DE3029775C2 - Gasturbinenanlage zur Ausnutzung des Oberdruckes von Hochöfen - Google Patents

Description

a) mindestens zwei Gasturbinen (33Λ, 33ß, 76Λ, 76ß, 202A 202B, 202C) in an sich bekannter Weise mit ihren Rotorwellen (32, 71) drehfest verbunden sind,

b) jede Gasturbine (33Λ 33ß bzw. 76Λ 76ß bzw. 202-4, 202ß, 202Q über eine gesonderte, mit einem Absperrventil (34Λ, 34ß, bzw. 106A 106ß. 106C 106D bzw. 203A 203ß, 203Q versehene Gichtgas-Zuführleitung (22A 22S bzw. 103A 1035, 103C 103DJ mit nur einem zugeordneten Hochofen (20/4, 205 bzw. 101A, 1010, 101C 101D bzw. 201Λ 201ß, 201Q verbunden ist, und

c) jeweils zwei ausgewählte Gichtgas-Zuführleitungen (22A 22ßbzw. 103Λ, 103ß, 103C i03D) in Strömungsrichtung hinter dem Absperrventil (34A, 34ß bzw. 106A 106ß, 106C 106D bzw. 203A 203ß, 203Q durch eine jeweils eine Durchfluß-Regelventil (204A 204ß, 204Q enthaltende Überströmleitung miteinander verbunden sind.

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, bei welcher zwei benachbarte Gasturbinen eine gemeinsame, einstückige Rotorwelle ohne mittlere Zwischenlager, in einem mittleren Bereich nebeneinander angeordnete Einlaßabschnitte und voneinander entfernte Auslaßabschnitte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkammern (52A 52B) mit einer gemeinsamen Trennwand (54) unmittelbar aneinandergrenzen und zwischen den Einlaßabschnitten zur Begrenzung des Gasübertritts eine zwischen der Rotorwelle (32) und dem stationären Turbinengehäuse (46) liegende Wellendichtung (55) angeordnet ist.

3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, bei welcher zwei benachbarte Gasturbinen eine gemeinsame einstückige Rotorwelle ohne mittlere Zwischenlager, in einem mittleren Bereich nebeneinander angeordnete Auslaßabschnitte und voneinander entfernte Einlaßabschnitte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkammern (81A i\B) unmittelbar aneinandergrenzen und durch eine mit Durchlaßöffnungen (84) zum begrenzten Gasübertritt versehene Trennwand (82) voneinander abgeteilt sind.

4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Auslaßabschnitt jeder Gasturbine und der zugehörigen Auslaßkammer (81/4 bzw. 81C) jeweils das ausströmende Gas umlenkende Strömungsleitflächen (83Λ 93B) angeordnet sind.

5. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßabschnitte zweier Gasturbinen (76A 76ß) jeweils mit einem Kanal (92/4,92B) eines durch eine perforierte Trennwand (93) unterteilten, abgebogenen Abführrohres (91) verbunden sind, dessen Kanäle (92Λ 92ß; sich stromab der Trennwand (93) vereinigen und

mindestens im Krümmungsbereich gekrümmte Strömungsleitflächen (95) aufweisen.

6. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gichtgas-Zuführleitungen (22Λ 22ß bzw. 103A 103ß, 103C 103DJ jeweils in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeits-Regelvorrichtung (39,114) separat betätigbare Durchfluß-Regelventile (35Λ, 35ß bzw. 108Λ, 108ß, 108C108D) angeordnet sind.

7. Gasturbinenanlage nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gichtgas-Zuführleitungen (22A22ßbzw. 103A 103ß, 103C WiD) jeweils beim Abschalten des Generators (28, 113, 205) vor den Durchfluß-Regelvenlilen (35A 35ß bzw. 108A 108ß, 108C !Οδό; geschlossene Notabsperrventile (36A36ßbzw. 107A 107ß, 107C 107DJ angeordnet sind.

8. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbinen (33A 33ß, 76Λ, 76ß, 202A 202ß, 202Q jeweils in ihrem Einlaßabschnitt zur Veränderung des Durchflußquerschnitts verstellbare Düsenelemente (206/4, 206ß, 206C 206Dj aufweisen.

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage zur Ausnutzung des Oberdruckes von Hochöfen, mit von diesen zur Gasturbine führenden Gichtgas-Zuführleitungen und einem von der Gasturbine angetriebenen elektrischen Generator.

