CH707976A2 - Turbomaschinensystem mit einfachem Kreisprozess und Kraftstoffkonditionierungssystem. - Google Patents
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Abstract
Eine Simple-Cycle-Gasturbomaschine enthält einen Verdichterabschnitt (4) und einen Turbinenabschnitt (6) mit einem Auslass (18). Wenigstens eine Brennkammer (10) ist mit dem Verdichterabschnitt (4) und dem Turbinenabschnitt (6) strömungsmässig verbunden. Ein Auslasselement (120) enthält einen Einlass (190), der mit dem Auslass (18) des Turbinenabschnitts (6) strömungsmässig verbunden ist, einen ersten Auslass (133) und einen zweiten Auslass (134). Ein Kraftstoffkonditionierungssystem (140) enthält ein Wärmeaustauschelement (142), das mit einem ersten Kreislauf (146) der einen Abgaseinlass (153), der mit dem ersten Auslass (133) des Auslasselementes (120) strömungsmässig verbunden ist, und einen Abgasauslass (155) aufweist, und einem zweiten Kreislauf (148) versehen ist, der einen Einlass (164), der mit einer Kraftstoffquelle (170) strömungsmassig verbunden ist, und einen Auslass (166) aufweist, der mit der wenigstens einen Brennkammer (10) strömungsmässig verbunden ist. Eine Leitung für aufbereitetes Fluid ist zwischen einer Quelle eines aufbereiteten Fluids und entweder der Brennkammeranordnung (8) oder dem ersten Auslass (133) des Auslasselementes (120) strömungsmässig angeschlossen.
Description
Hintergrund zu der Erfindung
[0001] Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft die Technik von Gasturbinensystemen mit einfachem Kreisprozess (nachfolgend Simple-Cycle-Gasturbinensysteme) und insbesondere ein Simple-Cycle-Gasturbinensystem, das ein Kraftstoffkonditionierungs-system enthält.
[0002] Gasturbomaschinen enthalten einen Verdichterabschnitt, der über eine gemeinsame Verdichter/Turbinen-Welle mit einem Turbinenabschnitt verbunden ist, und eine Brennkammeranordnung. Eine Einlassluftströmung wird durch einen Lufteinlass in Richtung auf den Verdichterabschnitt geleitet. In dem Verdichterabschnitt wird die Einlassluftströmung durch eine Anzahl aufeinanderfolgender Stufen zu der Brennkammeranordnung hin verdichtet. In der Brennkammeranordnung vermischt sich die verdichtete Luftströmung mit einem Kraftstoff, um ein brennbares Gemisch zu bilden. Das brennbare Gemisch wird in der Brennkammeranordnung verbrannt, um heisse Gase zu erzeugen. Die heissen Gase werden durch ein Übergangsstück zu dem Turbinenabschnitt geleitet. Die heissen Gase expandieren beim Durchgang durch den Turbinenabschnitt unter Einwirkung auf Turbinenlaufschaufeln, die auf Laufrädern montiert sind, um Arbeit zu verrichten, die z.B. ausgegeben wird, um einen Generator, eine Pumpe anzutreiben oder um Leistung für ein Fahrzeug bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0003] Gemäss einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform enthält eine Simple-Cycle-Gasturbomaschine (Gasturbomaschine mit einfachem Kreisprozess) einen Verdichterabschnitt und einen Turbinenabschnitt, der mit dem Verdichterabschnitt betriebsmässig verbunden ist. Der Turbinenabschnitt enthält einen Auslass. Eine Brennkammeranordnung enthält wenigstens eine Brennkammer, die mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt strömungsmässig verbunden ist. Ein Auslasselement enthält einen Einlass, der mit dem Auslass des Turbinenabschnitts strömungsmässig verbunden ist, einen ersten Auslass und einen zweiten Auslass. Ein Kraftstoffkonditionierungssystem enthält ein Wärmeaustauschelement, das mit einem ersten Kreislauf, der einen mit dem zweiten Auslass des Auslasselementes strömungsmässig verbundenen Abgaseinlass und einen Abgasauslass aufweist, und einem zweiten Kreislauf versehen ist, der einen mit einer Kraftstoffquelle strömungsmässig verbundenen Einlass und einen Auslass aufweist, der mit der wenigstens einen Brennkammer strömungsmässig verbunden ist. Der erste Kreislauf steht in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem zweiten Kreislauf. Eine Leitung für aufbereitetes Fluid ist zwischen einer Quelle des aufbereiteten Fluids und entweder der Brennkammeranordnung oder dem ersten Auslass des Auslasselementes strömungsmässig angeschlossen.
[0004] Das Wärmeaustauschelement der vorstehend erwähnten Simple-Cycle-Gasturbomaschine kann einen Auslass enthalten, der mit dem Auslasselement stromaufwärts von dem zweiten Auslass und stromabwärts von dem ersten Auslass strömungsmässig verbunden ist.
