DE1178645B - Heizkraftwerk mit Gasturbine und Abhitzekessel - Google Patents

Description

• Heizkraftwerk mit, Gasturbine und Abhitzekessel Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizkraftwerk, welches im Hauptsächlichen aus einer oder mehreren Gasturbinen besteht, deren Abgase zur Beheizung von Heißwasser- oder Dampfkesseln verwendet werden, aus denen schließlich das erwärmte Wasser bzw. der gewonnene Dampf zur Versorgung von Heizungsanlagen, gegebenenfalls zur Wohnraum-Beheizung, geführt werden, wohingegen die abgekühlten Abgase durch einen Schornstein ins Freie entweichen.
• Über einen Tagesablauf betrachtet, folgen die von dem Turbinenaggregat geforderten Leistungen an elektrischer Energie auf- und absteigenden Kurven, die auch je nach Jahreszeit, Feiertagen u. dgl. voneinander abweichen. Ähnliche unterschiedliche Forderungen werden von den Wärmeverbrauchern der angeschlossenen Heizanlagen an die in den Heizgasstrom der Turbinen geschalteten Kessel gestellt. Die Differenzen zwischen diesen Forderungen werden mittels zusätzlicher Beheizung der Kessel durch mit Öl, Gas od. dgl. betriebene Feuerungen ausgeglichen.
• Schließlich ist es bekannt, zwischen Turbine und Auslaß der Heizgase ins Freie zwei Strömungswege für die Abgase vorzusehen, in einem von diesen den Kessel anzuordnen und den anderen als Umgehung des Kessels zu benutzen, zu welchem Zweck entsprechende Absperrmittel in den Abgaskanälen vorgesehen wurden.
• Bei den bekannten Anlagen wurden in der Vorsorge dafür, daß hinter der Turbine Verpuffungen im Heizgasstrom eintreten könnten, die Ummantelungen aller Räume, durch die der Abgasstrom geführt wurde, also auch der Raum, in dem die Wasserrohrschlangen des Kessels untergebracht waren, so stark konstruiert, daß sie einem Innendruck von 2 bis 3 atü standhalten konnten. Das erfordert einen großen Aufwand an Baustoffen und Arbeit für diese Ummantelungen. Um ihn möglichst gering zu halten, hat man daher die Mäntel der Kesselräume zylindrisch gestaltet. Infolgedessen müssen auch dann noch Mäntel mit 15 bis 20 mm Wandstärke angewendet werden, zumal die neuzeitlichen Leistungsgrößen der Anlagen Kesselmäntel von 9 m und mehr Durchmesser erfordern.
• Es ist bekannt, daß Abhitzekessel am zweckmäßigsten mittels Rohrschlangen gebildet werden, durch die das zu erhitzende Wasser mittels Pumpendruckes hindurchgepreßt wird. Dabei muß dafür Sorge getragen werden, daß in jeder dieser Rohrschlangen das Wasser auf ein und dieselbe Temperatur erwärmt wird. Das kann nur durch Rohrschlangen gleicher Heizfläche - entsprechend gleicher Längen - und gleichmäßige Beheizung der Rohrschlangen erreicht werden. Damit ergibt sich die Anwendung rechteckiger Rohrschlangenpakete. Wollte man sie in zylindrischer Kesselummantelung unterbringen, so ergeben sich von Rohrschlangen nicht ausgefüllte, nutzlose Räume. Es besteht ferner die Notwendigkeit, zwecks Revisionen, Reparaturen oder Reinigung von außen in den Kesselraum zu gelangen bzw. in diesen Raum hineinragende Apparaturen zu verwenden, was bei starkwandiger Kesselraumummantelung die Anwendung besonders kostspieliger Konstruktionen notwendig macht. Aus gleichem Grund ergeben sich große Schwierigkeiten (Kosten und Zeitverluste), wenn es im Laufe der Jahre notwendig wird, Rohrschlangen auszuwechseln. Wegen des starkwandigen Mantels ist weiterhin das Ausmauern des Kesselmantels, das Austrocknen des Mauerwerkes und die Isolation des' Kesselraumes, insbesondere seines Feuerungsräumes, erschwert.
