DE1260499B

DE1260499B - Gas turbine plant for blast furnace wind generation

Info

Publication number: DE1260499B
Application number: DEU10007A
Authority: DE
Inventors: Elmer Brettman Dunkak
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1962-08-15
Filing date: 1963-07-30
Publication date: 1968-02-08

Description

Gasturbinen-Anlage zur Hochofenwinderzeugung Nachdem Gasturbinen in den ersten Jahren nach ihrer Entwicklung hauptsächlich zum Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere Flugzeugen, verwendet wurden, werden sie heute auch ortsfest verwendet. Eine Anwendung liegt auf dem Gebiet der Hochofenwinderzeugung, wobei als Treibgas z. B, das beim Hochofenbetrieb anfallende Giehtgas verwendet werdenkann.Gas turbine system for blast furnace wind generation After gas turbines in in the first few years after their development mainly for driving vehicles, in particular aircraft, they are now also used stationary. One application is in the field of blast furnace wind generation, where as a propellant gas z. B, the waste gas produced during blast furnace operation can be used.

In der »Motortechnischen Zeitschrift«, 1957, S. 233, wird eine Gichtgas-Turbinenanlage für Hochofenbetrieb beschrieben. Diese Anlage enthält einen zweiteiligen Gielitgas-Verdichter, einen Verdichter für Verbrennungsluft, eine Brennkammer, in der das verdichtete Gichtgas mit der Verbrennungsluft verbrannt wird, sowie eine zweiteilige Gasturbine, die das Hochofengebläse antreibt. Die zweiteilige Turbine besteht aus der eigentlichen Turbine und einer Freilaufturbine, die von den Abgasen der ersten Turbine an(yetrieben wird.In the "Motortechnische Zeitschrift", 1957, p. 233, a furnace gas turbine system for blast furnace operation is described. This system contains a two-part Gielit gas compressor, a compressor for combustion air, a combustion chamber in which the compressed furnace gas is burned with the combustion air, and a two-part gas turbine that drives the blast furnace fan. The two-part turbine consists of the actual turbine and a free-wheeling turbine, which is driven by the exhaust gases from the first turbine.

Eine ähnliche Gichtgasturbinen-Anlage zur Erzeugung von Hochofenwind wird in der Zeitschrift »Umschau«, 1960, S. 719, beschrieben. Auch bei dieser Gasturbinen-Anlage werden das verdichtete Gichtgas und die verdichtete Luft unmittelbar und vollständig in eine Brennkammer eingeleitet, in der sie verbrannt und nach der Verbrennung und Expansion in eine Gasturbine geführt werden. Die Gasturbine treibt das Hochofengebläs#e, den Luftverdichter, den Gicht-,crasverdichter, Hilfsaggregate usw. an.A similar furnace gas turbine system for generating blast furnace wind is described in the magazine "Umschau", 1960, p. 719 . In this gas turbine system, too, the compressed furnace gas and the compressed air are introduced directly and completely into a combustion chamber, in which they are burned and, after combustion and expansion, are fed into a gas turbine. The gas turbine drives the blast furnace fan, the air compressor, the top and bottom compressors, auxiliary units, etc.

Diese bekannten Anlagen arbeiten recht starr und lassen sich nur in geringem Maße regeln. Sie schreiben ein bestimmtes Verhältnis zwischen Verbrennungsluft und Giehtgas vor.These known systems work quite rigidly and can only be used in regulate to a small extent. You write a certain ratio between combustion air and go gas first.

Mit der Erfindung soll eine Gasturbinen-Anlage zur Hochofenwinderzeugung so ausgebildet werden, daß man ein elastisches Betriebsverhalten erhält, eine gute Regelbarkeit und ein hohes Anpassungsvermögen an die Menge und den Energieinhalt der verfügbaren Treibgase.The invention is intended to provide a gas turbine system for blast furnace wind generation be designed so that elastic performance is obtained, a good one Controllability and a high adaptability to the amount and the energy content the available propellant gases.