[0005] Die Simple-Cycle-Gasturbomaschine einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner einen Konditionierungszweig aufweisen, der selektiv zwischen dem Auslass des Wärmeaustauschelementes und dem Abgaseinlass strömungsmässig angeschlossen ist.
[0006] Die Simple-Cycle-Gasturbomaschine einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner aufweisen: einen dritten Kreislauf, der innerhalb des Wärmeaustauschelementes angeordnet ist, wobei der dritte Kreislauf einen Kondensateinlass, der mit dem ersten Kreislauf strömungsmässig verbunden ist, und einen Kondensatauslass enthält, der mit entweder der Brennkammeranordnung oder dem ersten Auslass des Auslasselementes über die Leitung für aufbereitetes Fluid strömungsmässig verbunden ist.
[0007] Die Simple-Cycle-Gasturbomaschine einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner aufweisen: ein Kondensatkonditionierungssystem, das mit der Kondensatleitung strömungsmässig verbunden ist.
[0008] Die Leitung für aufbereitetes Fluid einer beliebigen vorstehend erwähnten Simple-Cycle-Gasturbomaschine kann eine Kondensatleitung aufweisen, die zwischen dem Wärmeaustauschelement und entweder der Brennkammer oder dem ersten Auslass des Auslasselementes strömungsmässig angeschlossen ist.
[0009] Die Kondensatleitung einer beliebigen vorstehend erwähnten Simple-Cycle-Gasturbomaschine kann mit wenigstens einer Brennkammer über entweder einen Einspritzkühler oder einen Eduktor oder einen Ejektor strömungsmässig verbunden sein.
[0010] Die Kondensatleitung einer beliebigen vorstehend erwähnten Simple-Cycle-Gasturbomaschine kann an dem Abgaseinlass mit dem ersten Kreislaufströmungsmässig verbunden sein.
[0011] Die Kondensatleitung einer beliebigen vorstehend erwähnten Simple-Cycle-Gasturbomaschine kann mit dem Abgaseinlass über entweder einen Einspritzkühler oder einen Eduktor oder einen Ejektor strömungsmässig verbunden sein.
[0012] Die Simple-Cycle-Gasturbomaschine gemäss einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner aufweisen: wenigstens entweder eine Entionisierungseinrichtung oder eine Pumpe, die in der Kondensatleitung strömungsmässig angeschlossen ist.
[0013] Gemäss einem weiteren Aspekt der beispielhaften Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Aufbereiten von Kraftstoff für eine Simple-Cycle-Gasturbomaschine ein Liefern von Abgasen von einem Turbinenabschnitt der Simple-Cycle-Gasturbomaschine zu einem Einlass eines Auslasselementes, Leiten eines Teils der Abgase von dem Auslasselement stromabwärts von dem Einlass in einen Abgaseinlass eines ersten Kreislaufs eines Wärmeaustauschelementes hinein, Leiten eines Kraftstoffs durch einen zweiten Kreislauf des Wärmeaustauschelementes hindurch, Führen des Teils der Abgase über den zweiten Kreislauf in einer Wärmeaustauschbeziehung, Leiten des Teils der Abgase durch einen Abgasauslass des Wärmeaustauschelementes, Leiten des Kraftstoffs von dem zweiten Kreislauf zu einer Brennkammer, die mit dem Turbinenabschnitt strömungsmässig verbunden ist, und Übergeben eines aufbereiteten Fluids an entweder die Brennkammeranordnung oder den Abgaseinlass.
[0014] Das Verfahren kann ferner aufweisen: Liefern eines Anteils des Teils der Abgase, die aus dem Abgasauslass strömen, zu dem Abgaseinlass, um eine gewünschte Temperatur des Teils der Abgase, die durch den ersten Kreislauf strömen, zu schaffen.
[0015] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann aufweisen, dass das Übergeben des aufbereiteten Fluids ein Leiten von Kondensat, das aus den Abgasen in dem Wärmeaustauschelement entnommen wird, durch einen dritten Kreislauf in dem Wärmeaustauschelement aufweist.
[0016] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann ferner aufweisen: Leiten des Kondensats in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Teil der Abgase, die durch das Wärmeaustauschelement strömen.
[0017] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann ferner aufweisen: Leiten des Kondensats von dem dritten Kreislauf zu der Brennkammer.
[0018] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann ferner aufweisen: Aufbereiten des in den dritten Kreislauf einströmenden Kondensats.
[0019] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann ferner aufweisen: Leiten des Kondensats von dem dritten Kreislauf zu der Brennkammer durch entweder einen Einspritzkühler oder einen Eduktor oder einen Ejektor.
[0020] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann ferner aufweisen: Leiten des aufbereiteten Fluids zu dem Abgaseinlass.
[0021] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann aufweisen, dass das Übergeben des aufbereiteten Fluids an den Abgaseinlass ein Einleiten eines Kondensats, das aus den Abgasen in dem Wärmeaustauschelement entnommen wird, in den Abgaseinlass hinein durch entweder einen Einspritzkühler oder einen Eduktor oder einen Ejektor enthält.
