DE2926366C2

DE2926366C2 - Vorrichtung zur Abgasumsteuerung für stationäre Gasturbinen mit Abhitzeverwertung

Info

Publication number: DE2926366C2
Application number: DE19792926366
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. 4330 Mülheim Ziegner
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1979-06-29
Filing date: 1979-06-29
Publication date: 1982-06-16
Also published as: DE2926366A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur wahlweisen Umsteuerung des aus dem Auslaßkanal einer stationären Gasturbine austretenden Abgasstromes in den Zuführkanal eines Wärmetauschers oder in einen Abgaskamin, mit einem an den Auslaßkanal angeschlossenen Krümmer.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-AS 33 9 J! bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung endet der Auslaßkanal in einem Krümmer, der den Abgasstrom senkrecht nach oben umlenkt und durch einen Wärmetauscher führt, bei dem nur ein Teil des Wärmetatischerquerschnittes mit wärmetauschenden Röhren besetzt ist. Unterhalb des mit wärmeiauschenden Rohren versehenen Bereiches des Wärmetauschers sind Klappen angeordnet, wobei die Steuerung der Klappen so erfolgt, daß wahlweise der mit wärnictauschenden Rohren besetzte Teil oder ein von warmetau sehenden Rohren freier Teil des Wärmetauscherqiierschnittes verschlossen werden kann. Bei großen Gasturbinenanlagen erreichen die abzusperrenden Querschnitte jedoch Werte von mehr als 30 m³, wobei die Klappensysteme einschließlich ihrer Antriebe äußerst kostspielig sind und nur schwer realisiert werden können.

Aus der US-PS 34 29 339 ist auch bereits eine Vorrichtung zur wahlweisen Umsteuerung des aus dem Auslaßkanal einer Gaturbine austretenden Abgasstromes in zwei Leitungen bekannt bei welcher zur Umsteuerung ein nach Art eines Dreiw^ghahnes

ίο ausgebildeter Drehschieber vorgesehen ist Dabei besitzt das Gehäuse des Drehschiebers insgesamt drei Anschlußstutzen, welche mit dem Auslaßkanal, bzw. einer ersten Leitung bzw. einer zweiten Leitung fest verbunden sind. Der Abgasstrom kann dann durch

i> Drehung eines im Schiebergehäuse angeordneten Kükens wahlweise in die erste Leitung oder in die zweite Leitung geleitet werden. Die Umsteuerung eines Abgasstromes mittels derartiger Schieber ist aber ebenfalls auf relativ geringe Leitungsquerschnitte beschränkt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abgasumsteuerung zu schaffen, die mit einfachen konstruktiven Mitteln unter Verzicht auf Klappen oder Schieber realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art der Krümmer um eine horizontale Achse schwenkbar ist und in einer ersten Stellung in den Zuführkanal und in einer zweiten Stellung in den Abgaskamin einmündet.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also das bisher übliciie Prinzip der Umsteuerung mittels Klappen oder Schiebern verlassen. Hierdurchund durch die einfache Konstruktion können erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden. Da die beiden Strömungs- wege vollkommen voneinander getrennt werden, entfallen auch Probleme bezüglich der Abdichtung zwischen den beiden Strömungswegen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Krümmer beim Stillstand der Gasturbine in seine erste, dem Zuführka-

■"> nal zugeordnete Stellung geschwenkt werden kann und somit eine einfache Teilsicherung gegen Feuchtigkeits- einfall erzielt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an der Einmündungsstel-Ie des Auslaßkanals in den Krümmer ein Ringspalt zur Bildung eines eisten Ejektors vorgesehen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist an der Einmündungsstelle cies Krümmers in den Zuführkanal ein Ringspalt zur Bildung eines zweiten Ejektors bzw. an

^r<0 der Einmündungsstelle des Krümmers in den Abgaskamin ein Ringspalt zur Bildung eines dritten Ejektors vorgesehen. Unter Ejektor versteht man in der :>trömung:itechnik eine Einrichtung zur Beschleunigung von Strommengen aufgrund eines Impulsaustausches in einer turbulenten Mischzone. Mit einem derartigen beispielsweise aus der FR-PS 1141009 bekannten Ejektor kann also durch den Ringspalt kühle Umgebungsluft dem heizen Abgasstrom zugemischt werden. Im vorliegenden '-all dienen die Ejektoren jedoch in