Ausgehend von einer Anlage mit einem Turbogebläse aus Verdichter, Brennkammer und Turbine, mit einer von den Abgasen der Turbine angetriebenen Freilaufturbine und mit einem von der Freilaufturbine angetriebenen Windverdichter löst die Erfindung diese Aufgaben dadurch, daß das Turbogebläse als Zweistromgebläse ausgebildet und der Windverdichter über eine Umgehun-sleitun- an den Nebenstromauslaß des Verdichters angeschlossen ist.Based on a system with a turbo blower made up of a compressor, Combustion chamber and turbine, with a free-wheeling turbine driven by the exhaust gases from the turbine and the invention solves with a wind compressor driven by the free-wheeling turbine these tasks in that the turbo fan is designed as a dual-flow fan and the wind compressor via a bypass line to the bypass outlet of the compressor connected.

Die erfindungsgemäße Anlage erzeugt einen Haupt-und einen Nebenstrom. Der Hauptstrom tritt mit der Verbrennungsluft in die Brennkammer der Turbine ein, während der Nebenstrom über die Umgehungsleitung dem Windverdichter zugeführt wird. Diese Aufteilung des Stromes der verdichteten Luft ermöglicht eine bessere Regelbarkeit und ein besseres Anpassungsvermögen.The system according to the invention generates a main stream and a secondary stream. The main flow enters the turbine combustion chamber with the combustion air, while the secondary flow is fed to the wind compressor via the bypass line. This division of the flow of compressed air enables better controllability and better adaptability.

Zur weiteren Steigerung dieser beiden positiven Eigenschaften sieht die Erfindung noch eine Stichleitung vor, die den Einlauf der Freilaufturbine an die Umgehungsleitung anschließt. Damit kann für den Antrieb der Freistrahlturbine zusätzlich verdichtete Luft aus der Umgehungsleitung abgezapft werden. Diese dann dreifache Aufteilung des Stromes der verdichteten Luft führt zu einer weiteren Verbesserung der Regelbarkeit.To further increase these two positive properties looks the invention still has a branch line that connects the inlet of the free-wheeling turbine the bypass line connects. This can be used to drive the free jet turbine additionally compressed air can be drawn off from the bypass line. This then The threefold division of the compressed air flow leads to a further improvement the controllability.

Diesem Zweck dient auch eine Drosselklappe, die in der Umgehungsleitung hinter der Einmündung der Stichleitung in die Leitung liegt.A throttle valve in the bypass line also serves this purpose behind the confluence of the branch line into the line.

Zur besseren Ausnutzung des von der Freilaufturbine erzeugten Drehmomentes und zur Steigerung des Wirkungsgrades sieht die Erfindung noch einen von der Freistrahlturbine angetriebenen Gasverdichter vor, dessen Einlauf an eine Treibgasquelle und dessen Auslaß an die Brennkammer angeschlossen ist.For better utilization of the torque generated by the freewheel turbine and to increase the efficiency, the invention also sees one of the free jet turbine driven gas compressor, its inlet to a propellant gas source and its Outlet is connected to the combustion chamber.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Dabei ist Fig.1 eine schematische Gesamtansicht einer Ausführungsform. der erfindungsgemäßen Anlage und Fig.2 schematisch ein Schnittbild durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Turbogebläses.An embodiment of the plant according to the invention is shown below described with reference to the drawing. It is Fig.1 a schematic overall view of an embodiment. the system according to the invention and 2 schematically shows a sectional view through an embodiment of the invention Turbo blower.

Wie F i g. 1 zeigt, wird eine Gasturbinen-Anlage 2 bei einem Hochofen 4 verwendet, um diesem Wind in der benötigten Menge und mit dem erforderlichen Druck zuzuführen. Die Abgase des Hochofens werden, wie schematisch dargestellt ist, über eine Leitung 6 einem Abzug 8 zugeführt. über eine Leitung 10 ist der Abzug 8 außerdem an den Auslaß der Gasturbinen-Anlage 2 angeschlossen.Like F i g. 1 shows, a gas turbine plant 2 is used in a blast furnace 4 in order to supply this with wind in the required amount and with the required pressure. As is shown schematically, the exhaust gases from the blast furnace are fed to a flue 8 via a line 6. The vent 8 is also connected to the outlet of the gas turbine system 2 via a line 10.