Bei der aus der Zeitschrift »Stahl und Eisen«, (1959), Seiten 197 bis 199 bekannten Gasturbinenanlage dieser Art sind mehrere Hochöfen über eine gemeinsame Gichtgas-Zuleitung mit einer Gasturbine verbunden, wobei in die Gichtgas-Zuleitung je nach den Betriebsbedingungen auch hochgespannter Heißdampf eingespeist wird. Da in der Praxis die Oberdrucke der verschiedenen angeschlossenen Hochöfen erheblich voneinander abweichen, muß bei der bekannten Anordnung der Einlaßdruck der Gasturbine auf den Hochofen mit dem niedrigsten Oberdruck abgestimmt werden, was wegen des verkleinerten Druckgefälles die Energieausnutzung erheblich einengt oder gar unwirtschaftlich macht. Überdies erfordert die bekannte Anordnung eine komplizierte Steuerung der Gichtgaszufuhr und lange Anpassungszeiten an veränderte Betriebsbedingungen der Hochöfen.

Aus der BE-PS 5 32 400 ist ferner eine Gasturbinenanlage mit zwei Gasturbinen mit gemeinsamer Rotorwelle bekannt, wobei jede Gasturbine über eine eigene Zuführleitung mit einem von zwei identischen Freikolben-Gasgebläsen verbunden ist, die jeweils die Hälfte der Antriebskraft liefern. Diese bekannte Gasturbinenanlage ist jedoch für sich genommen zur Ausnutzung des Oberdrucks von Hochöfen nicht verwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gasturbine der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei relativ geringem Investitionsaufwand auch bei abweichendem Oberdruck der angeschlossenen Hochöfen mit möglichst geringem Druckverlust eine wirtschaftlichere Energiegewinnung ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Gasturbinenanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gasturbinen in an sich bekannter Weise mit ihren Rotorwellen drehfest verbunden sind, jede Gasturbine über eine gesonderte,

mit einem Absperrventil versehene Gichtgas-Zuführleitung mit nur einem zugeordneten Hochofen verbunden ist und jeweils zwei ausgewählte Gichtgas-Zuführleitungen in Strömungsrichtung hinter dem Absperrventil durch eine jeweils ein Durchfluß-Regelventil enthaltende Oberströmleitung miteinander verbunden sind.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Gasturbinenanlage sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Einlaßabschnitte der benachbarten Turbinen können in der Mitte der Turbinenanordnung vorgesehen sein, so d?ii das Gichtgas zu den an beiden Enden angeordneten Auslaßabschnitten fließt Statt dessen können die Einlaßabschnitte auch an den Enden und die Auslaßabschnitte in der Mitte der Turbine liegen, so daß das Gas zur Mitte fließt Die Turbinen können zweckmäßig eine gemeinsame einstückige Rotorwelle ohne mittlere Zwischenlager aufweisen. Wenn das Gas nach beiden Enden hin fließt, wird durch eine einfache Dichtung zwischen den Turbinen ein Überströmen des Gichtgases infolge abweichender Gasdrücke zwischen den Turbinen verhindert Da das Gichtgas an den äußeren Endabschnitten der Rotorwelle einen weitgehend verminderten Druck aufweist, wird schon durch eine einfache Gasdichtung ein Gasaustritt wirkungsvoll verhindert. Fließt das Gichtgas in Richtung zur Mitte, so herrsche in den Auslaßabschnitten in der Mitte wiederum ein verringerter Gasdruck, so daß unter allen Betriebsbedingungen der Druckunterschied zwischen den Auslaßabschnitten und der Gasübertritt von einer Turbine zur anderen auch ohne Dichtung sehr gering gehalten werden kann, wodurch die Energie wirkungsvoller zurückgewonnen wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn einer der Hochöfen kein Gichtgas zur entsprechenden Turbine liefert und diese außer Betrieb ist.

