DE3532168A1

DE3532168A1 - Anwendung eines verfahrens und einer vorrichtung zur reinigung eines gases in turbinen

Info

Publication number: DE3532168A1
Application number: DE19853532168
Authority: DE
Inventors: Seppo Dr.-Ing. Karhula Ruottu
Original assignee: Ahlstrom Corp
Current assignee: Ahlstrom Corp
Priority date: 1984-09-14
Filing date: 1985-09-10
Publication date: 1986-03-20
Also published as: GB2164391A; FI843605A0; GB8521463D0; FI843605L

Description

Anwendung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Reinigung eines Gases in Turbinen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung des in eine Turbine zu führenden Gases. Zur Durchführung des Verfahrens hat die Erfindung ferner die Leitspirale von Axial- oder Radialturbinen zum Gegenstand. Die leitspirale der Turbine wird als Partikelabscheider, als Nebenschlusszyklon verwendet.

Die Verwendung von festen Brennstoffen als Brennstoff von Gasturbinen wird heute vorwiegend durch in den Rauchgasen enthaltene, Erosion hervorrufende Aschenpartikel verhindert. In der Abscheidung von kleinen festen Fartikeln aus Rauchgasen besteht somit eine der zentralen Herausforderungen an die Verbrennungstechnik. Der Antrieb von Gasturbinen u.a. mit Steinkohlen ist auf mehreren Versuchsanlagen mit sogar 80 MW Brennleistung erforscht worden. Bei diesen Untersuchungen sind zur Gasreinigung konventionelle Zyklone angewendet worden, wobei mehrere derselben parallel und in Reihe geschaltet wurden. Eine zweite Fgrschungsrichtung der Partikelabscheidung bei heissen Gasen stellt die Entwicklung von keramischen Faserfiltern dar.

Die Erfahrungen aus Versuchsanlagen mit Zyklonabscheidern zeigen, dass sich durch die Zyklone bei einem gemässigten Druckverlust keine ausreichende Reinigungsleistung erzielen lässt. Bei mit leitspiralen ausgestatteten Turbinen kann eine Anreicherung von Partikeln in der Spirale deutlich -=- festgestellt werden, die sich durch schnelle Erosion der Spirale bemerkbar macht. Es ist auch rechnerisch offenbar, dass sich die Partikel in der Spirale anreichern, weil die typische Tangentialgeschwindigkeit in der Grössenordnung 300 m/s liegt und der Radius bei einer kleinen Turbine z.B. 0,0150 m beträgt, wobei die Fliehkraftbeschleunigung 3OO2/O,15 m/s2, d.h. einer 6000fachen Gravitationsbeschleunigung entspricht.

Bei den konventionellen Zyklonen würde eine Fliehkraftbeschleunigung von 6 *_ 105 m/s2 einen übermässig hohen bleibenden Druckverlust verursachen, bei einer Turbine aber wird die Umfangsgeschwindigkeit nach der Spirale als mechanische leistung ausgenutzt.

So bezweckt das Verfahren gemäss der \orllegenden Erfindung, die in der Leitspirale auf wirtschaftliche Weise erzeugte hohe Fliehkraftbeschleunigung bei der Abscheidung der Gaspartikel vor dem Turbinenlaufrad zu verwerten. Durch das Verfahren lässt sich der Partikelgehalt der als Energiequelle der Turbine eingesetzten Gase wesentlich erhöhen.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird dadurch gekennzeichnet, dass die am Umfang der Turbinenleitspirale abgeschiedenen Partikel durch einen bzw. mehrere daran angeordnete Ausblasestutzen abgeführt werden. Die erfindungsgemässe Radial- oder Axialturbine wird dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang der Ieitspirale der Turbine, bevorzugt am äussersten Umfang in "der Radialrichtung ein bzw. mehrere Ausblasestutzen angeordnet sind. Durch die Ausblasestutzen können die am Aussenupfanp; der Spirale angesammelten Partikel kontrolliert entfernt werden.

Einer der wichtigsten Vorteile der Erfindung besteht ip Erreichen eines hohen Abscheidegrades, infolge dessen die Rauchgase einer Verbrennungsaniage mit konventioneller Vorreinigung in der Turbine verwendet werden können. Zudem ist die Abscheideanlage hinsichtlich der Investionen und Betriebskosten nahezu kostenlos.

Im folgenden wird die Erfindung eingehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert.

Die Abbildung zeigt das erfindungsgemässe Verfahren bei der Ieitspirale einer Radialturbine angewandt. Das Partikel enthaltende Gas tritt durch einen Stutzen 1 in die Ieitspirale 4 ein. Von der Ieitspirale wird das

gereinigte Gas durch ein radiales laufrad 2 in einen axialen Ablasskanal 3 geleitet. Infolge der hohen Fliehkraftbeschleunigung werden die Fartikel am Aussenumfang 4 der Spirale angereichert, an dem bevorzugt tangential mit Ventilen bestückte Ausblasestutzen 5, 6, 7 angeordnet sind. Die Strömungen durch die Ausblasestutzen lassen sich zwischen den Stellungen "zu" und "auf" verstellen, womit im .abgebildeten Beispielsfall mit ■ drei Ausblasestutzen die Ausblaseleistung optimiert werden kann (der benötigte Ausblasedurchsatz wird minimiert).

Die Ieitspirale kann als Nebenschlusszyklon auch in Axialturbinen eingesetzt werden, bei denen die Spirale im allgemeinen nicht mit reinen Gasen betrieben wird. In Hinsicht auf Richtung, Form, lage oder Anzahl können die Ausblasestutzen auf zahlreichen verschiedenen Weisen im Rahmen des durch die folgenden Patentansprüche festgelegten Erfindungsgedanken ausgeführt werden.

BAD

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Reinigung des in eine Turbine geführten Gases, dadurch gekennzeichnet , dass die am Umfang der Leitspirale der Turbine angesammelten Partikel durch einen bzw. mehrere daran angeordnete Ausblasestutzen abgeführt werden.

2. Radial- oder Axialturbine, dadurch gekennzeichnet , dass am Umfang der Turbinenleitspirale, vorzugsweise am äussersten Umfang derselben in der Radialrichtung, ein bzw. mehrere Ausblasestutzen angeordnet sind.

3· Ieitspirale einer Turbine gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der bzw. die Ausblasestutzen tangential am Umfang der Leitspirale angeordnet sind.