• Schließlich besteht bei Fortpflanzen der in dem Abgaskänal hinter der Turbine auftretenden Verpuffungen in den Kesselraum hinein die Gefahr, daß die Rohrschlangen und ihre Anschlüsse Schaden erleiden, gegebenenfalls reißen und ihrerseits neue explosionsartige Verpuffungen auslösen, da das Wasser in den Rohrschlangen unter Drücken bis 20 atü und mehr steht: Wesentlich günstigere Verhältnisse hierin werden dadurch geschaffen, daß nach der Erfindung im Abgaskanal der Turbine quer zu seiner Achse eine Explosionsklappe od. dgl. angeordnet ist, die bei Öffnung die Abgase unmittelbar aus dem Kanal oder über den zur Umlenkleitung achsgleichen Umgehungskanal zur freien Atmosphäre entweichen läßt. Hierdurch wird die Wucht etwaiger Verpuff ungswellen geradlinig auf die Explosionsklappe geführt. Die Explosionsklappe kann durch geeignete Gegengewichte so eingestellt werden, daß sie schon bei einem, den üblichen im Abgaskanal herrschenden Druck von 100 bis 200 mm WS etwa um das doppelte übersteigenden Druck öffnet und die Abgase ins Freie entweichen läßt. An Stelle mit der Explosionsklappe kann der Abgaskanal mit einem Reißblech verschlossen werden, das bei dem 2fachen des Normaldruckes reißt und die Abgase entweichen läßt. Wird hinter der Explosionsklappe oder dem Reißblech nach der Erfindung eine ansteigende, etwa 4 m hohe Leitvorrichtung vorgesehen, so ist auch die Gewähr dafür gegeben, daß die entweichenden Abgase selbst in unmittelbarer Nähe verkehrendem Betriebspersonal nicht schaden können. Auf jeden Fall ist erreicht, daß nur noch ein Bruchteil der Verpuffungswelle in den zum Kessel führenden Kanal gelangen kann. Die etwa in diesem Kanal einfließende Teildruckwelle wird am Kessel vorbeigeführt, indem dieser Kanal geradlinig an den Umgehungskanal angeschlossen wird.
• Nach der Erfindung wird der Kessel durch einen, vorzugsweise in den oberen Teil des Feuerraumes einleitenden, ansteigenden Kanal mit der Umgehungsleitung und andererseits in bekannter Weise durch einen am Kesselende entspringenden, ansteigenden Abzweigkanal mit dem Schornsteinoberteil verbunden. Hierdurch können die Kessel dicht an das Turbinenhaus herangezogen und dadurch ihr Bedienungspersonal, Meßstation und Regelstation leicht zusammengefaßt werden. A11 dies sowie die Kessel selbst sind irgendwelchen Verpuffungsgefahren weitestgehend entzogen, da, wie schon erwähnt, etwaige Verpuffungswellen unter dem Bedienungsstand bzw. dem Kessel hindurch auf kürzestem Wege hinter den Kessel abgeleitet werden. Für die Betriebsfälle, bei welchen die Turbine allein ohne Kessel oder der Kessel mit seiner Feuerung allein ohne Turbine betrieben wird, ist der Abzweigkanal zum Kessel in bekannter Weise abzusperren. Nach der Erfindung wird als Absperrorgan an dieser Stelle eine liegend angelenkte Fallklappe angewendet. Sie besteht in bekannter Weise aus einer fest mit ihrer Welle verbundenen Klappe. Die Welle besitzt einen außenliegenden Hebelarm, der in geöffneter Stellung der Klappe auf einer Auflage ruht, die ihm durch einen Hubmagneten entzogen werden kann, so daß die Klappe im freien Fall schließt. Zum Schließen der Klappe wird der Hubmagnet durch einen Stromkreis in Funktion gesetzt, der durch einen Schalter geschlossen wird. Der Schalter wird betätigt durch eine kurz hinter der Turbine mit dem Innern des Abgaskanals verbundene, einstellbare Membran, und zwar dann, wenn der Druck im Abgaskanal über ein gewisses Sollmaß ansteigt.
