-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Gasturbinen, und insbesondere
Abgaskamine und Energieerzeugungssysteme, die dafür eingerichtet sind,
die Energieabgabe von Gasturbinen zu steigern.
-
Eine
Kombinationszyklus-Energieerzeugungsanlage ("CCPP")
enthält
eine Gasturbine, einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator ("HRSG"), eine Dampfturbine
und einen Abgaskamin. Die Gasturbine enthält eine Turbine, die dafür eingerichtet
ist, durch Expansion von Abgasen Rotationsenergie zu erzeugen. Der
HRSG ist dafür
eingerichtet, die Abgase aus der Gasturbine aufzunehmen und Dampf
aus der Wärme
der Abgase zu erzeugen. Die Dampfturbine ist dafür eingerichtet, durch Expansion
von Dampf Rotationsenergie zu produzieren. Der Abgaskamin ist dafür eingerichtet,
die Abgase aus dem HRSG in die Atmosphäre zu leiten.
-
Die
Gasturbine enthält
einen Verdichter, einen Verbrennungsbereich und die Turbine. Der
Verdichter ist dafür
eingerichtet, einströmende
Luft zu verdichten. Der Verbrennungsbereich ist dafür eingerichtet,
die verdichtete Luft aufzunehmen, ein Gemisch der verdichteten Luft
und Brennstoff zu verbrennen und Abgase mit hoher Temperatur und
hohem Druck zu produzieren. Die Turbine ist dafür eingerichtet, die Abgase
aufzunehmen und sich in Reaktion auf die Expansion der Abgase zu
drehen. Demzufolge ist die Rotationsenergieabgabe der Tur bine proportional
zu der Expansion der Abgase und dem inhärenten Druckabfall.
-
Demzufolge
ist es erwünscht,
einen Abgaskamin bereitzustellen, der dafür eingerichtet ist, den lokalen
Druckabfall durch den Abgaskamin zu reduzieren, so dass die Expansion
der Abgase in der Gasturbine erhöht
und somit die Energieabgabe der Gasturbine gesteigert wird.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Es
wird ein Abgaskamin gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
bereitgestellt. Der Abgaskamin enthält ein Übergangsrohr. Der Abgaskamin
enthält
ferner einen Abgaszug mit einem Schalldämpferabschnitt, einem konvergierenden
Kanalabschnitt, einem rohrförmigen
Abschnitt und einem divergierenden Diffusorabschnitt. Der Schalldämpferabschnitt
steht strömungsmäßig mit
dem Übergangsrohr
in Verbindung. Wenigstens ein Teil des Schalldämpferabschnittes hat einen
ersten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts, und wenigstens ein Teil des rohrförmigen Abschnittes
hat einen zweiten hydraulischen Strömungspfad mittleren Querschnitts,
der kleiner als oder gleich dem ersten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist. Der konvergierende Kanalabschnitt ist
zwischen den Schalldämpferabschnitt
und den rohrförmigen Abschnitt
gekoppelt. Der divergierende Diffusorabschnitt ist mit einem dem
konvergierenden Kanalabschnitt gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Abschnittes
gekoppelt, so dass durch das Übergangsrohr,
den Schalldämpferabschnitt,
den konvergierenden Kanalabschnitt, den rohrförmigen Abschnitt und den divergierenden
Diffusorabschnitt strömende
Abgase einen verringerten lokalen Druckabfall wenigstens teilweise
aufgrund des divergierenden Diffusorabschnittes und dadurch haben,
dass der zweite hydraulische Strömungspfad
mittleren Querschnitts kleiner als oder gleich dem ersten hydraulischen
Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist.
-
Es
wird ein Energieerzeugungssystem gemäß einer weiteren exemplarischen
Ausführungsform
bereitgestellt. Das Energieerzeugungssystem enthält eine einen Verdichter, einen
Verbrennungsbereich und eine Turbine aufweisende Gasturbine. Der Verdichter
ist für
die Verdichtung von Luft eingerichtet. Der Verbrennungsbereich ist
für die
Aufnahme der verdichteten Luft aus dem Verdichter und für die Verbrennung
eines Gemisches der verdichteten Luft und von Brennstoff eingerichtet,
was Abgase erzeugt. Die Turbine ist dafür eingerichtet, die Abgase aus
dem Verbrennungsbereich aufzunehmen und sich in Reaktion auf eine
Expansion der Abgase zu drehen, so dass ein Druck der Abgase abnimmt,
sobald die Abgase durch die Turbine hindurch expandieren. Das Energieerzeugungssystem
enthält
ferner einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator,
der dafür
eingerichtet ist, die Abgase aufzunehmen und Dampf aus der Wärme der
Abgase zu erzeugen. Das Energieerzeugungssystem enthält ferner
einen Abgaskamin mit einem Übergangsrohr
und einem Abgaszug. Das Übergangsrohr
ist dafür
eingerichtet, die Abgase aus dem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator
aufzunehmen. Der Abgaszug hat einen Schalldämpferabschnitt, einen konvergierenden
Kanalabschnitt, einen rohrförmigen
Abschnitt und einen divergierenden Diffusorabschnitt. Der Schalldämpferabschnitt
steht fluidmäßig mit
dem Übergangsrohr
in Verbindung. Wenigstens ein Teil des Schalldämpferabschnittes hat einen
ersten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts, und wenigstens ein Teil des rohrförmigen Abschnittes
hat einen zweiten hydraulischen Strömungspfad mittleren Querschnitts,
der kleiner als oder gleich dem ersten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist. Der konvergierende Kanalabschnitt ist
zwischen den Schalldämpferabschnitt
und den rohrförmigen Abschnitt
gekoppelt. Der divergierende Diffusorabschnitt ist mit einem dem konvergierenden
Kanalabschnitt gegenüberliegenden
Ende des rohrförmigen Abschnittes
gekoppelt, sodass durch das Übergangsrohr,
den Schalldämpferabschnitt,
den konvergierenden Kanalabschnitt, den rohrförmigen Abschnitt und den divergierenden
Diffusorabschnitt strömende
Abgase einen verringerten lokalen Druckabfall wenigstens teilweise
aufgrund des divergierenden Diffusorabschnittes und deshalb haben,
weil der zweite hydraulische Strömungspfad
mittleren Querschnitts kleiner als oder gleich dem ersten hydraulischen
Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist. Der verringerte lokale Druckabfall in
dem Abgaskamin erhöht
die Gesamtdruckdifferenz der Abgase über der Turbine und erhöht somit
die Energieabgabe der Gasturbine.