Nach einer Ausführungsform ist für jede Gasturbine an der Gichtgas-Zuführleitung ein Regelventil vorgesehen, das durch eine Drehzahl-Regelvorrichtung zur Steuerung der Turbinendrehzahl selektiv so steuerbar ist, daß beim Einschalten des Generators in das Energienetz die Frequenz des Generatorstromes mit der des Stromnetzes übereinstimmt. Die Regelvorrichtung ermöglicht das Starten des Generators durch eine ausgewählte Turbine, so daß Schwierigkeiten bei Stillegung einzelner Hochöfen vermieden werden. Nachdem der Generator mit dem üblicherweise eine bedeutend größere Kapazität aufweisenden Stromnetz verbunden ist, kann die Frequenzsteuerung für den Generator an anderer Stelle des Netzes vorgenommen werden, so daß keine unabhängige Drehzahlregelung der Anlage erforderlich ist, solange die Energie des Generators nicht für eine unabhängige Anwendung abgenommen oder einem Stromnetz kleiner Kapazität zugeführt wird. Zweckmäßig kann ein zwischen dem Regelventil und der Turbine liegender Abschnitt der Gichtgas-Zuführleitung als Sammelraum zum Ausgleich von Druckschwankungen an der Turbinendüse bei Änderungen in der vom Hochofen kommenden Gasmenge dienen, in diesem Fall ist zum Schutz der Turbine ein in Strömungsrichtung direkt vor dieser liegendes beim Abschalten des Generators vor dem Regelventil schließendes Notabsperrventil vorgesehen. Da die Gichtgas-Zuführkanäle durch eine mit einem Durchfluß-Regelventil versehene Überströmleitung miteinander verbunden sind, kann bei einer Unterbrechung der Gichtgaszufuhr von einem Hochofen zur Vermeidung einer Überhitzung der im Leerlauf durch die anderen Turbinen mitgedrehten Turbine durch öffnen des Durchflußregelventiis der Überströmleitung Gichtgas von einem anderen Hochofen in einer etwa 3% der Durchflußrate der Turbine entsprechenden Menge zur Kühlung zugeführt werden. Wenn dieses Kühlgas der Turbine nun einfach zugeführt würde, ginge jedoch die der Druckverringerung entsprechende Energie nutzlos verloren. Da der Einlaßdruck an der Düse der Turbine etwa 3% der vorgesehenen Durchflußrate beträgt, würden etwa 97% ties Druckes des zugeführten Gichtgases verloren gehen. Der Einlaßabschnitt der Turbine ist daher zweckmäßig mit einer verstellbaren, sich bei öffnung des Durchfluß-Regelventils der Überströmleitung weitgehend schließenden Düse versehen, die den Einlaßdruck der Turbine erhöht, so daß ein Überhitzen verhindert und für die Leerlaufdrehung nützliche Energie gewonnen wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Gasturbinenanlage ersetzt eine verstellbare Düse am Einlaßabschnitt der Gasturbine das Regelventil der Gichtgaszuführung zur Steuerung des Oberdruckes des Hochofens. So kann bei Anlagen mit verhältnismäßig niedrigem Gichtgasdruck und hoher Flußrate der Oberdruck allein durch diese verstellbare Düse gesteuert werden. Da das Verhältnis der Flußrate bei Nullast zur Flußrate bei Vollast und normaler Drehzahl 30 bis 50% erreicht, kann der Oberdruck durch geeignetes öffnen der Düse ohne Druckverringerungsverlust gesteuert werden. Bei Anlagen, bei denen der Oberdruck am Einlaß der Turbine zwischen etwa 0,5 kp/cm² und etwa 2,5 kp/cm² variiert und sich bei höheren Drucken das Verhältnis der Flußrate bei Nullast zur Flußrate bei Vollast auf etwa 10% verringert, würde jedoch beim Starten des Generators die Drehzahlregelung mit der verstellbaren Düse Schwierigkeiten machen. Bei der erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage sind aber die die Hochöfen mit den Turbinen verbindenden Gichtgas-Zuführleitungen untereinander durch einen Überströmkanal mit einem Durchfluß-Regelventil zur Bewirkung einer Druckverringerung verbunden, so daß das Gichtgas der Turbine durch das Durchfluß-Regelventil zugeführt wird, um eine Drehzahlregelung durch das Durchfluß-Regelventil und die verstellbare Düse zu bewirken.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Gasturbinenanlage unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer vorbekannten Gasturbinenanlage;

Fig.2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage;

F i g. 3 einen vertikalen Längsschnitt der Turbinenanordnung der Gasturbinenanlage nach F i g. 2;

F i g. 4 einen vertikalen Längsschnitt einer abgewandelten Turbinenanordnung;
F i g. 5 einen Vertikalschnitt eines Abführrohres;

Fig.6 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Gasturbinenanlage;

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Gasturbinenanlage in der ein Überhitzen der Turbine im Leerlauf vermeidenden Betriebsstellung;

F i g. 8 eine schematische Darstellung der Gasturbinenanlage gemäß F i g. 7 in der Betriebsstellung zur Steuerung der Turbinendrehzahl.

