CH701235A1 - Vorrichtung zur Vermischung von frischer Ansaugluft mit rezirkulierter Abgasluft in einer Gasturbine. - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Vermischung von frischer Ansaugluft (13) mit rezirkulierter Abgasluft (11) in einer Gasturbine. Die Vorrichtung ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Abschnitt im Strömungskanal erste Bereiche (19) ausgebildet sind, welche wenigstens bereichsweise im Wesentlichen für die frische Ansaugluft (13) nicht zugänglich sind und welche mit rezirkulierter Abgasluft (11) beaufschlagt sind, und dass zweite Bereiche (21) ausgebildet sind, welche wenigstens bereichsweise im Wesentlichen für die rezirkulierte Abgasluft (11) nicht zugänglich sind und welche von frischer Ansaugluft (13) durchströmt werden, und dass die ersten Bereiche (19) und die zweiten Bereiche (21) stromab in eine Mischzone (24) münden, wo frische Ansaugluft (13) und rezirkulierte Abgasluft (11) vermischt werden und der vermischte Luftstrom (15) weiter wenigstens mittelbar dem Kompressor zugeführt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermischung von zurückgeführten Abgasen einer Gasturbine mit Frischluft vor dem Eintritt in einen Kompressor der Gasturbine. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.

STAND DER TECHNIK

[0002] Um die Leistungsverluste und Wirkungsgradverluste von Kraftwerken mit Kohlendioxid-Abscheidung zu reduzieren, sind in der Literatur verschiedene Möglichkeiten, den Kohlendioxid-Partialdruck vor der Abscheidung zu erhöhen, vorgeschlagen worden. Die Rezirkulation von Abgasen ist eine Technologie, welche grundsätzlich für unterschiedlichste Zwecke bei Gasturbinen eingesetzt werden kann. So beispielsweise für die Kontrolle der Emission, für die Reduktion des Abgasvolumens für die Kohlendioxid-Abscheidung etc. Bei der Rezirkulation von Abgasen bei einer Gasturbine wird ein wesentlicher Anteil des Abgases aus dem gesamten Abgasstrom abgezweigt und wird normalerweise, nach Kühlung und falls erforderlich nach Reinigung, dem Eingangsmassenstrom der Turbine respektive dem Kompressor der Turbine wieder zugeführt, wobei der rückgeführte Abgasstrom mit frischer Luft vermischt wird, und diese Mischung anschliessend dem Kompressor zugeführt wird.

[0003] So beschreibt beispielsweise die EP-A-1484 102 einen Prozess, bei welchem Rauchgas beim Ausgang der Turbine abgezweigt wird, gegebenenfalls über einen Kondensator geführt wird, und anschliessend dem Eingangsluftstrom des Kompressors zugemischt wird. Die Abtrennung des Kohlendioxids findet beim in diesem Dokument vorgeschlagenen Prozess vor dem Eintritt der komprimierten Gase in die Brennkammer statt, entweder unmittelbar davor oder in einer Zwischenstufe des Kompressors.

[0004] Aus der WO-A-2005/064 232 ist ein Verfahren im Zusammenhang mit einer sequenziellen Verbrennung bekannt, bei welchem ebenfalls ein Teil des Rauchgases beim Ausgang der Turbine abgezweigt wird, und dem Eingangsmassenstrom des Kompressors wiederum zugeführt wird. Hier findet die Abtrennung des Kohlendioxids in einem teil-verdichteten Luftstrom, welcher in einer Kompressor-Zwischenstufe abgezweigt wird und der zweiten Brennkammer zugeführt wird, statt.