[0022] Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren kann ferner aufweisen: Aufbereiten des aus dem Wärmeaustauschelement strömenden Kondensats.
[0023] Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offenkundiger.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0024] Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders angegeben und deutlich beansprucht. Das Vorstehende sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschliessen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
[0025] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Gasturbomaschine mit einfachem Kreisprozess (Simple-Cycle-Gasturbomaschine), die ein Kraftstoffkonditionierungssystem enthält, gemäss einem weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform; und
[0026] Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Simple-Cycle-Gasturbomaschine, die ein Kraftstoffkonditionierungssystem enthält, gemäss einem weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform.
[0027] Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0028] Eine Simple-Cycle-Gasturbomaschine gemäss einer beispielhaften Ausführungsform ist in Fig. 1 allgemein bei 2 angezeigt. Die Turbomaschine 2 enthält einen Verdichterabschnitt 4, der mit einem Turbinenabschnitt 6 über eine Brennkammeranordnung 8 betriebsmässig verbunden ist. Die Brennkammeranordnung 8 enthält eine oder mehrere Brennkammern 10. Die Turbomaschine 2 ist ferner über eine gemeinsame Verdichter/Turbinen-Welle 12 mit dem Turbinenabschnitt 6 mechanisch verbunden. Ein Generator 15 ist mit dem Verdichterabschnitt 4 mechanisch verbunden. Natürlich sollte verstanden werden, dass die spezielle Verbindung des Generators 15 variieren kann und eine Verbindung zu dem Turbinenabschnitt 6 enthalten könnte.
[0029] Im Betrieb tritt Luft in den Verdichterabschnitt 4 ein und wird durch eine Anzahl aufeinanderfolgender Verdichterstufen unter Erzeugung verdichteter Luft komprimiert. Ein Teil der verdichteten Luft wird zu der Brennkammeranordnung 8 übergeben, um sich mit einem Kraftstoff zu vermischen, um ein brennbares Gemisch zu bilden. Ein weiterer Teil der verdichteten Luft wird in den Turbinenabschnitt 6 für Kühlzwecke eingeleitet. Das brennbare Gemisch wird in der Brennkammer 10 unter Erzeugung von Verbrennungsprodukten verbrannt, die durch ein (nicht veranschaulichtes) Übergangsstück in den Turbinenabschnitt 6 einströmen. Die Verbrennungsprodukte treten aus dem Turbinenabschnitt 6 über einen Auslass 18 in Form von Abgasen aus.
[0030] Der Auslass 18 des Turbinenabschnitts 6 ist mit einem Auslasselement 120 strömungsmässig verbunden, der in Form eines Abgasschachts 122 veranschaulicht ist. Der Abgasschacht 122 erstreckt sich von einem ersten Ende 124 aus zu einem zweiten Ende 125 über einen Zwischenabschnitt 127. Ein erster Einlass 130 ist in der Nähe des ersten Endes 124 vorgesehen, und ein zweiter Einlass 131 ist in der Nähe des zweiten Endes 125 vorgesehen. Die spezielle Lage des ersten und des zweiten Einlasses 130 und 131 kann variieren. Der Abgasschacht 122 enthält ferner einen ersten Auslass 133, der stromabwärts von dem ersten Einlass 130 und stromaufwärts von dem zweiten Einlass 131 angeordnet ist. Ein zweiter Auslass 134 ist an dem zweiten Ende 125 stromabwärts von dem zweiten Einlass 131 vorgesehen. Der zweite Auslass 134 gibt an die Umgebung ab. Um Schadstoffe, wie beispielsweise NOx, in den Abgasen zu reduzieren, eine Leistungssteigerung zu erzielen und den Wirkungsgrad in Form einer Wärmerückgewinnung zu verbessern, ist die Turbomaschine 2 mit einem Kraftstoffkonditionierungssystem 140 gekoppelt.
[0031] Das Kraftstoffkonditionierungssystem 140 enthält ein Wärmeaustauschelement 142, das einen Kondensationsabschnitt 143, der mit einem Kondensatauslasselement 144 versehen ist, einen ersten Kreislauf 146, einen zweiten Kreislauf 148 und einen dritten Kreislauf 150 aufweist. Der erste Kreislauf 146 enthält einen Abgaseinlass 153, der mit dem ersten Auslass 133 an dem Abgasschacht 122 strömungsmässig verbunden ist. Abgase, die in den ersten Kreislauf 146 eintreten, strömen durch den Abgaseinlass 153 hindurch und strömen zu einem Abgasauslass 155 über einen Abgasströmungskanal 157. Abgase strömen durch eine Abgaseinlassleitung 158, die durch eine Drosseleinrichtung 159 gesteuert ist. Die Drosseleinrichtung 159 sperrt einen Fluss zu dem Wärmeaustauschelement 142 ab, wenn eine Kraftstoffaufbereitung nicht erwünscht ist. Der zweite Kreislauf 148 enthält einen Kraftstoffeinlass 164 und einen Kraftstoffauslass 166. Kraftstoff, der in den Kraftstoffeinlass 164 eintritt, strömt durch eine serpentinenartige Strömungszone 168 hindurch, die in einer Wärmeaustauschbeziehung mit Abgasen angeordnet ist, die durch den Abgasströmungskanal 157 strömen. Der Kraftstoffeinlass 164 ist mit einer Kraftstoffquelle 170 über eine Kraftstoffleitung 172 strömungsmässig verbunden.
