CH291307A - Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft. - Google Patents

Description

      Anlage    zur     Erzeugung        verdichteter        Nutzluft.       Erfindung betrifft eine Anlage zur       Erzeugung    verdichteter     I\Tutzluft,    deren Nutz  t' durch eine     Gasturbinenanlage     mit. eigenem Verdichter zur Verdichtung  ihres     Arbeitsmittels    angetrieben ist.  



  In neuerer Zeit. sind Anstrengungen     be-          kannt,eworden,        Verbrennungsvorgänge-ins-          besondere    in     Hochofenanlagen    - durch     Er-          böliung    des Druckes der     Verbrennungsluft    zu       besellleunigen.    Die Drücke fallen dabei in den  Bereich der Drücke, die auch für den Betrieb  von     Gasturbinenanlagen    genügen. Auch an  dere, Luft unter Druck verbrauchende     Anla-          -eii    können mit. solchen Drücken betrieben  werden.

   Solche Anlagen ermöglichen eine be  sonders günstige Regelung des     Nutzluftver-          diehters.    Gemäss Erfindung soll der Verdich  ter der     Gasturbinenanlage    einen niedrigeren  Druck erzeugen als der     Nutzluftverdichter,     letzterer über eine zur Regelung des Betriebes  dienende Leitung mit dem Weg des Arbeits  mittels der     Gasturbinenanlage    an einer Stelle       naell    dessen     Verdichtung    auf seinen höchsten  Druck verbunden und in der Regelleitung ein  Organ zur Einstellung des     Durchflil.ssquer-          scllnitt.es    angeordnet sein.

   Zweckmässig wird  die Luft in den Förderkanal oder in die an  schliessende Förderleitung des     Ga.sturbinen-          verdichters    geführt, und zwar vor deren Ein  tritt in den     Rekuperator.    Grundsätzlich wäre  es aber auch möglich, die Regelleitung an die  Leitung des Arbeitsmittels     zwischen    dem Re  kupera.tor und dem Gaserhitzer oder an diesen  selber anzuschliessen. Die Luft kann im letz-         teren    Fall als Kühlluft der     Brennkammer.     wände dienen.  



  Die Erfindung ist nachstehend an Hand  eines auf der Zeichnung schematisch darge  stellten Ausführungsbeispiels des Erfindungs  gegenstandes näher erläutert.  



  Die Anlage besitzt einen     Nutzluftverdich-          ter    1, der durch eine     Gasturbinenanlage    an  getrieben ist. Die     Gasturbinenanlage        umfasst     im .wesentlichen den Verdichter 2, die     Brenn-          kammer    3, die Gasturbine 4 und den     Reku-          perator    5. Als Brennstoff für die     Brennkam-          mer    wird ein Gas, zum Beispiel Hochofen  gas, verwendet, welches durch den Verdich  ter 6 dem Brenner 7 zugeleitet wird. Dieser  Verdichter ist. über ein die Drehzahl erhö  hendes Getriebe 8 von der Gasturbine 4 an  getrieben.  



  Der Verdichter 2 der     Gasturbinenanlage     saugt durch die Leitung 9 Luft aus der  Atmosphäre an, verdichtet dieselbe zum Bei  spiel auf einen Druck von etwa -3 bis 4 atü  und fördert sie durch die Leitung 10 in den       Rekuperator    5. Hier wird sie durch die Ab  gase der     Gasturbine    4 vorgewärmt und dann  durch die Leitung 11 in die Brennkammer 3  geführt. Das durch den     Brenner    7 einge  führte     Brenngas        verbrennt    in der zugeführten  Luft und erhitzt sie dabei. Die' entstehen  den Gase gelangen durch die Leitung 12 in  die Turbine 4 und nach Arbeitsleistung durch  die     Leitung    13 in den     Rekuperator    5.

   Nach  dem sie hier einen Teil ihrer Wärme an die       frisch    verdichtete Luft übertragen haben,      strömen sie durch die Leitung 14 aus der Gas  turbinenanlage ab.  



