Gasturbinenaggregat Bei der Bewetterung von Kohlengruben werden grosse Mengen Luft mit einem kleinen Gehalt von Grubengas (Methan) abgesaugt. Aus Sicherheitsgrün den wird in der aus den Gruben abgesaugten Luft eine Methankonzentration von 0,6-1% gehalten. Theoretisch ist für die Ausnützung des Grubengases die Anwendung von Gasturbinen sehr vorteilhaft, was aber mit grossen Schwierigkeiten verbunden ist, wenn die gesamte Methanmenge ausgenützt werden soll,
die in der aus den Gruben abgesaugten Luft ent- halten ist, obwohl in dieser Luft 50-100 % des für den Normalbetrieb der Gasturbine benötigten Brenn stoffes (Methan) ,enthalten sein kann.
Auch unter der Voraussetzung, dass :die gesamte Menge des Arbeitsmediums der Gasturbine -die Luft bildet, die aus den Kohlengruben mit kleinem Me thangehalt abgesaugt wird, ermöglichen die Gasturbi- nenbrennkammern normalerweise nicht die volle Ausnützung des Methangehaltes.
Durch den eigentli chen Brennraum, in dem die Verbrennung des Me thans vorausgesetzt werden kann, gelangt nämlich nur etwa 30 % der gesamten Luftmenge, wogegen die restliche Luft den Brennraum umströmt und sich mit den heissen Verbrennungsprodukten erst am Ende ,der Brennkammer vermischt, wo bei einer verhältnis mässig niedrigen Temperatur (600-800 C) das in kleiner Konzentration in der Luft enthaltene Methan nicht mehr verbrennt.
Die Ausnützung des Methans in der Gasturbine wäre so verhältnismässig klein. Z. B. bei einer Gasturbine, die mit einer Temperatur von 675 C vor ,der Turbine arbeitet und die einen gesamten Wärme- wirkungsgrad von 16,2 % (ohne Regeneration) beim Ansaugen reiner Luft hat, würde sich der Wirkungs- grad auf 19,
1% beim Ansaugen einer Luft mit 1 Vol.% Methan vergrössern. Dies bedeutet eine Verminderung des erforderlichen Brennstoffes um nur 15 % der ursprünglichen Gesamtmenge.
Bei Anwendung spezieller Brennkammern mit keramischer Ausmauerung ist es möglich, eine höhere Ausnützung des in der Grubenluft enthaltenen Methans zu erreichen. Diese Brennkammern :besitzen aber eine Reihe von nachteiligen Eigenschaften vom Standpunkt der Regelung und der Sicherheit des Tur binenbetriebes usw.
In dem oben angeführten Beispiel einer Gastur bine werden für ihren Betrieb insgesamt 2,03 V01. /0 Methan benötigt, bezogen auf .die Gesamtmenge der angesaugten Luft. Bei 1 Vol.o/o Methan in der ange saugten Luft würde seine hundertprozentige Ausnüt- zung eine fünfzigprozentige Ersparnis der ursprüng- lich benötigten Brennstoffmenge bringen. Mit Erhö hung des zulässigen Methangehaltes in der Gruben luft (bei hunderprozentiger Ausnützung) wäre es möglich, die Menge des erforderlichen zusätzlichen Brennstoffes weiter zu vermindern.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die angeführten Erfordernisse zu erfüllen. Bei dem erfindungsgemässen Gasturbinenaggregat geschieht dies dadurch, dass im Kreisprozess der Gasturbine ein die Brennkammer ersetzender katalytischer Reaktor angeordnet ist.
Zwecks Vorwärmung des Gasgemisches kann vor dem katalytischen Reaktor ein regenerativer Wärme- austauscher angeordnet sein. Vor dem katalytischen Reaktor kann auch eine Hilfsbrennkammer angeord net sein. Der regenerative Wärmeaustauscher kann ferner mit einer Umleitung mit Hilfsbrennkammer für das Anfahren versehen sein.