[0005] Aus der WO 2006/018 389 ist ebenfalls ein Verfahren bekannt, bei welchem aus der Turbine austretende Rauchgase zum Eingang des Kompressors rezirkuliert werden. Hier ist der Separator für das Kohlendioxid hinter einer ersten Verdichtungsstufe angeordnet. Diese wie auch andere bekannte Veröffentlichungen beschäftigen sich mit dem theoretischen Kraftwerksprozess und vernachlässigen dabei praktische Probleme, die bei der Realisierung eines solchen Kraftwerks im Wege stehen. Insbesondere machen sie keine Angaben über Wege einer effektiven Zumischung der rezirkulierten Abgase in die Ansaugluft.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0006] Für eine effiziente und unproblematische Zuführung des Luftstroms der zurückgeführten Abgase ist es wichtig, dass die zurückgeführten Abgase optimal mit der frisch zugeführten Luft vermischt werden. Insbesondere bei einem hohen Rezirkulationsanteil (typischerweise grösser als 30 %) ist eine gute Vermischung der rezirkulierten Abgase mit der Ansaugluft notwendig. Da der Restsauerstoffgehalt der Abgase zu klein ist, um eine vollständige Verbrennung im Kraftwerk zu erlauben, führt eine ungenügende Vermischung mit der Ansaugluft lokal zu unvollständiger Verbrennung, zu hohen Kohlenmonoxid und UHC (unburned hydrocarbon) Emissionen und im Bereich mit unverdünnter Frischluft zu lokal hohen Verbrennungstemperaturen mit potentiell hohen NOx Emissionen. Da die rezirkulierten Abgase typischerweise nicht auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden, sondern 10-20°C wärmer sind als die frische Ansaugluft, führt eine ungenügende Vermischung bei Gasturbinen ausserdem zu kalten und warmen Strähnen in der Kompressoransaugluft. Diese reduzieren die Pumpgrenze und beeinträchtigen die Betriebssicherheit.

[0007] Um die Leistungs- und Wirkungsgradverluste durch Rezirkulation zu minimieren, ist ausserdem der Druckverlust bei der Zumischung der rezirkulierten Abgase beziehungsweise durch Einbauten zur Zumischung zu minimieren. Entsprechend müssen also spezielle Vorrichtungen im Ansaugluftpfad installiert werden, um eine optimale Mischung zwischen der frischen Luft und dem Abgas zu gewährleisten. Die Gestaltung solcher Vorrichtungen muss insbesondere die zwei folgenden Haupterfordernisse erfüllen: 1. Es muss beim Ausgang der Mischvorrichtung eine genügend homogene Verteilung der Gastemperatur und der Sauerstoffkonzentration in der Mischung erreicht werden, um eine stabile Betriebsweise des Kompressors und des Verbrennungssystems der Gasturbine gewährleisten zu können; 2. Druckverluste in den Pfaden der Frischluft und der Abgasluft aufgrund einer solchen Vorrichtung müssen so gering sein wie möglich, um die mit einer solchen Vermischung verbundenen Leistungsverluste der Gasturbine so gering zu halten wie möglich.

[0008] Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Vermischung von frischer Ansaugluft mit rezirkulierter Abgasluft in einer Gasturbine zur Verfügung zu stellen, welche beide diese Kriterien erfüllen kann.

[0009] Die hier vorgeschlagene Vorrichtung ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Abschnitt der Vorrichtung im Strömungskanal zwei voneinander getrennte Bereiche ausgebildet sind, ein erster Bereich (oder besser eine Gruppe von ersten Bereichen) für die rezirkulierte Abgasluft und ein zweiter Bereich (oder besser eine Gruppe von zweiten Bereichen) für die frische Ansaugluft. Die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche sind wenigstens in einem gewissen Volumenabschnitt voneinander im Wesentlichen getrennt. Die beiden Bereiche münden stromab in eine Mischzone, wo die beiden Luftströme miteinander vermischt werden bevor sie dem Kompressor zugeführt werden.

[0010] Spezifisch sind erste Bereiche ausgebildet, welche wenigstens bereichsweise im Wesentlichen für die frische Ansaugluft nicht zugänglich sind und welche mit rezirkulierter Abgasluft beaufschlagt sind (typischerweise über eine Rezirkulationsleitung). Zudem sind zweite Bereiche ausgebildet, welche wenigstens bereichsweise im Wesentlichen für die rezirkulierte Abgasluft nicht zugänglich sind und welche von frischer Ansaugluft durchströmt werden.

