CH257535A - Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens. - Google Patents

Description

  Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage und Einrichtung zur Ausübung  des Verfahrens.    Gasturbinen-Kreisprozesse mit geschlos  senem Kreisprozess gestatten den Prozess bei  gegebenem Druckverhältnis unter hohem  Druckniveau durcbzuführen und dadurch bei       gegebener    Nutzleistung die Dimensionen der  Turbinen und Kompressoren zu verringern.

    Der Nachteil eines solchen geschlossenen Pro  zesses besteht aber darin,     dass    die Wärme beim  obern Kreislaufdruek durch eine Wand auf  das im Kreislauf strömende Arbeitsmittel  übertragen werden muss, wobei sieh sehr grosse  Apparate ergeben, die dazu wegen des hohen  obern Kreislaufdruckes aus teurem,     warm-          fcsten    Material gebaut sein müssen, und die  ausserdem wegen möglichen, örtlichen Über  hitzungen im Betriebe gefährdet sind.  



  U m die grossen Nachteile dieser     Wärme-          ibertragungsapparate    für die Einführung der  Wärme in den Kreislauf zu vermeiden, ist  bereits vorgeschlagen worden, die im Kreis  lauf strömenden Gase durch eine Flamme zu  erhitzen, deren     Verbrennungsluft    durch einen       Kompressor    aus dem Freien angesaugt und  dem Brenner unter Druck zugeführt wird.  wobei durch diese Verbrennungsluft     gleieh-          zeitig    der Kreislauf auf das gewünschte  höhere Druckniveau gebracht wird.

   Die der       Brennluft    entsprechende Gasmenge muss dann  aus dem Kreisprozess wieder entnommen wer  den, wobei sie in einer mit dem     Brennluft-          konpressor    gekuppelten Turbine auf Atmo  sphärendruck entspannt wird. Es entsteht suf  diese Weise ein Gasturbinenprozess, in den    ein Teil des Arbeitsmittels einen Kreislauf be  schreibt, und zwar von der Brennkammer  durch die Hauptturbine, durch einen     Wärme-          austauscher,    einen Gaskühler, durch einen  meist mit Zwischenkühler versehenen Kom  pressor, durch den     Wärmeaustauscher    zurück  in die Brennkammer, wo sie von der Flamme  wieder erhitzt werden.  



  Solche Verbrennungsgase enthalten aber  immer Asche,     Unverbranntes,        Wasserdampf     und bei Ölfeuerung auch Schwefelverbindun  gen. Die Asche verunreinigt die Gaswege und  die     D:iaschinen    des Kreislaufes; die Schwefel  verbindungen sind gefährlich, sobald sie mit  dem Wasserdampf kondensiert werden, weil  sich Schwefelsäure bildet,     was    in einem Küh  ler nicht zu vermeiden ist. Durch diese freie  Säure werden die     üblieherweise    verwendeten  Kühlapparate zerstört, so dass dieser an und  für sich sehr zweckmässige     Gasturbinenprozess     bisher nicht verwirklicht werden konnte.  



  Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie  die Verunreinigung und die zerstörende Wir  kung der Schwefelsäure verhütet werden kön  nen, so dass der oben skizzierte     Kreisprozess     ohne Lufterhitzer möglich wird.  



  Die Erfindung betrifft ein Verfahren  zum Betrieb einer     Gasturbinenanlage,    bei der  ein Teil des Arbeitsmittels einen Kreislauf be  schreibt, mit Wärmezufuhr durch eine  Flamme, mit Zuführung .der Verbrennungs  luft     iur    Flamme unter Druck und Abfuhr der  entsprechenden Menge von     Arbeitsmittel    mit           Expansion    zur     Gewinnung    der Energie für  die Verdichtung der Brennluft und besteht  darin, dass die im Kreislauf zirkulierende Ar  beitsmittelmenge mit Einspritzwasser gerei  nigt wird, derart, dass Säure auf ein unge  fährliches Mass verdünnt und Unreinigkeiten  weggeschwemmt werden.  



  Eine     Einrichtung    zur Ausübung diese  Verfahrens     kennzeichnet    sich dadurch, dass  eine Waschvorrichtung angeordnet ist, um die  im Kreislauf zirkulierende Arbeitsmittel  menge beim tiefsten Druck des Kreisprozesses  auf die tiefste Temperatur zu bringen, die  gleichzeitig als     Kühler    dient, in welchem die  nicht in Arbeit verwandelte Wärme aus dem  Kreisprozess abgeführt wird. Da auch hier  bei die Wärme nicht durch eine Wand ins  Kühlwasser übertragen werden muss, erreicht  man gleichzeitig ein grösseres nützliches Tem  peraturgefälle und einen besseren     Wirkungs-          gvad    der Anlage als bei einem Oberflächen  kühler.