• Bei dort eintretender Verpuffung wird also auch durch die Fallklappe der Kessel abgasseitig abgeschaltet.
• Damit kann kein Verpuffungsdruck in den Kesselraum gelangen. Hierdurch bedarf es für den Kessel keines starkwandigen Gehäuses und er kann in der üblichen Weise mit einfachen Mitteln wie übliche befeuerte Kessel hergestellt und bedient werden.
• Die Erfindung ist mit weiteren Einzelheiten in den Zeichnungen bzw. der sie betreffenden Erläuterung in Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt A b b. 1 einen senkrechten Querschnitt durch einen Teil des Kraftwerkes, A b b. 2 eine Abgasabsperrvorrichtung in vergrößertem Maßstab, A b b. 3 und 4 Einzelheiten der Vorrichtung nach A b b. 2, A b b. 5 eine Draufsicht nach Linie a-b in A b b. 2, A b b. 6 Einzelheiten einer anderen Abgasabsperrvorrichtung.
• Die Abhitzekesselanlage liegt außerhalb des Gasturbinengebäudes 1, aus dem der aus einer Blechleitung bestehende Kanal 2 die Abgase der Turbine herausführt. Am Ende ist der Kanal mit einem Reißblech 3 verschlossen. Das Reißblech ist in solcher Wandstärke auszuführen, die das Blech aufreißen läßt, wenn der Druck im Kanal über seine normale Höhe ansteigt, die sich aus dem Widerstand ergibt, welchen der Abhitzekessel, der Schornstein und die übrigen Abgaskanäle der Anlage dem Strom der Abgase bieten. Zweckmäßig erhält das Reißblech radiale Einkerbungen, so daß es bei Überdruck sektorenförmig aufreißt. Das Reißblech wird mit dem Kanal zweckmäßig durch schwenkbare Schrauben verbunden, so daß es bequem erneuert werden kann. Zum Schutz des Bedienungspersonals gegen bei einer Verpuffung aus der Vorrichtung 3 austretende heiße Gase ist hinter ihr ein oben offener Schutzschild 23 aus Beton od. dgl. vorgesehen. Senkrecht zum Kanal 2 zweigt der Kanalstrang 4 ab, der in den Schornstein 5 übergeht.
• An den Kanalstrang 4 ist ein Abzweigkanal 36 angeschlossen, der die Abgase in den oberen Teil des Feuerraumes 6 des Warmwasserkessels führt. Der Feuerraum ist mit Rohren 7 des Kessels abgekleidet, die im Bereich des Einlasses der Abgase Gassen zwischeneinander frei lassen. Der Feuerraum ist mit zwei Reihen Ölbrennern 8 einer Zusatzfeuerung ausgerüstet, denen die Verbrennungsluft durch die Leitungen 9 bzw. 9' von zwei Ventilatoren 10 zugeführt wird. Der Feuerraum hat ebenso wie der genannte Kesselraum rechteckigen Querschnitt. Oberhalb des Feuerraumes sind drei Pakete von Rohrschlangen 11 angeordnet, wobei jeweils zwei Rohrschlangen an einer Gruppe von Tragrohren 12 aufgehängt sind.
