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.
Combustion turbine plant. The invention relates to a combustion turbine system in which the Wärmezu drove takes place in stages.
It is well known that it has not yet been possible to burn coal and other ash-containing fuel in combustion gas turbines. Such fuels can be used in thermal power plants in which the working fluid describes a cycle and the heat supply to the latter indirectly, ie. H. through heat exchange surfaces.
In systems of the latter type, however, high-alloy materials are to be used for the working medium heater if the working medium is to be heated to the high temperatures that require the achievement of a good efficiency. The purpose of the present invention is to create a combustion turbine system , which also enables coal and other ash-containing fuels to be burned without the system being too expensive.
For this purpose, in a combustion turbine system according to the invention, in a first heat supply stage in the system, the combustion air required is in direct, i.e. H.
through a heating surface, heated by combustion of fuel and in a second heat supply stage, the propellant gas for the combustion turbine is generated by direct combustion of fuel in the air heated in this way. In such a system, an ash-free fuel is only to be used in the second heat supply stage, while in the first heat supply stage it is also possible to burn fuel containing ash and dust, in particular solid fuels.
In the first, heat supply stage can be worked with relatively low temperatures, so that unalloyed or at most weakly alloyed and therefore relatively cheap materials can be used in this heat supply stage.
On the accompanying drawings, various example embodiments of the subject invention are illustrated in a simplified representation, namely shows:
1 shows a first embodiment, FIG. 2 shows a second embodiment, in which the exhaust gases from a combustion turbine in a heat exchanger give off heat to the combustion air that is compressed in a compressor, the first heat supply, and FIG. 3 shows a system with intermediate heating of:
Working means, and Fig. 4 shows a system in which gas is burned in the second heat supply stage, which is obtained from coal in a gas generator.
In FIG. 1, 1 denotes a compressor which sucks in combustion air from the environment through a line 2 and conveys it through a line 3 into a heating system 4 of a heating facility 5. The latter forms the first heat supply stage for the working equipment of a combustion turbine 6.
The air heated in the heater 5 flows through a line 51 into a combustion chamber 7, which also flows in through a line 8 with liquid fuel, which ignites in the combustion chamber 7 and together with the combustion air flowing through the line 51 provides the propellant for the Turbine 6 results. The propellant gas thus obtained flows to this through a line 9.
The turbine 6 drives the compressor 1 and a useful power receiver 11, which can for example be designed as a generator in 5, and the exhaust gases flowing out pass into a discharge line 10. 12 denotes a starter engine.
Any type of fuel can be burned in the heater 5, including fuels containing ash and dust, since the fuel does not come into contact with the air flowing through the heating system 4 and therefore cannot pollute it in any way.
5 Furthermore, since the air flowing through the heating system 4 in the heater 5 is not to be heated to the temperature that the propellant gases have to have at the inlet to the turbine 6, in this He o heater 5 with a relatively low tem work temperatures and therefore get by with materials that need to be very weakly alloyed.
The embodiment s shown in FIG. 2 differs from the one described only in that the exhaust gases from a combustion turbine 13 pass through a line 14 into a u. Heat exchanger 15 get where they give heat @an sucked in by a compressor 16 from the environment and conveyed into a line 17 from combustion air.
In the case of the combustion turbine system according to FIG. 3, a combustion air from the surroundings of compressors sucking in is designed as a two-part structure. The two compressor parts are given the reference numerals 18 and 19, and 20 denotes an intercooler, located between the two parts 18 and 19, for the air compressed in the compressor part 18.
The combustion air brought to the required final pressure in the compressor part 19 is conveyed into a line 21, part of which is housed in a heat exchanger 22, and it then enters a heating system 23 of a heater 24 for Burning coal dust, where the compressed air is indirectly supplied with heat.
The air heated in this way flows through a device 25 into a combustion chamber 26, which is also supplied with fuel through a line 27. The propellant gases generated in the combustion chamber 26 flow through a line 27 'into a combustion turbine 28, which drives the compressor part 19 and a useful power receiver designed as a generator 29.
The exhaust gases from the combustion turbine 28 pass through a line 30 into a second heating system 31 .des. Heater 24, where they experience intermediate heating through indirect heat supply, in order then to pass through a line 32 into a second combustion chamber 33. The latter is supplied with fuel through a line 34, so that the exhaust gases from the turbine 28 are further reheated in this combustion chamber 33.
The propellant gases flowing out of the combustion chamber 33 pass through a line 35 into a second combustion turbine 36, which drives the compressor part 18. The exhaust gases from the turbine 36 flow through a line 37 into the heat exchanger 22, where they release heat to the compressed combustion air flowing through a line 21, and are finally discharged through a line 38.
In the system shown in Fig. 3 is thus in a first heat supply stage, i. H. in the heater 24, indirectly heat to the heating system 23 flowing through, condensed combustion air released, while in two further stages, d. H.
in the combustion chamber 26 and 33, by direct combustion of fuels in the air heated in the system 23, propellant gas for the combustion turbine 28 and / or. propellant gas for the combustion turbine 36 is generated by burning fuel in the still highly aerated exhaust gases from the turbine 28 which are reheated in the system 31.
4 shows a combustion turbine system in which, in a first heat supply stage 40, pulverulent coal is used to directly heat the combustion air sucked in from the surroundings by a compressor 41 and brought to a higher pressure therein. In a gas generator 42, which flows through a line 43 connected to the pressure line 44 of the Ver poet 41 fresh air, coal is gasified.
After cleaning, the gases obtained in this way arrive in an apparatus 54 in a second compressor 45, which conveys them into a combustion chamber 46, which flows in indirectly heated combustion air through lines 47, 48 in the heater 40.
The combustion chamber 46 forms a second heat supply stage of the combustion turbine system, in which stage gaseous fuel is directly burned for the purpose of generating propellant gases which flow through a line 49 to a combustion turbine 50. The latter drives the compressors 41, 45 and also a useful power receiver 51.
i The exhaust gases from the turbine 50 pass through a line 52 into a heat exchanger 53, in which part of the pressure line 44 of the compressor 41 is laid so that the exhaust gases drawn off in the heat exchanger 53 still transfer heat to part of the from the Ver denser 41 in the Heating system 40 can deliver compressed air. 55 denotes a starter motor.
If there are several combustion turbines connected in parallel, the combustion air required for all turbines can be supplied with indirect heat in a single heater, which forms a first heat supply stage.
The combustion of the fuel in the first heat supply stage can also take place under pressure, and instead of burning solid, ash or slag-containing fuels in this stage, it is then expedient to use pure fuels, e.g. B. heating oil, ver burned, the exhaust gases are fed to a special combustion turbine Ver.
Instead of adding heat indirectly to all the air that is sucked in from the atmosphere by a compressor in a first heat supply stage designed as a heater, this can only be done with respect to part of that air, while the rest of this air can serve to exhaust gases from the heater. to extract heat in a heat exchanger. This air part is also heated indirectly in a heat supply stage.