen Kreis lauf beschreibt und die Wärmezufuhr an letzteres indirekt, d. h. durch Wä.rmeaus- tausohflä.chen hindurch, erfolgt.
Bei Anlagen der letzteren Art sind jedoch für den Arbeits- mittelerhitzer hochlegierte Werkstoffe zu verwenden, falls das Arbeitsmittel auf die jenigen hohen Temperaturen erhitzt werden soll, welehe die Erzielung eines guten Wir kungsgrades erfordert.- Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun, eine Verbrennungsturbinenanlage zu schaffen, welche auch die Verfeuerung von Kohle und andern aschenhaltigen Brennstof fen ermöglicht, ohne dass die Anlage allzu teuer zu stehen kommt.
Zu diesem Behufe wird nun in einer Ver- brennungsturbinenanlage gemäss der Erfin dung in einer ersten Wärmezufuhrstufe in der Anlage benötigte Verbrennungsluft in direkt, d. h.
durch eine Heizfläche hindurch, durch Verbrennung von Brennstoff erhitzt und in einer zweiten Wä.rmezufuhrstufe er folgt durch unmittelbare Verbrennung von Brennstoff in der so erhitzten Luft die Er zeugung des Treibgases für die Verbren- nungsturbine. In einer solchen Anlage ist nur in der zweiten Wärmezufuhrstufe ein aschen freier Brennstoff zu verwenden, -während sich in der ersten Wärmezufuhrstufe auch asche- und staubhaltige, insbesondere also feste Brennstoffe verfeuern lassen.
Dabei lässt sich in der ersten, Wärmezufuhrstufe mit verhältnismässig niedrigen Temperaturen ar beiten, so dass in dieser Wärmezufuhrstufe unlegierte oder höchstens schwach legierte und daher verhältnismässigbillige Werkstoffe verwendet werden können.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind ver schiedene beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, in welcher die Abgase einer Verbrennungstur bine in einem Wärmeaustauscher Wärme an die in einem Verdichter verdichtete, der ersten Wärmezufuhrs,tufe- zuströmende Verbren nungsluft abgeben, Fig. 3 eine Anlage mit Zwischenerhitzung des:
Arbeitsmittels, und Fig. 4 eine Anlage, in welcher in der zwei ten Wärmazufuhrstufe Gas verfeuert -wird, das aus Kohle in einem Gasgenerator erhalten wird.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Verdieh- ter, der durch eine: Leitung 2 Verbrennungs luft aus der Umgebung ansaugt und sie durch eine Leitung 3 in ein Heizsystem 4 eines Erhitzeree 5 fördert. Letzterer bildet die erste Wärmezufuhrstufe für das Ar- beitsmittel einer Verbrennungsturbine 6.
Die im Erhitzer 5 erhitzte Luft strömt durch eine Leitung 51 in eine Brennkammer 7, der durch eine Leitung 8 auch noch flüssiger Brennstoff zuströmt, welcher sich in der Brennkammer 7 entzündet und zusam men mit der durch die Leitung 51 zuströ menden Verbrennungsluft das Treibgas für die Turbine 6 ergibt. Dieser strömt das so erhaltene Treibgas durch eine Leitung 9 zu.
Die Turbine 6 treibt den Verdichter 1 und einen Nutzleistungsempfänger 11, der bei 5 spielsweise als Generator ausgebildet sein kann, an und die ausströmenden Abgase treten in eine Ableitung 10 über. 12 be zeichnet einen Anlassmotor.
Im Erhitzer 5 lässt sich jede beliebige Art von Brennstoff verfeuern, also auch asche- und staubhaltige Brennstoffe, da der Brennstoff mit der durch das Heizsystem 4 strömenden Luft nicht in Berührung kommt, sie also in keiner Weise verschmutzen kann.
5 Da ferner die durch das Heizsystem 4 strö mende Luft im Erhitzer 5 nicht auf die Tem peratur zu erhitzen ist, welche die Treib gase am Eintritt in die Turbine 6 aufzu weisen haben, so lässt sich in diesem Er o hitzer 5 mit verhältnismässig niedrigen Tem peraturen arbeiten und daher mit Werkstof fen auskommen, die höchstens sehwach legiert zu sein brauchen.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform s unterscheidet sich von der beschriebenen lediglich dadurch, dass die Abgase einer Ver- brennungsturbine 13 durch eine Leitung 14 in eineu. Wärmeaustauscher 15 gelangen, wo sie Wärme @an die von einem Verdichter 16 aus der Umgebung angesaugte und in eine Leitung 17 geförderte Verbrennungsluft ab geben.
Bei der Verbrennungsturbinenanlage nach Fig. 3 ist ein Verbrennungsluft aus der <B>I</B> Umgebung ansaugender Verdichter zweige- häusig ausgebildet. Die zwei Verdichterteile sind mit den Bezugszeichen 18 und 19 belegt, und 20 bezeichnet einen zwisehen den zwei Teilen 18 und 19 gelegenen Zwischenkühler für die im Verdichterteil 18 verdichtete Luft.
Die im Verdiehterteil 19 auf den ge forderten Enddruck gebrachte Verbrennungs- luft wird in eine Leitung 21 gefördert, von der ein Teil in einem '#Vä-rmeausta-uscher 22 untergebracht ist, und sie gelangt sodann in ein Heizsystem 23 eines Erhitzers 24, zum Verfeuern von Kohlenstaub, wo der verdich teten Luft indirekt Wärme zugeführt wird.