-
Ein
Abgaskamin gemäß einer
weiteren exemplarischen Ausführungsform
wird bereitgestellt. Der Abgaskamin enthält ferner einen Abgaszug mit einem
ersten rohrförmigen
Abschnitt, einem ersten divergierenden Diffusorabschnitt, einem
Schalldämpferabschnitt,
einem konvergierenden Kanalabschnitt, einem zweiten rohrförmigen Abschnitt
und einem zweiten divergierenden Diffusorabschnitt. Der erste rohrförmige Abschnitt
steht fluidmäßig mit
dem Übergangsrohr
in Verbindung. Wenigstens ein Teil des ersten rohrförmigen Abschnittes
hat einen ersten hydraulischen Strömungspfad mittleren Querschnitts, und
wenigstens ein Teil des Schalldämpferabschnittes
hat einen zweiten hydraulischen Strömungspfad mittleren Querschnitts.
Der erste hydraulische Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist kleiner als oder gleich dem zweiten hydraulischen
Strömungspfad mittleren
Querschnitts. Der erste divergierende Diffusorabschnitt ist zwischen
den ersten rohrförmigen Abschnitt
und den Schalldämpferabschnitt
gekoppelt. Wenigstens ein Teil des zweiten rohrförmigen Abschnittes hat einen
dritten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts, der kleiner als oder gleich dem zweiten
hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist. Der konvergierende Kanalabschnitt ist
zwischen den Schalldämpferabschnitt
und den zweiten rohrförmigen
Abschnitt gekoppelt. Der zweite divergierende Diffusorabschnitt ist
mit einem dem konvergierenden Kanalabschnitt gegenüberliegenden
Ende des zweiten rohrförmigen Abschnittes
gekoppelt, so dass durch das Übergangsrohr,
den ersten rohrförmigen
Abschnitt, den ersten divergierenden Diffusorabschnitt, den Schalldämpferabschnitt,
den konvergierenden Kanalabschnitt, den zweiten rohrförmigen Abschnitt
und den zweiten divergierenden Diffusorabschnitt strömende Abgase
einen verringerten lokalen Druckabfall wenigstens teilweise aufgrund
des zweiten divergierenden Diffusorabschnittes und deshalb haben,
weil der dritte hydraulische Strömungspfad
mittleren Querschnitts kleiner als oder gleich dem zweiten hydraulischen
Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist.
-
Ein
Energieerzeugungssystem gemäß einer weiteren
exemplarischen Ausführungsform
wird bereitgestellt. Das Energieerzeugungssystem enthält eine
einen Verdichter, einen Verbrennungsbereich und eine Turbine aufweisende
Gasturbine. Der Verdichter ist für
die Verdichtung von Luft eingerichtet. Der Verbrennungsbereich ist
für die
Aufnahme der verdichteten Luft aus dem Verdichter und für die Verbrennung
eines Gemisches der verdichteten Luft und von Brennstoff eingerichtet,
was Abgase erzeugt. Die Turbine ist dafür eingerichtet, die Abgase
aus dem Verbrennungsbereich aufzunehmen und sich in Reaktion auf
eine Expansion der Abgase zu drehen, so dass ein Druck der Abgase
abnimmt, sobald die Abgase durch die Turbine hindurch expandieren.
Das Energieerzeugungssystem enthält
ferner einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator,
der dafür
eingerichtet ist, die Abgase aufzunehmen und Dampf aus der Wärme der
Abgase zu erzeugen. Das Energieerzeugungssystem enthält ferner
einen Abgaskamin mit einem Übergangsrohr
und einem Abgaszug. Das Übergangsrohr
ist dafür
eingerichtet, die Abgase aus dem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator aufzunehmen.
Der Abgaszug ent hält
einen ersten rohrförmigen
Abschnitt, einen ersten divergierenden Diffusorabschnitt, einen
Schalldämpferabschnitt,
einen konvergierenden Kanalabschnitt, einen zweiten rohrförmigen Abschnitt
und einen zweiten divergierenden Diffusorabschnitt. Der erste rohrförmige Abschnitt
steht fluidmäßig mit
dem Übergangsrohr
in Verbindung. Wenigstens ein Teil des ersten rohrförmigen Abschnittes
hat einen ersten hydraulischen Strömungspfad mittleren Querschnitts.