-° erster Linie als berührungslose Verbindungen des Krümmen mit dem Auslaßksnal und dem Zuführkanal (nlnr (lfm Abg.iskiimin Der besondere Vorteil dieser rjekiorverbindungen i;i es, daß si'.· ohne Dichtungen h'.T?.ir>tcilcn sind und dns Umschwenken des Krümmers

'■■-' Vi keiner V/'ji^r.e behindern. Außerdem können durch die Verwendung dieser Ejekiorverbindungcn die sonst zur Konip.Mts.ition der L.ingsdchnung der Gasturbinenanlage rrfordcrlirhen Kondensatoren entfallen.

Vorteilhaft ist der dritte Ejektor for die Zumischung von Kühlluft zum Abgasstrom bemessen. Hierdurch wird eine wirksame Kühlung der Innenwandung des Abgaskamins erzielt, so daß für die Fertigung des Abgaskamins auch bei sehr hohen Abgastemperaturen billige Werkstoffe wie Kesselbleche verwendet werden können.

Vorzugsweise ist in dem Krümmer ein Gitter zur Umlenkung des Abgasstroms angeordnet Die Umlenkung des Abgasstroms erfolgt also in beiden Betriebsfäl- to len verlustarm und ohne strömungstechnische Probleme mit demselben Umlenkgitter, wodurch ein nicht unerheblicher Leistungsgewinn erzielt wird.

Zur Erleichterung der Umsteuerung kann an dem rückwärtigen Teil des Krümmers eine mit der horizontalen Achse fluchtende Steuerwelie angebracht sein. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Krümmer in seinem horizontalen Eingangsbereich über ein erstes Radiailager und im Bereich der Umsteuerwelle über ein zweites Radiailager abgestützt ist

Anhand einer vereinfacht dargestellten schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert Dabei zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Abgasumsteuerung im Längsschnitt wobei der Krümmer in den Abgaskamin einmündet und

Fig.2 die Einmündung des Krümmers in den Zuführkanal eines Wärmeaustauschers.

F i g. 1 zeigt den sogenannten Bypaßbetrieb, bei welchem der aus dem Auslaß einer Gasturbine austretende Abgasstrom, der durch Pfeile 1 angedeutet ist über einen Auslaßkanal 2 und einen Krümmer 3 in einen Abgaskamin 4 eingeleitet wird. Das zylindrische Schlußteil 20 des Auslaßkanals 2 kragt etwas in den Krümmer 3 hinein, wobei die Durchmesser so gewählt sind, daß an der Verbindungsstelle ein Ringspalt entsteht Dieser Ringspalt bildet einen ersten Ejektor 5, durch welchen ein durch Pfeile 50 angedeuteter Kühlluftstrrm in den Krümmer 3 eintreten kann. Innerhalb des Krümmers 3 wird der Abgasstrom durch ein Umlenkgitter 30 verlustarm um einen Winkel von 90° umgelenkt An der Einmündungsstelle des Krümmers 3 in den Abgaskamin sind die Durchmesser so gewählt, daß ein Ringspalt entsteht, welcher einen Ejektor 6 bildet Dieser Ejektor 6 i. t so bemessen, daß durch seinen Ringspalt ein durch Pfeile 60 angedeuteter Kühlluftstrom dem Abgasstrom 1 zugemischt wird.

