CH249943A

CH249943A - Wärmekraftanlage mit druckgefeuertem Dampferzeuger mit gasturbinengetriebenem Verdichter, sowie mit Nutzleistungs-Dampf- und -Gasturbinen.

Info

Publication number: CH249943A
Authority: CH
Inventors: Cie Aktiengesellschaft Boveri
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1946-01-15
Filing date: 1946-01-15
Publication date: 1947-07-31

Description

Wärmekraftanlage mit druckgefeuertem Dampferzeuger mit gasturbinengetriebenem Verdichter, sowie mit Nutzleistungs-Dampf- und -Gasturbinen. Es sind Wärmekraftanlagen bekannt, bei welchen die Verbrennungsgase eines Kessels einen Teil ihrer Wärme zur Dampferzeugung zum Betrieb von Dampfturbinen und einen Teil zur Erhitzung eines Arbeitsmittels zum Betrieb von Gasturbinen abgeben.

Bei Verwendung von Dampferzeugern mit druckgefeuerten Brennkammern werden die bei .diesen zum Antrieb des La.deverdich- ters, also als Hilfsmaschinen verwendeten Gasturbinen mit Gasen betrieben, deren. Tem peratur unter den für hitzebeständige Stähle zulässigen Temperaturen liegt.

Die Entspan nung der Heizgase geht in diesen Turbinen bis nahe auf Atmosphärendruck. Die Leistung der Gasturbine reicht hin, um den Ladever- dichter bei mässigen Ladedrücken (2,5 bis 3,5 ata) ohne äussere Hilfsenergie anzutrei ben. Diese Dampferzeuger sind unter der Be zeichnung Velox-Kessel bekanntgeworden.

Eine andere Aufgabe haben die eigent lichen als Hauptmaschinen oder Nutz- leistungsmaschinen dienenden Gasturbinen, die also in erster Linie Nutzarbeit liefern 6ol- len. Es ist schon oft vorgeschlagen worden, diese mit Kühleinrichtungen zu versehen, um Treibgase hoher Temperatur verwenden zu können und grosse Überschussleistang zu er halten.

Wird als Kühlmittel Wasser verwen det, so lässt man dieses bekanntlich zur Ver dampfung kommen und mischt den erhalte nen Dampf entweder den Treibgasen bei oder betreibt dä,mit besondere Dampfturbinen. Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls eine Wärmekraftanlage mit Ausnutzung der Verbrennungsgase des Dampferzeugers nicht nur zur Erzeugung von Dampf zum Betrieb von Nutzleistungs-Dampfturbinen,

sondern auch als Treibgase zum Betrieb von Nutz- leistungs-Gasturbinen, und zwar unter Ver wendung eines druckgefeuerten Dampferzeu gers mit gasturbinengetriebenem Verdichter zur Aufladung der Brennkammer des Dampf erzeugers und dier Vereinigung folgender Merkmale 1.

Erhöhung des Ladedruckes der Brenn- kammer des Dampferzeugers über 4 ata, 2. Zwischenkühlung der zu verdichtenden Brennluft für den Dampferzeuger, 3. Ausnutzung der Heizgase des Dampf erzeugers .ausser zur Dampferzeugung, sowie zum Betrieb der Gasturbine der Ladegruppe, noch als Treibgase zum Betrieb einer Nutz- leistungs-Gasturbine, 4.

Ausnutzung der Abgase der Nutz- leistungs-Gaeturbine zur Vorwärmung der verdichteten Brennluft; 5. Ausnutzung der Erhitzung der Gas- turbine der Ladegruppe mindestens zur Er wärmung von Speisewasser, 6. Anordnung mindestens einer Entnahme- Dampfturbine mit Speisewasservorwärmung durch Entnahmedampf.

Neben einer Vereinfachung der Anlage durch Wegfall des bei bekannten Anlagen eingangs erwähnten, durch die Verbrennungs- gase zu erhitzendem besonderen Arbeitsmittels für die Nutzleistungs-Gasturbine wird eine Verbesserung des Wirkungsgrades, durch die sowohl dampfseitig wie gasseitig weitgehende Wärmerückgewinnung erreicht.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Anlage gemäss der Erfindung dargestellt. Es ist 1 die druckgefeuerte Brennkammer, 2 der Eintritt der hochverdichteten Brennluft und 3 die Brennstoffeinspritzvorri.chtung des Dampferzeugers,

hier eines Velög-Kessels. Die erzeugten Brenngase geben einen Teil ihrer Wärme an die Wandauskleidung 4 und den Verdampferkörper 5, der in seinen Ab messungen klein sein oder der auch ganz weg fallen kann, ab und gelangen, immer noch koch erhitzt, zur Gasturbine 6, die den drei gehäusigen Brennluftverdichter 7 antreibt.

Beide zusammen bilden die Ladegruppe des Dampferzeugers. Von hier gehen die Gase in einen Überbitzer 8 und kühlen sich so weit ab, da-ss sie in einer weiteren Gasturbine 9, die ohne Einrichtungen zur Wassererwär mung gebaut ist, verwendet werden können. Die Entspannung der Heizgase in der Gas turbine 6 ist eine nur teilweise.

Die Haupt entspannung findet in der Nutzleistungs-Gras- turbine 9 statt. Die mit der Dampferzeu- gnngs-Einrichtung erhaltenen Gase sind also vollwertige Treibgase, die ebenso wie der dort erzeugte Dampf zur Erzeugung von Nutzlei stung verwendet werden können. Die Nutz- leis.tungs-Dampfturbine 10 isst eine Ent nahmeturbine. Dampfturbine 10 und Gastur bine 9 treiben einen Generator 11.