Wenigstens ein Teil des Schalldämpferabschnittes
hat einen zweiten hydraulischen Strömungspfad mittleren Querschnitts.
Der erste hydraulische Strömungspfad mittleren
Querschnitts ist kleiner als oder gleich dem zweiten hydraulischen
Strömungspfad
mittleren Querschnitts. Der erste divergierende Diffusorabschnitt
ist zwischen den ersten rohrförmigen
Abschnitt und den Schalldämpferabschnitt
gekoppelt. Wenigstens ein Teil des zweiten rohrförmigen Abschnittes hat einen
dritten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts, der kleiner als oder gleich dem zweiten
hydraulischen Strömungspfad mittleren
Querschnitts ist. Der konvergierende Kanalabschnitt ist zwischen
den Schalldämpferabschnitt und
den zweiten rohrförmigen
Abschnitt gekoppelt. Der zweite divergierende Diffusorabschnitt
ist mit einem dem konvergierenden Kanalabschnitt gegenüberliegenden
Ende des zweiten rohrförmigen
Abschnittes gekoppelt, so dass durch das Übergangsrohr, den ersten rohrförmigen Abschnitt,
den ersten divergierenden Diffusorabschnitt, den Schalldämpferabschnitt,
den konvergierenden Kanalabschnitt, den zweiten rohrförmigen Abschnitt
und den zweiten divergierenden Diffusorabschnitt strömende Abgase einen
verringerten lokalen Druckabfall wenigstens teilweise aufgrund des
zweiten divergierenden Diffusorabschnittes und deshalb haben, weil
der dritte hydraulische Strömungspfad
mittleren Querschnitts kleiner als oder gleich dem zweiten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine schematische Darstellung eines Kombinationszyklus-Energieerzeugungssystems
mit einem Abgaskamin gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform;
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht des Abgaskamins von 1;
-
3 ist
ein Strömungsprofil
für den
Abgaskamin von 2;
-
4 ist
eine Querschnittsansicht des Abgaskamins von 2;
-
5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines divergierenden Diffusorabschnittes des Abgaskamins von 2;
-
6 ist
eine Querschnittsansicht eines Abgaskamins gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform,
die eine sich aus einem Schalldämpferabschnitt
in einem Winkel in einem Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad
erstreckende Oberseite eines Übergangsrohrs,
und eine aus dem Schalldämpferabschnitt
in einem Winkel in einem Bereich von etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad
erstreckende Unterseite des Übergangsrohrs
darstellt;
-
7 ist
eine Querschnittsansicht eines Abgaskamins gemäß noch einer weiteren exemplarischen
Ausführungsform,
die eine sich aus einem Schalldämpferabschnitt
in einem Winkel in einem Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad
erstreckende Oberseite eines Übergangsrohrs,
eine sich aus dem Schalldämpferabschnitt
in einem Winkel in einem Bereich von etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad
erstreckende Unterseite des Übergangsrohrs und
eine in einem Winkel in einem Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa
67,5 Grad zu einer Querachse 272 des Abgaskamins angeordnete
Strömungsführungseinrichtung
mit einer ebenen Oberfläche
darstellt;
-
8 ist
eine Querschnittsansicht eines Abgaskamins gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform,
die eine sich aus einem Schalldämpferabschnitt
in einem Winkel in einem Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad
erstreckende Oberseite eines Übergangsrohrs,
eine sich aus dem Schalldämpferabschnitt
in einem Winkel in einem Bereich von etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad
erstreckende Unterseite des Übergangsrohrs,
und eine in einem Winkel in einem Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa
67,5 Grad zu einer Querachse 272 des Abgaskamins angeordnete
Strömungsführungseinrichtung mit
einer konkaven Oberfläche
darstellt;
-
9 ist
eine Querschnittsansicht eines Abgaskamins gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Exemplarische
Ausführungsformen
sind auf einen Abgaskamin gerichtet, der dafür eingerichtet ist, die Energieabgabe
einer Gasturbine einer Kombinationszyklus-Energieerzeugungsanlage
("CCPP") zu steigern. Es
ist jedoch daran gedacht, dass der Abgaskamin die Energieabgabe
von Gasturbinen erhöhen
kann, die in andere geeignete Energieerzeugungssysteme integriert
sind. In diesen exemplarischen Ausführungsformen ist der Abgaskamin
dafür eingerichtet,
den Druckabfall in dem Abgaskamin zu reduzieren, um den Druckabfall
in Verbindung mit der Expansion der Abgase in der Gasturbine zu
erhöhen, sodass
die erhöhte
Gasexpansion die Energieabgabe der Gasturbine steigert.
-
Gemäß 1 enthält eine
CCPP 10 einen Gasturbinengenerator 12 und einen
Dampfturbinengenerator 14. Der Gasturbinengenerator 12 ist
dafür eingerichtet,
Elektrizität
zu erzeugen und Abgase zu produzieren. Der Dampfturbinengenerator 14 ist
dafür eingerichtet,
die Abgase aus dem Gasturbinengenerator 12 aufzunehmen
und zusätzliche
elektrische Elektrizität
aus der Abwärme
der Abgase zu erzeugen.