[0032] Der dritte Kreislauf 150 enthält einen Kondensateinlass 180, einen Kondensatauslass 182 und eine serpentinenartige Strömungszone 185. Kondensat strömt von dem Kondensationsabschnitt 143 über eine Leitung 188 für aufbereitetes Fluid oder Kondensat. Die Kondensatleitung 188 erstreckt sich von einem ersten Endabschnitt 190 zu einem zweiten Endabschnitt 191 über einen Zwischenabschnitt 193. Eine Pumpe 195 und ein Kondensatkonditionierungssystem 146 sind mit der Kondensatleitung 188 strömungsmässig verbunden. Gemäss einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsform kann das Kondensatkonditionierungssystem 146 die Form einer Entionisierungseinrichtung einnehmen. Aufbereitetes Kondensat strömt durch den Kondensateinlass 180 hindurch und entlang des serpentinenförmigen Strömungsabschnitts 185 in einer Wärmeaustauschbeziehung mit Abgasen, die durch den Abgasströmungskanal 157 strömen. Das Kondensat strömt von dem Kondensatauslass 182 zu der Brennkammer 10. Insbesondere strömt erwärmtes Kondensat durch eine Auslassleitung 198 zu einer Düse 199. Die Düse 199 kann die Form eines Einspritzkühlers, eines Eduktors oder eines Ejektors, wie beispielsweise bei 200 angezeigt, einnehmen. In der Düse 199 vermischt sich das erwärmte Kondensat mit erwärmtem Kraftstoff, das durch die Kraftstoffleitung 172 strömt, und wird in die Brennkammer 10 eingeführt. Die Einführung des aufbereiteten Fluids in Form des aufbereiteten Kondensats steuert die Abgastemperatur der durch das Wärmeaustauschelement 142 strömenden Abgase. Insbesondere reduziert das Kraftstoffkonditionierungssystem 140 die Abgastemperatur, um die Abgase daran zu hindern zu verursachen, dass das brennbare Gemisch eine Selbstentzündungstemperatur erreicht. Es sollte verstanden werden, dass, während das aufbereitete Fluid beschrieben ist, wie es von dem Kondensationsabschnitt 143 aus strömt, das aufbereitete Fluid durch eine Leitung 201 für aufbereitetes Fluid strömen kann, die zwischen einer Quelle des aufbereiteten Fluids 202 und der Auslassleitung 198 strömungsmässig angeschlossen ist. Ferner sollte verstanden werden, dass zusätzlich zu der Zuführung des aufbereiteten Fluids zu der Brennkammer 8 das aufbereitete Fluid auch zu dem Verdichterabschnitt 4 und/oder dem Turbinenabschnitt 6 geliefert werden kann.
[0033] Noch weiter gemäss der beispielhaften Ausführungsform ist der Abgasauslass 155 mit dem zweiten Einlass 131 des Abgasschachts 122 über eine Abgasauslassleitung 206 strömungsmässig verbunden. Ein Teil der Abgase, die aus dem Abgasauslass 155 strömen, werden in einen Konditionierungszweig 209 eingeleitet, der zwischen der Abgasauslassleitung 206 und dem Abgaseinlass 153 strömungsmässig angeschlossen ist. Ein Gebläse oder Lüfter 211 ist mit der Abgasauslassleitung 206 stromaufwärts des Konditionierungszweigs 209 verbunden. Eine Drosseleinrichtung 213 ist in der Abgasauslassleitung 206 stromabwärts von dem Konditionierungszweig 209 vorgesehen. Eine weitere Drosseleinrichtung 214 ist in dem Konditionierungszweig 209 vorgesehen. Die Drosseleinrichtungen 213 und 214 werden wahlweise positioniert, um einen Teil der kühleren Abgase, die aus dem Abgasauslass 155 strömen, in die heisseren Abgase zurückzuführen, die aus dem Abgasschacht 122 in den Abgaseinlass 153 strömen. Die kühleren und die heisseren Abgase vermischen sich, um eine gewünschte Abgastemperatur entlang des Abgasströmungskanals 157 zu erreichen. Der spezielle Öffnungsgrad der Drosseleinrichtung 213 und der Drosseleinrichtung 214 kann variieren. Ausserdem sind an dem Kraftstoffeinlass 164 und der Brennkammer 10 ein erstes und ein zweites Wobbe-Messgerät 217 und 219 angeordnet, um die Verbrennungsenergie des Kraftstoffs zu überwachen.