[0011] Die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche münden stromab in eine in einem zweiten Abschnitt angeordnete Mischzone, wo frische Ansaugluft und rezirkulierte Abgasluft sich miteinander vermischen und der vermischte Luftstrom wird anschliessend weiter wenigstens mittelbar dem Kompressor zugeführt.

[0012] Gemäss einer ersten Ausführungsform ist im ersten Abschnitt des Strömungskanals eine Mehrzahl von vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der frischen Ansaugluft ausgerichtete Trennwände angeordnet, welche die ersten Bereiche von den zweiten Bereichen trennen. Die die ersten Bereiche bildenden Paare von Trennwänden sind durch erste Deckwände gegenüber einem einströmen von frischer Ansaugluft im Wesentlichen verschlossen und in der Wandung des Strömungskanals sind in die ersten Bereiche mündende Eintrittsöffnungen für rezirkulierte Abgasluft vorgesehen.

[0013] Die die zweiten Bereiche bildenden Paare von Trennwänden sind durch zweite Deckwände gegenüber einem einströmen von rezirkulierter Abgasluft im Wesentlichen verschlossen. Mit anderen Worten wird gewissermassen in der Vorrichtung der Strömungsquerschnitt für frische Ansaugluft durch die gewissermassen scheibenartigen ersten Bereiche aufgetrennt und kann dann nur noch durch die zweiten Bereiche strömen. Die ersten Bereiche hingegen dienen der Zuführung der rezirkulierten Abgasluft in den Strömungsquerschnitt für frische Ansaugluft, jedoch zunächst ohne mit der frischen Ansaugluft zu vermischen. Erste und zweite Bereiche münden dann gemeinsam stromab dieses Zusammenführungsbereiches (erster Abschnitt) in die Mischzone, da vor der Mischzone die Trennwände aufhören.

[0014] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche alternierend angeordnet, und jeweils eine Trennwand trennt einen ersten Bereich von einem zweiten Bereich. Die Bereiche können dabei zum Beispiel gewissermassen sternförmig alternierend um eine zentrale Achse angeordnet sein, sie können aber auch in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Ansaugluftstroms nebeneinander versetzt und gewissermassen benachbart angeordnet sein.

[0015] Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind alle Trennwände parallel versetzt nebeneinander angeordnet, das heisst die ersten und zweiten Bereiche sind alternierend parallel nebeneinander angeordnet. Vorzugsweise sind dabei die ersten Deckwände im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der frischen Ansaugluft an dieser Stelle angeordnet, es ist aber auch möglich, die ersten Deckwände in strömungsgünstiger Form abgerundet und/oder zulaufend auszubilden oder ähnliches.

[0016] Vorzugsweise kann der Durchflussquerschnitt bei den Eintrittsöffnungen für rezirkulierte Abgasluft geregelt werden, so beispielsweise durch Klappen und/oder Schieber. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Durchflussquerschnitt bei den Eintrittsöffnungen für frische Ansaugluft geregelt werden kann, wiederum beispielsweise durch Klappen und/oder Schieber. Auch eine Regelung ausserhalb der Vorrichtung ist denkbar, um das relative Verhältnis von frischer Ansaugluft und rezirkulierter Abgasluft einzustellen.

[0017] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich von und/oder oder an der an die Mischzone grenzenden Abströmkante wenigstens einer Trennwand Turbulatoren angeordnet sind, welche die Vermischung der beiden Luftströme unterstützen. Bei den Turbulatoren kann es sich beispielsweise um aus der Ebene der Trennwände vorzugsweise wechselseitig herausgebogene Abschnitte des Trennwandmaterials handeln.

[0018] Die Trennwände können zudem wenigstens bereichsweise Durchgangsöffnungen (einfache Bohrungen, Schlitze etc.) aufweisen, welche die ersten Bereiche mit den zweiten Bereichen verbinden. Diese Durchgangsöffnungen können dazu dienen, die beiden Luftströme in einem gewissen Umfang bereits vor dem Eintritt in die Mischzone miteinander zu vermischen.

[0019] Vorzugsweise können zudem im Bereich der Mischzone und/oder in einem der Bereiche an den die Strömung begrenzenden Wänden Turbulatoren angeordnet sein.