Der vertikal angeordnete Abgaskamin 4 ist über einen Kaminstuhl 40 auf dem Fundament 7 abgestützt Dieser Kaminstuhl 40 ist so bemessen, daß der Krümmer 3 um seine horizontale Achse 32 derart geschwenkt werden kann, daß sein Ausgang in einen horizontal angeordneten Zuführkanal 8 einmündet Das Schwenken des Krümmers 3 wird über eine am rückwärtigen Krümmerteil angebrachte Umsteuerwelle 33 vorgenommen, welche über ein Stellgetriebe 34 mit einem Stellmotor 35 verbunden ist Die Abstützung des schwenkbar gelagerten Krümmers 3 erfolgt in seinem Eingangsbereich über ein Radiallager 36 und einen Lagerständer 37 auf dem Fundament 7 und im Bereich der Umsteuerwelle 33 durch ein Radiallager 38, welches als Flanschlager ausgebildet und mit dem Kaminstuhl 40 verbunden ist

Wird der Krümmer 3 über die Umsteuerwelle 33, das Stellgetriebe 34 und den Stellmotor 35 um einen Winkel von 90° geschwenkt so wird der Abgasstrom 1 über den Zuführkanal 8 beispielsweise einem Kessel zugeführt Diese im Gegensatz zu dem Bypaßbetrieb mit Kesselbetrieb bezeichnete Stellung ..ies Krümmers 3 ist in F i g. 2 dargestellt An der EinmünJungsstelle des Krümmers 3 in den Zuführkanal 8 sind die Durchmesser so gewählt, daß ein Ringspalt entsteht welcher einen Ejektor 9 bildet Durch diesen Ejektor 9 kann ein durch Pfeile 30 angedeuteter Kühlluftstrom in den Zuführkanal 8 eintreten.

Für die Bemessung der Ejektoren 5, 6 und 9 gelten verschiedene Gesichtspunkte. So sind in der Stellung Kesselbetrieb die Kühlluftströme 50 und 90 mit Rücksicht auf den Exergieverlust auf ein Minimum zu beschränken. Dies erfolgt durch eine kleinstmögliche Bemessung der Ringspalte der Ejektoren 5 und 9. Angestrebt wird eine Bemessung der Ejektoren 5 und 9, bei welcher zumindest im Leerlauf der Gasturbine ohne zusätzliche Abdichtmaßnahmen gerade weder Abgas 1 austritt noch Kühlluft 50 bzw. 90 zugemischt wird. Für den im Bypaßbetrieb wirksamen Ejektor 6 bestehen solche Restriktionen dagegen nicht. Insbesonüere bei hohen Abgastemperaturen ist es sogar erwünscht, daß durch die Zumischung des Kühlluftstroms 60 die Innenwandung des Abgaskamins 4 wirksam gekühlt wird.

Die einwandfreie Funktion der drei Ejektoren setzt insbesondere in der Stellung Keyselbetrifib eine hinreichend große Strömungsgeschwindigkeit an den Ejektoren und einen nicht zu großen Druckverlust stromabwärts von den Ejektoren voraus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zur wahlweisen Umsteuerung des aus dem Auslaßkanal einer stationären Gasturbine austretenden Abgasstromes in den Zuführkanal eines Wärmetauschers oder in einen Abgaskamin, mit einem an den Auslaßkanal angeschlossenen Krümmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmer (3) um eine horizontale Achse (32) schwenkbar ist und in einer ersten Stellung in den Zuführkanal (8) und in einer zweiten Stellung in den Abgaskamin (4) einmündet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einmündungsstelle des Auslaßkanals (2) in den Krümmer (3) ein Ringspalt zur Bildung eines ersten Ejektors (5) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einmündungsstelle des Krümmers (3) in den Zuführkanal (8) ein Ringspalt zur Bildung eines zweiten Ejektors (9) vorgesehen ist

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einmündungsstelle des Krümmers (3) in den Abgaskamin (4) ein Ringspalt zur Bildung eines dritten Ejektors (6) vorgesehen ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Ejektor (6) für die Zumischung von Kühlluft (60) zum Abgasstrom (1) bemessen ist

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Krümmer (3) ein Gfcter (3C; zur Umlenkung des Abgasstromes (1) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem 'er vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem rückwärtigen Teil des Krümmers (3) eine mit der horizontalen Achse (32) fluchtende Umsteuerwelle (33) angebracht ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmer (3) in seinem horizontalen Eingangsbereich über ein erstes Radiallager (36) und im Bereich der Umsteuerwelle (33) über ein zweites Radiallager (38) abgestützt ist.