Wie F i g. 2 zeigt, enthält diese Anlage einen mehrstufiaen Verdichter 12. Ein Teil der verdichteten Verbrennungsluft gelangt in einen Nebenstromauslaß 14, der einen mehrstufigen Verdichter 16 umschließt. Der Verdichter 16 nimmt den übrigen Teil der von dem Verdichter 12 verdichteten Luft auf. Vom Verdichter 16 tritt die Verbrennungsluft in eine Brennkammer 18 ein, die mehrere Flammrohre 20 enthält. Hinter der Brennkanimer liegt die Turbine 22. Der Treibstoff wird der Brennkammer über eine Leitung24 zugeführt, die in eine Treibstoffsammelleitung26 übergeht, aus der er über Düsen in die Flammrohre 20 eingespritzt wird.Like F i g. 2 shows, this system contains a multistage compressor 12. Part of the compressed combustion air reaches a bypass outlet 14 which encloses a multistage compressor 16. The compressor 16 takes up the remaining part of the air compressed by the compressor 12. From the compressor 16 , the combustion air enters a combustion chamber 18 which contains a plurality of flame tubes 20. The turbine 22 is located behind the combustion canister. The fuel is fed to the combustion chamber via a line 24, which merges into a fuel collecting line 26, from which it is injected into the flame tubes 20 via nozzles.

Die verdichtete Luft aus dem Nebenstromauslaß 14 wird über eine Umgehungsleitung 28 einer Kammer 30 zugeführt. Die Luft wird weiter einem Raum 32 zugeführt, der zwischen der die Verdichter 12, 16 antreibenden Turbine 22 und einer Freilaufturbine 34 liegt. Strömungsunterhalb des in den Raum 32 mündenden Auslasses liegt eine Drosselklappe 35 in der Umgehungsleitung 28. Mit der Drosselklappe 35 wird die der Kammer 30 zugeführte Luftmenge entsprechend dem Bedarf des Hochofens genau bemessen. Durch diese Anordnung wird ein Teil der verdichteten Luft mit den Abgasen der Turbine 22 zum Antrieb der Freilaufturbine 34 gemischt. Die Abgase der Freilaufturbine 34 treten über eine Abgasleitung 36 in die Leitung 10 ein.The compressed air from the bypass outlet 14 is fed to a chamber 30 via a bypass line 28. The air is also fed to a space 32 which is located between the turbine 22 driving the compressors 12, 16 and a free-wheeling turbine 34. Flow beneath the opening into the outlet chamber 32 is a throttle valve 35 of the bypass line 28 in with the throttle valve 35, the chamber 30 exactly measured quantity of air supplied according to the needs of the blast furnace. As a result of this arrangement, some of the compressed air is mixed with the exhaust gases from the turbine 22 for driving the free-wheeling turbine 34. The exhaust gases from the free-wheeling turbine 34 enter the line 10 via an exhaust line 36 .

über eine Welle 38 treibt die Freilaufturbine 34 einen Windverdichter 40 an, der Luft aus der Kammer 30 aufnimmt, d. h., die von dem Verdichter 12 verdichtete Luft. Diese Luft wird auf den zum Eintritt in den Hochofen erforderlichen Druck angehoben. Vom Auslaß 42 des Windverdichters 40 führt eine Leitung 44 die verdichtete Luft den Düsen 46 des Hochofens zu. Die Düsen 46 sind an eine Sammelleitung 48 angeschlossen, die ihrerseits mit der Leitung 44 verbunden ist.The free-wheeling turbine 34 drives a wind compressor 40 via a shaft 38 , which takes in air from the chamber 30 , i. that is, the air compressed by the compressor 12. This air is raised to the pressure required to enter the blast furnace. From the outlet 42 of the wind compressor 40, a line 44 leads the compressed air to the nozzles 46 of the blast furnace. The nozzles 46 are connected to a collecting line 48, which in turn is connected to the line 44.