[0020] Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird im Bereich der Vorrichtung die frische Ansaugluft umgelenkt, das heisst die Vorrichtung ist in einem Umlenkbereich des Ansaugtrakts angeordnet. Dabei wird die frische Ansaugluft in der Vorrichtung vorzugsweise um einen Winkel im Bereich von 60-100° umgelenkt, insbesondere vorzugsweise von einer horizontalen Strömungsrichtung in eine vertikale nach unten gerichtete Strömungsrichtung typischerweise zum Ansaugluft-Kollektor des Kompressors. Die rezirkulierte Abgasluft wird dann vorzugsweise in einer Richtung in die Vorrichtung geführt, welche im Wesentlichen der Austrittsrichtung des vermischten Luftstroms stromab der Mischzone entspricht. Durch die Anordnung in einer Umlenkung der Strömungsrichtung werden die ohnehin typischerweise mit einer Umlenkung verbunden Verwirbelungen zur Vermischung mitgenutzt.

[0021] Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung vorzugsweise regelbare Leitelemente auf, um das Strömlings verhalten von frischer Ansaugluft und/oder rezirkulierter Abgasluft und/oder des vermischten Luftstroms zu beeinflussen respektive zu regeln.

[0022] Bevorzugtermassen kann die Vorrichtung zusätzlich über Elemente zur Einbringung von Wasser, vorzugsweise in Form von Tröpfchen und/oder Wasserdampf, in den Ansaugluftstrom verfügen, um eine Leistungssteigerung der Gasturbine bei Spitzenlast zu ermöglichen.

[0023] Zudem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, zur Vermischung von frischer Ansaugluft mit rezirkulierter Abgasluft im Ansaugtrakt einer Gasturbine, vorzugsweise einer Gasturbine mit Kohlendioxid-Abscheidung, wobei die Vorrichtung vorzugsweise stromab eines Schalldämpfers eingesetzt wird.

[0024] Bevorzugtermassen wird die Vorrichtung beim Übergang des Ansaugluftstroms von einer horizontalen Strömungsrichtung in eine vertikale Strömungsrichtung zur Zuführung zum Ansaugluft-Kollektor eingesetzt.

[0025] Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0026] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen: <tb>Fig. 1<sep>in schematischer Darstellung die wesentlichen Elemente einer Gasturbine mit Rückführung des Abgasstromes am Eingang des Kompressors; <tb>Fig. 2<sep>in schematischer Darstellung den Ansaugtrakt einer solchen Gasturbine; <tb>Fig. 3<sep>ein einzelnes nicht eingebautes Mischelement in perspektivischer Ansicht in den Bereich der Einströmung der Frischluft; <tb>Fig. 4<sep>eine Aufsicht auf ein Mischelement aus der Richtung der Einströmung der Frischluft; und <tb>Fig. 5<sep>einen seitlichen Schnitt einer solchen Mischvorrichtung.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0027] Fig. 1 zeigt in schematischer Weise den Aufbau und die wesentlichen Elemente einer Gasturbinenanlage mit Abgasrezirkulation in einem Kombikraftwerk. Die frische Umgebungsluft 44 wird über einen Ansaugtrakt 41 dem Kompressor 46 zugeführt. Nach der Verdichtung im Kompressor 46 wird ein Hauptanteil der verdichteten Luft der Brennkammer 43 zugeführt, ein geringer Teil 51 wird direkt als Kühlluft der Turbine 45 zugeführt. Die Luftströme werden in der Turbine 45 unter Arbeitsleistung entspannt, und damit ein üblicherweise auf einer gemeinsamen Welle angeordneter Generator angetrieben. Nach der Entspannung in der Turbine 45 werden die Abgase 52 zunächst einem Abhitzedampferzeuger 47 zugeführt und dazu verwendet, diesem Abhitzedampfkessel zugefühltes Wasser 58 im Gegenstrom in Dampf zu wandeln und diesen Dampf entweder anderen Prozessen zuzuführen oder in Dampfturbinen zu entspannen. Hinter diesem Abhitzedampfkessel haben die Abgase normalerweise eine Temperatur im Bereich von 80 bis 140 Grad Celsius. Anschliessend wird entweder die Gesamtheit oder ein Teil dieser Abgase in einem Spezialkühler 49 weitergekühlt, wobei in diesem Fall dieser Kühler als Verdampfungskühler mit einem Wasserkreislauf ausgeführt ist, d. h. eine Pumpe 53 umfasst, einen Kühler 55 sowie einen Verdampfungsabschnitt 56 und einen Auslass 54. Hinter diesem Spezialkühler 49, der ein Kontaktkühler oder ein Verdampfungskühler sein kann, befinden sich die Abgase auf einer Temperatur typischerweise ca. 10 Grad oberhalb der Temperatur der Umgebungstemperatur.