   Der Einbau der Waschvorrichtung an  einer     Stelle    des tiefsten Druckes hat auch  den Vorteil, dass das Wasch- und Kühlwasser  nur auf einen kleinen Druck gefördert wer  den muss, wodurch die Pumpenarbeit klein  wird. Diese Pumpenarbeit kann übrigens vor  teilhaft dadurch weiter verringert werden, dass  das aus der Wasch- und Kühlvorrichtung aus  tretende Wasser durch eine Wasserturbine  geleitet wird, die die Pumpe antreibt und  einen Teil der Pumpenarbeit aufbringt. Was  serpumpe und -turbine führen zweckmässiger  weise eine Wassermenge, die proportional der  Gasmenge ist. Sie sollen dabei vorteilhaft wie  die Gruppe für die Verdichtung der     Brenn-          luft    mit veränderlicher Drehzahl laufen.

   Man  kann deshalb die Pumpe allein oder mit einer       Wasserturbine        zusammen    direkt oder über ein  Zahnradvorgelege mit der Gruppe für die  Verdichtung der Brennluft kuppeln. Vorteil  haft wird der Waschvorrichtung ein Ab  seheider nachgeschaltet, worin das erwärmte  und verunreinigte Kühlwasser vom Gas ab  geschieden wird.  



  In der Zeichnung ist als Ausführungsbei  spiel eine Gasturbinenanlage, die nach dem  Verfahren gemäss der Erfindung arbeitet, in    Fig. 1 im Aufriss, teilweise im Schnitt, teil  weise in Ansicht, schematisch dargestellt, mit  einer Variante eines Teils der Einrichtung in  Fig. 2. An Hand dieses Ausführungsbei  spiels wird nachfolgend auch das Verfahren  gemäss der Erfindung beispielsweise erläutert.  



  Das Verbrennungsgas strömt durch den  Niederdruclk-Kompressor 1, den     Einspritz-          Zwisehenkühler    2 mit unterer Abscheidevor  richtung und den Hochdruckkompressor 3, in  Schlangenlinie durch den Oberflächen-Wärme  austauseher 4 an dessen Rohren vorbei, zur  Brennkammer 5, wo die Gase durch eine  Flamme 6 erhitzt werden, zur     Nutzleistungs-          turbine    7 und durch die Rohre des     Wärme-          austauschers    4 in die Wasch- und Kühlvor  richtung 8, die unten als Wasserabscheider 10  ausgebildet ist und infolge der     Leitschaufeln     9 eine Cyklonwirkung ausübt, so dass eine  Trennung von Wasser und Gas stattfindet.

    Das Gas     tritt        hier    in das     Kompressor-Sauo;-          rohr    11 und beginnt den Kreislauf von neuem,  während das Wasser in die Wasserturbine 12  strömt, die den Motor 13 zum Antrieb der  Einspritzpumpe 14 der Waschvorrichtung     R     unterstützt. Ein Generator 15 ist mit der  Turbine 7 und den Kompressoren 1 und 3  direkt gekuppelt.

   Die für die Flamme  nötige     Verbrennungsluft    wird aus der Atmo  sphäre bei 16 angesaugt, in den     Brennluft-          kompressoren    17, 18, die mit einem Ober  flächen-Zwischenkühler 19 versehen sind, auf   den     Brennkammerdruck    verdichtet und dem  Brenner 20 zugeführt. Die daraus entstehen  den Verbrennungsgase strömen mit den Gasen       cles        Kreislaufes    zur Turbine 7, aus der sie  nach teilweiser     Expansion    durch Leitung 21  zur Turbine 22, die zum Antrieb des Brenn  luftverdichters dient, und dann ins Freie  strömen.

   Ein Motor 23 dient zum Anlassen  der Hilfsgruppe 17, 18, 22, bis die Turbine 22  den Antrieb übernehmen kann, worauf er  abgeschaltet oder als Generator verwendet       -wird.    Desgleichen sitzt auf der Welle der  Hauptgruppe, links vom Generator 15 ein       Anlassmotor    24 und     eine        Erregermaschine    25.  



  Man kann auch die     Maschinen    12, 14 mit  der Hilfsgruppe kuppeln, in welchem Falle    
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    (,iitei, <SEP> fier <SEP> Motoren <SEP> 13, <SEP> 33 <SEP> fortfallen <SEP> kann.
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<tb>  :> <SEP> I'ib. <SEP> 1. <SEP> Übereinstimmen. <SEP> so <SEP> dass <SEP> weitere <SEP> Er  l:@irnn-:en <SEP> hierzu <SEP> sich <SEP> erübrigen.       Iie Drehzahl der Hilfsgruppe bestimmt  d1ie Brennluftmenge und den obern Druck im  Kreislauf. Die Leistung der Hauptturbine 7  ist proportional zum Kreislaufdruck.

