DE182839C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 182839 KLASSE 46 <Z. GRUPPE

zweiten Gasstromes.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. Januar 1905 ab.

Zweck der Erfindung ist die Herstellung einer Dampfluftmischung, wie sie für den Betrieb von Gasdampfturbinen geeignet ist. Zum Betriebe von Gasturbinen sind die Verbrennungsprodukte von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen infolge ihrer hohen Temperatur ohne. weiteres nicht geeignet. Eine Beimengung eines entsprechenden Luftüberschusses ist wegen der dadurch bedingten

ίο großen negativen Arbeit unwirtschaftlich, und man wird daher darauf geführt, Dämpfe beizumischen, wozu sich vorteilhaft der Wasserdampf eignet. Diese Mischung von Gasen und Dämpfen muß nun die Bedingung erfüllen, daß sie so heiß und so hoch gespannt ist als praktisch möglich, um einen hohen Wirkungsgrad der Turbine zu erzielen.

Und zwar erhält die Spannung eine praktische Grenze durch die bei hohen Drucken steigende Schwierigkeit, die beweglichen Teile der Verdichtungsvorrichtung ohne zu hohen Arbeitsverlust dicht zu halten, während die Temperatur eine praktische obere Grenze erhält durch die Widerstandsfähigkeit der Materialien. Jedenfalls kann es sich aber nur um eine Mischung von über 10 bis 30 Atm. Druck handeln und von einer Temperatur von 600 bis iooo⁰ C. Die vorliegende Vorrichtung zur Erzeugung einer Gasdampfmischung von geeigneter Temperatur und Druckverhältnissen beruht auf der an und für sich bekannten Feuerung, bei welcher ein Gasdampfgemisch dadurch erzeugt wird, daß man die heißen Verbrennungsprodukte in fein verteiltem Zustande in einem Dampfkessel durch die zu verdampfende Flüssigkeit preßt. Aber die auf diese Weise erhaltene Mischung ist für den vorliegenden Zweck unbrauchbar; denn man kann hier Temperatur und Druck nicht frei wählen, weil bei der innigen Berührung von Gasen und Dämpfen in einem derartigen Apparat ein vollständiger Temperaturausgleich stattfindet und die Gase sich wegen der gleichzeitigen Anwesenheit von Wasser mit Feuchtigkeit sättigen, so daß also eine gesättigte Gasdampfmischung gebildet wird, in welcher der Teildruck des Dampfes und die Temperatur in solcher Beziehung zueinander stehen, daß der Teildruck stets dem Siededruck bei der gleichen Temperatur entspricht. Betreibt man beispielsweise einen derartigen Dampfkessel mit 20 Atm. Druck, und zwar so, daß die Verbrennungsgase 10 Atm. und der Wasserdampf 10 Atm. Spannung besitzen, so entspricht dem Druck des Dampfes von 10 Atm. eine Temperatur von 179⁰G. Diese Temperatur kann mit dem einfachen Apparat, der auf dem Einpressen der heißen Gase durch Wasser beruht, nicht beliebig geändert werden. Denn wendet man die Gase heißer an, so verdampfen sie einfach im Verhältnis mehr Wasser und es ändert sich das Mischungsverhältnis von Gas zu Dämpfen; aber selbst im Grenzfall, wenn

(2. Auflage, ausgegeben am /7. Mai igoj.)

die Mischung aus reinem Dampf bestände, würde sich immer nur eine Temperatur ergeben , die der Siedetemperatur bei 20 Atm. entspricht, das sind 211⁰C, aber niemals die gewünschten 600 ° C. Ebensowenig könnte man natürlich die Temperatur dadurch auf das gewünschte Maß steigern, daß man eine größere Menge Gas in das" Wasser preßt; man erhält einfach eine ' größere Menge der Mischung, aber von gleichbleibendem Mischungsverhältnis und gleichbleibend niedriger Temperatur. Aus diesem Grunde ist die Erfüllung der Bedingung, ein geeignetes Gasdampfgemisch von geeigneter Temperatur und Druckverhältnissen für- den Betrieb von Gasdampfturbinen einfach durch Hindurchtreiben von Verbrennungsgasen durch Wasser zu erreichen, eine Unmöglichkeit.

Hier setzt der Erfmdungsgedanke ein; es soll von den Verbrennungsgasen, welche für den Betrieb der Turbine nutzbar gemacht werden sollen, ein Teil durch Wasser getrieben werden, ein anderer Teil zur Überhitzung verwendet werden. Durch Mischung dieses gesättigten Dampfgasstromes und des heißen Gaßstromes erhält man einen Strom, der die gewünschten Temperaturverhältnisse hat.

Es ist zwar bekannt, eine Gasdampfmischung von gewünschten Temperatur- und Druckverhältnissen dadurch zu bilden, daß man eine geschlossene Verbrennungskammer in den Wasserraum eines Kessels einbaut und durch ein oder mehrere als Heizfläche dienende Rohre die erzeugten Verbrennungsgase ableitet, um sie oberhalb des Wasserspiegels mit den erzeugten Dämpfen zu mischen. In diesem Fall wird durch die Wandungen der Verbrennungskammer und der Heizrohre zunächst reiner Dampf erzeugt und dieser dann mit den bereits teilweise abgekühlten Gasen gemischt; es wird hier daher keine gesättigte Gasdampf mischung gebildet, und man ist daher nicht an eine bestimmte Temperatur der Mischung bei gegebenem Druck gebunden, auch wenn man nur einen einzigen Gasstrom verwendet. Dieses Verfahren hat aber den grundsätzlichen Nachteil, daß hier die Wärmeübertragung durch Heizflächen erfolgt, die bekanntlich durch Ansatz von Kesselstein ihre Wirkung verlieren, also reines Wasser oder häufige Entfernung des Kesselsteines verlangen und vor allem einen sehr viel größeren und kostspieligeren Apparat be-

dingen. Beim Dampfkessel mit offener Feuerung, wie er der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, vollzieht sich der Wärmeaustausch zwischen Wasser und Gas und daher die Dampfbildung auf sehr viel kleinerem Raum, da man beide Stoffe in unmittelbare Berührung bringt und durch feine Verteilung der Gase im Wasser eine außerordentlich große Berührungsoberfläche in gegebenem Raum schaffen karm.