-
Der
Gasturbinengenerator 12 enthält eine Gasturbine 16,
eine erste Ausgangswelle 18 und einen ersten elektrischen
Generator 20. Die Gasturbine 16 hat einen Verdichter 22,
einen Verbrennungsbereich 24 und eine Turbine 26.
Der Verdichter 22 ist dafür eingerichtet, einen Luftzustrom
zu verdichten. Der Verbrennungsbereich 24 ist dafür eingerichtet, die
verdichtete Luft aus dem Verdichter 22 aufzunehmen und
ein Gemisch aus der verdichteten Luft und Brennstoff zu verbrennen,
was Abgase mit hohem Druck und hoher Temperatur produziert. Die
Turbine 26 ist dafür
eingerichtet, die Abgase aus dem Verbrennungsbereich 24 aufzunehmen
und sich in Reaktion auf eine Expansion der Abgase zu drehen. Die Turbine 26 ist
funktionell mit dem ersten elektrischen Generator 20 über die
erste Ausgangswelle 18 verbunden, um Rotationsenergie an
den ersten elektrischen Generator 20 zu liefern und Elektrizität zu erzeugen.
Die Turbine 26 ist ferner dafür eingerichtet, die Abgase
an den Dampfturbinengenerator 14 weiterzugeben.
-
Der
Dampfturbinengenerator 14 enthält einen HRSG 28 und
einen Abgaskamin 30. Der HRSG 28 ist dafür eingerichtet,
die Abgase aus der Gasturbine 16 aufzunehmen und Dampf
aus der Abwärme der
Abgase zu erzeugen. Der Abgaskamin 30 ist dafür eingerichtet,
die Abgase aus dem HRSG 28 an die Atmosphäre weiterzuleiten
und den lokalen Druckabfall der Abgase in dem Kamin zu reduzieren
und die Gesamtdruckdifferenz über
der Turbine wie nachstehend im Detail beschrieben zu erhöhen.
-
Der
Dampfturbinengenerator 14 enthält ferner eine Dampfturbine 32,
eine zweite Ausgangswelle 34, einen zweiten elektrischen
Generator 36, eine Kondensationseinrichtung 38,
einen Kühlturm 40 und eine
Pumpe 42. Die Dampfturbine 32 ist dafür eingerichtet,
den Dampf aus dem HRSG 28 aufzunehmen und sich in Reaktion
auf die Expansion des Dampfes zu drehen. Die Dampfturbine 32 ist
funktionell mit dem zweiten elektrischen Generator 36 über die zweite
Ausgangswelle 34 verbunden, um Rotationsenergie an den
zweiten elektrischen Generator 36 zu liefern und Elektrizität zu erzeugen.
Es ist jedoch daran gedacht, dass die Dampfturbine 32 stattdessen funktionell
mit dem ersten elektrischen Generator 20 über die
erste Ausgangswelle 18 in einer Einwellenanordnung verbunden
sein kann. Die Kondensationseinrichtung 38 ist dafür eingerichtet,
den Dampf aus der Dampfturbine 32 aufzunehmen und den Dampf
zu Wasser zu kondensieren. Insbesondere ist die Kondensationseinrichtung 38 dafür eingerichtet, Wasser
aus dem Kühlturm 40 aufzunehmen
und die Wärme
aus dem Dampf an das Wasser abzugeben und den Dampf zu Wasser zu
kondensieren. Es ist daran gedacht, dass die Kondensationseinrichtung 38 stattdessen
dafür eingerichtet
sein kann, Wärme an
Wasser aus einem See, Fluss oder Meer oder andere geeignete nicht
einschränkende
Beispiele abzugeben. Die Pumpe 42 ist dafür eingerichtet,
Wasser aus der Kondensationseinrichtung 38 in den HRSG 28 zu
pumpen.
-
Gemäß den 2–5 enthält der Abgaskamin 30 ein Übergangsrohr 44 und
einen Abgaszug 46. Das Übergangsrohr 44 ist
dafür eingerichtet,
eine Fluidverbindung mit dem HRSG 28 zu bilden. Der Abgaszug 46 enthält einen
Schalldämpferabschnitt 48, einen
konvergierenden Kanalabschnitt 50, einen rohrförmigen Abschnitt 52 und
einen divergierenden Diffusorabschnitt 54. Der Schalldämpferabschnitt 48 ist
für eine
Fluidverbindung mit dem Übergangsrohr 44 eingerichtet.
Wenigstens ein Teil des Schalldämpferabschnittes 48 hat
einen ersten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts, und wenigstens ein Teil des rohrförmigen Abschnittes 52 hat
einen zweiten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts kleiner als oder gleich dem ersten hydraulischen
Strömungspfad
mittleren Querschnitts. Der konvergierende Kanalabschnitt 50 ist
zwischen den Schalldämpferabschnitt 48 und
den rohrförmigen Abschnitt 52 gekoppelt.
Der divergierende Diffusorabschnitt 54 ist an ein dem konvergierenden
Kanalabschnitt 50 gegenüberliegendes
Ende des rohrförmigen
Abschnittes 52 gekoppelt. Demzufolge haben die durch das Übergangsrohr 44,
den Schalldämpferabschnitt 48,
den konvergierenden Kanalabschnitt 50, den rohrförmigen Abschnitt 52 und
den divergierenden Diffusorabschnitt 54 strömenden Abgase
einen verringerten Gesamtdruckabfall wenigstens teilweise aufgrund
des divergierenden Diffusorabschnittes 54 und dadurch,
dass der zweite hydraulische Strömungspfad
mittleren Querschnitts kleiner als oder gleich dem ersten hydraulischen
Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist.