  Zur Regelung der Leistung der Gastur  binenanlage 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 zum  Verdichter 6 zurückströmen kann. Um hierbei  eine unzulässige Erwärmung des Gases zu ver  meiden,     ist.    in der Leitung 16, ein Kühler 18  angeordnet, welcher das zurückströmende Gas  etwa auf die Temperatur des durch die Lei  tung 19 zugeführten Gases     kühlt.    Auch in  der Leitung 15 ist. ein Regelorgan 20 ange  ordnet, durch welches die Regelung weiter  noch verfeinert werden kann.  



  Die geschilderte     Gasturbinenanlage    ist über  ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe 21 mit  dem     Nutzluftverdichter    1 gekuppelt.. Dieser       Nutzluftverdichter    saugt über die Leitung 22  zum Beispiel aus dem Freien Luft an und för  dert sie durch die Leitung 23 zu einer nicht.  gezeichneten     Verbrauchsstelle,    zum Beispiel  als Verbrennungsluft in einen Hochofen.  



  Gemäss der Erfindung ist der Verdichter  der     Gasturbinenanlage    so bemessen, dass er  einen niedrigeren Druck erzeugt als der Nutz  luftverdichter 1. Der     Nutzluftverdichter    ist  zur Regelung der     Fördermenge    über die Lei  tung 24 mit. dem Weg des Arbeitsmittels der       Gasturbinenanlage    an einer Stelle 25 nach  dessen Verdichtung auf seinen höchsten Druck  verbunden. In der Regelleitung 24 ist ferner  ein Organ 26 angeordnet., welches zur Ein  stellung des     Durchflussquerschnittes    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 Förder  leitung des     Nutzluftverdicht.ers    aufweist, ab  geführt werden kann.  



  Über das Getriebe 29 ist. die Gasturbinen  anlage noch mit. einer elektrischen Maschine  gekuppelt, die ihrerseits an ein elektrisches  Netz 31 geschaltet ist.    Durch Einstellen des Querschnittes des  Regelorganes 26 lässt sieh auf einfache Weise  die     durch    die Leitung 23 zur Verbrauchs  stelle geförderte Luftmenge dem Bedarf ent  sprechend festlegen. Wird der     Durehflussquer-          schnitt    des Regelorganes 26 verkleinert, so  wird eine grössere     Menge    der vom Verdichter  1 geförderten Luft. der V     erbrauehsstelle    zu  geführt. Wird umgekehrt der Querschnitt des  Regelorganes 26     vergrössert,    so strömt. eine  geringere Menge Luft zur Verbrauchsstelle.

    Ist das Regelorgan 26 vollständig geöffnet, so  vermindert sieh wohl der Förderdruck des       Nutzluftverdiehtens    1 bis auf einen Betrag,  der nur noch um den     Druckverlust,    in der  Regelleitung 24 höher als der     Förderdruck     des     Verdichters        \'    an der Stelle 25 ist. Trotz  dem strömt dann durch den     ungedrosselten     Querschnitt die grösstmögliche Menge aus dem  Verdichter 1 in die     Gasturbinenanlage    hin  über, weil der Querschnitt des     Regelorganes     entsprechend grösser ist.  



  Will man die durch die Leitung 23 zu der  Verbrauchsstelle geführte Luftmenge noch  weiter vermindern, so wird das Ventil 28 in  der     Abströmleitung    27 geöffnet, unter     Aius-          nutzung    eines viel grösseren Druckgefälles, so  dass ein noch grösserer Teil der Luft aus der  Förderleitung 23 abgeführt wird. Auf diese  Art lässt sich innerhalb des normal vorkom  menden Betriebsbereichs eine praktisch ver  lustlose Regelung erreichen. Dadurch lässt sich  die     'VVirtsehaftlichkeit    des Betriebes wesentlich       verbessern.     



  Eine weitere Verbesserung der     Regelung     ergibt sich noch durch Verwendung einer elek  trischen Maschine 30. Diese Maschine läuft  synchron mit dem Netz 31. Erzeugt, die     Gas-          turbinena.nlage    eine grössere Leistung als vom       Nutzluftverdichter    1 gebraucht wird, so wird  der     Überschuss    in Form von elektrischer Ener  gie dem Netz 31 zugeführt. Ohne Verände  rung der Drehzahl entspricht. die Abführung  von elektrischer     Ener-ie    immer der Differenz  der     Gasturbinenleistung    und der vom Nutz  luftverdichter verlangten Leistung.