Bei ihr in F i g. 1 dargestellten Gasturbinenanlage wird das von der Oberseite der Hochöfen IA und IS abströmende Gichtgas durch Venturiwäscher 2A, IB und 3/4, 35 geführt und unter Einstellung des Drucks

durch Septum-Ventile (Druckeinstellventile) 4A, AB in eine Hauptgasleitung 5 eingeleitet. Eine parallel zu den Septum-Ventilen 4A, 4ß angeordnete, in ein Energienetz einbezogene und von diesem versorgte Generatoreinheit 6 besitzt einen durch eine Einzelstrom-Gasturbine 8 angetriebenen Generator 7. An der Einlaßseite der Septum-Ventile 4/4, 4ß wird das Gichtgas über Regelventile 9/4, 9ß der Gasturbine 8 zugeführt und fließt dann in die Hauptgasleitung 5. Beim Betrieb der Hochöfen IA und \B unter voneinander abweichenden Druckbedingungen werden von Oberdruck-Regelvorrichtungen 10/4, 105 erzeugte Meßsignale A und B in einem Komparator 11 verglichen. In von den Auslässen der Regelventile 9/4, 9ß zur Hauptgasleitung 5 verlaufenden Nebenschlußleitungen 12A, YlB sind Einstellventile 13/4, 13ß vorgesehen. In Ansprache auf ein Steuersignal a oder b des !Comparators U wird das dem Hochofen mit höherem Oberdruck zugeordnete Einstellventil geöffnet, um dessen Oberdruck auf den niedrigeren Oberdruck des anderen Hochofens einzustellen und den Einlaßdruck an der ersten Düse der Turbine festzulegen. Dies führt zu den vorstehend beschriebenen Nachteilen.

Die in den Pig.2 und 3 dargestellte erste Ausführungsform der Gasturbinenanlage wird zur vereinfachten Darstellung für nur zwei Hochöfen beschrieben, arbeitet aber mit drei oder mehr Hochöfen gleichermaßen. Wie aus F i g. 2 zu ersehen, werden die Luftströme 21A, 21 ß den Hochöfen 2OA, 20ß während des Betriebs durch ein (nicht dargestelltes) Gebläse zugeführt Das aus den oberen Abschnitten der Hochöfen austretende Gichtgas wird über Gichtgas-Zuführleitungen 22A und 22ß durch Venturi-Wäscher 23/4, 23ß und 24A, 24ß qeführt und nach Einsteilen des Drucks durch Septum-Ventile 25A 25ß durch Staubabscheider 26A, 265 in eine Hauptgasleitung 27 eingeführt Eine Generatoreinheit 28 liegt parallel zu den Septum-Ventilen 25Λ 25ß und ist durch einen Unterbrecher 29 mit dem Stromnetz verbunden und von diesem versorgt Eine Doppelfluß-Turbineneinheit 31 zum Antrieb des Generators 30 umfaßt zwei koaxial ausgerichtete, durch eine gemeinsame einstückige Rotorwelle 32 verbundene Turbinen 33A und 33Ä Auf der Einlaßseite der Septum-Ventile 25A, 25ß wird das Gichtgas aus den Gichtgas-Zuführleitungen 22A, 22ß getrennt jeweils über ein Absperrventil 34A bzw. 34ß, ein Regelventil 35A bzw. 35ß und ein Notabsperrventil (Flügelventil) 36A bzw. 36ß einem mittleren Abschnitt der Rotorwelle 32 zugeführt

Das Gichtgas der Gichtgas-Zuführleitung 22Λ wird der Turbine 33Λ und das Gichtgas der Gichtgas-Zuführleitung 22ß der Turbine 33Ä zugeführt uas Gas aus den Turbinen 33A und 33ß fließt durch ein Auslaß-Absperrventil 37 in die Hauptgasleitung 27. Die Regelventile 35A, 35ßsind jeweils durch Druck-Steuervorrichtungen 38/4 und 38ß regelbar. Eine Drehzahl-Regelvorrichtung erzeugt Signale AOA, 40ß zur selektiven Steuerung der Regelventile 35A und 35Ä Die Notabsperrventile 36A, 36ß werden vor den Regelventilen 35Λ, 35ß betätigt, wenn der Generator 30 abgeschaltet wird. Da die Oberdrücke der Hochöfen im Betrieb möglichst konstant gehalten werden müssen, sind die Septum-Ventile 25A 25ß durch die Steuersignale 42A, 42ß der Oberdruck-Regelvorrichtung 41A 41B zur Ermittlung der Oberdrücke der Hochöfen 2OA und 20ß automatisch auf dem gewünschten Öffnungsgrad regelbar und die Regelventile 35A 35ß durch von einer automatischen Betriebsüberwachungseinheit 43 über die Druck- Steuervorrichtungen 38A 38ß qegebene Steuersignale 44A 44ß automatisch auf den gewünschten Öffnungsgrad einstellbar.