-
Gemäß 4 hat
das Übergangsrohr 44 eine
Oberseite 56' und
eine Unterseite 58, die sich aus einer Außenoberfläche 60 des
Schalldämpferabschnittes 48 so
erstrecken, dass das Übergangsrohr 44 eine
gleichmäßige Strömungsverteilung
in den Schalldämpferabschnitt 48 liefert,
um einen lokalisierten Druckabfall in dem Schalldämpferabschnitt
zu verringern. Insbesondere erstreckt sich die Oberseite 56 mit
135 Grad aus der Außenoberfläche 60 des Schalldämpferabschnittes 48,
und die Unterseite 58 erstreckt sich mit 45 Grad aus der
Außenoberfläche 60 des
Schalldämpferabschnittes 48.
Demzufolge führt
das Übergangsrohr 44 die
Abgase durch den Schalldämpferabschnitt 48 mit
einem im Wesentlichen gleichmäßigen Strömungsprofil
zu dem konvergierenden Kanalabschnitt 50, um den Druckabfall
in dem Schalldämpferabschnitt
zu reduzieren. Diesbezüglich
reduziert das Übergangsrohr 44 auch
einen Richtungsänderungsver lust
bei einem geschlossenen Ende 62 des Schalldämpferabschnittes 48 und verbessert
die Druckwiederherstellung in dem divergierenden Diffusorabschnitt 54.
-
Es
ist daran gedacht, dass sich die Oberseite 56 und die Unterseite 58 des Übergangsrohrs 44 in verschiedenen
geeigneten Winkeln aus der Außenoberfläche 60 des
Schalldämpferabschnittes 48 erstrecken
können,
wie es in den Ausführungsformen der 6–9 exemplarisch
dargestellt ist.
-
Gemäß 5 ist
der divergierende Diffusorabschnitt 54 dafür eingerichtet,
von dem rohrförmigen
Abschnitt 52 aus zu divergieren, sodass der divergierende
Diffusorabschnitt 54 den Austrittsdruckverlust zurückgewinnt.
Beispiele eines Divergenzwinkels α umfassen
5 Grad, 15 Grad und geeignete Winkel in einem Bereich dazwischen,
um den Druck in den Bereich zwischen etwa 1,5 und 2,0 cm Wassersäule für einen
Geschwindigkeitsbereich zwischen etwa 18 und etwa 22 m pro Sekunde
wiederherzustellen. Es ist daran gedacht, dass der Divergenzwinkel
größer oder
kleiner als dieser Bereich unter Anwendung einer geeigneten Druckrückwiederherstellungsvorrichtung
sein kann.
-
Der
divergierende Diffusorabschnitt 54 enthält ferner ein erstes Ende 64 mit
einem Durchmesser von 6 m und ein zweites Ende 66 mit einem Durchmesser
von 9 m. Es dürfte
sich verstehen, dass die Durchmesser des ersten Endes 64 und
des zweiten Endes 66 größer oder
kleiner als 6 bzw. 9 m sein können.
Der divergierende Diffusorabschnitt 54 hat eine Länge von
15 m vom ersten Ende 64 bis zu dem zweiten Ende 66.
Jedoch kann der divergierende Diffusorabschnitt 54 eine
längere
oder kürzere
Abmessung als 15 m haben.
-
Gemäß 6 ist
ein Abgaskamin 130 mit einem Übergangsrohr 144 und
einem Abgaszug 146 mit einem Schalldämpferab schnitt 148,
einem konvergierenden Kanalabschnitt 150, einem rohrförmigen Abschnitt 152 und
einem divergierenden Diffusorabschnitt 154 im Wesentlichen
dem Abgaskanal 30 mit dem Übergangsrohr 44 und
dem Abgaszug 46 mit dem Schalldämpferabschnitt 48,
dem konvergierenden Kanalabschnitt 50, dem rohrförmigen Abschnitt 52 und
dem divergierenden Diffusorabschnitt 54 der 1–4 ähnlich.
Jedoch hat das Übergangsrohr 144 eine
Oberseite 156, die sich aus einer Außenoberfläche 160 des Schalldämpferabschnittes 148 in einem
Winkel in einem Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad erstrecken
kann. Zusätzlich
hat das Übergangsrohr 144 eine
Unterseite 158, die sich aus der Außenoberfläche 160 in einem Winkel
in einem Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad erstrecken
kann.
-
Gemäß 7 ist
ein Abgaskamin 230 mit einem Übergangsrohr 244 und
einem Abgaszug 246 mit einem Schalldämpferabschnitt 248,
einem konvergierenden Kanalabschnitt 250, einem rohrförmigen Abschnitt 252 und
einem divergierenden Diffusorabschnitt 254 im Wesentlichen
dem Abgaskanal 30 mit dem Übergangsrohr 44 und
dem Abgaszug 46 mit dem Schalldämpferabschnitt 48,
dem konvergierenden Kanalabschnitt 50, dem rohrförmigen Abschnitt 52 und
dem divergierenden Diffusorabschnitt 54 der 1–4 ähnlich.