[0034] Es wird nun auf Figur 2 Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den jeweiligen Ansichten repräsentieren. Ein Auslass 18 eines Turbinenabschnitts 6 ist mit einem Auslasselement 240 strömungsmässig verbunden, das in Form eines Abgasschachts 242 veranschaulicht ist. Der Abgasschacht 242 erstreckt sich von einem ersten Ende 244 zu einem zweiten Ende 245 durch einen Zwischenabschnitt 247. Ein Einlass 249 ist in der Nähe des ersten Endes 244 vorgesehen. Der Abgasschacht 242 enthält ferner einen ersten Auslass 250, der stromabwärts von dem Einlass 249 angeordnet ist. Ein zweiter Auslass 252 ist an dem zweiten Ende 245 stromabwärts von dem ersten Auslass 250 vorgesehen. Der zweite Auslass 252 gibt an die Umgebung ab. Um Schadstoffe, wie beispielsweise NOx, in den Abgasen zu reduzieren, eine Leistungssteigerung zu erzielen und die Effizienz in Form einer Wärmerückgewinnung zu verbessern, ist die Turbomaschine 2 mit einem Kraftstoffkonditionierungssystem 260 gekoppelt.
[0035] Das Kraftstoffkonditionierungssystem 260 enthält ein Wärmeaustauschelement 262 mit einem Kondensationsabschnitt 243, der mit einem Kondensatauslasselement 264 versehen ist, einem ersten Kreislauf 266 und einem zweiten Kreislauf 268. Der erste Kreislauf 266 enthält einen Abgaseinlass 270, der mit dem ersten Auslass 250 an dem Abgasschacht 242 strömungsmässig verbunden ist. Abgase, die in den ersten Kreislauf 266 eintreten, treten durch den Abgaseinlass 270 hindurch und strömen zu einem Abgasauslass 272 über einen Abgasströmungskanal 274. Abgase treten in den Abgaseinlass über eine Abgaseinlassleitung 280 ein, die durch eine Drosseleinrichtung 284 gesteuert ist. Die Drosseleinrichtung 284 sperrt einen Fluss zu dem Wärmeaustauschelement 262 ab, wenn eine Kraftstoffkonditionierung nicht erwünscht ist. Der zweite Kreislauf 268 enthält einen Kraftstoffeinlass 290 und einen Kraftstoffauslass 292. Kraftstoff, der in den Kraftstoffeinlass 290 eintritt, tritt durch eine serpentinenförmige Strömungszone 294 hindurch, die in einer Wärmeaustauschbeziehung mit Abgasen angeordnet ist, die durch den Abgasströmungskanal 274 strömen. Der Kraftstoffeinlass 290 ist mit einer Kraftstoffquelle 296 über eine Kraftstoffleitung 298 strömungsmässig verbunden. In einer ähnlichen Weise, wie vorstehend beschrieben, steuert das Kraftstoffkonditionierungssystem 260 die Abgastemperatur der durch das Wärmeaustauschelement 262 strömenden Abgase. Insbesondere reduziert das Kraftstoffkonditionierungssystem 260 die Abgastemperatur, um zu verhindern, dass die Abgase bewirken, dass das brennbare Gemisch eine Selbstentzündungstemperatur erreicht.
[0036] Abgase, die aus dem Abgasauslass 250 strömen, treten durch eine Düse 316 hindurch. Die Düse 316 kann die Form eines Einspritzkühlers, eines Eduktors oder eines Ejektors, wie bei 318 angezeigt, einnehmen. An der Düse 316 wird Kondensat mit den Abgasen vermischt. Insbesondere erstreckt sich eine Leitung 320 für aufbereitetes Fluid oder Kondensat von einem ersten Endabschnitt 324, der mit dem Kondensatauslasselement 264 strömungsmässig verbunden ist, zu einem zweiten Endabschnitt 326 über einen Zwischenabschnitt 328. Der zweite Endabschnitt 326 ist mit der Düse 316 strömungsmässig verbunden. Eine Pumpe 340 ist in dem Zwischenabschnitt 328 stromaufwärts von einem Kondensatkonditionierungssystem 344 strömungsmässig angeschlossen. Das Kondensatkonditionierungssystem 344 kann die Form einer Entionisierungseinrichtung einnehmen. Auf diese Weise liefert das Kraftstoffkonditionierungssystem 260 aufbereitetes Kondensat in die heissen Abgase hinein, die in das Wärmeaustauschelement 262 einströmen. Die Zugabe des aufbereiteten Fluids in Form des aufbereiteten Kondensats senkt die Abgastemperatur unter eine Selbstentzündungstemperatur der brennbaren Fluide, die durch das Wärmeaustauschelement 262 hindurchtreten. Insbesondere reduziert die Zugabe des Kondensats Entzündbarkeitsgrenzen eines Erdgases, Gasturbinenabgases und einer Mischung mit einem Verdünnungsmittel (H2O). In ähnlicher Weise, wie vorstehend beschrieben, sind ein erstes und ein zweites Wobbe-Messgerät 360 und 370 an dem Kraftstoffeinlass 290 und der Brennkammer 10 zur Überwachung der Verbrennungsenergie des Kraftstoffs angeordnet. Es sollte verstanden werden, dass, während das aufbereitete Fluid beschrieben ist, wie es aus dem Kondensationsabschnitt 263 strömt, das aufbereitete Fluid durch eine Leitung 400 für aufbereitetes Fluid zugeführt werden kann, die zwischen einer Quelle mit aufbereitetem Fluid 401 und der Kondensatleitung 320 strömungsmässig angeschlossen ist. Aufbereitetes Fluid kann auch dem Verdichterabschnitt 4 und/oder dem Turbinenabschnitt 6 zugeführt werden.
