CH366692A - Gasturbinenanlage mit teils offenem, teils geschlossenem Prozess - Google Patents

Gasturbinenanlage mit teils offenem, teils geschlossenem Prozess

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CH366692A
CH366692A CH6382958A CH6382958A CH366692A CH 366692 A CH366692 A CH 366692A CH 6382958 A CH6382958 A CH 6382958A CH 6382958 A CH6382958 A CH 6382958A CH 366692 A CH366692 A CH 366692A
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CH
Switzerland
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open
gas turbine
heat
closed process
partly
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Application number
CH6382958A
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Inventor
Martinka Michael
Original Assignee
Prvni Brnenska Strojirna
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/08Semi-closed cycles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description


      Gasturbinenanlage    mit     teils        offenem,    teils     geschlossenem        ProzeB       Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinen  anlage, bei der ein Teil     des    Arbeitsmittels einen offe  nen Prozess, ein Teil einen geschlossenen Prozess  durchläuft.  



  Die bisher bekannten     Gasturbinenanlagen    für grö  ssere Leistungen arbeiten durchwegs mit einem ge  schlossenen oder teils offenen, teils geschlossenen Pro  zess. In einem offenen Prozess ist es unmöglich, hohe  Leistungen wegen der grossen Luft- und Arbeitsgas  volumen zu erzielen.  



  Anlagen mit teils offenem, teils geschlossenem  Prozess verknüpfen die Vorzüge der Anlagen mit  einem geschlossenen Prozess (grössere spezifische Lei  stung und flache     Nutzeffektkurve)    mit den Vorzügen  von Anlagen mit einem offenen Prozess.  



  Die Nutzleistung der     angeführten    Gasturbinen  anlagen wird insbesondere durch den verhältnismässig  niedrigen     isothermischen    Wirkungsgrad der Kompres  soren begrenzt. Es wurden daher bei     Anlagen    mit teils  offenem, teils geschlossenem Prozess zur Erzielung  höherer thermischer     Nutzeffekte    folgende Mittel an  gewandt:

       Zwischenkühlung    der     Kompression,        über-          hitzung    des Arbeitsmediums     zwischen    den Gastur  binenstufen und     Rekuperation    der     Wärme.    Die beiden       erstangeführten    Mittel stellen eine Annäherung     an    die       isothermische    Kompression und Expansion dar. Die       Wärmerekuperation    ist zwischen den Temperaturen  des Austrittes aus der Turbine und des Austrittes aus  dem Kompressor anwendbar.  



  Durch die     Zwischenstufenkühlung    der verdichte  ten Luft wird zwar der Verbrauch an Kompressions  arbeit     herabgesetzt,    jedoch besteht der Nachteil der  selben darin, dass beinahe die gesamte Kompressions  wärme in das Kühlwasser abgeführt wird, so dass sich  dieselbe nicht am     Wärmeprozess        beteiligen    und eine  positive Arbeit leisten kann.

       Anlagen    dieser     Art    errei-         chen    bei Anwendung der vorstehend angeführten Mit  tel einen thermischen Wirkungsgrad von 0,32 bis 0,35  und     eine    auf 1 kg durch den     Niederdruckkompressor     angesaugter     Luft    bezogene     spezifische    Leistung von  0,20 bis 0,25     k/Wh/kg.    Solche Anlagen ermöglichen  die Konstruktion von Einheiten bis zu Leistungen der  Grössenordnung 50 MW,

   wobei jedoch die     erzielbaren     thermischen     Nutzeffekte    bereits verhältnismässig nied  rig sind im     Vergleich    mit     Dampfkraftwerken    grosser  Leistungen.  



  Zweck der vorliegenden     Erfindung    ist die Erhö  hung des     thermischen    Wirkungsgrades     ohne    weitere  Ansprüche an die Vergrösserung der     Anlage,    insbe  sondere der     Wärmeaustauscher        mit        Hilfe    einer pas  senden     Ausnützung    der Kompressionswärme. Ausser  dem lässt     sich    eine Erhöhung     der-Grenze    der     Maximal-          leistung    der Einheiten     erzielen.     



  Erreicht wird dies     erfindungsgemäss    durch eine  solche Kombination von     offenem    und geschlossenem  Prozess, dass in     Zwischenkühlern    der Kompressoren  entzogene     Wärme        zur    Erwärmung eines     flüssigen    Me  diums ausgenützt und dieses     erhitzte,    flüssige Medium  in das Arbeitsmittel des offenen Prozesses hinter des  sen letzten Verdichtungsstufe eingespritzt wird, wobei  es verdampft,

   und     dass    die     Wärmezuführung    für das  gasförmige Medium des geschlossenen Prozesses in  einer     Brennkammer    des offenen Prozesses     erfolgt.     