Jedoch hat das Übergangsrohr 244 eine
Oberseite 256, die sich aus einer Außenoberfläche 260 des Schalldämpferabschnittes 248 in einem
Winkel in einem Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad erstreckt.
Zusätzlich
hat das Übergangsrohr 244 eine
Unterseite 258, die sich aus der Außenoberfläche 260 in einem Winkel
in einem Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad erstreckt.
Außerdem
enthält
der Abgaszug 246 ferner eine Strömungsführungseinrichtung 268,
die dafür eingerichtet
ist, einen Richtungsänderungsverlust
bei einem geschlossenen Ende 262 des Schalldämpferabschnittes 248 zu
reduzieren und ein Strömungsprofil
mit im Wesentlichen gleichmäßiger Geschwindigkeit
stromaufwärts
von dem Schall dämpferabschnitt 248 und
dem Diffusorabschnitt 246 zu erzeugen. Die Strömungsführungseinrichtung 268 ist
eine Platte mit einer ebenen Oberfläche, die sich von der Unterseite 258 des
Schalldämpferabschnittes 248 und über einen
Hohlraum 270 des Schalldämpferabschnittes 248 erstreckt.
Die ebene Oberfläche
der Strömungsführungseinrichtung 268 ist
in einem Winkel in einem Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5
Grad zu einer Querachse 272 des Abgaszuges 246 angeordnet.
Diesbezüglich
wird ein erheblicher Anteil der Abgase von dem geschlossenen Ende 262 des
Schalldämpferabschnittes 248 weg
und zu dem konvergierenden Kanalabschnitt 250 geleitet.
-
Der
Schalldämpferabschnitt 248 ist
dafür eingerichtet,
dass er die Expansion der Abgase und Reduzierung der Geschwindigkeit
und der Turbulenz der Abgase ermöglicht,
sodass ein Geräusch
mit hoher Energie in den Schalldämpferabschnitt 248 dissipiert
wird. Der Schalldämpferabschnitt 248 ist
dafür eingerichtet,
dass er eine erste mittlere Geschwindigkeit der dadurch strömenden Abgase
hat und der rohrförmige
Abschnitt 252 ist dafür
eingerichtet, dass er eine zweite mittlere Geschwindigkeit von dadurch strömenden Abgasen
hat. Die erste mittlere Geschwindigkeit ist wenigstens die Hälfte der
zweiten mittleren Geschwindigkeit.
-
Gemäß 8 ist
ein Abgaskamin 330 mit einem Übergangsrohr 344 und
einem Abgaszug 346 mit einem Schalldämpferabschnitt 348,
einem konvergierenden Kanalabschnitt 350, einem rohrförmigen Abschnitt 352 und
einem divergierenden Diffusorabschnitt 354 im Wesentlichen
dem Abgaskanal 30 mit dem Übergangsrohr 44 und
dem Abgaszug 46 mit dem Schalldämpferabschnitt 48,
dem konvergierenden Kanalabschnitt 50, dem rohrförmigen Abschnitt 52 und
dem divergierenden Diffusorabschnitt 54 der 1–4 ähnlich.
Jedoch hat das Übergangsrohr 344 eine
Oberseite 356, die sich aus einer Außenoberfläche 360 des Schalldämpferabschnittes 348 in einem
Winkel in einem Bereich zwischen etwa 90 und etwa 135 Grad erstreckt.
Zusätzlich
hat das Übergangsrohr 344 eine
Unterseite 358, die sich aus der Außenoberfläche 360 in einem Winkel
in einem Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad erstreckt.
Außerdem
enthält
der Abgaszug 346 ferner eine Strömungsführungseinrichtung 368,
die dafür eingerichtet
ist, einen Richtungsänderungsverlust
bei einem geschlossenen Ende 362 des Schalldämpferabschnittes 348 zu
reduzieren und ein Strömungsprofil
mit im Wesentlichen gleichmäßiger Geschwindigkeit
stromaufwärts
von dem Schalldämpferabschnitt 348 und
dem Diffusorabschnitt 346 zu erzeugen. Die Strömungsführungseinrichtung 368 ist
eine Platte mit einer konkaven Oberfläche, die sich von der Unterseite 358 des
Schalldämpferabschnittes 348 und über einen
Hohlraum 370 des Schalldämpferabschnittes 348 erstreckt.
Die konkave Oberfläche der
Strömungsführungseinrichtung 268 hat
einen Krümmungsradius
gleich der Hälfte
des ersten Durchmessers des Schalldämpferabschnittes 348. Jedoch
kann die konkave Oberfläche
stattdessen andere geeignete Krümmungsradien
haben. Die Strömungsführungseinrichtung 368 ist
in einem Winkel in einem Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5 Grad
zu einer Querachse 372 des Abgaszuges 346 angeordnet.
-
Gemäß 9 ist
ein Abgaskamin 400 dafür eingerichtet,
den Druckabfall der Abgase auf angenähert 1,27 cm (0,5 inches) Wassersäule zu begrenzen.