Die vorliegende Erfindung verbindet also den Vorteil der Verdampfung durch offene. Feuerung (Ersparnis der Heizflächen, geringe Größe des Kessels) mit dem Vorteil der Verdampfung durch geschlossene Feuerung (beliebige Steigerung der Temperatur der Gasdampf mischung).

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung kann der zur Überhitzung verwendete Gasstrom aus derselben Verbrennungskammer entnommen werden, der der zur Bildung des gesättigten Gasdampfgemisches dienende Strom entstammt, oder aus einer besonderen Verbrennungskammer.

In Fig. ι ist die Ausführungsform mit nur einer Verbrennungskammer V dargestellt. Gas und Luft werden unter Druck durch die Öffnungen G und L. der Kammer V zugeführt und hier verbrannt. Die gespannten heißen Verbrennungsprodukte entweichen bei i?. Ein Teil derselben wird durch Rohr R' der Glocke G' des Kessels K zugeführt, wo die Gase beim übertritt in die zu verdampfende Flüssigkeit des Kessels K durch die gezackten Ränder der Glocke möglichst gleichmäßig verteilt werden. Das im Kessel gebildete kühle Gasdampfgemisch entweicht durch Rohr R" und wird durch den im Rohrstück R'" zugeführten zweiten Teil der direkt aus der Verbrennungskammer entströmenden heißen Gase auf eine höhere Temperatur gebracht, die man durch eine Drosselklappe D nach Bedarf regeln kann. Es ist bemerkenswert, daß die Glocke G' hier nicht als Heizfläche wirken soll, daher ein Belag von Kesselstein keinen störenden Einfluß auf die Wirkung des Apparates ausübt.

Will man feste Brennstoffe verwenden, die mehr oder weniger durch Asche verunreinigt sind, so muß vermieden werden, daß die Unreinlichkeiten in das Treibmittel gelangen, da sonst die Schaufeln der Turbine zerstört werden könnten. In Fig. 2 sind Ausführungsformen des Verfahrens für solche Brennstoffe dargestellt, und zwar wird der durch Wasser geleitete Strom der Verbrennungsprodukte entweder in einer Kohlenstaubfeuerung S oder in einem Druckgenerator G erzeugt. Im ersteren Falle steht also der Kessel K mit offener Feuerung F mit den unter Druck erzeugten Verbrennungsprodukten aus der Kohlenstaubfeuerung in Verbindung. Im zweiten Falle werden die mit Luft gemischten gespannten Generatorgase aus Generator G in die Glocke F geleitet und dort entzündet, so daß diese selbst zur Verbren-

nungskammer wird. Die aus Kammer F entweichenden Verbrennungsprodukte erzeugen, in der früher beschriebenen Art das Gasdampfgemisch. Asche und Staubbeständteile werden in der Flüssigkeit des Kessels zurückgehalten und setzen sich zu Boden, wo sie event, durch einen Hahn H abgelassen werden können. Das reine Gasdampfgemisch entweicht durch Rohr R. Um dasselbe auf

ίο die zum Betrieb geeignete Temperatur zu bringen, werden ihm durch Rohr R' die heißen Verbrennungsprodukte einer zweiten besonderen Verbrennungskammer F' zugeführt. An der Verbrennungskammer 'F' befindet sich ein Zerstäuber Z, dem der Brennstoff durch Leitung b und die Druckluft durch Leitung / zugeführt wird. Durch ein Handrädqhen des Zerstäubers kann die Verbrennung in der Kammer geregelt werden und auf diese Weise das Gasdampfgemisch des Kessels K durch mehr oder weniger Verbrennungsprodukte auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Zum Betriebe dieser zweiten Verbrennungskammer eignen sich aus dem früher genannten Grunde nur solche Brennstoffe, die keine Asche oder Staub in ihren Verbrennungsprodukten enthalten, also hauptsächlich flüssige oder gereinigte gasförmige Brennstoffe.

Claims (2)

1. Patent-An Sprüche:

   ι. Einrichtung zur Erzeugung eines Treibmittels für Gasturbinen durch Überhitzung eines mit Feuchtigkeit angereicherten Gasstromes mit Hilfe eines zweiten Gasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Gasdampf gemisches ein Gasstrom frei durch das Wasser geleitet und der zur Überhitzung dienende Gasstrom außerhalb des Entstehungsraumes des Gemisches dem letzteren in ungekühltem Zustande zugeführt wird.
2. 2. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1 zur Verwendung minderwertiger Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom zur Bildung des Gasdampfgemisches durch eine Kohlenstaubfeuerung (S) oder einen Generator (G) erzeugt wird und die Verbrennung in dem Druckbehälter (K) in einer derartigen offenen Kammer (F) erfolgt, daß die mitgerissenen Aschenteile in dem Behälter (R) zu Boden fallen, während zur Überhitzung des Gemisches in einer besonderen Verbrennungskammer (F') ein Gasstrom unter Benutzung _f aschfreier Brennstoffe erzeugt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.