Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft. Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft, deren Nutz luftverdichter durch eine Cvasturbinenanlage mit eigenem Verdichter zur Verdichtung ihres Arbeitsmittels angetrieben ist.
Die Erfindung besteht darin, dass der Nutzluftverdichter über eine zur Regelung des Betriebes dienende Leitung mit. einer Zwischenstufe des Verdich- tex:s der Gasturbinenanlage verbunden ist, welehe Zwischenstufe mindestens zeitweise während des Betriebes einen niedrigeren Druck aufweist, als am Eintritt in diese Regel leitung herrscht und dass in der Regelleitung ein Organ zur Einstellung des Durchfluss- querschnittes angeordnet ist.
Der Nutzluftverdichter kann ausserdem über eine Abführleitung_ mit einer Stelle ausserhalb der Anlage verbunden sein, die einen niedrigeren Druck aufweist, als am Ein tritt in diese Abführleitung herrscht. Auch kann in der Abführleitung ein Organ zur Einstellung des Durchfhzssquerschnittes ange ordnet sein. Der Verdichter der Gasturbinen anlage kann auch zusätzlich mit einer elek- trisehen Maschine gekuppelt sein, welche an ein elektrisches Netz geschaltet ist.
In der Re- ,relleitung kann ein Kühler und gegebenenfalls ein Riickschlagorgan angeordnet sein, welch letzteres ein Abströmen von Arbeitsmittel aus dem Verdiehter der Gasturbinenanlage ver hindert. In der Förderleitung des Nutzluftver- diehters wird zweckmässig ein Organ zur Ein- Stellung des Durchflussquersehnittes angeord net. In bestimmten Fällen kann der Nutzluft verdichter über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe durch die Gasturbinenanlage ange trieben werden.
Die elektrische Maschine kann über ein ein- und ausschaltbares Wechsel getriebe durch die Gasturbinenanlage ange trieben werden.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erste Anlage und Fig. 2 eine weitere Anlage mit einer Reihe von Ergänzungen.
Die Anlagen nach Fig. 1 und 2 besitzen einen Nutzhlftverdichter 1, der durch eine Gasturbinenanlage angetrieben ist. Die Gas turbinenanlage umfasst im wesentlichen den Verdichter 2, die Brennkammer 3, die Gas turbine 4 und den Rekuperator 5. Als Brenn stoff für die Brennkammer wird ein Gas, zum Beispiel Hochofengas, verwendet, welches durch den Verdichter 6 dem Brenner 7 zuge leitet wird. Dieser Verdichter ist über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe 8 von der Gasturbine 4 angetrieben.
Der Verdichter 2 der Gasturbinenanlage saugt durch die Leitung 9 Verbrennungsluft an, verdichtet dieselbe und fördert sie über die Leitung 10 in den Rekuperator 5. Hier wird sie durch die Abgase der Gasturbine 4 vorgewärmt und dann durch die Leitung<B>11</B> in die Brennkammer 3 geführt. Das durch den Brenner 7 eingeführte Brenngas verbrennt in der zugeführten Luft und erhitzt. sie dabei. Die entstehenden Gase gelangen dann durch die Leitung 12 in die Turbine 4 und nach Arbeitsleistung durch die Leitung 13 in den Rekuperator 5.
Nachdem sie hier einen Teil ihrer Wärme an die frisch verdichtete Luft übertragen haben, strömen sie durch die Lei tung 14 aus der Gasturbinenanlage ab.
Zur Regelung der Leistung der Gastur binena.nlage besitzt. die Leitung 15, durch welche das Brenngas dem Brenner 7 zugeführt wird, eine Umgehungsleitung 16, durch welche je nach Einstellung des Regelorganes 17 ein Teil des verdichteten Brenngases wieder dem Verdichter 6 zurückgeführt werden kann. Um hierbei eine unzulässige Erwärmung zu ver meiden, ist in der Leitung 16 ein Kühler 18 angeordnet, welcher die rückgeführten Gase etwa auf die Temperatur der durch die Lei tung 19 zugeführten Gase abkühlt. Auch in der Leitung 1'5 ist ein Regelorgan 20 angeord net, durch welches die Regelung weiter noch verfeinert werden kann.
Die geschilderte Gasturbinenanlage ist über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe 21 mit dem Nutzluftv erdichter 1 gekuppelt. Dieser Nutzluftverdichter saugt durch die Leitung ??, zum Beispiel aus dem Freien, Luft an und fördert sie durch die Leitung 23 zu einer nicht. gezeichneten Verbrauchsstelle, zum Bei spiel als Verbrennungsluft in einen. Hoch ofen.
Gemäss der Erfindung ist der Nutzluft- verdiehter 1 über die zur Regelung dienende Leitung 2-1 mit einer Zwischenstufe 2'5 des Verdichters 2 der Gasturbinenanlage verbun den. Diese Zwischenstufe weist mindestens zeitweise während des Betriebes, für den die Anlage bestimmt. und ausgelegt ist, einen nied rigeren Druck auf, als am Eintritt in die Re gelleitung herrscht. Ferner ist in der Regel leitung ein Organ 26 angeordnet, welches zur Einstellung des Durchflussquersehnittes dient.