Insbesondere enthält
der Abgaskamin 400 ein Übergangsrohr 402 und
einen Abgaszug 404. Das Übergangsrohr 402 bildet
eine Fluidverbindung zu dem HRSG 28 und ist dafür eingerichtet,
Dampf aus dem HRSG 28 aufzunehmen. Der Abgaszug 402 enthält einen
ersten rohrförmigen
Abschnitt 406, einen ersten divergierenden Diffusorabschnitt 408,
einen Schalldämpferabschnitt 410,
einen konvergierenden Kanalabschnitt 412, einen zweiten
rohrförmigen
Abschnitt 414 und einen zweiten divergierenden Diffusorabschnitt 416.
Der erste rohrförmige
Abschnitt 406 steht fluidmäßig mit dem Übergangsrohr 402 in
Verbindung. Der erste rohrförmige
Abschnitt hat einen ersten hydraulischen Strömungspfad mittleren Querschnitts
und der Schalldämpferabschnitt 410 hat
einen zweiten hydraulischen Strömungspfad mittleren
Querschnitts. Der erste hydraulische Strömungspfad mittleren Querschnitts
ist kleiner als oder gleich dem zweiten hydraulischen Strömungspfad mittleren
Querschnitts. Der erste divergierende Diffusorabschnitt 408 ist
zwischen den ersten rohrförmigen
Abschnitt 406 und den Schalldämpferabschnitt 410 gekoppelt.
Der zweite rohrförmige
Abschnitt 414 hat einen dritten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts, der kleiner als oder gleich dem zweiten
hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist. Der konvergierende Kanalabschnitt 412 ist
zwischen den Schalldämpferabschnitt 410 und
den zweiten rohrförmigen
Abschnitt 414 gekoppelt. Der zweite divergierende Diffusorabschnitt 416 ist
mit einem dem konvergierenden Kanalabschnitt gegenüberliegenden
Ende des zweiten rohrförmigen Abschnittes 414 gekoppelt,
sodass durch das Übergangsrohr 402,
den ersten rohrförmigen
Abschnitt 406, den ersten divergierenden Diffusorabschnitt 408,
den Schalldämpferabschnitt 410,
den konvergierenden Kanalabschnitt 412, den zweiten rohrförmigen Abschnitt 414 und
den zweiten divergierenden Diffusorabschnitt 416 strömende Abgase
einen verringerten Gesamtdruckabfall wenigstens teilweise aufgrund
des zweiten divergierenden Diffusorabschnittes und deshalb haben,
weil der dritte hydraulische Strömungspfad
mittleren Querschnitts kleiner als oder gleich dem zweiten hydraulischen
Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist. Der verringerte lokalisierte Kamindruckabfall
erhöht
die Gesamtdruckdifferenz der Abgase durch die Gasturbine 16 und
erhöht
eine Energieabgabe der Gasturbine 16
-
Der
erste rohrförmige
Abschnitt 406, der Schalldämpferabschnitt 410 und
der zweite rohrförmige
Abschnitt 414 sind da für
eingerichtet, dass sie erste, zweite bzw. dritte mittlere Geschwindigkeiten der
dadurch strömenden
Abgase haben. Die erste mittlere Geschwindigkeit ist wenigstens
gleich einem Mittelwert der zweiten und dritten mittleren Geschwindigkeiten.
Ferner ist die zweite mittlere Geschwindigkeit wenigstens gleich
einer Hälfte
der dritten mittleren Geschwindigkeit. Der Schalldämpferabschnitt 410 ist
ferner dafür
eingerichtet, eine Expansion der Abgase zuzulassen und die Geschwindigkeit und
die Turbulenz der Abgase zu verringern, so dass Geräusch hoher
Energie in dem Schalldämpferabschnitt 410 dissipiert
wird.
-
Der
Abgaszug 404 enthält
ferner eine Strömungsführungseinrichtung 468,
die dafür
eingerichtet ist, einen Richtungsänderungsverlust bei einem geschlossenen
Ende 462 des Schalldämpferabschnittes 410 zu
reduzieren und ein Strömungsprofil mit
im Wesentlichen gleichmäßiger Geschwindigkeit stromaufwärts von
dem Schalldämpferabschnitt
und dem Diffusorabschnitt zu erzeugen. Die Strömungsführungseinrichtung 468 ist
eine Platte mit einer ebenen Oberfläche, die sich von der Unterseite 462 des Schalldämpferabschnittes 410 und über einen
Hohlraum 470 des Schalldämpferabschnittes 410 erstreckt.
Die Strömungsführungseinrichtung 468 ist
in einem Winkel in einem Bereich zwischen etwa 22,5 und etwa 67,5
Grad zu einer Querachse 272 des Abgaszuges 246 angeordnet.
-
Die
hierin beschriebenen Abgaskamine und Verfahren stellen einen erheblichen
Vorteil gegenüber
anderen Vorrichtungen und Verfahren bereit. Insbesondere stellen
die Abgaskamine einen technischen Effekt einer Reduzierung eines
Druckabfalls von Abgasen und einer Erhöhung einer Energieabgabemenge
durch eine Gasturbine bereit. In einer exemplarischen Ausführungsform
bezieht sich der Begriffe "hydraulischer
Strömungspfad
mittleren Querschnitts" auf
eine mittlere oder durchschnittliche Querschnittsabmessung eines
Strömungspfades.