[0028] Anschliessend wird der gewünschte Anteil der gekühlten Abgase, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Boosters 42, über eine Rezirkulationsleitung 48 wiederum dem Ansaugtrakt der Gasturbine zugeführt und dort mit der frischen Umgebungsluft 44 vermischt.

[0029] In Fig. 2 ist ein typischer Ansauglufttrakt für eine solche Gasturbine dargestellt. Die Eingangsluft 44 tritt typischerweise zunächst in einen Luftfilter 31 ein, vor welchem normalerweise Abdecklamellen 32 angeordnet sind. Stromab dieses Luftfilters folgt ein erster Strömungskanal 39, in welchem ein Schalldämpfer 33 angeordnet sein kann. Der frische Ansaugluftstrom 13 hinter dem Schalldämpfer strömt zunächst in einem weiteren horizontalen Abschnitt 38 des Ansaugtrakts, wird anschliessend in einem Umlenkbereich 34 in die vertikale Richtung umgelenkt, strömt dann in einem vertikalen Abschnitt 37 des Ansaugtrakts, und wird kurz vor dem Eintritt in den Kompressor 46 im Ansaugluftkollektor (bell-mouth) wiederum in die Horizontale umgelenkt.

[0030] Grundsätzlich kann die hier vorgeschlagene Mischvorrichtung an verschiedenen Orten innerhalb des Ansaugtrakts angeordnet werden. So beispielsweise stromauf des Luftfilters, im Bereich 39, im Bereich 38, jeweils im horizontalen Abschnitt des Ansaugtrakts, oder aber auch im vertikalen Abschnitt 37 des Ansaugtrakts. Bevorzugtermassen, und wie in der Folge weiter beschrieben, ist das Mischaggregat 36 aber im Umlenkbereich 34 angeordnet, wie dies in Fig. 2durch die gepunktete Linie angedeutet ist. Dabei wird beispielsweise rezirkulierte Abgas als Rezirkulationsstrom 11 von oben, wie dies durch den Pfeil angedeutet ist, diesem Mischaggregat zugeführt, das heisst der Rezirkulationsstrom 11 wird in einer Richtung zugeführt, welche im Wesentlichen der Strömungsrichtung der Mischung 15 entspricht.

[0031] Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines solchen Mischaggregats 36. Die Blickrichtung ist dabei gewissermassen aus der Richtung des frischen Ansaugluftstroms unmittelbar hinter dem Schalldämpfer 13. Das Mischaggregat verfügt seitlich über Seitenwände 22, und ist nach vorne offen für den Eintritt des frischen Ansaugluftstroms und nach unten offen für den Austritt des vermischten Luftstroms 15. Das Mischaggregat verfügt über eine Mehrzahl von vertikal angeordneten, parallel verlaufenden Trennwänden 20. Die zwischen diesen Trennwänden gebildeten Volumenbereiche sind alternierend entweder bezüglich des Eintritts des frischen Ansaugluftstroms 13 durch Deckwände 17 begrenzt oder für den Eintritt von Rezirkulationsstrom 11 durch Deckwände 18. So bilden sich alternierende Raumabschnitte 19 innerhalb des Gesamtvolumens des Mischaggregats 36 und Raumabschnitte 21 für den frischen Ansaugluftstrom.

[0032] Die Raumabschnitte 19 sind nach oben offen und werden entsprechend durch den Rezirkulationsstrom 11 beaufschlagt. Für den Eintritt von frischem Ansaugluftstrom hingegen sind sie durch die Trennwände 17 verschlossen.

