DE3542720A1 - Gasturbine mit waermeaustauscher - Google Patents

Gasturbine mit waermeaustauscher

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/14—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid characterised by the arrangement of the combustion chamber in the plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/05—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy
    • F02C1/06—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy using reheated exhaust gas
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    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
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Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine. Ein thermodynamisches Verfahren und Anlage zur Energieerzeugung.
Zur Zeit werden Wärmekraftmaschinen gebaut, die aber einen geringen thermischen Wirkungsgrad aufweisen, weil sie große Wärmemengen abführen müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach konstruierte, preisgünstige und zuverlässige Maschine zu schaffen. Der Wirkungsgrad ist grösser als bei den anderen Wärmekraftmaschinen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es keine gravierende Änderungen vorzunehmen.
Gemäss der Erfindung ist die neue Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer nach der Turbine eingebaut ist. In den üblichen Gasturbinen wird dieses Bauteil zwischen Verdichter und Turbine geschaltet. Mit der neuen Anordnung kann man, auf einfachste weise, den thermischen Wirkungsgrad erhöhen. In der neuen offenen Gasturbine können feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe verbrannt werden.
Die Brennstoffe für übliche offene Gasturbinen sind Heizöl und Brenngase. Ihre Zusammensetzung muß so sein, daß die Verbrennungsrückstände die Schaufeln nicht verschmutzen, erodieren und korrodieren. Schwefelverbindungen der Brennstoffe bzw. deren Verbrennungsprodukte bilden mit den Legierungsbestandteilen der Stähle bei höheren Temperaturen Sulfate, Sulfite und Sulfide. In der neuen Gasturbine gelangen die Verbrennungsprodukte niemals in der Turbine, weil die Brennkammer erst nach der Turbine geschaltet ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 T-s- Diagramm bei isentrope Verdichtung
Fig. 2 T-s- Diagramm bei isothermer Verdichtung
Fig. 3 eine offene Gasturbine mit Wärmeaustauscher
Fig. 4 einen Wärmeaustauscher mit Aschetrichter
Die Fig. 1 zeigt das Temperatur-Entropie-Diagramm bei isentroper Verdichtung. Das Arbeitsmittel Luft wird mit einem Verdichter 1 von T 1 auf T 2 verdichtet. Von T 2 auf T 3 isobare Wärmezufuhr in einem Wärmeaustauscher 2. Von T 3 nach T 4 Expansion in einer Turbine 3. Von T 4 auf T 5 isobare Wärmezufuhr durch Verbrennung von verschiedenen Brennstoffe in eine Brennkammer 4. Von T 5, T 4 bis T 6 Wärmeabgabe an die verdichtete Luft in einem Wärmeaustauscher 2.
Die Fig. 2 zeigt das Temperatur-Entropie-Diagramm bei isothermer Verdichtung. Das Arbeitsmittel Luft wird auch hier mit einem Verdichter 1 verdichtet. Hier werden die Wärmemengen einfach ausgetauscht. Die Gasturbinenanlage mit isothermer Verdichtung weist einen höheren Wirkungsgrad auf.
Die Fig. 3 zeigt eine offene Gasturbine mit Wärmeaustauscher. In einem Verdichter 1 wird die Luft isentrop oder isotherm verdichtet. Die verdichtung wird, bei der neuen Erfindung, gezielt nicht so hoch getrieben. Ein Beispiel wird angegeben.
Bei vollständigen Wärmeaustausch hängt der thermische Wirkungsgrad von der Temperatur T 4 am Ende der isentropen Expansion und von der Anfangstemperatur T 1 ab. Er ist um so größer, je niedriger T 1 und je höher T 4 ist.
Die verdichtete Luft gelangt in einem Wärmeaustauscher 2 in dem die Wärme von außen über Rohrwandungen der Luft zugeführt wird. Die heisse Luft tritt mit der Temperatur T 3 aus dem Wärmeaustauscher 2 aus und gelangt in der Turbine 3, Nach der Expansion gelangt die immer noch heisse Luft mit der Temperatur T 4 in der Brennkammer 4. Hier wird durch eine Kraftstoffzuführungseinrichtung der nötige Brennstoff, eingespritzt. und durch die heisse Luft verbrannt. Das Arbeitsmittel Luft erhitzt sich durch die Verbrennung der Brennstoffe auf T 5 und gelangt in den Wärmeaustauscher 2. Hier gibt das Abgas die nötige Wärmemenge an die verdichtete Luft, in Gegenstrom, ab.
Die Fig. 4 zeigt einen Wärmeaustauscher 2 mit eingebaute Brennkammer 4 und Aschetrichter 6. Der Wärmeaustauscher 2 besteht aus einem feuerfesten und wärmeisolierenden Zylinder 7. In dem Zylinder 7 sind hitzebeständige Rohre 8 kreisförmig eingebaut. Die runden Wände 12 weisen Bohrungen auf, in denen, die Rohre 8 montiert werden. Der Zylinder 7 weist eine Öffnung 9 auf. Durch die Öffnung 9 strömen die heissen Abgase aus der Brennkammer 4 in den Wärmeaustauscher 2. An der Unterseite des Zylinders 7 ist eine weitere Öffnung 10. Durch die Öffnung 10 fallen die schwereren Ascheteilchen am Boden des Aschetrichters 6. Der Aschetrichter 6 weist eine Öffnung 11 auf, aus der die Ascheteilchen entfernt werden können. Im Betrieb ist die Öffnung 11 mit eine nicht gezeichnete Aschetür geschloßen. In der Brennkammer 4 wird feiner Kohlenstaub eingespritzt. Das Abgas verläßt den Wärmeaustauscher 2 durch den Abgas-Diffusor 5. Die verdichtete Luft strömt in eine Leitung 13 und gelangt in die Rohre 8. Die Turbinenleitung 14 verbindet den Wärmeaustauscher 2 mit der Turbine 3.
Die neue offene Gasturbine hat einen guten thermischen Wirkungsgrad. Der hohe Wirkungsgrad wird durch niedrige Verdichtung und hohe Höchsttemperatur erreicht.

