Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft - insbeson dere für Hochöfen - mit mindestens einer Gasturbinenanlage und mindestens einem Ver dichter für Nutzluft, der von einer Gasturbi nenanlage angetrieben ist. Die Erfindung be steht darin, dass ein Verdichter mindestens einer Gasturbinenanlage einen höheren För- derdruck aufweist als mindestens ein Nutz luftverdichter und der Weg des Arbeitsmittels in dieser Gasturbinenanlage an einer Stelle, in Strömungsrichtung gesehen, nach dem Ver dichter mit der Förderleitung des Nutzluft verdichters durch eine ein Regulierorgan ent haltende Überführungsleitung verbunden ist,
und dass diese den Gasturbinenverdichter mit höherem Förderdruck enthaltende Anlage mit einer an ein elektrisches Netz angeschlossenen Hilfsmaschine gekuppelt ist.
Zusätzlich kann eine Hilfsturbine vorge sehen sein, in welcher das aus der Casturbinen- anlage der Förderleitung des Nutzluftverdieh- ters zuzuführende Arbeitsmittel auf den Nutz luftdruck entspannt wird. Die Überführungs leitung kann an eine Stelle des Arbeitsmittel weges der Gasturbinenanlage angeschlossen sein, die, in Strömungsrichtung gesehen, nach den Rekuperator oder sogar nach dem Gas erhitzer gelegen ist. Die den Gasturbinenver dichter mit höherem Förderdruck aufweisende Anlage kann zusätzlich einen Brenngas-Ver- dichter antreiben, welcher das Brenngas für Nutzluftverdichter antreibende Gasturbinen anlagen liefert.
Bei einer vereinfachten Ausführung kön nen sowohl der Verdichter und die Turbine der Gasturbinenanlage als auch der Nutzluft verdichter und die elektrische Hilfsmaschine mechanisch gekuppelt sein. Bei einer solchen Anlage kann auch die Hilfsturbine mit den mechanisch gekuppelten Maschinen gekuppelt sein.
Drei Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes sind auf der Zeichnung verein facht dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Anlage mit fünf in sich abgeschlossenen Gasturbinenanla gen, von denen vier je einen Nutzluftverdich ter und die fünfte einen Brenngasverdichter antreibt. Fig. 2 und 3 zeigen je ein einfacheres Beispiel einer Mlaschinenanlage, bei denen jeweils alle Maschinen miteinander mechanisch gekuppelt sind.
Die Nutzlufterzeugungsanlage nach Fig. 1. besitzt fünf Gasturbinen-anlagen A-E. Die Anlagen A-D treiben je einen Nutzluftver- dichter 1, welcher Luft durch eine Leitung 2 einem nicht dargestellten Hochofen zuführt. Die Anlage E treibt einen Brenngasverdiehter 3, der durch das Leitungssystem 4 allen fünf Gasturbinenanlagen das zum Betrieb notwen dige Brenngas in verdichtetem Zustand zu führt.
Die einzelnen Gasturbinenanlagen be sitzen in bekannter Weise einen Verdichter 5, der Luft in verdichtetem Zustand der Brenn- kammer 6 zuführt. Durch die Verbrennung des der Brennkammer zugeführten Brenngases in dieser Druckduft entsteht ein hoch erhitztes Treibmittel, welches in die Gasturbinen 7 ge leitet wird. Nach Arbeitsleistung des Treib gases in der Turbine kann dasselbe noch in einem nicht gezeigten Rekuperator zur Vor- wärmung der durch den Verdichter 5 ver dichteten Luft dienen.
Die Anlage E ist zudem noch mit einer elektrischen Maschine 8 gekup pelt, die an ein Netz 19 geschaltet ist.
Die Verdichter 5 aller fünf Gasturbinen anlagen A-E arbeiten mit einem höheren Förderdruck als die Nutzluftverdiehter 1 der Anlagen A-D. Der Nutzluftverdiehter 1 und der Gasturbinenverdichter 5 der Anlagen C und D sind als eingehäusige Maschine ausge bildet, bei der die Nutzluft an einer Zwischen stufe entnommen wird. Der Weg des Arbeits mittels in der Gasturbinenanlage E, der durch die Leitungen 9 und 10 führt, ist an der Stelle 11 mittels eines Überführungsleitungssystems 12, in welchem ein Regulierorgan 13 vorhan den ist, mit jeder der Nutzluftförderleitungen 2 der Anlagen A-D verbunden.