Wie Fig.3 zeigt, ist die Rotorwelle 32 der Turbineneinheit 31 in ihren Enden jeweils in einem Lager 45Λ bzw. 45ß gelagert. Zwischen der Rotorwelle 32 und einem stationären Turbinengehäuse 46 sind bewegliche Schaufeln 48A 48ßüber Scheiben 47A 475 an der Rotorwelle 32 und stationäre Schaufeln 5OA 50ß

ίο über Ringteile 49A 49ß am Turbinengehäuse 46 befestigt. Die Turbinenanordnung 31 umfaßt somit zwei Turbinen 33A und 33B, deren voneinander entfernte Auslaßabschnitte 33A 33ß mit am Turbinengehäuse 46 angeordneten Auslaßkammern 51A und 51ßkommuni zieren, während die Einlaßabschnitte der Turbinen über Durchlässe 53A 535 mit am Turbinengehäuse 45 angebrachten Einlaßkammern 52A, 52ß in Verbindung stehen. Die Gichtgas-Zuführleitungen 22A und 22S sind kurz vor den durch eine Trennwand 54 voneinander getrennten Einlaßkammern 52A 52ß durch eine mit einem Durchfluß-Regelventil versehene Überströmleitung miteinander verbunden. Eine axial mittlere Wellendichtung 55 zwischen dem Turbinengehäuse 46 und der Rotorwelle 32 umfaßt eine einfache Labyrinth dichtung oder einen Wasserdichtungsring. Die Auslaß kammern 51Λ, 51 ß sind mit Staubabscheidern 56A 56ß und die Einlaßkammern 52A, 52ß mit Staubabscheidern 57A, 57 B versehen. Zwischen dem Turbinengehäuse 46 und den Endabschnitten der Rotorwelle 32 sind Gasdichtungen 58A, 58ß vorgesehen. Die Durchlässe 53A, 53ß sind mit verstellbare Düsen bildenden, beweglichen Schaufeln 59A, 59ß versehen, wobei Stellvorrichtungen 60A, 60ß zum Einstellen der Düsenöffnungen vorgesehen sind.

Vor Inbetriebnahme der Gasturbinen-Anlage arbeiten bereits die Hochöfen 2OA, 20ß, wobei die Septum-Ventile 25A, 25 ß automatisch deren Oberdrükke steuern. Wenn die Gasturbinenanlage in Betrieb genommen wird, werden die Notabsperrventile 36A 36ß durch ein Startsignal vollständig geöffnet und dann die Regelventile 35A 35ß zur automatischen Erhöhung der Drehzahl der Rotorwelle 32 schrittweise geöffnet Wenn die Drehzahl der Rotorwelle den für den Generator 30 gewünschten Wert erreicht hat, wird eines der Regelventile 35A oder 35ß durch die Drehzahl-Regelvorrichtung 39 gesteuert, um die Turbinendrehzahl auf die Frequenz des zu erzeugenden Stromes einzustellen, worauf die Generatoreinheit 28 automatisch zum synchronisierten Betrieb in das Stromnetz eingeschaltet wird. Die Regelventile 35A 35ß werden dann zur Steigerung der Abgabe des Generators 30 weiter geöffnet Wenn die Oberdrücke durch die Septum-Ventile 25A 25ßund die Regelventile 35A, 35ß geregelt sind, werden die Septum-Ventile 25A 25ß geschlossen, so daß die Oberdruckregelung allein durch die Regelventile 35A, 35ß erfolgt und die Anlage nun wie vorgesehen in Betrieb ist Zum Stillsetzen der Anlage werden über ein Stopsignal die Septum-Ventile 25A, 25ß geöffnet, um die Oberdrücke durch die

ω Septum-Ventile und die Regelventile 35A 35ß zu regeln. Direkt danach wird die Anlage auf eine Oberdrucksteuerung durch die Septum-Ventile 25A, 25B allein umgestellt, so daß durch deren Steuerung die Abgabe des Generators 30 automatisch verringert wird.

Wenn die Abgabe des Generators 30 fast auf Null abgefallen ist wird der Generator abgeschaltet Da jedoch die Abschnitte der Gichtgas-Zuführleitungen zwischen der Turbineneinheit 31 und den Regelventilen

35A 355 beim Abschalten als Sammelraum wirken und möglicherweise eine übermäßige Gaszufuhr in die unbelastete Turbinenanordnung hervorrufen können, werden vor dem Abschalten die Notabsperrventile 36A 365 geschlossen, worauf die Rotorwelle 32 automatisch ausläuft und zum Stillstand kommt

Die vorstehend für den Betrieb mit zwei Hochöfen 2OA 2OB beschriebene Anlage kann auch bei Betrieb nur eines der beiden Hochöfen zur Stromerzeugung betrieben werden, indem das Notabsperrventil des nicht betriebenen Hochofens geschlossen und das Regelventil des arbeitenden Hochofens durch die Drehzahl-Regelvorrichtung 39 zum Starten der Gasturbinenanlage gesteuert wird. Auch bei Betrieb beider Hochöfen kann die Anlage mit nur einer der Turbinen betrieben werden, bevor die Generatoreinheit 28 in synchronisierten Betrieb gebracht wird.