Auf der Saugseite des Verdichters kann zudem ein Drosselorgan ange ordnet sein, .das vom Regelsystem des Aggregats für das Ansaugen der reinen Luft gesteuert wird. Auf diese Weise kann die Regelung des Methangehaltes im Arbeitsmedium der Gasturbine vor dessen Ansau gen durch den Kreisprozessverdichter ermöglicht werden.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes sollen anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert werden.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anlage und Fig. 2 eine Ausführungsvariante der Anlage. Gemäss Fig. 1 wird die Luft mit einem kleinen Gehalt von Methan oder auch anderen brennbaren Gasen oder ihren Gemischen durch einen Verdichter 2 über ein Filter 1 angesaugt.
Nach Verdichtung im Verdichter 2 geht die Luft durch einen regenerativen Wärmeaustauscher 4, wo sie durch Abgase aus einer Turbine 6 auf die zur katalytischen Reaktion benö- tigte Temperatur erhitzt wird. Aus dem Wärmeaus- tauscher 4 geht die Luft dann durch einen katalyti schen Reaktor 5, wo sich die brennbaren Gase unter Einfluss eines geeigneten Katalysators verbrennen. Dadurch erhöht sich die Temperatur an die zur Ex pansion in der Turbine 6 benötigte Höhe.
Nach Ex pansion in der Turbine 6 geht das Arbeitsmittel in Form von praktisch heisser Luft über den Wärmeaus- tauscher 4 in einen Auspuff 10 und so in die Atmo sphäre. Die Turbine 6 treibt einen elektrischen Alter nator 7 mit dem Erreger 8, oder aber andere Maschi nen wie Verdichter, Pumpen usw. an. Das Anfahren der Gasturbine erfolgt mit einem Anfahrmotor 9.
Für die Lufterhitzung auf die erforderliche Höhe im Zeitpunkt des Anfahrens ist parallel mit dem Wärmeaustauscher 4 eine Hilfsbrennkammer 3 ange ordnet.
Die Menge des der Hilfsbrennkammer 3 zu geführten zusätzlichen Brennstoffes wird von einem Regelorgan 12 gesteuert. Ein. Regelorgan 11 ermög- licht das Ansaugen reiner Luft zu der Grubenluft mit dem Methangehalt und so die Änderung des Methan gehaltes im Arbeitsmittel vor dessen Ansaugen in den Kreisprozessverdichter 2 und die Regelung bzw.
Temperaturbegrenzung des Arbeitsmittels vor der eigentlichen Gasturbine.
Die Ausführungsvariante der Anlage gemäss Fig. 2 zeigt eine Gasturbine ohne Regeneration. Die Funktion der Gasturbine ist analog der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Die Luft wird aber auch während des Betriebes vor Eintritt in den kataly tischen Reaktor durch eine Hilfsbrennkammer 3 dauernd vorgewärmt. Diese Hilfsbrennkammer 3 dient auch zum Anfahren des Aggregats.
Die Be zeichnungen und die Funktionen der einzelnen Teil elemente sind analog Fig. 1. Die Lösung nach Fig. 1 ermöglicht den Betrieb der Gasturbine ohne zusätzlichen Brennstoff auch bei kleinerem Methangehalt in der abgesaugten Luft, ist aber sowohl in der Konstruktion als auch in der Dis position komplizierter. Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist einfacher, setzt aber immer einen Bedarf an einer vorbestimmten Menge zusätzlichen Brennstof fes voraus.
Die Erfindung ist nicht auf die angeführten Bei spiele der Anordnung von Kreisprozessen der Gasturbinen beschränkt. Sie kann auch bei verschie denen, komplizierteren Kreisprozessen der Gastur binen Anwendung finden.
Für die Regelung des zusätzlichen Brennstoffes kann das ,Aggregat mit gebräuchlichen Regelorganen, etwa ein vom Servomotor gesteuertes Regelventil, ausgestattet sein. Für die Regelung des Methangehal tes im Arbeitsmittel wird das Ansaugen reiner Luft zu der abgesaugten Grubenluft mit Methangehalt in der Saugseite des Kreisprozessverdichters der Gas- turbine vorausgesetzt.
In beiden Fällen kann man eine .automatische Regelung mittels gebräuchlicher Regelelemente des Aggregats versehen.