[0033] Die Raumabschnitte 21 wiederum sind über die Eintrittsöffnungen 10 für den frischen Ansaugluftstrom 13 zugänglich, sind aber nach oben durch die Deckwände 18 verschlossen und entsprechend kann von oben kein Rezirkulationsstrom 11 eintreten.

[0034] Die oben angeordneten Eintrittsöffnungen 12 für die rezirkulierte Abgasluft können dabei durch Kontrollklappen 16 den Bedürfnissen entsprechend geöffnet teilgeschlossen oder vollständig geschlossen werden.

[0035] Beide Raumabschnitte 19 und 21 sind nun nach unten hin offen und münden in eine Mischzone 24. Mit anderen Worten tritt der frische Ansaugluftstrom aus Frischluft horizontal in die Bereiche 21 durch die Eintrittsöffnungen 10 ein, wird in die vertikale Richtung umgelenkt in Folge der abgerundeten Rückwände 23 und strömt dann in die unterhalb angeordnete Mischzone 24, dort wo stromab der Abströmkante 60 die Trennwände 20 die beiden Luftströme 11 und 13 nicht mehr voneinander trennen.

[0036] Wie unter anderem auch aus den Fig. 4und 5ersichtlich sind an den unteren Kanten der Trennwände 20 Verwirbelungselemente (Turbulatoren) 14 angeordnet, welche dafür sorgen, dass die von oben durch die Raumabschnitte 19 einströmende Abgasluft und die durch die Raumabschnitte 21 geführte frische Luft im Mischbereich 24 optimal vermischt werden und anschliessend nach unten als effizient vermischter Luftstrom 15 austreten kann.

[0037] Grundsätzlich kann das Verhältnis zwischen Abgasluft 11 und Frischluft 13 über die bereits oben erwähnten Klappen 16 kontrolliert werden. Es ist dabei auch möglich, diese Klappen 16 als Schieber auszugestalten, und es ist auch möglich, eine solche Regelung noch weiter stromauf oder aber auch weiter stromab anzuordnen. Ebenfalls ist es möglich, eine Regelung am Eingang bei den Öffnungen 10 vorzusehen.

[0038] Die beschriebenen Turbulatoren 14 können, wie dies in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, als Blechabschnitte ausgebildet sein, welche alternierend zur einen resp. zur anderen Seite abgebogen sind (vgl. insbesondere Fig. 3 und 4). Sie können aber auch von anderer Bauweise sein, und sie können insbesondere auch zusätzlich oder alternativ an anderen Orten angeordnet sein, so beispielsweise nicht nur an der Abströmkante 60 der Wände 20 sondern auch an diesen Wänden seitlich, an der Rückwand 23, in den Wandungsbereichen der Mischzone 24 etc.

[0039] Ebenfalls können zusätzliche Leitbleche, gekrümmte Wandelemente, Gitter etc. in den verschiedenen Bereichen (d. h. in den Raumabschnitten 19 und/oder 21 und/oder in der Mischzone 24) vorgesehen werden, um die hydraulischen Verluste durch die Mischvorrichtung zu reduzieren.

[0040] Auch ist es möglich, in den Trennwänden 20 Durchgangsöffnungen vorzusehen, um bereits beim durchströmen der Bereiche 19 resp. 21 eine erste Vermischung resp. Verwirbelung zu gewährleisten.