Beim Betrieb der Turbineneinheit 31 werden die durch die Gichtgas-Zuführleitungen 22Λ bzw. 225 zugeführten Gichtgasströme über die Einlaßkammern 52A, 525 durch die Trennwand 54 voneinander getrennt zum Außenumfang des Mittelabschnittes der Rotorwelle 32 und dort voneinander weg zu den Turbinen 33Λ 335 geführt, um über die beweglichen Schaufeln 4SA, ASB die Rotorwelle 32 zu verdrehen. Danach fließt das Gichtgas durch die Auslaßkammern 51A 51B. Obwohl die zugeführten Gichtgasströme im Bereich der Einlaßkammern 52Λ, 525 einen hohen Druck aufweisen, führt ein Durchtritt von Gas durch die Wellendichtung 55 nicht zu Schwierigkeiten, da es nahe den mittleren Abschnitten der Rotorwelle 32 zugeführt wird. Da das Gichtgas ferner in der Nähe der Auslaßkammern 51A, 51 β einen weitgehend verringerten Druck aufweist, tritt es selbst dann nicht aus, wenn die Gasdichtungen 58Λ, 5SB einfach und unaufwendig ausgeführt sind.

Die in F i g. 4 dargestellte abgewandelte Turbinenanordnung 70 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig.3 durch Einlaßabschnitte an den Enden und Auslaßabschnitte in der Mitte. Eine Rotorwelle 71 ist an ihren Enden jeweils in einem Lager 72,4 bzw. 725 gelagert Zwischen der Rotorwelle 71 und zwei diese umgebenden Turbinengehäusen 73A 735 sind an der Rotorwelle 71 bewegliche Schaufeln 7AA, 7AB und an den Turbinengehäusen 73A 735 stationäre Schaufeln 75Λ 75B angeordnet, die ein Paar koaxial ausgerichteter Turbinen 76A 765 bilden. An den Enden der Turbinengehäuse 73A 73ß angebrachte Teile bilden Einlaßkammern 77Λ 775, die über Durchlässe 7SA, 785 mit den Einlaßabschnitten der Turbinen 76A 765 in Verbindung stehen. In den Durchlässen 7SA, 785 sind verstellbare Düsen bildende, bewegliche Schaufeln 79A 735 angeordnet, deren Wir.kclsicüür.g durch geeignete Stellvorrichtungen 80A 805 einstellbar ist Die Turbinen 76A, 765besitzen an ihren Auslaßabschnitten durch an den Turbinengehäusen 73A 735 befestigte Teile gebildete und durch eine Trennwand 82 getrennte Auslaßkammern 81A 815, die den Auslaßabschnitten der Turbinen 76A 765 gegenüberliegende Strömungsleitflächen 83A 835 aufweisen, weiche die Gasströme von den Auslaßabschnitten ohne Wechselwirkung miteinander in die Auslaßkammern 81A, 815 umlenken. Falls gewünscht, kann die Trennwand 82 zur Erhaltung des Gleichgewichts zwischen den aus den Turbinen 76A 765 austretenden Gasströmen hinter den Strömungsleitflächen 83A 835 mit Durchlaßöffnungen 84 versehen sein. Zwischen den Endabschnitten der Rotorwelle 71 und den äußeren Endabschnitten der Turbinengehäuse 73A 735 ist jeweils eine Gasdichtung SSA bzw. 855 vorgesehen.

Die den Einlaßkammern 77A 775 zugeführten Gasströme werden ohne Verluste in die Turbinen 76A 765 eingeführt, fließen dann zum Mittelabschnitt der Rotorwelle und danach in die Auslaßkammern SiA, 815, wobei die Strömungsleitflächen 83A 835 eine störende Wechselwirkung der Gasströme verhindern. Entsprechend können die zwischen den Turbinen 76/4 und 765 an der Rotorwelle 71 zwischen den Auslaßkammern