  Die     Erfindung    wird im folgenden an Hand von  zwei     Ausführungsbeispielen,    die in den     Fig.    1 und 2  der Zeichnung schematisch     dargestellt    sind, näher  erläutert.  



  Die     Anlage    nach     Fig.    1     arbeitet    wie folgt:  Der Turbokompressor     K1        saugt    atmosphärische  Luft an und fördert dieselbe     in    den     Kühler   <B><I>CH,.</I></B> In  denselben Kühler<B>CH,</B> gelangt Luft aus dem geschlos  senen Prozess mit dem gleichen Druck.

   Aus dem Küh-           ler        CH,    strömt     sämtliche    Luft gemeinsam in den  Turbokompressor     K2,    wo dieselbe nach Zwischen  stufenkühlung im Kühler     CH2    auf den höchsten       Arbeitsdruck    verdichtet wird. Aus dem     Kompressor          K2    strömt der Teil der Luft, der den offenen Prozess  durchläuft in den     Einspritzverdampfer    S, in welchem  innen auf     grossoberflächigen    Teilen das in den Ober  flächenkühlern     CHI,        CH2    erwärmte Wasser ver  dampft.

   Die feuchte Luft gelangt sodann in den       Wärmetauscher        R1    und strömt     sodann    nach     Vorwär-          mung    in die Brennkammer     S1.    In die Kammer wird  so viel Brennstoff     zugeführt,        als    notwendig ist, um  die     Verbrennungsprodukte    und die Luft des geschlos  senen Prozesses auf höchste Arbeitstemperatur zu  bringen.

   Die     Verbrennungsprodukte    des offenen Pro  zesses strömen aus der     Kammer        S1    in die Turbine     T1,     wo die Expansion auf einen mittleren     Druck    erfolgt.

    In der Kammer     S2    wird so     viel    Brennstoff verbrannt,       da-ss    die     Mitteldruckverbrennungsprodukte    sich wieder  auf die     höchste    Temperatur erhitzen und sodann in     clie     Turbine     T2        gelangen,    wo     dieselben    auf     etwa    atmosphäri  schen Druck expandieren. Im     Wärmetauscher        R1     <I>geben</I> dieselben noch einen Teil ihrer     Wärmeenergie     ab     und    treten in die Atmosphäre aus.  



  Die Luft     des    geschlossenen Prozesses strömt aus  dem Kompressor     K2    in den     Wärmeaustauscher        R2    und  sodann nach     Vorwärmung        in    den Wärmetauscher der       Brennkammer        S1.    Da ausserhalb und innerhalb des       Wärrneaustauschers    der gleiche     Druck        herrscht,    wird  dieser mechanisch nicht beansprucht, und es kann in  diesem mit hohen Temperaturen gearbeitet werden.

    Die auf     höchste        Betriebstemperatur    erhitzte     Luft    ex  pandiert sodann in der Turbine     T3    auf den niedrig  sten Druck des geschlossenen     Prozesses,    gibt im       Wärmotauscher        R2    einen Teil der Wärmeenergie ab  und gelangt gemeinsam mit der Luft des offenen Pro  zesses in den     Kühlar   <B>CH..</B> Damit ist der     Umlauf    ge  schlossen.  



  Die     Zwischenkühler        CHI,   <B><I>CH,</I></B>     funktionieren    hier  als     Wärmetauscher    der     Verdichtungswärme,    welche  zur     Erwärmung    einer     entsprechenden    Druckwasser  menge ausgenützt wird. Das erwärmte     Druckwasser     verdampft nach Einspritzung in den     Einspritzver-          dampfer    S in der     komprimierten    Luft des offenen  Prozesses.  



  Die nach     Fig.    2 ausgeführte Anlage     arbeitet    wie    folgt:  Die atmosphärische Luft wird im Turbokompres  sor     K1    auf den     niedrigsten        Druck    des     geschlossenen     Prozesses     komprimiert    und in den Turbokompressor       K2    geleitet.

   In den     Kompressor        K2        gelangt    auch die  Luft aus dem geschlossenen Prozess, und es erfolgt       eine        gemeinsame    Verdichtung sämtlicher Luft mit  Zwischenkühlung in den     Kühlern   <B><I>CH" CH., CH..</I></B>  Hinter dem Kühler<B>CH,</B> gelangt die Luft des offenen  Prozesses in einen weiteren Kühler     CH4    und wird  sodann im Kompressor     K3    auf den höchsten Betriebs  druck verdichtet.