Nach Massgabe des Leistungsbedarfes för dert der Brenngasverdichter 3 das notwendige Brenngas jeder der Anlagen A-E zu. Im Überschuss gefördertes Brenngas strömt über die ein Regulierorgan 14 enthaltende Leitung 15 und den Kühler 16 wieder in die Brenn- gaszufuhrleitung 17 zurüek. Die den einzelnen Anlagen zugeführten Brenngasmengen kön nen durch die Regulierorgane 18 nach Bedarf eingestellt werden.
Im normalen Betrieb, bei dem durch die Leitungen 2 allen Hochöfen die normale Luft menge zuzuführen ist, sind alle Regulierorgane 13 im Überführungsleitungssystem 12 geseblos- sen. Durch die elektrische Hilfsmaschine wird dem Netz 19 eine vorbestimmte Energie menge zugeführt. Bei diesem Betrieb arbeiten alle Maschinen in ihren Bestpunkten. Damit ist die höchste Wirtschaftlichkeit gewähr leistet. Die einzige, aber vollständig bedeu tungslose V erlustquelle stellt nur die Umfüh rung von Brenngas durch die Leitung 15 dar. Wird vorübergehend zum Beispiel beim Anhängen eines Hochofens eine grössere Luftmenge unter erhöhtem Druck benötigt, beispielsweise an der Verbrauchsstelle der An lage B, so wird das zugeordnete Regulierorgan 13 geöffnet.
Aus der Leitung 9 der Anlage E strömt dann durch die Leitung 12 zusätzlich Luft in die Leitung 2 der Anlage B, so lange, bis der Hochofen der Anlage B wieder auf normalen Betrieb durehgeblasen ist. Während der Zeit dieser vermehrten Luftabgabe wird die Leistungsabgabe der elektrischen Hilfs- masehine 8 an das Netz 19 vermindert. Beim Anhängen mehrerer Hochöfen kann die Lei stungsabgabe sogar umgekehrt sein, derart, dass die Hilfsmaschine 8 als Motor arbeitet, der vom Netz 19 gespeist wird. Die einzelnen Anlagen A-D können mit voneinander unab hängiger, je nach den Betriebsverhältnissen sieh richtender variierender Drehzahl arbeiten.
Es entsteht so eine grösste Elastizität der Regulierung der Gesamtanlage. Ausserdem lässt sieh die Anlage mit einer Mindestmenge an Brenngas betreiben, weil die zur Regulie rung bereit zu haltende Reserveleistung ver mindert werden kann.
Die Anlagen nach Fig. 2 und 3 sind je für die Belieferung eines einzigen in der Zeiehnung nicht dargestellten Hochofens be stimmt. Entsprechende Teile sind gleich be zeichnet wie bei der Anlage nach Fig. 1. Der Nutzluftverdichter 1 fördert aus dem Freien angesaugte Luft in verdichtetem Zustand durch die Leitung 2 zum Hochofen. Ein Giehtgasverdiehter 3 verdichtet aus der Lei tung 17 angesaugtes Gichtgas Lund führt es durch die Leitung 4 in die Brennkammer 6.
Der Luftv erdiehter 5 verdiebtet aus dem Freien angesaugte Luft und fördert sie in verdichtetem Zustand über den Rekuperator 20 und die Leit.LUrg 21 ebenfalls in die Brenn- kammer 6. Das in der Brennkammer ent stehende hoch erliitzt.e Treibgas wird der CTas- turbine 7 zugeleitet. Lund gelangt. nach Arbeits leistung durch den Rekuperator 20 ins Freie.
Die Menge des der Brennkammer ztigeführteri Brenngases kann durch das Regulierorgan 18 eingestellt werden. Das im Ü bersehuss geför- derte Brenngas strömt durch die mit einem Regulierorgan 14 versehene Leitung 15 und den Kühler 16 wieder in die Ansaugleitung 17 zurück.
In der Anlage nach Fig. 2 ist der Weg des Arbeitsmittels der Gasturbinenanlage an einer Stelle 11, in Strömungsrichtung des Arbeits- mittels gesehen, nach dem Verdichter 5 an eine Überführungsleitung 12, die ein Regulier organ 13 enthält, angeschlossen, die in die Förderleitung 2 des Nutzluftverdichters 1 mündet. Dieses Regulierorgan 13 ist im nor malen Betrieb geschlossen und wird nur dann geöffnet, wenn an der Verbrauchsstelle eine vermehrte Luftmenge benötige wird. Im Fall eines Hochofens staut sich vor dem Ofen bei Zufuhr einer vergrösserten Luftmenge ein grö sserer Druck an, der zum Durchblasen des Ofens dient.
Die hierbei aufzubringende grö ssere Leistung für die Verdichtung kann da durch frei gemacht werden, dass von der elek trischen Hilfsmaschine 8 eine verminderte Lei stung ins Netz 19 abgegeben wird.
