DE1158523B

DE1158523B - Einrichtung zur Ausnutzung des Waermeinhaltes von Gasturbinenabgasen zur Beheizung eines Dampfueberhitzers

Info

Publication number: DE1158523B
Application number: DESCH28265A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gerhard Quest
Original assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Current assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Priority date: 1960-08-05
Filing date: 1960-08-05
Publication date: 1963-12-05

Description

Einrichtung zur Ausnutzung des Wärmeinhaltes von Gasturbinenabgasen zur Beheizung eines Dampfüberhitzers Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ausnutzung des Wärmeinhaltes von Gasturbinenabgasen zur Beheizung eines Dampfüberhitzers, welcher in einer zentrisch im Abgaskanal eingebauten, einen geringeren Durchmesser als dieser aufweisenden und an beiden Enden offenen Kammer, die an ihrem Eintrittsende Regelorgane trägt, angeordnet ist.
Bei Abhitzekesseln mit überhitzern ist es bekannt, den überhitzer in einer zentrisch in dem Abgaskanal hinter dem Abhitzekessel angeordneten und mit einem geringeren Durchmesser als der Abgaskanal versehenen Kammer unterzubringen, wobei eine Regelvorrichtung am Heizmitteleintrittsende die Möglichkeit bietet, die Beaufschlagung des überhitzers in der Kammer dadurch zu regeln, daß je nach dem gewünschten Überhitzungsgrad nur ein mehr oder weniger großer Teilstrom des Heizmittels durch den Ringraum zwischen der Kammer und der Abgaskanalwandung abgeleitet wird.
Mit einer solchen bekannten Einrichtung, die eines in dem Teillastgebiet mit Temperaturen über dem gewünschten überhitzungsgrad liegenden Heizmittels zu ihrem Betrieb bedarf, ist eine ausreichende Dampfüberhitzung bei der Verwendung von Gasturbinenabgas als Heizmittel nicht zu erreichen.
Dem Bekannten gegenüber besteht die Erfindung darin, daß das Eintrittsende der Kammer mit einem Diffusor versehen ist und an sich bekannte Zusatzbrenner mit Flammenhaltern im vorderen Teil der Kammer vor dem überhitzer angeordnet sind.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird es möglich, als Beheizungsmittel für einen Dampfüberhitzer Gasturbinenabgas zu benutzen, das beim Gasturbinenbetrieb in großer Menge, aber nur mit einer Temperatur von 300 bis 4000 C und mit erheblicher Strömungsgeschwindigkeit anfällt, ohne die Bauabmessungen des überhitzers übermäßig groß werden zu lassen.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß die zentrisch in dem Abgaskanal hinter dem Gasturbinenauslaß angeordnete Kammer von einem Teilstrom der mit hoher Geschwindigkeit abziehenden Abgase durchströmt wird, während der andere Abgasteilstrom durch den Ringraum zwischen der Kammer und der Abgaskanalwandung abzieht. Durch die diffusorartige Ausbildung des Eintrittsendes der Kammer wird die Strömungsgeschwindigkeit des die Kammer beaufschlagenden Abgasteilstromes in einen den Widerstand der in die Kammer eingebauten überhitzerheizflächen überwindenden Druck umgesetzt, d. h. zur überwindung des Druckverlustes durch den Überhitzereinbau in der Kammer wird der Staudruck der Abgase benutzt. Die Aufheizung des Abgasteilstromes erfolgt durch die hinter dem Diffasor in der Kammer angeordneten Zusatzbrenner. Zum Betrieb dieser Zusatzbrenner ist es möglich, die erforderliche Verbrennungsluft dem Abgas zu entnehmen, da das Gasturbinenabgas einen hohen 0"-Gehalt hat. Die den Zusatzbrennem zugeordneten Aammenhalter verhüten ein Abreißen der Brennerflammen. Der entsprechend aufgeheizte Abgasstrom beaufschlagt die überhitzerheizflächen und wird nach seinem Austritt aus der Kammer dem diese umströmenden Abgasteilstrom zugemischt.
Durch die Anordnung von Regelklappen am Diffusoreintritt läßt sich eine einfache Regelmöglichkeit schaffen, durch die eine regelbare Beaufschlagung der Kammer und damit der überhitzerheizflächen erreicht wird.
Eine andersgeartete Regelmöglichkeit für die überhitzung ist dann gegeben, wenn die Verbrennungsluft für die Zusatzbrenner nicht dem Abgas entnommen, sondem den Zusatzbrennern besonders von außen zugeführt wird. Dann ist es möglich, einen regelbaren Teilstrom dieser Luft als Kühlnlittel für das aufgeheizte Abgas zu benutzen.
Ein vorteilhafte Regelmöglichkeit ergibt sich auch dadurch, daß die den Zusatzbrennem zugeordneten Flammenhalter schwenkbar sind.
Ein weitere vorteilhafte Ausbildung der Einrichtung besteht darin, daß die Zusatzbrenner mit den zugeordneten Flammenhaltern für sich in Einzelkammern untergebracht sind, die im Diffusoreintritt der Kammer, in die der überhitzer eingebaut ist, angeordnet und an ihrem Einströmende mit einem besonderen Diffusor versehen sind. In die Eintrittsöffnungen dieser Diffusoren sind Regelklappen eingebaut, durch welche die den Brennern zuzuführende Abgasmenge geregelt werden kann.
Eine andere wirksame Regelmöglichkeit, die in den Fällen zur Anwendung gelangt, in denen die Verbrennungsluft für die Brenner aus dem Turbinenabgas entnommen wird, besteht darin, daß in der Kammer zwischen den Zusatzbrennern und dem überhitzer ein aus Rohren bestehendes, von einem Kühlmittel geregelt durchflossenes Kühl- oder Mischrohrregister angeordnet ist. Diese Anordnung bietet außerdem den Vorteil, daß eine gute Mischung der Gase verschiedener Herkunft herbeigeführt wird, so daß keine Strähnenbildung auftreten kann, und sich keine verschiedenen Temperaturzonen innerhalb des der Beheizung des überhitzers dienenden Gasstromes ausbilden können.
Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 die Einrichtung im Mittellängsschnitt, Fig. 2 die Eintrittsseite der Einrichtung im Mittellängssehnitt mit Regelklappen, Fig. 3 die Eintrittsseite der Einrichtung im Mittellängsschnitt mit schwenkbaren Flammenhaltern und Fig. 4 die Einrichtung im Mittellängsschnitt mit besonderer Brennerausbildung und gekühltem Mischgitter.
In dem Abgaskanal 1 ist zentrisch die Kammer 2 angeordnet. Der Durchmesser der Kammer 2 ist geringer als der des Abgaskanals 1. Das Eintrittsende der Kammer 2 ist als Diffusor 3 ausgebildet. Hinter dem Diffusor 3 sind die Zusatzbrenner 4 in der Kammer 2 vorgesehen, denen die Flammenhalter 5 zugeordnet sind. In Strömungsrichtung der abziehenden Abgase ist vor dem Austrittsende in der Kammer 2 der überhitzer 6 angeordnet. Der Kammeraustritt kann als Düse 7 ausgebildet sein, um den abströmenden Gasen wieder Geschwindigkeit zu geben (Fig. 1).
Bei der Ausführung der Einrichtung nach Fig. 2 sind die Regelklappen 8 am Eintrittsende des Diffusors 3 angeordnet, während als Regelorgane bei der Ausführung nach Fig. 3 die um eine Achse schwenkbaren Flammenhalter 5 dienen.
Bei der Einrichtung nach Fig. 4 sind die Zusatzbrenner 4 mit den ihnen zugeordneten Flammenhaltem 5 in besonderen Kammern 9 untergebracht. Diese Kammern 9 sind in den Diffusor 3 eingebaut. Die Kammern 9 tragen an ihrem Eintrittsende einen Diffusor 10. Die Diffusoren 10 sind an ihrer Eintrittsmündung mit einer Regelklappe 11 versehen. In der Kammer 2 ist zwischen den Zusatzbrennem 4 und dem überhitzer 6 ein Rohrregister 12 eingebaut, das von einem Kühlmittel, z. B. Dampf oder Wasser, regelbar durchflossen wird.

