DE2952547C2

DE2952547C2 - Gasturbinenanlage mit Wassereinspritzung in die Verbrennungsgase

Info

Publication number: DE2952547C2
Application number: DE19792952547
Authority: DE
Inventors: Hermann Prof. Dr. 7410 Reutlingen Heimberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-28
Filing date: 1979-12-28
Publication date: 1982-03-25
Also published as: DE2952547A1

Description

Schon zu Beginn dieses Jahrhunderts wurde versucht, durch Zugabe von Wasser zu den Treibstoffen oder Einspritzung von Wasser in die brennenden Gase (Armengard-Lemale 1903) ein vergrößertes Gas-Dampfvolumen und damit einen höheren Druck auf die Turbinenschaufeln bei geringerer Wärmebeaufschlagung der Turbine zu erzeugen. Solche Versuche mußten aufgegeben werden, weil durch die hohe Verdampfungswärme des Wassers der Flamme zu viel Wärme entzogen, dadurch der Verbrennungsvorgang der Gase erheblich verschlechtert und bei der Verdampfung des Wassers kein genügend hoher Dampfdruck erzeugt wird.

Von neueren Versuchen einer Vermischung von Gasen mit Wasserdampf ist eine Gasturbinenanlage (FR-PS 9 77 788) bekanntgeworden, welche dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs entspricht. Hier besteht jedoch der Nachteil, daß entsprechend dem Druck des zugeführten Wassers bereits eine teilweise Verdampfung innerhalb des Rohrleitungssystems stattfinden kann, dem Verbrennungsvorgang des Betriebsstoffes beim Verdampfen des Wassers sehr viel Wärme entzogen wird und dcß in der Mischvorrichtung eine optimale Verwirbelung von Dampf und Verbrennungsgasen und eine wesentliche Drucksteigerung des Gemisches nicht erreichbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbinenanlage der genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß mit Sicherheit eine Verdampfung des Wassers innerhalb des Röhrensystems vermieden und eine sehr schnelle Verdampfung bei gleichzeitiger intensiver Vermischung mit den Verbrennungsgasen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zunächst dem Brennstoff Gelegenheit gegeben wird ungestört zu verbrennen. Erst wenn die Gase restlos verbrannt sind,

ίο wird in eine Mischkammer hoch erhitztes Wasser eingespritzt, das bei den hohen Temperaturen schlagartig verdampft.

Dazu wird zunächst Wasser in einem Kessel durch Strahlungs- und Konvektionswärme erhitzt und gelangt von dort in einen im Kesselinnern befindlichen Oberhitzer. Dieser besteht aus einem im vorderen Ende des Kessels befindlichen und vom Kesselwasser gespeisten Rohrring. Von diesem Rohrring gehen eine Anzahl gerader Röhren koaxial ins Kesselinnere ab, welche mit einem ebensolchen Rohrring im Kesselinneren in Verbindung stehen und an ihrem inneren Ende am Rohrring je eine Einspritzdüse tragen. Durch diese Düsen wird eine vorzeitige Verdampfung des Wassers verhindert, eine schlagartige Entstehung von Wasserdampf unter hohem Druck und eine gute Durchwirbelung von Gasen und Dampf in der Mischkammer ermöglicht.

Dabei werden die heißen Verbrennungsgase abgekühlt, damit die Wärmebeaufschlagung der angeschlossenen Turbine auf materialunschädliche Temperatur abgesenkt wird. Je höher die Temperatur des einzuspritzenden Wassers ist, je mehr sie sich dem kritischen Druck des Wassers nähert, desto größer ist die Leistungssteigerung der Maschine.

Die Erfindung wird anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführung erläutert.

Sie besteht aus einem außen isolierten Kessel 1 mit starker Wandung, dessen Hohlraum zwischen der Doppelwand als Wasserbehälter dient und welchem Wasser mit einem Druck zuführbar ist, der nahe oder über dem kritischen Druck des darin zu erhitzenden Wassers liegt.

Der Auslaß des Kessels steht in Verbindung mit einer ringförmigen Verteilerleitung 2, von welcher koaxial angeordnete gerade Verbindungsleitungen 3 ausgehen, die mit einer ebensolchen ringförmigen Sammelleitung 4 im Innern des Kessels verbunden sind. An dieser Sammelleitung sind an der der Längsachse des Kessels zugewandten Seite Einspritzdüsen 5 angebracht, durch

so welche das hocherhitzte Wasser jenseits der Verbrennungszone in eine Mischkammer 6 eingespritzt, dort schlagartig verdampft und mit den Verbrennungsgasen verwirbelt wird.
Von der Mischkammer wird das Gas-Dampfgemisch unmittelbar einer Turbine 7 mit angeschlossenem Generator zugeleitet. Nach der Turbine gelangt das Gemisch in einen Kondensator 8, dessen heißes Wasser durch eine Hochleistungspumpe 9 in den Kessel eingebracht wird.

Die zum Betreiben des Kondensators 8 erforderliche Kühlluft wird dem Kompressor 10 zugeführt, in diesem verdichtet und zusammen mit dem Brennstoff aus einem Tank 11 in den Kessel 1 geleilet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Gasturbinenanlage mit Wassereinspritzung in die Verbrennungsgase, mit einer Brennkammer, in welcher koaxial zu ihrer Längsachse ein Bündel Rohrleitungen, welche von den Verbrennungsgasen umspült sind und in denen unter Druck zugeführtes Wasser hoch erhitzbar ist, angeordnet ist, wobei das hocherhitzte Wasser hinter der Verbrennungszone der Brennkammer mit den Verbrennungsgasen mischbar ist und wobei der Ausgang der Brennkammer mit einer Turbine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer als Kessel (1) mit Doppelwand ausgebildet ist, wobei der Hohlraum in der Doppelwand als Wasserbehälter dient, welchem Wasser unter einem über dem kritischen Druck liegenden Druck zuführbar ist, daß der Auslaß des Wasserbehälters mit einer im Kessel (1) im Bereich dessen Brenners (12) angeordneten ringförmigen Verteilerleitung (2) verbunden ist, daß von letzterer koaxial zur Längsachse des Kessels (1) angeordnete Verbindungsleitungen (3) ausgehen, welche mit einer am Ende der Verbrennungszone des Kessels befindlichen ringförmigen Sammelleitung (4) verbunden sind und daß an der der Längsachse des Kessels zugewandten Seite der Sammelleitung (4) schräg entgegen der Strömungsrichtung der Verbrennungsgase gerichtete Einspritzdüsen (5) für das hocherhitzte Wasser vorgesehen sind.