DE2260515A1

DE2260515A1 - Gasturbine mit gleichmaessiger, vollstaendiger verbrennung des ihr zugefuehrten brennstoffes

Info

Publication number: DE2260515A1
Application number: DE19722260515
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl Ing Koch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-12-11
Filing date: 1972-12-11
Publication date: 1974-06-12
Also published as: FR2209892A1; JPS4987906A; FR2209892B3

Description

Gasturbine mit gleichmäßiger, vollständiger Verbrennung des ihr zugeführten Brennstoffes . . ■ .

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine mit gleichmäßiger, vollständiger Verbrennung des ihr zugeführten Brennstoffes und dadurch geringer Schadstoffemission, bestehend aus einem Verdichter, einer als Spaltgasgenerator ausgebildeten Brennkammer, einer Nachbrennkammer und einer Entspannungsturbine.

Die zunehmende Verunreinigung der Luft führt, besonders in den Ballungsgebieten, zu einer ständig steigenden gesundheitlichen Gefährdung der Bevölkerung. Nicht nur Abgase von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftm'aschinen, sondern auch Gasturbinen sind daran in erheblichem Umfang beteiligt. Infoige ungleichmäßiger Verdampfung und Durchmischung der Kohlenwasserstoffe mit der Verbrennungsluft kommt es zu einer unvollständigen Verbrennung. Die Folgen davon sind unverbrannte bzw. teilverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, kondensierte Produkte, Benzpyrene, Teer, Ruß und Aldehyde im Abgas, die an die Umgebungsluft abgegeben werden.

Die schädlichen Nebeneffekte durch die Abgase lassen sich nun durch Verwendung eines sogenannten Spaltgasgenerators ganz erheblich vermindern. In den deutschen Patentanmeldungen Akt.Z. P 21 03 008.0, P 21 35 650.3 und P 22 32 506.0 ist das Prinzip eines derartigen'Spaltgasgenerators beschrieben. Dabei wird der flüssige Kohlenwasserstoffe enthaltende Brennstoff, wie Benzin, verdampft, vergast oder versprüht und der' auf diese Weise erhaltene gas- oder dampfförmige Brennstoff wird zur Umwandlung in ein im wesentlichen Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan und/oder Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch (sogenanntes Spaltgas) unter Zusatz von zur rußfreien Umwandlung erfor-

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derlichen Gasen, die sich aus Teilmengen von rückgeführtem Abgas der Brennkraftmaschine und/oder anderen als .iauerstoffträger dienenden Gasen, wie Luft, zusammensetzen, über einen Katalysator geleitet. Der Katalysator kann dabei in einem 3interlochstein enthalten sein, der aus einem hüchporösen Sinterstein mit einer Vielzahl paralleler Durchtrittsöffnungen besteht.

Eine Gasturbine besteht üblicherweise aus einem Verdichter für die zur Verbrennung erforderliche Luft, einer Brennkammer sowie einer Entspannungsturbine. Die für die Verbrennung in der Gasturbine notwendige Luftmenge wird dabei durch den Verdichterjeinschließlieh des für die Einhaltung der maximalen Verbrennungs tempera tür notwenigen Luf tuberschues.es erzeugt. Die Abgase derartiger konventioneller Gasturbinen enthalten jedoch noch eine erhebliche Schadstoffkonzentration.

Eine Möglichkeit, die Schadstoffemission von Gasturbinen erheblich zu vermindern, besteht nun darin, die Gasturbine mit einem Spaltgaagenerator zu kombinieren. Wird die Brennkammer als Spaltgasgenerator ausgebildet, so erfolgt in ihr eine katalytische Brenngaserzeugung, wobei diese Brenngase in einer Nachbrennkammer mit verdichteter Frischluft zur Erzielung einer vollständigen, gleichmäßigen Verbrennung gemischt werden.

Bei Verwendung eines 3paltgasgeneratora in einer Gasturbine tritt jedoch noch das Problem auf, daß der als Spaltgasgenerator ausgebildeten Brennkammer ein Luftstrom mit einem erhöhten Druck zugeführt werden muß, um die Strömungswiderstände im Vergasungssystem zu überwinden.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Gaaturoine der eingaags genannten Art anzugebfii, mit der/ auf einfache Art der benötigte höhere Druck für ..die, als gasgenerator iUs^ebLlae te Brennkammer erzeugt wird.