[0037] Ein gewöhnlicher Fachmann auf dem Gebiet würde erkennen, dass eine Steuerung der Abgastemperatur von Abgasen, die entlang des Abgasströmungskanals 68 strömen, eine Temperatur in dem Wärmeaustauschelement unterhalb der Selbstentzündungstemperatur des die Brennkammeranordnung durchströmenden brennbaren Gemisches hält, wodurch Betriebsrisiken und Gefahren reduziert werden, die mit einer Erwärmung von Brennstoff in Gegenwart eines Mediums, das Sauerstoff enthält, verbunden sind. Zusätzlich steigert eine Rückgewinnung von Wärme in den Abgasen den Wirkungsgrad der Turbomaschine. Die beispielhaften Ausführungsformen können ferner die Kraftstofftemperatur unterhalb der Temperatur der thermischen Zersetzung halten. Beispielhafte Ausführungsformen können ferner zu einer Antriebskraft für das Heizmedium, das mit dem Kraftstoff in direktem Wärmeaustausch steht, beitragen. Die beispielhafte Ausführungsform kann ferner einen Gegendruck der Gasturbine aufrechterhalten, womit Leistungsanforderungen für den Betrieb aufrechterhalten werden. Ferner sollte verstanden werden, dass zwar veranschaulicht ist, wie ein Einspritzkühler und ein Eduktor oder ein Ejektor verwendet werden, um ein Kondensat in die Abgase einzubringen, jedoch auch andere Systeme für die Kondensateinleitung und/oder -einmischung verwendet werden können. Es sollte ferner verstanden werden, dass das aufbereitete Fluid ein Fluid enthält, das sowohl auf eine gewünschte Temperatur aufbereitet ist als auch ein Fluid ist, das molekular und/oder chemisch verändert worden ist.
[0038] Während die Erfindung im Einzelnen in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte ohne Weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifizierungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Umfang der Erfindung entsprechen. Ausserdem sollte verstanden werden, dass zwar verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, Aspekte der Erfindung jedoch lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demgemäss ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
[0039] Eine Simple-Cycle-Gasturbomaschine enthält einen Verdichterabschnitt und einen Turbinenabschnitt mit einem Auslass. Wenigstens eine Brennkammer ist mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt strömungsmässig verbunden. Ein Auslasselement enthält einen Einlass, der mit dem Auslass des Turbinenabschnitts strömungsmässig verbunden ist, einen ersten Auslass und einen zweiten Auslass. Ein Kraftstoffkonditionierungssystem enthält ein Wärmeaustauschelement, das mit einem ersten Kreislauf, der einen Abgaseinlass, der mit dem zweiten Auslass des Auslasselementes strömungsmässig verbunden ist, und eine Abgasauslass aufweist, und einem zweiten Kreislauf versehen ist, der einen Einlass, der mit einer Kraftstoffquelle strömungsmässig verbunden ist, und einen Auslass aufweist, der mit der wenigstens einen Brennkammer strömungsmässig verbunden ist. Eine Leitung für aufbereitetes Fluid ist zwischen einer Quelle eines aufbereiteten Fluids und entweder der Brennkammeranordnung oder dem ersten Auslass des Auslasselementes strömungsmässig angeschlossen.