• Das zu erwärmende Wasser wird aus einer Leitung 13 den Verteilertrommeln 14 zugeführt und steigt in den Kesselrohren 7 zu den Sammeltrommeln 15 auf. Aus den Trommeln 15 wird es durch die Tragrohre 12 in die Entlüftungstrommeln 16 geführt und strömt durch die Tragrohre 12 zu den Verteilertrommeln 17. An die Trommeln 17 sind die Rohrschlangen 11 angeschlossen, die je mäanderförmig in senkrechter Ebene gewickelt sind und in die Austrittstrommel 18 münden. Zwischen jeweils zwei Schlangenpaketen sind von Rohrschlangen freie Räume 19 belassen, in die man zwecks Kontrolle der Rohrschlangen durch Einstiegsklappen 23 im Kesselmantel hindurch hineingelangen kann. Über dem Kesselraum ist eine Haube 37 angeordnet, die über ein Dehnungsstück 20 durch den Kanal 21 an den oberen Teil des Schornsteines 5 angeschlossen ist. Zwischen den Schornstein 5 und den Kanalstrang 4 ist eine Absperrvorrichtung 24 geschaltet. Sie besteht aus einer mit dem Schornstein gasdicht verbundenen ringförmigen Rinne 25 und zwei halbkreisflächigen Platten 26, die je mit einem halbkreisförmigen Rand 27 versehen sind und in die Rinne 25 eingreifen. Jede der beiden Platten ist mit an ihnen befestigten, ringförmigen Ösen 28, die mit Versteifungsrippen 51 der Platten fest verbunden sind, auf einer Welle 29 bzw. 29' aufgehängt. Im Bereich zwischen den Ösen ist jede Welle mit einem rippenförmigen Vorsprung 30 versehen, desgleichen die Platten mit bogenförmigen Ansätzen 31. Die Enden der Wellen 29 sind im Mantel des Schornsteines gelagert und auf einer Seite mit Hebeln 32 fest verbunden. An die Hebel greifen gelenkige Stangen 33 an, die an einer Zugstange 34 angelenkt sind. Mit Hilfe eines an die Zugstange angreifenden Seilzuges 35 ist es möglich, die Platten aufzuklappen. Die Rinne wird mit einer geeigneten Flüssigkeit oder Sand gefüllt. Auf diese Weise ist der Kanal 4 gegen den Schornstein 5 rings der Platten abgedichtet. Die Abdichtung zwischen den Wellen erfolgt mittels an den Platten befestigter elastischer Dichtungsbleche 52. Dieses Absperrorgan hat den Vorzug, daß seine Platten ohne Drehen ihrer Wellen 29 sich nach oben öffnen, falls Anteile einer Verpuffungsdruckwelle unter ihnen wirksam werden sollten. Das Absperrorgan bleibt bei Betrieb des Abhitzekessels mit Abgasen der Turbine geschlossen, so daß die Abgase der Turbine nur durch den Kessel hindurch zum Schornstein strömen können. Sie bleibt ferner geschlossen, wenn der Kessel mit der Zusatzfeuerung ohne Abgase der Turbine betrieben wird. Sie kann indessen mit Hilfe des Seilzuges 35 geöffnet und offen gehalten werden, wenn der Kessel außer Betrieb ist, die Turbine dagegen Weiterbetrieben wird.
• Das im Abzweigkanal 36 angeordnete Absperrorgan besteht aus einer Klappe 38, die mit ihrer Welle 39 fest verbunden ist. Außerhalb des Kanals besitzt die Welle einen festen Hebelarm 40. Das Ende des Hebels ruht bei geöffneter Stellung der Klappe auf einer beiderseits auf Rollen gelagerten Stange 41, die mit dem Hubteil eines Hubmagneten 42 verbunden ist. Der Hubmagnet wird von einem Stromkreis betätigt, der durch einen Schalter geschlossen wird, der seinerseits mit Hilfe einer Membran betätigt wird, die auf ungewollte Druckerhöhungen im Abgaskanal 2 etwa an der Stelle 43 anspricht. Bei Stromschluß reißt der Hubmagnet die Stange 41 unter dem Ende des Hebels 40 weg, so daß die Klappe 38 durch ihr Eigengewicht den Kanal 36 absperrt.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Heizkraftwerk mit Gasturbine und in dem Abgasstrom der Turbine angeordnetem Warmwasser- oder Dampfkessel, zu dem der Abgasstrom durch eine Umlenkleitung geführt wird, mit Zusatzfeuerung für den Kessel und mit einem zusätzlichen Umgehungskanal um den Kessel sowie Absperrmitteln im Abgasstrom, d a d u r c h gekennzeichnet, daß im Abgaskanal der Turbine quer zu seiner Achse eine Explosionsklappe (3, 24) od. dgl. angeordnet ist, die bei Öffnung die Abgase unmittelbar aus dem Kanal oder über den zur Umlenkleitung (4) achsgleichen Umgehungskanal (5) zur freien Atmosphäre entweichen läßt.