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Zur Lösung dieser Aufgäbe wird vorgeschlagen, daß in Strömungsrichtung des Gases gesehen vor der als Spaltgasgenerator ausgebildeten Brennkammer ein Zusatzverdichter angeordnet ist, der einen höheren Druck der Verbrennungsluft als der erste Verdichter erzeugt. -

Bei einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Zusatzveöiehter mit dem Ausgang des ersten Verdichters verbunden, so daß ihm bereits verdichtete Luft zur weiteren Verdichtung zugeführt wird.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Zusatzverdichter so ausgestaltet, daß er die ihm zugeführte Verbrennungsluft von Normaldruck auf einen höheren Druck verdichtet als der erste Verdichter. .

Der Zusatzverdichter ist vorzugsweise mit der Abgasleitung derart verbunden, daß er periodisch oder kontinuierlich einen Teil der Abgase ansaugt.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Mgur näher erläutert werden, die eine schematische Anordnung einer erfindungsgemäßen Gasturbine zeigt.

In der Figur ist mit 2 ein Verdichter bezeichnet, der die ihm bei 1 zugeführte Frischluft auf einen bestimmten Druck verdichtet. Diese verdichtete Luft wird über eine Rohrleitung einer Nachbrennkammer 3 zugeführt, und anschließend in einer Entspannungsturbine 4 entspannt. Die Abgase der Turbine werden durch eine Abgasleitung 5 an die Umwelt abgegeben.

Mit 6 ist die als Spaltgasgenerator ausgeführte Brennkammer der Turbine bezeichnet, in der eine oder mehrere vorzugsweise katalysatorhaltige Sinterlochsteine enthalten sind. Die Brennkammer 6 ist durch eine Leitung 12 an die Nachbrennkammer--J>'-~ angeschlossen. Der Brennkammer 6 muß nun ein Teil der Luft

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mit einem höheren Druck als der vom Verdichter 2 erzeugte Druck zugeführt werden. Zu diesem Zweck ist ein Zueatzverdichter 7 vorgesehen, der beispielsweise durch eine Leitung 9 an die Ausgangsleitung 8 des Verdichters 2 angeschlossen ist. In diesem Fall wird dem Zusatzverdichter 7 bereits komprimierte Luft zugeführt, die er auf einen höheren Druck verdichtet, um ihn anschließend an die als Spaltgasgenerator ausgebildete Brennkammer 6 abzugeben.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dem Zusatzverdichter direkt Frischluft von Normaldruck zuzuführen, wie es durch die gestrichelte Linie 10 dargestellt ist, wobei er komprimierte Luft mit einem höheren Druck als der vom Verdichter 2 erzeugte Druck an die Brennkammer 6 abgibt.

In beiden Fällen ist es vorteilhaft, der Brennkammer periodisch oder kontinuierlich einen Teil der Abgase wieder zuzuführen. Beim letzteren Ausführungsbeispiel geschieht dies durch die gestrichelt dargestellte Leitung 11, durch welche die Abgasleitung 5 mit dem Zusatzverdichter verbunden iat.

In der Brennkammer 6 wird eine katalytische Teilverbrennung mit dem Ziel geführt, ein brennbares Gas mit einem Überdruck zu erzeugen, der benötigt wird, um das so erzeugte Gas mit der vom Verdichter 2 komprimierten Luft in der Nadabrennkammer 3 vollständig zu verbrennen. Da die für die Teilverbrennung in der Brennkammer 6 benötigte Luft nur ca. 5 bis 30 # der für den Betrieb der Gasturbine erforderlichen Gesamtluftmenge beträgt, eignet sich als Zusatzverdichter 7 z.B. ein drehendes System, wie ein Wankelverdichter oder ein Ringschieberverdichter oder ein spezielles Hochdruckringgebläse.

4 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

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Patentansprüche

\1JGasturbine mit gleichmäßiger, vollständiger Verbrennung des ihr zugeführten Brennstoffes und dadurch geringer Schadstoffemission, bestehend aus einem Verdichter, einer als Spaltgasgenerator ausgebildeten Brennkammer, einer Nachbrennkammer und einer Entspannungsturbine, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Gases gesehen vor der als Spaltgasgenerator ausgebildeten Brennkammer ein Zusatzverdichter angeordnet ist, der einen höheren Druck der Verbrennungsluft als der erste Verdichter erzeugt. '
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß der Zusatzverdichter mit dem Ausgang des ersten Verdichters verbunden ist, so daß ihm bereits verdichtete Luft zur weiteren Verdichtung zugeführt wird.
3. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzverdichter so ausgestaltet ist, daß er die ihm zugeführte Verbrennungsluft von Normaldruck auf einen höheren Druck als der erste Verdichter verdichtet.
4. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzverdichter mit der Abgasleitung derart verbunden ist, daß er periodisch oder kontinuierlich einen Teil der Abgase zusätzlich zur Verbrennungsluft ansaugt.

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