ίο 81A 815 auftretenden Druckdifferenzen unter allen Betriebsbedingungen minimal gehalten werden, was Gasleckagen zwischen den Turbinen 76A 76ß verringert und unter allen Betriebsbedingungen einen verbesserten Wirkungsgrad der Energiegewinnung

is sicherstellt

Die durch die Auslaßkammern 51A 515 bzw. 81.4, 815 der Turbineneinheiten nach Fig.3 oder 4 abfließenden Gasströme werden in einem Abführrohr zusammengeführt und in einen Gasbehälter oder ähnliches geleitet. Da in dem zusammengeführten Gasstrom auftretende Wirbelströme zu einer Druckerhöhung an den Turbinenauslässen und damit zu einem verringerten Wirkungsgrad der Energiegewinnung führen würden, ist das Abführrohr 91 zur Verhinderung solcher Wirbelströme bei der in Fig.5 dargestellten Ausführungsform gebogen ausgebildet und durch eine perforierte Trennwand 93 in zwei Kanäle 92A 925 unterteilt, die stromab der Trennwand 93 in einen Vereinigungspunkt 94 zusammenlaufen, wobei im gebogenen Abschnitt gebogene Strömungsleitflächen 95 sowie demgegenüber stromaufwärts bzw. stromabwärts gelegene Strömungsleitflächen 96 bzw. 97 vorgesehen sind. Natürlich können auch drei oder mehr Kanäle vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform sind die zahlreichen kreisförmigen, rechteckigen oder ähnlich geformten Durchlaßöffnungen der gegebenenfalls auch netzartig ausgebildeten perforierten Trennwand 93 so angeordnet daß in Übereinstimmung mit den durch die Eigenschaften der Wand, die Form der öffnungen, etc. bedingten Frequenzeigenschaften eine verbesserte Dämpfungswirkung erzielt wird. Sind die Gasströme nicht im Gleichgewicht wirken der gebogene Abschnitt und die perforierte Trennwand 93 so zusammen, daß zur Vermeidung von Geräuschen etwa

10% des Gases durch die öffnungen stromaufwärts vom Vereinigungspunkt 94 hindurchtritt Diese öffnungen bewirken einen größeren Effekt als die Durchlaßöffnungen 84 in der in Fig.4 dargestellten Trennwand 82. Andererseits werden die Hauptgasströme durch die

so gebogenen Strömungsleitflächen 95 im gebogenen Abschnitt vor Erreichen des Vereinigungspunktes 94 zur Verringerung des beim Durchfluß durch den gebogenen Abschnitt entstehenden Druckverlustes reguliert was Druckverluste durch Wirbelströme verringert

F i g. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform mit vier in Tandemanordnung mit einem Generator verbundenen unabhängigen Turbinen. Bei dieser und den folgenden Ausführungsformen werden in den Zeichnungen gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen mit jeweils angefügten Zusätzen wie A, B, Q D, etc. bezeichnet In der Beschreibung werden jedoch die gleichen Elemente mit ihren Bezugszeichen unter Weglassung der Zusätze A, B, C, D bezeichnet, soweit nicht eine besondere

Bezugnahme notwendig ist

Bei der in Fig.6 dargestellten Ausführungsform werden die Hochöfen 101 im Betrieb von einem nicht dargestellten Gebläse mit Luftströmen 102 versorgt

Das aus den Oberteilen der Hochöfen abströmende Gichtgas wird über Gichtgas-Zuführleitungen 103 durch Venturi-Wäscher 104, 105, Absperrventile 106, Notabsperrventile 107 und Regelventile 108 den zugeordneten Gasturbinen 110 einer Generatoreinheit 109 zur Energiegewinnung zugeführt. Das Gas wird anschließend durch Absperrventile 111 in eine Hauptgasleitung 112 qeführt. Die Generatoreinheit 109 umfaßt einen Generator 113 und vier in Tandemanordnung damit verbundene Gasturbinen 110, die mit einer Drehzahl-Meßvorrichtung 116 versehen sind. Eine Geschwindigkeits-Regelvorrichtung 114 ist über Schalter mit den Regelventilen 108 verbindbar, um diese selektiv zu steuern. Von den Gichtgas-Zuführleitungen 103 zweigen jeweils Nebenleitungen 117 ab, über die aus dem Venturi-Wäscher 105 austretendes Gichtgas im Nebenschluß zu den Gasturbinen 110 durch Septum-Ventile 118 und Staubabscheider 119 in die Hauptgasleitung 112 geführt wird. Jedes der zum Einstellen des Oberdrucks dienenden Septum-Ventile 118 wird durch Steuersignale A, B, C und D von einer Oberdruck-Steuervorrichtung 120 zur Erfassung des Oberdruckes des Hochofens 101 gesteuert.

Wenn bei dieser Anordnung das Gichtgas den Gasturbinen von allen Hochöfen zugeführt werden kann, wird eines der Regelventile durch die Drehzahl-Regelvorrichtung angesteuert, um die Anlage zunächst an einer ausgewählten Gasturbine zu starten. Wenn infolge der Stillegung oder der Betriebsbedingungen eines oder mehrerer der Hochöfen, nicht allen Gasturbinen Gichtgas zugeführt werden kann, wird die Drehzahl-Regelvorrichtung mit dem Regelventil des für die Zuführung von Gichtgas zum Start geeignetsten Hochofens verbunden. Dies verringert die Ausrüstungskosten erheblich. Außerdem kann bei Stillegung von einem oder zwei Hochöfen die Anlage zur kontinuierlichen Energiegewinnung von den anderen Hochöfen weiter betrieben werden.