[0041] Im in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Trennwände 20 so angeordnet, dass die jeweiligen Raumabschnitte 19 resp. 21 im Wesentlichen eine gleiche Dimensionierung aufweisen. Mit anderen Worten sind die Raumabschnitte 19 jeweils mit ungefähr gleichem Durchflussquerschnitt für den Rezirkulationsstrom 11 ausgestaltet und die Raumabschnitte 21 mit jeweils ungefähr gleichem Durchflussquerschnitt für den Luftstrom 13 ausgestaltet. Der Durchflussquerschnitt der Raumabschnitte 21, das heisst für den frischen Ansaugluftstrom, ist dabei in diesem Beipsiel grösser als jener der Raumabschnitte 19, das heisst für die rezirkulierte Abgasluft, typischerweise bis zu circa doppelt so gross. Um insbesondere hinsichtlich der Einleitung in den Kompressor optimale Strömungsverhältnisse gewährleisten zu können, kann es von Vorteil sein, diese Abstände das heisst einerseits das Verhältnis der Durchflussquerschnitte der Abschnitten 19 und 21 aber auch die Gestaltung der Durchflussquerschnitte innerhalb der Abschnitte 19 respektive 21, zu optimieren, gegebenenfalls in Kombination mit einer gezielten Kontrolle des Eintritts durch die Öffnungen 10 resp. durch die Öffnungen 12.

[0042] Das Verhältnis zwischen der Luft und dem Abgasmassenstrom kann durch den Booster resp. das Gebläse 42 kontrolliert werden. Wenn der Abgasmassenstrom durch das Mischelement verändert wird, so stellt sich der Frischluftstrom automatisch selber ein und dies in einer Weise, dass die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit durch den bell-mouth ungefähr konstant gehalten wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0043] <tb>10<sep>Eintrittsöffnung für <tb><sep>Ansaugluftstrom <tb>11<sep>Rezirkulationsstrom <tb>12<sep>Eintrittsöffnung für Rezirkulationsstrom <tb>13<sep>frische Ansaugluft, Ansaugluftstrom unmittelbar hinter Schalldämpfer <tb>14<sep>Turbulator <tb>15<sep>vermischter Luftstrom <tb>16<sep>Kontrollklappe <tb>17<sep>Deckwand, Trennwand zwischen frischem Ansaugluftstrom 13 und 19 <tb>18<sep>Deckwand, Trennwand zwischen Rezirkulationsstrom 11 und 21 <tb>19<sep>Raumabschnitt für Rezirkulationsstrom <tb>20<sep>Trennwand <tb>21<sep>Raumabschnitt für frischen Ansaugluftstrom <tb>22<sep>Seitenwand von 36 <tb>23<sep>abgeschrägte Rückwand von 21 <tb>24<sep>Mischzone <tb>31<sep>Luftfilter <tb>32<sep>Abdecklamellen <tb>33<sep>Schalldämpfer <tb>34<sep>Umlenkbereich <tb>35<sep>Ansaugluft-Kollektor (bellmouth) <tb>36<sep>Mischaggregat <tb>37<sep>vertikaler Abschnitt des Ansaugtrakts <tb>38<sep>horizontaler Abschnitt des Ansaugtrakts <tb>39<sep>Strömungskanal hinter Luftfilter <tb>41<sep>Zuströmkanal, Ansaugtrakt <tb>42<sep>Booster für Rezirkulationsstrom <tb>43<sep>Brennkammer <tb>44<sep>Eingangsluft <tb>45<sep>Turbine <tb>46<sep>Kompressor <tb>47<sep>HRSG <tb>48<sep>Rezirkulationsleitung <tb>49<sep>Spezialkühler <tb>50<sep>komprimierter Luftstrom zur Verbrennungskammer <tb>51<sep>komprimierter Luftstrom zu Turbine <tb>52<sep>Abgase hinter Turbine <tb>53<sep>Pumpe <tb>54<sep>Auslass <tb>55<sep>Kühler <tb>56<sep>Verdampfungsabschnitt <tb>57<sep>Welle <tb>58<sep>Wasser/Dampf am Eingang von 47 <tb>59<sep>Dampf am Ausgang von 47 <tb>60<sep>Abströmkante von 20