Bezugszeichenliste
[0040]
<tb>2<SEP>Turbomaschine
<tb>4<SEP>Verdichterabschnitt
<tb>6<SEP>Turbinenabschnitt
<tb>8<SEP>Brennkammeranordnung
<tb>10<SEP>eine oder mehrere Brennkammern
<tb>12<SEP>gemeinsame Verdichter/Turbinen-Welle
<tb>15<SEP>Generator
<tb>18<SEP>Auslass
<tb>120<SEP>Auslasselement
<tb>122<SEP>Abgasschacht
<tb>124<SEP>erstes Ende
<tb>125<SEP>zweites Ende
<tb>127<SEP>Zwischenabschnitt
<tb>130<SEP>erster Einlass
<tb>131<SEP>zweiter Einlass
<tb>133<SEP>erster Auslass
<tb>134<SEP>zweiter Auslass
<tb>140<SEP>Kraftstoffkonditionierungssystem
<tb>142<SEP>Wärmeaustauschelement
<tb>143<SEP>Kondensationsabschnitt
<tb>144<SEP>Kondensatauslasselement
<tb>146<SEP>erster Kreislauf
<tb>148<SEP>zweiter Kreislauf
<tb>150<SEP>dritter Kreislauf
<tb>153<SEP>Abgaseinlass
<tb>155<SEP>Abgasauslass
<tb>157<SEP>Abgasströmungskanal
<tb>158<SEP>Abgaseinlassleitung
<tb>159<SEP>Drosseleinrichtung
<tb>164<SEP>Kraftstoffeinlass
<tb>166<SEP>Kraftstoffauslass
<tb>168<SEP>serpentinenartige Strömungszone
<tb>170<SEP>Kraftstoff
<tb>172<SEP>Kraftstoffleitung
<tb>180<SEP>Kondensateinlass
<tb>182<SEP>Kondensatauslass
<tb>185<SEP>serpentinenartige Strömungszone
<tb>188<SEP>Leitung für aufbereitetes Fluid oder Kondensat
<tb>190<SEP>erster Endabschnitt
<tb>191<SEP>zweiter Endabschnitt
<tb>193<SEP>Zwischenabschnitt
<tb>195<SEP>Pumpe
<tb>196<SEP>Kondensatkonditionierungssystem
<tb>198<SEP>Auslassleitung
<tb>199<SEP>Düse
<tb>200<SEP>Einspritzkühler oder Eduktor
<tb>201<SEP>Leitung für aufbereitetes Fluid
<tb>202<SEP>aufbereitetes Fluid
<tb>206<SEP>Abgasauslassleitung
<tb>209<SEP>Konditionierungszweig
<tb>211<SEP>Gebläse oder Lüfter
<tb>213<SEP>Drosseleinrichtung
<tb>214<SEP>weitere Drosseleinrichtung
<tb>217<SEP>erstes Wobbe-Messgerät
<tb>219<SEP>zweites Wobbe-Messgerät
<tb>240<SEP>Auslasselement
<tb>242<SEP>Abgasschacht
<tb>244<SEP>erstes Ende
<tb>245<SEP>zweites Ende
<tb>247<SEP>Zwischenabschnitt
<tb>249<SEP>Einlass
<tb>250<SEP>erster Auslass
<tb>252<SEP>zweiter Auslass
<tb>260<SEP>Kraftstoffkonditionierungssystem
<tb>262<SEP>Wärmeaustauschelement
<tb>263<SEP>Kondensationsabschnitt
<tb>264<SEP>Kondensatauslasselement
<tb>266<SEP>erster Kreislauf
<tb>268<SEP>zweiter Kreislauf
<tb>270<SEP>Abgaseinlass
<tb>272<SEP>Abgasauslass
<tb>274<SEP>Abgasströmungskanal
<tb>280<SEP>Abgaseinlassleitung
<tb>284<SEP>Drosseleinrichtung
<tb>290<SEP>Kraftstoffeinlass
<tb>292<SEP>Kraftstoffauslass
<tb>294<SEP>serpentinenartige Strömungszone
<tb>296<SEP>Kraftstoff
<tb>298<SEP>Kraftstoffleitung
<tb>316<SEP>Düse
<tb>318<SEP>Einspritzkühler oder Eduktor
<tb>320<SEP>Leitung für aufbereitetes Fluid oder Kondensat
<tb>324<SEP>erster Endabschnitt
<tb>326<SEP>zweiter Endabschnitt
<tb>328<SEP>Zwischenabschnitt
<tb>340<SEP>Pumpe
<tb>344<SEP>Entionisierungseinrichtung
<tb>360<SEP>erstes Wobbe-Messgerät
<tb>370<SEP>zweites Wobbe-Messgerät
<tb>400<SEP>Leitung für aufbereitetes Fluid
<tb>401<SEP>aufbereitetes Fluid
Claims (10)
1. Simple-Cycle-Gasturbomaschine, die aufweist: einen Verdichterabschnitt;
einen Turbinenabschnitt, der mit dem Verdichterabschnitt betriebsmässig verbunden ist, wobei der Turbinenabschnitt einen Auslass enthält;
eine Brennkammeranordnung, die wenigstens eine Brennkammer enthält, die mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt strömungsmässig verbunden ist;
ein Auslasselement mit einem Einlass, der mit dem Auslass des Turbinenabschnitts strömungsmässig verbunden ist, einem ersten Auslass und einem zweiten Auslass; und
ein Kraftstoffkonditionierungssystem, das ein Wärmeaustauschelement aufweist, das einen ersten Kreislauf mit einem Abgaseinlass, der mit dem zweiten Auslass des Auslasselementes strömungsmässig verbunden ist, und einem Abgasauslass, und einen zweiten Kreislauf mit einem Einlass, der mit einer Kraftstoffquelle strömungsmässig verbunden ist, und einem Auslass, der mit der wenigstens einen Brennkammer strömungsmässig verbunden ist, enthält, wobei der erste Kreislauf mit dem zweiten Kreislauf in einer Wärmeaustauschbeziehung steht; und
eine Leitung für aufbereitetes Fluid, die zwischen einer Quelle eines aufbereiteten Fluids und entweder der Brennkammeranordnung oder dem ersten Auslass des Auslasselementes strömungsmässig angeschlossen ist.