Um mit der Gasturbine 6 der La.deggruppe bei nur teilweiser Entspannung der Treibgase die Antriebsleistung des Verdichters 7 aufzu bringen, sind sehr hohe Treibgastemperaturen erforderlich. Die Erhitzung dar Gasturbine 6 wird nun mindestens zur Erwärmung des Speisewassers ausgenutzt; die Erwärmung kann aber auch bis zur Verdampfung getrie ben werden. Hierzu sind in diesem Beispiel zwei Systeme vorgesehen.

Das eine für den fQStstehenden Teil der Turbine, das andere für den Rotor. Im feststehenden Teil, also im Gehäuse und in den Leitschaufeln, wird man Umwälzwasser oder Speisewasser ver wenden, im. Rotor dagegen entweder Speise wasser oder beseer noch ein besonderes Kühl- mittel, das durch die engen Kühlräume dieses Maschinenteils,

geführt wird, seine Wä.rmie aber ebenfalls an das Speisewasser abgibt. Der Kühler 12 dieses besonderen Kühlkreis- laufes kann, wie ein Speis-ewaeservorwärmer gebaut, dem. mit Entnahmedampf aus der Ent- nahme-Dampfturbine 10 betriebenen Speise- wa:sservorwärmern 13, 14 nachgeschaltet werden.

Das Umwälzen des besonderen Kühl mittels besorgt eine Umwälzpumpe 15, die entweder von der Gasturbine 6 oder von einem kleinen Hilfsmotor angetrieben wird. Das vorgewärmte Speisewasser wird meist dem Umwälzwaeserkreislauf im - Dampf- Mrasserabscheider 16 zugeführt. Das Umwäl zen des Kessel-Umwälzwassers besorgt die Pumpe 17.

Wegen des verhältnismässig hohen Ver dichtungsdruckes wird die Luft mehrmals durch die Zwischenkühler 18, 19 rückgekühlt. Je tiefer und häufiger gekühlt wird, desto niedriger wird die Verdichterantriebsleistung, desto mehr Wärme lässt sich aber auch a.us den Abgasen rückgewinnen. Vom Verdichter wird die Luft zu diesem Zweck in einen Re kuperator (Vorwärmen) 20 gebracht, in dem sie durch Abgase aus der Gasturbine 9 vorge wärmt wird.

Mitbestimmend für den Wirkungsgrad der Anlage ist neben dem Aufwand für die Verdichtungsarbeit für einen bestimmten Ladedruck und der Vollständigkeit der Rückgewinnung von Abgaswärme im Reku- perator auch die Höhe des Treibmitteldruckes vor der Nutzleistungs.turbine. Er kann nicht beliebig gewählt werden, sondern steht in Abhängigkeit zur Höhe der Treibmittelte-m- peratur. Der Treibmitteldruck kann um so höher sein,

je höher die Treibmittel-Tempera- tur ist. Er darf, ohne den Wirkungsgrad zu verschlechtern, um so niedriger sein, je voll ständiger die Abwärmerückgewinnung im Rekuperator ist. Statt Gasturbine, 9 und Dampfturbine 10 zu kuppeln, kann man, auch jeder dieser Ma- schinen einen eigenen Generator geben.

Claims

PATENTANSPRUCH: 1Värmekraftanlage mit druckgefeuertem Dampferzeuger mit gasturbinengetriebenem Verdichter, Howiü mit Nutzleistungs-Dainpf- und -Gasturbinen, gekennzeichnet durch die Vereinib-ung folgender Merkmale: 1.

Erhöhung des Ladedruckes der Brenn- kammer des Dampferzeugers über 4 ata, . Zwischenkühlung der zu verdicbtenden 2 Brennluft für den Dampferzeuger, 3. Ausnutzung der Heizgase des Dampf erzeugers ausser zur Dampferzeugung, sowie zuin Betrieb der Gasturbine der Ladegruppe, noch als Treibbase zum.

Betrieb einer Nutz leistungs-Gasturbine, 4. Ausnutzung der Abgase der Nutz- leistungs-Gasturbine zur Vorwärmung der verdichteten;

Brennluft, 5. Ausnutzung der Erhitzung der Gastur bine der Lwdegruppe mindestens zur Erwär- inruig von Speisewasser, 6. Anordnung mindestens einer Ent- nahmie-Dampfturbine mit @pe,isewasser-hor- wärmung durch Entnahmedampf. UNTERANSPRÜCHE:

 1. ljrärmekraf tanlag e nach Patentan- spruch, dadurch gekennzeichnet, da:

ss zwi schen der Gasturbine (6) der Ladegruppe und der Nutzleistun.gs-Gasturbine (9) ein Überhitzer (8) für den erzeugten Dampf ge schaltet isst. 2.

Wärmekraftanlage nach Patentaal- spruch, dadurch gekennzeichnet, dass minde- stens dem Rotor der Gasturbine (6) der Lade gruppe durch einen besonderen Wärmeträger Wärme entzogen. wird, der selbst in einem Wärmcaustauscher (12) gekühlt wird.

3. Wärmekraftanlage nach Patentan spruch und Unherunspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass der von dem besonderen Wärmeträger durchflossene Wärmeaustau- scher (12) Vorwärmern (13, 14) naclrgeschral- tet ist, die durch Dampf aus der Entnahme- Dampfturbine (10) geheizt werden.