Verfahren zum Erhitzen von Gasen und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen von Gasen durch Wärmeaus tausch, insbesondere für Gasturbinenanlagen mit Verbrennung unter Überdruck, und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
Bei Gaserhitzern, insbesondere bei solchen, die aufgeladen sind, das heisst bei denen im Feuerraum ein höherer Druck als der Um gebungsdruck herrscht, besteht bekanntlich eine der Schwierigkeiten, die bei der Kon- struktion solcher Gaserhitzer auftreten, darin, die den Feuerraum umgebenden Teile vor der Strahlung der Flamme zu schützen.
Ein bekanntes Mittel zur Lösung dieses Problems ist die Heizgasumwälzung. Bei die ser wird ein Teil des Heizgases, das die Erhitzerbündel durchströmt und dabei seine Wärme abgegeben hat, durch einen Ventila tor wieder in den Verbrennungsraum zurück geführt, so dass er eine wesentliche Herab setzung der Feuerraumtemperatur bewirkt. Da die Strahlung der vierten Potenz der ab soluten Temperatur proportional ist, wird die Intensität der Strahlung auf diese Weise stark reduziert.
Das Verfahren hat aber den Nachteil, dass ein Ventilator gebraucht wird, der bei einer immerhin noch relativ hohen Tempera tur arbeitet, und dass die Betriebsfähigkeit der ganzen Anlage von der Zuverlässigkeit dieser Hilfsmaschine abhängt.
Bei aufgela denen Gaserhitzern tritt dieser Nachteil des halb besonders in Erscheinung, weil ein sol cher Ventilator nicht nur bei hoher Tempera- tur, sondern auch unter erhöhtem Druck ar beiten muss, was konstruktiv grosse Schwie rigkeiten mit sich bringt. Gemäss dem Ver fahren nach der Erfindung wird dieser Nach teil dadurch behoben, dass in einem Arbeits mittel mindestens zwei aufeinanderfolgende Verbrennungen stattfinden und dass nach jeder Verbrennung mindestens ein-- Teil der erzeugten Verbrennungswärme durch Wärme austausch an die zu erhitzenden Gase abgege ben wird.
Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens besteht darin, dass mindestens zwei im Strömungsweg des Arbeütsmittels aufeinanderfolgende Stellen vorgesehen sind, an denen eine Verbrennung stattfindet, und dass nach jeder Verbrennungsstelle minde stens ein Wärmeaustäuscher angeordnet ist.
Nicht nur ist es. zweckmässig, für An lagen mit Gasturbinen mit Verbrennung un ter Überdruck den Lufterhitzer in zwei Ein heiten zu unterteilen, sondern ganz allgemein wird durch die Schaltung der Feuerräume in Serie erreicht, dass die Temperatur in jedem der Feuerräume bedeutend tiefer, z. B. meh rere 100 C, ist, als wenn der gesamte Brenn stoff in einem Feuerraum verbrannt wird.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel einer Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens schematisch dargestellt, an Hand welcher auch das Verfahren beispielsweise erläutert wird.
Der Hauptverdichter 1 wird von der Hochdruckturbine 2 angetrieben, während die Niederdruckturbine <B>3</B> als NutzleistuDgs- turbine einen Generator 4 bezw. eine andere leistungsaufnehmende Maschine antreibt.
Das aus der Niederdruckturbine 3 austretende Arbeitsmittel wird mittels der Leitung 5 einem Rekuperator 6 zugeführt, in dem es sich abkühlt, und dann mittels der Leitung <B>7</B> durch einen Rückkühler 8 dem Hauptver dichter 1 zugeleitet. Das in dem Verdichter 1 verdichtete Arbeitsmittel wird dann durch die Leitung 9 durch den Rekuperator 6, ge trennt von dem durch die Leitung 5 zuge führten Arbeitsmittel, geschickt und im Re kuperator 6 erwärmt,
um alsdann durch die Leitung 10 in den Wärmeaustauscher 11 zu gelangen und hierauf im Erhitzer 12 erhitzt durch die Leitung 13 der Hochdruckturbine 2 zuzuströmen. Das zum Teil entspannte, aus der Hochdruckturbine 2 austretende Arbeits mittel gelangt durch die Leitung 14 in den Wärmeaustauscher 15 des Erhitzers 16 und von dort über die Leitung 17 in die Nieder druckturbine 3, wo es sich weiter entspannt und erneut den Kreislauf durchläuft.
Von dem aus der Niederdruckturbine 3 austretenden sauerstoffhaltigen Arbeitsmit tel gelangt ein Teil durch die von der Lei tung 5 abzweigende Leitung 18 in den Brennraum 19 des Erhitzers 16. An dieser Stelle wird über die Leitung 20 mit dem Regelventil 21 Brennstoff zugeführt. Die im Brennraum 19 entstehenden Heizgase durch queren den Wärmeaustauscher 15 und wer den dann über die Leitung 22 in den in Serie geschalteten Brennraum 23 des Erhitzers 12 eingeführt. Dem Brennraum 23 wird der Brennstoff aus der Leitung 24, die das Re gelventil 25 aufweist, zugeführt.
Die im -Wärmeaustauscher 15 abgekühlten Heizgase werden durch die zweite Verbrennung er neut erhitzt, durchqueren dann den Wärme- austauscher 11 und geben einen Teil ihrer Wärme dem der Hochdruckturbine 2 zuströ menden Arbeitsmittel ab.
Der restliche Teil der Wärme wird in der Abgasturbine 26 unter gleichzeitiger Entspannung auf Atmo sphärendruck verwendet für die Vorverdich- tung einer Luftmenge, die gleich gross ist wie die aus der Leitung 5 zur Verbrennung entnommene Arbeitsmittelmenge im Vor- oder Aufladeverdichter 27, welcher die vor verdichtete Luft zur Erneuerung des Sauer stoffgehaltes des im Umlauf befindlichen Arbeitsmittels über die Leitung 28 und den Rückkühler 8 ebenfalls dem Hauptverdich ter 1 zuführt.
Die Regelung der Leistungen der Turbine 2 und<B>3</B> kann zum Beispiel durch Erhöhen und Senken des Druckes am Eintritt des Hauptverdichters 1 erfolgen, wofür zum Bei spiel die Drehzahl des Aufladeverdichters 27 verändert wird.
Nach jedem Verbrennungsraum können anstatt eines Wärmeaustauschers auch meh rere Wärmeaustauscher angeordnet sein.