2. 2. Heizkraftwerk nach Anspruch 1 mit unter dem Kessel annähernd waagerecht verlaufendem Abgaskanal, dadurch gekennzeichnet, daß die Explosionsklappe (3) etwa am Ende des waagerechten Kanalteils angeordnet und hinter der Explosionsklappe eine ansteigende Leitvorrichtung (23) für ausströmendes Abgas vorgesehen ist.
3. 3. Heizkraftwerk nach Anspruch 1 mit zwischen Umgehungskanal und Turbinenhaus angeordnetem Kessel, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel durch einen in seinen Feuerraum mündenden, ansteigenden Kanal (36) mit der Umgehungsleitung (4) bzw. dem Umgehungskanal (5) verbunden ist.
4. 4. Heizkraftwerk nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaszuführungskanal (36) in den oberen Teil des Kessel-Feuerraumes einleitet.
5. 5. Heizkraftwerk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Umgehungskanal (5) zwischen den Kesselanschlüssen (21 und 36) ein bei Überdruck sich selbst öffnendes Absperrorgan (24) angeordnet ist.
6. 6. Heizkraftwerk nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vom Umgehungskanal zum Kessel hin ansteigenden Abgaskanal (36) eine liegend angelenkte Fallklappe (37) angeordnet ist.
7. 7. Heizkraftwerk nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in bekannter Weise fest mit ihrer Welle (39) verbundene Fallklappe (38) an ihrer Welle einen Hebelarm (40) besitzt, der in geöffneter Stellung auf einer Auflage ruht, die ihr ein Hubmagnet (42) zu entziehen vermag. B. Heizkraftwerk nach den Ansprüchen 1, 3, 4, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubmagnet von einem Schalter Schließstrom erhält und der Schalter von einem Druckmesser in Tätigkeit gesetzt wird, der seinerseits auf einen einen bestimmten Sollwert übersteigenden Druck im Abgasstrom nahe hinter der Gasturbine anspricht. 9. Heizkraftwerk nach den Ansprüchen 1, 4 und 5 mit Absperrklappe für Abgasleitung von Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei neben der Mitte eines Steigkanals einseitig und lose je an einer Welle (29, 29') angelenkte Klappenteile (26) in Schließstellung mit nach unten weisenden Rändern (27) in eine mit einer Flüssigkeit oder Sand gefüllte Rinne (25) eingreifen, die innen vom Kanalmantel getragen wird und mit ihm dicht verbunden ist. 10. Heizkraftwerk nach den Ansprüchen 1, 4, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenwellen (29, 29') drehbar gelagert und mit Vorsprüngen (30) versehen sind, die zur zwangsweisen Bewegung der Klappen an die Klappen lose angreifen und den geschlossenen Klappen zu ihrem Auffliegen bei Gasüberdruck unter ihnen freies Spiel lassen. 11. Heizkraftwerk nach den Ansprüchen 1, 4, 5, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Eigengewicht der Klappen durch an sie angreifende Gegengewichte bis auf ein einstellbares Maß aufgehoben ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 348 557; französische Patentschrift Nr. 1220 532; Chemie-Ing.-Techn., 29. Jahrg., H. 1 (Jan. l957), S. 42, 43; Gas and Oil Power, Bd. 51, H. 610 (Febr: 1956); S.29,30.