Bei der in den F i g. 7 und 8 dargestellten dritten Ausführungsform sind in den Gichtgas-Zuführleitungen in Strömungsrichtung von den Turbinen keine Regelventile vorgesehen, sondern der Oberdruck wird beim Betrieb der Generatoreinheit durch Einstellen der verstellbaren Düsen der Turbinen gesteuert Zur Vereinfachung sind die Venturi-Wäscher, die Septum-Ventile und weitere Bauteile nicht dargestellt. Fig.7 zeigt die Anlage während des Betriebs mit einer im Leerlauf drehenden Turbine, deren zugeordneter Hochofen nicht in Betrieb ist. Zwischen den Hochöfen 201 und den Turbinen 206 sind Absperrventile 203 vorgesehen und die Gichtgas-Zuführkanäle der Turbinen 202/1 und 2025 bzw. 202ß und 202Cbzw. 202Cund 202/4 sind jeweils durch mit Durchfluß-Regelventilen 204 versehene Überströmleitungen verbunden. Die Turbinen 202 sind in Tandemanordnung mit einem Generator 205 verbunden und besitzen verstellbare ■> erste Düsen 206. Wenn das Gichtgas von allen Hochöfen 201 zugeführt wird, sind die Absperrventile

203 vollständig geöffnet und die Durchfluß-Regelventile

204 vollständig geschlossen, so daß das Gichtgas den Turbinen 202 einzeln zugeführt wird. Ist jedoch die Gichtgaszuführung beispielsweise vom Hochofen 201A unterbrochen, wird die Turbine 202A im Leerlauf durch die Turbinen 202ß und 202C angetrieben, so daß ihr Inneres überhitzt wird. Um das zu vermeiden, wird mindestens eines der Durchfluß-Regelventile 204,4 oder 204C geöffnet, um in die Turbine 202/1 zum Kühlen Gichtgas in etwa 3% der berechneten Durchflußrate einzuführen. In diesem Fall können die Durchfluß-Regelventile 204A und/oder 204C in vorbestimmter oder aufgrund der Gasströme von den Hochöfen 201B und 201C berechnete Weise geöffnet werden. Weiterhin werden durch ein die Unterbrechung der Gaszufuhr vom Hochofen 201Λ anzeigendes Signal a die Durchfluß-Regelventile 204A und/oder 204C selektiv geöffnet und gleichzeitig die verstellbare Düse 206Λ in der dargestellten Weise fast vollständig geschlossen, um die Düsenöffnung entsprechend der Durchflußrate zu verkleinern. Dies vergrößert den Druck im Düseneinlaß, so daß das hindurchströmende Gichtgas ein Überhitzen wirksam verhindert und die für den Leerlauf notwendige Energie liefert. Dies gilt auch für die Ausführungsform gemäß F i g. 2, in der die Überströmleitung und deren Durchfluß-Regelventil nicht besonders bezeichnet sind.
F i g. 8 zeigt die dritte Ausführungsform im Betrieb

zur Steuerung der Drehzahl einer Turbine beim Anlaufen. In diesem Fall sind die Absperrventile 203,4 und 203C ganz und die verstellbaren Düsen 206S und 206C der Turbinen 202S, 202C fast vollständig geschlossen. Das Durchfluß-Regelventil 204,4 ist zum Antrieb der Turbine 202,4 in geeignetem Umfang geöffnet und die verstellbare Düse 206/4 wird zur Drehzahlsteuerung benutzt Wenn das Durchfluß-Regelventil 204,4 einen geeigneten Druckverlust herbeiführt, kann die Drehzahl mit der verstellbaren Düse 206A gesteuert werden. Natürlich kann jede der Turbinen zur Drehzahlsteuerung verwendet werden. Nachdem der Generator 205 mit geregelter Drehzahl in ein Stromnetz eingeschaltet ist wird das Gichtgas von den Hochöfen 201 den entsprechenden Turbinen 202

so zur Energiegewinnung zugeführt Auch bei Nichtbetrieb eines Hochofens kann die Anlage in der beschriebenen Weise strömungsfrei in Betrieb gesetzt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Gasturbinenanlage zur Ausnutzung des Oberdruckes von Hochöfen, mit von diesen zur Gasturbine führenden Gichtgas-Zuführleitungen und einem von der Gasturbine angetriebenen elektrischen Generator, dadurch gekennzeichnet, daß