Claims (8)

1. Gasturbine mit Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (4) nach der Turbine (3) in einem Wärmeaustauscher (2) eingebaut ist. Das Arbeitsmittel Luft wird in einem Verdichter (1), extrem niedrig, isotherm oder isentrop verdichtet.
2. Gasturbine mit Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Wärmeaustauscher (2) ein Aschetrichter (6) eingebaut ist.
3. Gasturbine mit Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (2) aus einem feuerfesten und wärmeisolierenden Zylinder (7) besteht. Im Zylinder (7) sind hitzebeständige Rohre (8) kreisförmig eingebaut.
4. Gasturbine mit Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die runden Wände (12) Bohrungen aufweisen, in denen die Rohre (8) montiert werden.
5. Gasturbine mit Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (7) eine Öffnung (9) aufweist. Durch die Öffnung (9) strömen die heissen Abgase aus der Brennkammer (4) in den Wärmeaustauscher (2).
6. Gasturbine mit Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Zylinders (7) eine weitere Öffnung (10) vorhanden ist. Durch die Öffnung (10) fallen die schwereren Ascheteilchen am Boden des Aschetrichters (6).
7. Gasturbine mit Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aschetrichter (6) eine Öffnung (11) aufweist, aus der die Ascheteilchen entfernt werden. Im Betrieb ist die Öffnung (11) mit eine Aschetür geschloßen.
8. Gasturbine mit Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmeaustauscher (2) ein Abgas-Diffusor (5) montiert ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1666708A2 (de) * 2004-11-30 2006-06-07 Reinhard Eckert Verfahren zum Betreiben einer Heissluftmaschine
DE10042314B4 (de) * 2000-08-29 2010-06-17 Alstom Technology Ltd. Gasturbinenanordnung mit einer Brennstoffzelle

Cited By (3)

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DE10042314B4 (de) * 2000-08-29 2010-06-17 Alstom Technology Ltd. Gasturbinenanordnung mit einer Brennstoffzelle
EP1666708A2 (de) * 2004-11-30 2006-06-07 Reinhard Eckert Verfahren zum Betreiben einer Heissluftmaschine
EP1666708A3 (de) * 2004-11-30 2008-08-20 Reinhard Eckert Verfahren zum Betreiben einer Heissluftmaschine

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