   Von da strömt die komprimierte  Luft in den     Einspritzverdampfer    S, wo     eine        innere          Verdampfung    des     erwärmten    Wassers erfolgt. Die    feuchte Luft strömt sodann     in    den Wärmetauscher     R1     und gelangt vorgewärmt in die Brennkammer     S1,    in  der so viel Brennstoff verbrannt wird, als zur Er  hitzung der Verbrennungsprodukte des offenen Pro  zesses und der     Hochdruckluft    des     geschlossenen    Pro  zesses auf eine gemeinsame höchste Betriebstempera  tur hinreicht.

   Die     Hochdruckverbrennungsprodukte     des offenen     Prozessas    expandieren sodann in der Tur  bine     Ti    auf mittleren Druck. In der     Mitteldruckver-          brennungskammer        S2    wird wieder so viel Brennstoff  verbrannt, um sowohl die     Mitteddruckverbrennungs-          produkte    des offenen     Prozesses    als auch die Mittel  druckluft des     geschlossenen    Prozesses auf     höchste    Be  triebstemperatur zu bringen.

   Die     Mitteldruckverbren-          nungsprodukte    expandieren sodann in der     Turbine        T2     auf den niedrigsten Druck des geschlossenen Prozes  ses, kühlen sich im     Wärmetauscher        R1    ab und expan  dieren schliesslich in der     Turbine        T3    auf atmosphäri  schen Druck. Dadurch ist der     offene        Prozess    beendet.  



  Die Luft des geschlossenen Prozesses strömt in den  Turbokompressor K4, wo dieselbe     gleichfalls    auf den       höchsten    Arbeitsdruck komprimiert wird. Im Wärme  tauscher     R2    wird dieselbe vorgewärmt und im     Wärme-          austauscher    innerhalb der Verbrennungskammer     S1     auf höchste Betriebstemperatur erhitzt.

   Nach Expan  sion auf mittleren     Druck    in der Turbine     T4    wird die  Luft im     Wärmeaustauscher    der Verbrennungskammer       S2    neuerlich auf höchste Arbeitstemperatur erhitzt  und expandiert sodann in der Turbine     T5    auf den  niedrigsten Druck des geschlossenen Prozesses.

   Dar  aufhin kühlt sich die Luft im     Wärmetauscher        R2    ab  und wird im Kühler     CH,    auf die     Austrittstemperatur     des     Kompressors        K1        nachgekühlt    und strömt     in    den  Kompressor     K2.    Damit ist der Prozess beendet. Das  Wasser wird in den Kühlern     CHl    bis<B>CH,</B> und<B>CH"</B>  vorgewärmt und dann in den     Einspritzverdampfer    S  eingespritzt.  



  Die     Erfindung    ist nicht auf die vorstehend erläu  terten und veranschaulichten     Ausführungsbeispiele    be  schränkt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Gasturbinenanlage mit teils offenem, teils ge schlossenem Prozess, gekennzeichnet durch eine sol che Kombination von offenem und geschlossenem Prozess, dass in Zwischenkühlern der Kompressoren entzogene Wärme zur Erwärmung eines flüssigen Me diums ausgenützt und dieses erhitzte, flüssige Medium in das Arbeitsmittel des offenen Prozesses hinter des sen letzten Verdichtungsstufe eingespritzt wird,
    wobei es verdampft und dass die Wärmezuführung für das gasförmige Medium des geschlossenen Prozesses in einer Brennkammer des offenen Prozesses erfolgt. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der gemeinsamen Verdich- terstufe (K2) des offenen und des geschlossenen Pro zesses mindestens eine Verdichterstufe (K1) des offe nen Prozesses vorgeschaltet ist.
    2. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der gemeinsamen Verdich- terstufe des offenen und des geschlossenen Prozesses (K2) mindestens :eine Verdichterstufe (K3) des offenen Prozesses nachgeschaltet ist.
    3. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der gemeinsamen Verdich- terstufe (K2) des offenen und des geschlossenen Pro zesses mindestens eine Verdichterstufe (K4) des ge schlossenen Prozesses nachgeschaltet ist.
    4. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Restwärme der Ver brennungsgase des offenen Prozesses nach dem Ver- lassen der letzten Turbine (T2) in einem Wärme- tauscher (R) an das mit Wasserdampf beladene Ar beitsmittel des offenen Prozesses übertragen wird (Fig. 1).
    5. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung des flüs sigen Mediums vor dessen Einspritzen die Abwärme auch anderer Anlageteile, z. B. der Brennkammern oder Wärmetauscher, ausgenutzt wird.
CH6382958A 1957-09-20 1958-09-11 Gasturbinenanlage mit teils offenem, teils geschlossenem Prozess CH366692A (de)

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