Die so erhitzte Luft strömt durch eine Lei tung 25 in eine Verbrennungskammer 26, der durch eine Leitung 27 auch Brennstoff zugeführt wird. Die in der Verbrennungs- kammer 26 erzeugten Treibgase strömen durch eine Leitung <B>27'</B> in eine Verbren- nungsturbine 28, welche den Verdichterteil 19 und einen als Generator 29 ausgebildeten Nutzleistungsempfänger antreibt.
Die<B>Ab-</B> gase der Verbrennungsturbine 28 gelangen durch eine Leitung 30 in ein zweites Heiz system 31 .des. Erhitzers 24, wo sie durch indirekte Wärmezufuhr eine Zwischen erhitzung erfahren, um alsdann durch eine Leitung 32 in eine zweite Brennkammer 33 zu gelangen. Letzterer wird durch eine Lei tung 34 Brennstoff zugeführt, so dass die Abgase der Turbine 28 in dieser Brenn kammer 33 weiter zwischenerhitzt werden.
Die der Brennkammer 33 entströmenden Treibgase gelangen durch eine Leitung 35 in eine zweite Verbrennungsturbine 36, welche den Verdichterteil 18 eintreibt. Die Abgase der Turbine 36 strömen durch, eine Leitung 37 in den Wärmeaustauscher 22, wo sie Wärme an die .durch eine Leitung 21 strömende, verdichtete Verbrennungsluft ab gAen, und werden schliesslich durch eine .Leitung 38 abgeführt.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Anlage wird somit in einer ersten Wärmezufuhrstufe, d. h. im Erhitzer 24, indirekt Wärme an die das Heizsystem 23 durchströmende, verdich tete Verbrennungsluft abgegeben, während in zwei weiteren Stufen, d. h.
in den Brenn- kammer 26 und 33, durch unmittelbare Ver brennung von Brennstoffen in der im Sy stem 23 erhitzten Luft Treibgas für die Ver- brennungsturbine 28 bezw. durch Verbren nen von Brennstoff in den im System 31 zwischenerhitzten, noch stark lufthaltigen Abgasen der Turbine 28 Treibgas für die Verbrennungsturbine 36 erzeugt wird.
In Fig. 4 ist eine Verbrennungsturbinen- anlage gezeigt, in. der in einer ersten Wärme zufuhrstufe 40 staubförmige Kohle zum in direkten Erhitzen der von einem Verdichter 41 aus der Umgebung angesaugten und darin auf höheren Druck gebrachten Verbrennungs luft dient. In einem Gaserzeuger 42, dem durch eine an die Druckleitung 44 des Ver dichters 41 angeschlossene Leitung 43 Frisch luft zuströmt, wird Kohle vergast.
Die so erhaltenen Gase gelangen nach erfolgter Rei nigung in einer Apparatur 54 in einen zwei ten Verdichter 45, der sie in eine Brenn- kammer 46 fördert, welcher durch Leitun i gen 47, 48 im Erhitzer 40 indirekt erhitzte Verbrennungsluft zuströmt.
Die Brennkam- mer 46 bildet eine zweite Wärmezufuhr stufe der Verbrennungsturbinenanlagei, in welcher Stufe gasförmiger Brennstoff un mittelbar verbrannt wird zwecks Erzeugung von Treibgasen, die durch eine Leitung 49 einer Verbrennungsturbine 50 zuströmen. Letztere treibt die Verdichter 41, 45 und ferner einen Nutzleistungsempfänger 51 an.
i Die Abgase der Turbine 50 gelangen durch eine Leitung 52 in einen Wärmeaustauscher 53, in den ein Teil der Druckleitung 44 des Verdichters 41 verlegt ist, so dass die ab ziehenden Abgase im Wärmeaustauscher 53 noch Wärme an einen Teil der vom Ver dichter 41 in das Heizsystem 40 geförderten Druckluft abgeben können. 55 bezeichnet einen Anlassmotor.
Sind mehrere parallel geschaltete Ver brennungsturbinen vorhanden, so kann der für sämtliche Turbinen benötigten Verbren nungsluft in einem einzigen Erhitzer, der eine erste Wärmezufuhrstufebildet, indirekt Wärme zugeführt werden.
Die Verbrennung des Brennstoffes in der ersten Wärmezufuhrstufe kann auch unter Druck erfolgen, und anstatt in dieser Stufe feste, asche- oder schlackenhaltige Brenn- stoffe zu verbrennen, werden dann zweck- mässig reine Brennstoffe, z. B. Heizöl, ver brannt, deren Abgase einer besonderen Ver brennungsturbine zugeführt werden.
Anstatt sämtlicher Luft, die von einem Verdichtern aus der Atm.osphä@re angesaugt wird, in einer ersten, als Erhitzer ausgebilde- ten Wärmezufuhrstufe indirekt Wärme zu zuführen, kann das nur in bezug auf einen Teil jener Luft geschehen, während der Rest dieser Luft dazu dienen kann, Abgasen des Erhitzers. in einem Wärmeaustauscher Wärme zu entziehen. Auch dieser Luftteil wird somit in einer Wärmezufuhrstufe indirekt erhitzt.