Claims

PAT--ENTANISPRÜCHE- 1. Einrichtung zur Ausnutzung des Wärmeinhaltes von Gasturbinenabgasen zur Beheizung eines Dampfüberhitzers, welcher in einer zentrisch im Abgaskanal eingebauten, einen geringeren Durchmesser als dieser aufweisenden und an beiden Enden offenen Kammer, die an ihrem Eintrittsende Regelorgane trägt, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsende der Kammer (2) mit einem Diffusor (3) versehen ist und an sich bekannte Zusatzbrenner (4) mit Flammenhaltern (5) im vorderen Teil der Kammer (2) vor dem überhitzer (6) angeordnet sind. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, daurch gekennzeichnet, daß an dem Eintrittsende des Diffusors (3) Regelklappen (8) angeordnet sind. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Zusatzbrennem (4) zugeordneten Flammenhalter (5) schwenkbar sind. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbrenner (4) mit den Flammenhaltem (5) in im Diffusor (3) angeordneten, mit besonderen Diffasoren (10) versehenen Kammern (9) untergebracht sind. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge# kennzeichnet, daß die Kammern (9) an ihrem Eintrittsende mit Regelklappen (11) versehen sind. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (2) zwischen den Zusatzbrennern (4) und dem überhitzer (6) ein aus Rohren bestehendes, von einem Kühlmittel geregelt durchflossenes Kühl- oder Mischrohrregister (12) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 179 419, 375 161; deutsche AusIfflährift St 6600 1 a/ 13 d (bekanntgemacht am 6. 12. 1956); österreichische Patentschrift Nr. 195 454.