2. Simple-Cycle-Gasturbomaschine nach Anspruch 1, wobei das Wärmeaustauschelement einen Auslass enthält, der mit dem Auslasselement stromaufwärts von dem zweiten Auslass und stromabwärts von dem ersten Auslass strömungsmässig verbunden ist.
3. Simple-Cycle-Gasturbomaschine nach Anspruch 1, die ferner einen Konditionierungszweig aufweist, der wahlweise zwischen dem Auslass des Wärmeaustauschelementes und dem Abgaseinlass strömungsmässig angeschlossen ist; und/oder ferner aufweisend: einen dritten Kreislauf, der im Inneren des Wärmeaustauschelementes angeordnet ist, wobei der dritte Kreislauf einen Kondensateinlass, der mit dem ersten Kreislauf strömungsmässig verbunden ist, und einen Kondensatauslass enthält, der mit entweder der Brennkammeranordnung oder dem ersten Auslass des Auslasselementes über die Leitung für aufbereitetes Fluid strömungsmässig verbunden ist; und/oder ferner aufweisend: ein Kondensatkonditionierungssystem, das mit der Kondensatleitung strömungsmässig verbunden ist.
4. Simple-Cycle-Gasturbomaschine nach Anspruch 1, wobei die Leitung für aufbereitetes Fluid eine Kondensatleitung aufweist, die zwischen dem Wärmeaustauschelement und entweder der Brennkammer oder dem ersten Auslass des Auslasselementes strömungsmässig angeschlossen ist.
5. Simple-Cycle-Gasturbomaschine nach Anspruch 4, wobei die Kondensatleitung mit wenigstens einer Brennkammer über entweder einen Einspritzkühler oder einen Eduktor oder einen Ejektor strömungsmässig verbunden ist; und/oder wobei die Kondensatleitung an dem Abgaseinlass mit dem ersten Kreislauf strömungsmässig verbunden ist.
6. Simple-Cycle-Gasturbomaschine nach Anspruch 5, wobei die Kondensatleitung mit dem Abgaseinlass über entweder einen Einspritzkühler oder einen Eduktor oder einen Ejektor strömungsmässig verbunden ist.
7. Simple-Cycle-Gasturbomaschine nach Anspruch 5, die ferner aufweist: wenigstens entweder eine Entionisierungseinrichtung und/oder eine Pumpe, die in der Kondensatleitung strömungsmässig angeschlossen ist.
8. Verfahren zum Aufbereiten von Kraftstoff für eine Simple-Cycle-Gasturbomaschine, wobei das Verfahren aufweist:
Liefern von Abgasen von einem Turbinenabschnitt der Simple-Cycle-Gasturbomaschine zu einem Einlass eines Auslasselementes;
Leiten eines Teils der Abgase aus dem Auslasselement stromabwärts von dem Einlass in einen Abgaseinlass eines ersten Kreislaufs eines Wärmeaustauschelementes hinein;
Leiten eines Kraftstoffs durch einen zweiten Kreislauf des Wärmeaustauschelementes hindurch;
Führen des Teils der Abgase über den zweiten Kreislauf in einer Wärmeaustauschbeziehung;
Leiten des Teils der Abgase durch einen Abgasauslass des Wärmeaustauschelementes;
Zuführen des Kraftstoffs von dem zweiten Kreislauf zu einer Brennkammer, die mit dem Turbinenabschnitt strömungsmässig verbunden ist; und
Übergeben eines aufbereiteten Fluids an entweder eine Brennkammeranordnung oder den Abgaseinlass.
9. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner aufweist: Liefern eines Anteils des Teils der Abgase, die aus dem Abgasauslass strömen, zu dem Abgaseinlass, um eine gewünschte Temperatur des Teils der Abgase, die durch den ersten Kreislauf strömen, zu erreichen.
10. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner aufweist:
Leiten des Kondensat in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Teil der Abgase, die durch das Wärmeaustauschelement strömen; und/oder ferner aufweisend:
Leiten des Kondensats von dem dritten Kreislauf zu der Brennkammer; und/oder ferner aufweisend:
Aufbereiten des Kondensats, das in den dritten Kreislauf einströmt; und/oder ferner aufweisend:
Leiten des Kondensats von dem dritten Kreislauf zu der Brennkammer durch entweder einen Einspritzkühler oder einen Eduktor oder einen Ejektor; und/oder ferner aufweisend:
Zuführen des aufbereiteten Fluids zu dem Abgaseinlass.
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