Zur Ergänzung der Regulierung kann in der Saugleitung des Nutzluftverdichters ein Regulierorgan 22 angeordnet sein, durch wel ches die vom Verdichter angesaugte Luft menge bei Bedarf geeignet beschränkt werden kann.
Bei der Anlage nach Fig. 3 ist der Weg des Arbeitsmittels der Gasturbinenanlage an einer Stelle 23 durch eine Überführungslei tung 12 mit der Förderleitung 2 des Nutz luftverdiehters 1 verbunden. Die Stelle 23 ist, in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ge sehen, praktisch nach dem Rekuperator ange ordnet, so dass die Luft an dieser Stelle schon auf die höchste Temperatur vorgewärmt ist. Die Menge der übergeführten Luft wird in üblicher Weise durch ein Regulierorgan 13 eingestellt. Zur Ausnutzung des Druckgefälles zwischen dem Förderdruck des Gasturbinen verdichters 5 und des Nutzluftverdiehters 1. dient eine Hilfsturbine 24, deren Leistung auf die gemeinsame Welle abgeleitet. werden kann.
Zur Verminderung der durch die Leitung'2' zur Verbrauehsstelle geförderten Luftmenge dient die Abführungsleitung 25, deren Ab- flussquersehnitt durch das Organ 26 dem Be darf entsprechend eingestellt werden kann. Eine andere Möglichkeit zur Verminderung der durch die Leitung 2 der Verbrauchsstelle zugeführten Luftmenge besteht in der gestri chelt gezeichneten Verbindungsleitung zwi schen der Überführungsleitung 12 und dem Verdichter 5. Durch diese Leitung kann eine durch ein Durchflussorgan eingestellte Teil menge der vom Verdichter 1 geförderten Luft einer Zwischenstufe des Gasturbinenverdich ters 5 zugeführt werden.
Es könnte auch die von der Brennkammer 6 zur Gasturbine 7 führende Leitung 27 über die gestrichelt gezeichnete Leitung 28 mit der Förderleitung 2 des Nutzluftverdichters 1 ver bunden sein. Das Regulierorgan 29 dient zur Einstellung der übergeführten Gasmenge. In der Turbine 30 könnte dann ein Höchstmali an Leistung zurückgewonnen werden. Das in der Brennkammer 6 erzeugte Treibgas besitzt noch einen so grossen Sauerstoffanteil, dass es ohne nennenswerte Beeinträchtigung der zum Hochofen geführten Luftmenge beigegeben werden darf. Die Hilfsturbine 30 kann ebenso mit der gemeinsamen Wellenleitung gekuppelt werden.
Selbstverständlich können die Gasturbinen anlagen auch mit andern Brennstoffen als mit gasförmigen, z. B. mit Brennöl oder mit Brennstaub, betrieben werden. Die Art. der Gasturbinenanl.agen hat keinen Einfluss auf die Erfindung. Es könnten ebenso Anlagen mit geschlossenem Arbeitsprozess und solcli"@ mit teilweise offenem, teilweise geschlossenem Prozess verwendet werden. Die Kupplung der einzelnen illasehinen kann mechanisch direkt, oder über Getrieb erfolgen. Auch andere Luft abnehmer, z.
B. industrielle Verbrennungsein- riehttingen oder dergleielien, könnten unter Umständen in Frage kommen. Die elektrische Hilfsmaschine kann grundAtzlicli als Strom erzeuger, wie auch als Motor zur Wirkung, kommen. In vielen Fällen wird sie ständig als Stromerzeuger arbeiten, der je nach Betriebs verhältnissen mehr oder weniger Leistung an das Netz abgibt.
Bei andern Verhältnissen kann die elektrische -Iaschine zu Zeiten des normalen Betriebes als Stromerzeuger eine ge ringere Leistung an ein Netz abgeben, wäh rend zu andern Zeiten aus dem Netz Leistung aufgenommen wird, welche in Form von mechanischer Energie auf die Gasturbinen anlage übergeleitet wird. Schliesslich wäre noch der Fall denkbar, dass die elektrische Hilfsmaschine ausschliesslich als Motor arbeitet und ständig aus dein Netz Energie bezieht. Ist die elektrische Hilfsmaschine an ein Weehsel- stromnetz angeschlossen, so wird die ganze Anlage mit konstanter Drehzahl in Betrieb bleiben müssen.
Bei Verwendung mit einem Gleichstromnetz oder bei Verwendung von Drehzahl regelbaren Motoren mit einem Weehselstromnetz kann auch die Drehzahl der Gasturbinenanlage entsprechend eingestellt werden.