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Vermischung von frischer Ansaugluft (13,44) mit rezirkulierter Abgasluft (11) in einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Abschnitt im Strömungskanal erste Bereiche (19) ausgebildet sind, welche wenigstens bereichsweise im Wesentlichen für die frische Ansaugluft (13,44) nicht zugänglich sind und welche mit rezirkulierter Abgasluft (11) beaufschlagt sind, und dass zweite Bereiche (21) ausgebildet sind, welche wenigstens bereichsweise im Wesentlichen für die rezirkulierte Abgasluft (11) nicht zugänglich sind und welche von frischer Ansaugluft (13,44) durchströmt werden, und dass die ersten Bereiche (19) und die zweiten Bereiche (21) stromab in eine Mischzone (24) münden, wo frische Ansaugluft (13) und rezirkulierte Abgasluft (11) vermischt werden und der vermischte Luftstrom (15) weiter wenigstens mittelbar dem Kompressor (46) zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Abschnitt des Strömungskanals eine Mehrzahl von im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der frischen Ansaugluft (13,44) angeordnete Trennwände (20) angeordnet ist, welche die ersten Bereiche (19) von den zweiten Bereichen (21) trennen, und dass die die ersten Bereiche (19) bildenden Paare von Trennwänden (20) durch erste Deckwände (17) gegenüber einem einströmen von frischer Ansaugluft (13,44) im Wesentlichen verschlossen sind und in der Wandung des Strömungskanals in die ersten Bereiche (19) mündende Eintrittsöffnungen (12) für rezirkulierte Abgasluft (11) vorgesehen sind, und dass die die zweiten Bereiche (21) bildenden Paare von Trennwänden (20) durch zweite Deckwände (18) gegenüber einem einströmen von rezirkulierter Abgasluft (11) im Wesentlichen verschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Bereiche (19) und die zweiten Bereiche (21) alternierend angeordnet sind, und dass jeweils eine Trennwand (20) einen ersten Bereich (19) von einem zweiten Bereich (21) trennt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (20) parallel versetzt nebeneinander angeordnet sind, und dass vorzugsweise die ersten Deckwände (17) im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der frischen Ansaugluft (13,44) an dieser Stelle angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussquerschnitt bei den Eintrittsöffnungen (12) für rezirkulierte Abgasluft (11) geregelt werden kann, vorzugsweise durch Klappen (16) und/oder Schieber.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussquerschnitt bei den Eintrittsöffnungen (10) für frische Ansaugluft (13) geregelt werden kann, vorzugsweise durch Klappen und/oder Schieber.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich von und/oder oder an der an die Mischzone (24) grenzenden Abströmkante (60) wenigstens einer Trennwand (20) Turbulatoren (14) angeordnet sind, wobei es sich bei den Turbulatoren vorzugsweise um aus der Ebene der Trennwände- (20) vorzugsweise wechselseitig herausgebogene Abschnitte (14) des Trennwandmaterials handelt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (20) wenigstens bereichsweise Durchgangsöffnungen aufweisen, welche die ersten Bereiche (19) mit den zweiten Bereichen (21) verbinden.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mischzone (24) und/oder in einem der Bereiche (19,21) an den die Strömung begrenzenden Wänden Turbulatoren (14) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Vorrichtung die frische Ansaugluft (13) umgelenkt wird, wobei sie vorzugsweise um einen Winkel im Bereich von 60-100° umgelenkt wird, insbesondere vorzugsweise von einer horizontalen Strömungsrichtung in eine vertikale nach unten gerichtete Strömungsrichtung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die rezirkulierte Abgasluft (11) in einer Richtung in die Vorrichtung geführt wird, welche im Wesentlichen der Austrittsrichtung des vermischten Luftstroms (15) stromab der Mischzone (24) entspricht.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung vorzugsweise regelbare Leitelemente aufweist, um das Strömungsverhalten von frischer Ansaugluft (13) und/oder rezirkulierter Abgasluft (11) und/oder des vermischten Luftstroms (15) zu regeln.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich über Elemente zur Einbringung von Wasser, vorzugsweise in Form von Tröpfchen und/oder Wasserdampf, in den Ansaugluftstrom verfügt.

14. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Vermischung von frischer Ansaugluft (13) mit rezirkulierter Abgasluft (11) im Ansaugtrakt (41) einer Gasturbine, vorzugsweise stromab eines Schalldämpfers (33).

15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung beim Übergang (34) des Ansaugluftstroms von einer horizontalen Strömungsrichtung in eine vertikale Strömungsrichtung zur Zuführung zum Ansaugluft-Kollektor (35) eingesetzt wird.