   Sollte ein  mal die Leistung der     Gasturbinenanlage    klei  ner als die vom Verdichter 1 verlangte Lei-           stung    sein, so arbeitet die elektrische Ma  schine 30 als Motor und ergänzt die Tur  binenleistung.  



  In den meisten Fällen wird es sich zwar  empfehlen, die gesamte Anlage so zu bemes  sen, dass in jedem Betriebsfall durch die elek  trische Maschine 30     Leistung    dem Netz ab  gegeben werden kann. Beim Abschalten der  elektrischen Maschine kann die     flasturbinen-          anla.ge    mit, einer von der Netzfrequenz unab  hängigen grösseren oder kleineren Drehzahl  betrieben werden.  



  In der Regelleitung 24 könnte noch ein  Kühler angeordnet sein, durch den der Wir  kungsgrad der     Gasturbinenanlage    noch etwas  verbessert werden kann. Ausserdem empfiehlt  es sich, in dieser Regelleitung ein Rückschlag  organ anzuordnen, um ein Rückströmen von  Luft aus dem Verdichter 2 nach der     Abführ-          leitung    27 zu verhindern.

   Zwischen der     Gas-          turbinena.nlage    und der elektrischen Maschine  30 kann noch ein ein- und     ausschaltbares          Weehselgetriebe    Verwendung finden, so dass  die Drehzahl der     Gasturbinenanlage        unabhän-          wig    von der Netzfrequenz eingestellt werden  kann. Dieses Getriebe kann als hydraulisches       Strömungsgetriebe    ausgebildet werden, durch  welches die Drehzahl und damit das übertra  gene Drehmoment in geeigneter Weise verän  dert werden kann. An Stelle eines hydrau  lischen Getriebes könnte auch ein mechani  sches Getriebe verwendet werden.

   In der     För-          derleitung    des     Nutzluftverdichters    kann   vorteilhaft in     Strömungsriehtung    hinter der  Abzweigung der Regelleitung - noch ein       Durchflussregelorgan    angeordnet sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutz luft, deren Nutzluftverdichterdurch eine Gas turbinenanlage mit eigenem Verdichter zur Verdichtung ihres Arbeitsmittels angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet., dass der Verdich ter der Gasturbinenanlage einen niedrigeren Druck erzeugt als der Nutzluftverdichter,

   letzterer über eine zur Regelung des Betrie bes dienende Leitung mit dem Weg des Ar beitsmittels der Gasturbinenanlage an einer Stelle nach dessen Verdichtung auf seinen höchsten Druck verbunden ist und dass in der Regelleitung ein Organ zur Einstellung des Durchflussquerschnittes angeordnet ist. UNTERANSPRÜCHE: 1. Anlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelleitung mit der Brennkammer der Gasturbinenanlage verbun den ist. 2.

   Anlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutzluftverdichter ausserdem über eine Abführleitung mit einer Stelle ausserhalb der Anlage verbunden ist, die einen niedrigeren Druck aufweist als am Eintritt in diese Abführleitung herrscht, und dass in der Abführleitung ein Organ zur Ein stellung des Durchflussquerschnittes angeord net ist. 3. Anlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter der Gas turbinenanlage zusätzlich mit einer elektri schen Maschine gekuppelt ist, welche an ein elektrisches Netz geschaltet ist. 4. Anlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelleitung ein Kühler angeordnet ist. 5.

   Anlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelleitung ein Rückschlagorgan angeordnet ist, welches ein Abströmen von Arbeitsmittel aus dem Ver dichter der Gasturbinenanlage verhindert. 6. Anlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Förderleitung des Nutzluftverdichters ein Organ zur Einstel lung des Durchflussquerschnittes angeordnet ist. 7. Anlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutzluftverdichter über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe durch die Gasturbinenanlage angetrieben ist. B.

   Anlage nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine über ein ein- und ausschaltbares Wechsel getriebe durch die Gasturbinenanlage ange trieben ist.