An die Regelleitung 24 ist ausserdem noch eine Abströmleitung 27 mit einem Regelorgan 28 angeschlossen, durch welche verdichtete Luft an eine Stelle ausserhalb der Anlage, die einen geringeren Druck als die Abströmlei- tung am Eintritt aufweist, abgeführt werden kann.
Ausserdem ist die Gasturbinenanlage über das Getriebe 29 auch mit einer elektrischen Maschine 30 gekuppelt, die ihrerseits an ein elektrisches Netz 31 geschaltet ist.
Durch Einstellung des Querschnittes des Regelorganes 26 lässt sieh auf einfache Weise die durch die Leitung 23 zur Verbrauchsstelle geförderte Luftmenge innerhalb der ge wünschten Grenze festlegen. Wird das Regel organ 26 mehr geschlossen, so wird ein grö sserer Anteil der vom Verdichter 1 geförder ten Luft der Verbrauchsstelle zugeführt. Wird umgekehrt der Querschnitt des Regelorganes 26 vergrössert, so strömt eine geringere Menge Luft zur Verbrauchsstelle. Ist das Regelorgan 26 vollständig geöffnet, so vermindert sich wohl der Förderdruck des Nutzluftverdichters 1.
Trotzdem strömt dann die grösstmögliche Menge aus dem Verdichter 1 in den Ver dichter 2 über, weil der Querschnitt. des Re- gelorganes entsprechend vergrössert ist. Will man die durch die Leitung 23 zu den Ver brauchsstellen geführte Luftmenge noch wei ter vermindern, so wird das Ventil 28 in der Abströmleitung 27 geöffnet, so dass ein Teil der Luft aus der Anlage abgeführt. wird. Auf diese Art lässt sieh innerhalb des nor mal vorkommenden Betriebsbereiches eine praktisch verlustlose Regelung der Nutzliift- menge erreichen. Dadurch lässt sieh die Wirt schaftlichkeit des Betriebes wesentlich ver bessern.
Eine weitere Vereinfachung der Regelung ergibt sieh noch durch die elektrische Ma schine 30. Diese Maschine läuft synchron mit dem Netz 31. Erzeugt die Gasturbinenanlage eine grössere Leistung, als vom Nutzluftver- dichter 1 gebraucht wird, so wird der Über- schuss in der Form von elektrischer Energie dem Netz 31 zugeführt.
Ohne irgendwelche Regeleinflüsse passt sieh die Abführung von elektrischer Energie immer der Differenz der Gasturbinenleistung und der vom Nutzluft verdichter verlangten Leistung an, Sollte ein mal die Leistung der Gasturbinenanlage klei ner als die vom Verdichter 1 verlangte Lei stung sein, so arbeitet die elektrische Maschine 30 als Motor und ergänzt den Leistungsman gel. In den meisten Fällen wird es sieh zwar empfehlen, die gesamte Anlage so zu be messen, dass in jedem Betriebsfall durch die elektrische Maschine 30 Leistung dem Netz abgegeben werden kann.
Beim Abschalten der elektrischen Maschine kann die Gasturbinen anlage mit. einer von der Netzfrequenz unab hängigen grösseren oder kleineren Drehzahl betrieben werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt, kann in der Regel leitung 24 noch ein Kühler 32. angeordnet sein, durch den der Wirkungsgrad der Gasturbinen anlage noch etwas verbessert werden kann. Ausserdem empfiehlt es sieh, ein Rückschlag- organ 33 in der Leitung 24 anzuordnen, um ein Rückströmen von Luft aus dem Verdich ter 2 nach der Abführleitung 2:7 zu verhin dern.
Der Brenngasverdiehter 6 kann noch mit einer Rekuperationsturbine 34 ausgerüstet werden, die in der Umführungsleitung 16 anzuordnen ist. Durch diese Massnahme kann der Wirkungsgrad der Brenngasförderung noch etwas verbessert werden. Schliesslich kann zwischen der Gasturbinenanlage und der elektrischen Maschine 30 noch ein ein- und sussehaltbares Wechselgetriebe 35 Verwen dung finden, so da.ss der Betrieb der Gastur binenanlage unabhängig von der Netzfre quenz eingestellt werden kann.
Dieses Getriebe <B>35</B> kann als hydraulisches Strömungsgetriebe ausgebildet werden, durch welches die Dreh zahl und damit das übertragene Drehmoment in geeigneter Weise verändert. werden kann. An Stelle eines hydraulischen Getriebes könnte auch ein mechanisches Getriebe ver wendet werden.
In der Förderleitung 23 kann noch ein Regelorgan 36 angeordnet sein. Selbstverständlich kann die Gasturbinen anlage auch mit anderem Brennstoff, zum Beispiel mit Kohle oder Öl, betrieben werden. Bei Verwendung von Kohle würde diese zweckmässig in Staubform verwendet.