   Somit  kann die vom Generator 15 erzeugte Leistung  dlurch Verändern der Drehzahl der Hilfs  gruppe nacb Bedarf eingestellt werden. Die  Wärme wird in der Brennkammer 5 durch  eine Flamme in den Kreisprozess eingeführt,  und der nicht in Arbeit umgewandelte Teil  beim untern Druck durch die Kühl- und  Wasclhvorriehtung 8 abgeführt. Alle Ma  schinen und Apparate, mit Ausnahme der  Konpressoren 17, 18 führen Verbrennungs  gase, die durch Asche, Unverbranntes und  Sclwefelsäure verunreinigt sind. Während  bei Verwendung von Oberflächenkiihlern, die  sich kondensierende Schwefelsäure die     Küb-          ler    zerstört, werden die Gase nach vorliegen  dem Verfahren in der Waschvorrichtung 8  mit viel Wasser gereinigt und gleichzeitig  gekühlt.

   Die Säure wird hier bis zur     Un-          schidlichkeit    verdünnt und mit dem Kühl  wasser abgeführt. Gleichzeitig werden aber  alle übrigen Unreinigkeiten, wie Asche und  Unverbranntes, webgeschwemmt, so dass das  Gas in gereinigtem Zustand zu den Kompres  soren 1 und 3 zurückkehrt. Der     Einspritz-          kühler    8 kann in irgendeiner der bekannten  Bauarten ausgeführt werden. Es ist aber  wiebtig, das Kühlwasser nach dem Kühler  mögliclhst vollständig aus dem Gase abzu  scheiden, was in diesemin Beispiel durch einen  Cyklonabscheider, wie bei 9, 10 angedeutet  und ollen erwähnt, geschehen kann. Die     Zwi-          schenlkiillung    zwischen zwei oder mehreren  Kompressorstufen, z.

   B. 1 und 3, kann, da.  die Gase nun bereinigt sind, in gewöhnlicher  Art mit Oberflächenlküllern durchgeführt w     er-          dlen.    Man kann aber auch hier     Einspritz-Zwi-          schenkübler    mit Cyklonabscheider verwenden.    wie in der Zeichnung als Bauart des Zwi  schenkühlers 2 dargestellt ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zum Betrieb einer Gas turbinenanlage, bei der ein Teil des Arbeits mittels einen Kreislauf beschreibt, mit Wärme zufuhr durch eine Flamme mit Zuführung der Verbrennungsluft zur Flamme unter Druck und Abfuhr der entsprechenden Mlenge von Arbeitsmittel mit Expansion zur Gewinnung der Energie für die Verdichtung der Brenn- luft, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kreislauf zirkulierende Arbeitsmittelmenbe mit Einspritzwasser gereinigt wird, derart, dass Säure auf ein ungefährliches Mass ver dünnt und Unreinigkeiten webgeschwemmt werden. II.

   Einrichtung zur Ausübung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Waschvorrichtung (8) angeordnet ist, um die im Kreislauf zirkulie rende Arbeitsmittelmenge beim tiefsten Druck des Kreisprozesses auf die tiefste Temperatur zu bringen, die bleichzeitig als Kühler dient, in welchem die nicht in Arbeit verwandelte Wärme aus dem Kreisprozess abgeführt wird. UNTERAN SPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch bekennzeichnet, dass der Waschvor richtung (8) ein Wasserabscheider (10) nach geschaltet ist, worin das erwärmte und ver- geschaltet ist, worin das erwärmte und ver unreinigte Kühlwasser vom Gas abgeschieden wird. 2. Einrichtung nach Patentanspruch II.

   gekennzeichnet durch die Anordnung einer Wasserturbine (12), in die das aus der Wasch vorrichtung abgeführte Einspritzwasser strömt und die mithilft, eine Pumpe (14) zu treiben. ,die das Einspritzwasser liefert. 3. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritz pumpe (14) für die Waschvorrichtung (8) mit einer Hilfsgruppe (17, 18, 22) für die Ver dichtung der Brennluft gekuppelt ist. 4. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspriichen ? und 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass Einspritzpumpe (14), Wasser turbine (12) und Hilfsgruppe (17, 18, 22) miteinander gekuppelt sind. 5. Einrichtung nach Patentanspruch II.

   ,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kom- pressionsstufen mindestens ein Einspritz- Zwischenkühler (2) mit Wasserabscheider ein gebaut ist.