-
Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf eine exemplarische Ausführungsform
beschrieben wurde, können
verschiedene Änderungen
ausgeführt werden
und Äquivalente
können
Elemente davon ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung
ersetzen. Zusätzlich
können
viele Modifikationen durchgeführt
werden, um eine spezielle Situation oder ein Material an die Lehren
der Erfindung ohne Abweichung von deren wesentlichem Schutzumfang auszuführen. Daher
ist es beabsichtigt, dass diese Erfindung nicht auf die hierin offenbarten
speziellen Ausführungsformen
beschränkt
ist, sondern dass die Erfindung alle in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallenden
Ausführungsformen
umfasst.
-
Es
wird ein Abgaskamin 30 mit einem Übergangsrohr 44 und
einem Abgaszug 46 bereitgestellt. Der Abgaszug 46 hat
einen Schalldämpferabschnitt 48,
einen konvergierenden Kanalabschnitt 50, einen rohrförmigen Abschnitt 52 und
einen divergierenden Diffusorabschnitt 54. Der Schalldämpferabschnitt 48 steht
fluidmäßig mit
dem Übergangsrohr 44 in
Verbindung. Der Schalldämpferabschnitt 48 hat
einen ersten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts, und der rohrförmige Abschnitt 52 hat
einen zweiten hydraulischen Strömungspfad
mittleren Querschnitts, der kleiner als oder gleich dem ersten hydraulischen
Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist. Der konvergierende Kanalabschnitt 50 ist
zwischen den Schalldämpferabschnitt 48 und
den rohrförmigen
Abschnitt 52 gekoppelt. Der divergierende Diffusorabschnitt 54 ist
mit einem dem konvergierenden Kanalabschnitt 50 gegenüberliegenden
Ende des rohrförmigen
Abschnittes 52 gekoppelt, sodass durch das Übergangsrohr 44,
den Schalldämpferabschnitt 48,
den konvergierenden Kanalabschnitt 50, den rohrförmigen Abschnitt 52 und
den divergierenden Diffusorabschnitt 54 strömende Abgase
einen verringerten Gesamtdruckabfall wenigstens teilweise aufgrund des
divergierenden Diffusorabschnittes 54 und dadurch haben,
dass der zweite hydraulische Strömungspfad
mittleren Querschnitts kleiner als oder gleich dem ersten hydraulischen
Strömungspfad
mittleren Querschnitts ist.
-
- 10
- Kombinationszyklus-Erzeugungseinrichtung
- 12
- Gasturbinengenerator
- 14
- Dampfturbinengenerator
- 16
- Gasturbine
- 18
- Erste
Ausgangswelle
- 20
- Erster
elektrischer Generator
- 22
- Verdichter
- 24
- Verbrennungsbereich
- 26
- Turbine
- 28
- Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator
- 30
- Abgaskamin
- 32
- Dampfturbine
- 34
- Zweite
Ausgangswelle
- 36
- Zweiter
elektrischer Generator
- 38
- Kondensationseinrichtung
- 40
- Kühlturm
- 42
- Pumpe
- 44
- Übergangsrohr
- 46
- Abgaszug
- 48
- Schalldämpferabschnitt
- 50
- Konvergierender
Kanalabschnitt
- 52
- Rohrförmiger Abschnitt
- 54
- Divergierender
Diffusorabschnitt
- 56
- Oberseite
- 58
- Unterseite
- 60
- Außenoberfläche
- 62
- Geschlossenes
Ende
- 64
- Erstes
Ende
- 66
- Zweites
Ende
- 130
- Abgaskamin
- 144
- Übergangsrohr
- 146
- Abgaszug
- 148
- Schalldämpferabschnitt
- 150
- Konvergierender
Kanalabschnitt
- 152
- Rohrförmiger Abschnitt
- 154
- Divergierender
Diffusorabschnitt
- 156
- Oberseite
- 158
- Unterseite
- 160
- Außenoberfläche
- 230
- Abgaskamin
- 240
- Abgaskamin
- 244
- Übergangsrohr
- 246
- Abgaszug
- 248
- Schalldämpferabschnitt
- 250
- Konvergierender
Kanalabschnitt
- 252
- Rohrförmiger Abschnitt
- 254
- Divergierender
Diffusorabschnitt
- 256
- Oberseite
- 258
- Unterseite
- 260
- Außenoberfläche
- 262
- Geschlossenes
Ende
- 268
- Strömungsführungseinrichtung
- 270
- Hohlraum
- 272
- Querachse
- 330
- Abgaskamin
- 344
- Übergangsrohr
- 346
- Abgaszug
- 348
- Schalldämpferabschnitt
- 350
- Konvergierender
Kanalabschnitt
- 352
- Rohrförmiger Abschnitt
- 354
- Divergierender
Diffusorabschnitt
- 356
- Oberseite
- 358
- Unterseite
- 360
- Außenoberfläche
- 362
- Geschlossenes
Ende
- 368
- Strömungsführungseinrichtung
- 370
- Hohlraum
- 372
- Querachse
- 400
- Abgaskamin
- 402
- Übergangsrohr
- 404
- Abgaszug
- 406
- Erster
rohrförmiger
Abschnitt
- 406
- Erster
divergierender Diffusorabschnitt
- 410
- Schalldämpferabschnitt
- 412
- Konvergierender
Kanalabschnitt
- 414
- Zweiter
rohrförmiger
Abschnitt
- 416
- Zweiter
divergierender Diffusorabschnitt
- 462
- Geschlossenes
Ende
- 468
- Strömungsführungseinrichtung
- 470
- Hohlraum
- 472
- Querachse