Die Freilaufturbine 34 treibt noch einen zweiten Gasverdichter 50 an, der an eine Verlängerung 38' der Welle 38 angekoppelt ist. Der Gasverdichter 50 nimm Treibgas aus einer Kammer 52 auf und drückt es in seinen Auslaß 54, der über eine Leitung 56 an die Treibstoffleitung 24 angeschlossen ist. Der Gasverdichter 50 erhöht den Druck des Treibgases auf einen Druck über dem in der Brennkammer 18. Das Treibgas, das der Kammer 52 über den nicht näher bezeichneten Einlaß zwischen den Auslässen 42 und 54 zugeführt wird, entstammt einer im Bereich des Hochofens befindlichen Treibgasquelle.The free-wheel turbine 34 also drives a second gas compressor 50 , which is coupled to an extension 38 ′ of the shaft 38. The gas compressor 50 take propellant gas from a chamber 52 and pushes it to its outlet 54 which is connected to the fuel line 24 via a line 56th The gas compressor 50 increases the pressure of the propellant gas to a pressure above that in the combustion chamber 18. The propellant gas, which is supplied to the chamber 52 via the unspecified inlet between the outlets 42 and 54, comes from a propellant gas source located in the area of the blast furnace.

Für den Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage seien die folgenden Zahlen genannt. Der Verdichter 12 entnimmt der Atmosphäre Luft in einer Menge von 175 kg/sec. Die Luftmenge, die von dem Verdichter 12 in den Nebenstromauslaß 14 weitergeleitet wird, liegt bei einem Druck von etwa 1,7 kp/cm2 bei etwa 100 kg/sec. Die Temperatur hat sich dabei um etwa 551 C erhöht. Der Rest der Luft tritt durch den Verdichter 16 und durch die Turbine 22 und verläßt diese mit einer Temperatur von etwa 455' C und einem Druck von etwa 1,69 kp/cm2. Aus der Umgehungsleitung 28 treten etwa 27 kg Luft pro Sekunde in die Stichleitung 32 über und vermischen sich mit den Abuasen von der Turbine 22, so daß zum Antrieb der Freilaufturbine 34 etwa 102 k- Luft pro Sekunde zur Verfügung stehen. Der übrige Teil der Luft aus der Umgehungsleitung 28 wird dem Windverdichter 40 zugeführt, von dem sie mit etwa 3,52 kp/cm2 und einer Temperatur von etwa 1631 C abgegeben wird. Dies sind etwa 73 kg Luft pro Sekunde und im wesentlichen diejenige Luftmenge, die der Hochofen verlangt.The following numbers may be mentioned for the operation of the plant according to the invention. The compressor 12 takes air from the atmosphere in an amount of 175 kg / sec. The amount of air which is passed on from the compressor 12 into the bypass outlet 14 is approximately 100 kg / sec at a pressure of approximately 1.7 kp / cm 2. The temperature increased by about 551 ° C. The remainder of the air passes through the compressor 16 and through the turbine 22 and leaves them at a temperature of about 455 ° C. and a pressure of about 1.69 kgf / cm2. About 27 kg of air per second pass from the bypass line 28 into the branch line 32 and mix with the gases from the turbine 22, so that about 102 k air per second are available to drive the free-wheeling turbine 34. The remaining part of the air from the bypass line 28 is fed to the wind compressor 40, from which it is discharged at about 3.52 kgf / cm2 and a temperature of about 1631 ° C. This is around 73 kg of air per second and essentially the amount of air required by the blast furnace.

Claims

1. A gas turbine installation for blast furnace wind generation with a turbo fan, of a compressor, combustion chamber and turbine, is used to mark with a shaft driven by the exhaust gases of the turbine freewheeling turbine and a generator driven by the free turbine wind compressor, d a d u rch g e k e, that the Turbo blower (12, 16, 18, 20, 22) designed as a two-flow blower and the wind compressor (40) is connected to the bypass outlet (14) of the compressor (12, 16) via a bypass line (28).

2. System according to claim 1, characterized by a branch line (32) which connects the inlet of the free-wheeling turbine (34) to the bypass line (28) . 3. System according spoke 2, characterized by a throttle valve (35) which is in the Um-P a hungsleitung (28) behind the confluence of the branch line (32) in the line (28) . 4. Plant according to claim 1 to 3, characterized by one of the free-wheeling turbine (34) driven gas compressor (50), the inlet of which is connected to a propellant gas source and the outlet of which is connected to the combustion chamber (18). Documents considered: German Patent No. 730 793; Motortechnische Zeitschrift, 18 (1957), No. 7, p. 233; Technisches Zentralblatt, Dept. of Energy Economics, 1961, p.1003; Umschau, 60 (1960), pp. 717 to 719; Procedural Reports, No. 1593 BC November 9, 1961, p.1381.