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.
Thermal power plant with pressure-fired steam generator with gas turbine-driven compressor, as well as with useful power steam and gas turbines. Thermal power plants are known in which the combustion gases of a boiler give off part of their heat for generating steam for operating steam turbines and part for heating a working medium for operating gas turbines.
When using steam generators with pressure-fired combustion chambers, the gas turbines used in these to drive the La.de compressor, ie as auxiliary machines, are operated with gases. Temperature is below the temperatures permitted for heat-resistant steels.
The expansion of the hot gases in these turbines goes up to almost atmospheric pressure. The power of the gas turbine is sufficient to drive the charge compressor at moderate charge pressures (2.5 to 3.5 ata) without external auxiliary energy. These steam generators have become known as Velox boilers.
The gas turbines, which are actually used as main machines or power machines, have a different task, which means that they primarily supply useful work. It has often been proposed to provide these with cooling devices in order to be able to use propellant gases of high temperature and to keep large surplus power.
If water is used as the coolant, it is well known that this is allowed to evaporate and the steam obtained is either mixed with the propellant gases or operated with special steam turbines. The subject of the invention is also a thermal power plant with utilization of the combustion gases of the steam generator not only for the generation of steam for the operation of useful steam turbines,
but also as propellant gases for the operation of useful power gas turbines, using a pressure-fired steam generator with a gas turbine-driven compressor to charge the combustion chamber of the steam generator and the combination of the following features 1.
Increase of the charge pressure of the combustion chamber of the steam generator over 4 ata, 2. Intermediate cooling of the combustion air to be compressed for the steam generator, 3. Utilization of the heating gases of the steam generator a power gas turbine, 4.
Utilization of the exhaust gases from the useful power gas turbine to preheat the compressed combustion air; 5. Utilization of the heating of the gas turbine of the loading group at least to warm up the feed water, 6. Arrangement of at least one extraction steam turbine with feed water preheating by extraction steam.
In addition to a simplification of the system by eliminating the special working fluid to be heated by the combustion gases for the utility gas turbine, which is mentioned at the beginning in known systems, an improvement in the efficiency is achieved through the extensive heat recovery on both the steam side and the gas side.
The drawing shows an example of a system according to the invention. It is 1 the pressure-fired combustion chamber, 2 the inlet of the highly compressed combustion air and 3 the fuel injection device of the steam generator,
here a Velög boiler. The generated fuel gases give some of their heat to the wall lining 4 and the evaporator body 5, which can be small in its measurements or which can also fall away completely, and get, still boiling, to the gas turbine 6, which has the three housed combustion air compressor 7 drives.
Both together form the charging group of the steam generator. From here the gases go into an overbeater 8 and cool down to such an extent that they can be used in a further gas turbine 9, which is built without facilities for water heating. The expansion of the heating gases in the gas turbine 6 is only partial.
The main relaxation takes place in the useful power grass turbine 9. The gases obtained with the steam generation device are therefore fully fledged propellant gases which, like the steam generated there, can be used to generate useful power. The Nutzleis.tungs steam turbine 10 eats an extraction turbine. Steam turbine 10 and gas turbine 9 drive a generator 11.
In order to bring up the drive power of the compressor 7 with the gas turbine 6 of the La.deggruppe with only partial relaxation of the propellant gases, very high propellant gas temperatures are required. The heating of the gas turbine 6 is now used at least to heat the feed water; however, the heating can also be driven up to evaporation. Two systems are provided for this in this example.
One for the part of the turbine, the other for the rotor. In the fixed part, i.e. in the housing and in the guide vanes, one will use circulating water or feed water, in the. Rotor, on the other hand, either feed water or a special coolant, which, through the narrow cooling spaces of this machine part,
is performed, but its heat is also given off to the feed water. The cooler 12 of this special cooling circuit can be built like a food preheater. feed water preheaters 13, 14 operated with extraction steam from the extraction steam turbine 10 are connected downstream.
The circulation of the special cooling means worried a circulation pump 15, which is driven either by the gas turbine 6 or by a small auxiliary motor. The preheated feed water is mostly fed to the circulating water circuit in the steam separator 16. The circulating of the boiler circulating water is done by the pump 17.
Because of the relatively high compression pressure Ver, the air is recooled several times through the intercooler 18, 19. The deeper and more frequent the cooling, the lower the compressor drive power, but the more heat can also be recovered from the exhaust gases. From the compressor, the air is brought into a Re kuperator (preheating) 20 for this purpose, in which it is preheated by exhaust gases from the gas turbine 9.
In addition to the effort for the compression work for a certain boost pressure and the completeness of the recovery of exhaust gas heat in the recuperator, the level of the propellant pressure in front of the power turbine is also decisive for the efficiency of the system. It cannot be chosen arbitrarily, but depends on the level of the propellant temperature. The propellant pressure can be higher
the higher the blowing agent temperature. It may be lower, the more complete the waste heat recovery in the recuperator, the lower it may be, without deteriorating the efficiency. Instead of coupling the gas turbine 9 and the steam turbine 10, it is also possible to give each of these machines its own generator.