DE4207667A1 - Heat power machine with exhaust gas heat exchanger - has inner cover of heat exchanger forming part of exhaust gas channel of gas turbine and is axially displaceable - Google Patents

Heat power machine with exhaust gas heat exchanger - has inner cover of heat exchanger forming part of exhaust gas channel of gas turbine and is axially displaceable

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Abstract

The inner cover of the heat exchanger (1) is sealed against a closure part and against an exhaust gas channel wall part, whereby the closure part (8) is connected to via at least three bearing parts (9) with the exhaust gas channel wall part (6). The bearing parts are provided with slide surfaces (11) for the displaceable inner cover (4) and on the exhaust gas side between the inner cover of the heat exchanger and an exhaust gas bend (15) a ring gap (18) is provided. The displaceable inner cover of the heat exchanger is provided with a sealing ring (12). USE/ADVANTAGE - A heat exchanger with a heat power machine, having a separate circuit for exhaust gas heat usage, and which can be separately switched on and off.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine mit einem Abgaswärmetauscher, der konzentrisch zum Abgaskanal angeordnet ist.The invention relates to a heat engine with an exhaust gas heat exchanger, which is arranged concentrically to the exhaust duct.

Die Anordnung eines Wärmetauschers zum Beispiel in einer Gasturbinenanlage hat die Aufgabe, einen Teil der in den Abgasen enthaltenen Wärme zurückzu­ gewinnen bzw. nutzbar zu machen. So ist es möglich, über einen Wärmetauscher in einem gesonderten Kreislauf Heißwasser oder Dampf zu erzeugen, wenn die noch heißen Abgase einer Gasturbinenanlage durch einen Wärmetauscher geführt werden. Dazu wird über ein verschließbares Rohrsystem das Abgas direkt einem Wärmetauscher zugeführt oder über eine andere abgezweigte Leitung in die Atmosphäre direkt abgeleitet. Diese Einrichtung ist aufwendig und benötigt außerdem einen relativ großen Raum.The arrangement of a heat exchanger, for example in a gas turbine plant has the task of returning part of the heat contained in the exhaust gases win or make usable. So it is possible to use a heat exchanger generate hot water or steam in a separate circuit if the Exhaust gases from a gas turbine system are still led through a heat exchanger will. For this purpose, the exhaust gas is directly in a closable pipe system Heat exchanger supplied or via another branched line in the Atmosphere derived directly. This facility is complex and required also a relatively large room.

Weitere Wärmetauscheranordnungen bei Gasturbinenanlagen gehen davon aus, daß damit der thermodynamische Wirkungsgrad der Anlage bzw. der spezifische Brennstoffverbrauch der Anlage verbessert werden soll. So ist z. B. in der DD 20 285 ein rotierender Regenerator-Wärmetauscher für Gasturbinenanlagen beschrieben, der konzentrisch zum Abgaskanal der Gasturbine angeordnet ist. Hier läßt sich ein separater Kreislauf, der auch absperrbar sein muß, nicht einbinden.Further heat exchanger arrangements in gas turbine plants assume that the thermodynamic efficiency of the system or the specific The system's fuel consumption is to be improved. So z. B. in the DD 20 285 a rotating regenerator heat exchanger for gas turbine plants described, which is arranged concentrically to the exhaust gas duct of the gas turbine. A separate circuit, which must also be lockable, cannot be used here involve.

In der DD 89 039 ist eine Gasturbine mit Wärmetauscher beschrieben, bei der die Frischluft in einem Strömungskanal der Ladeleitung zwischen dem Verdichter und den Brennkammern im Gegenstrom zur Strömung der heißen Abgase in einem benachbarten Kanal einer Auslaßsammelleitung mit Ringkanal geführt ist. Durch Rückgewinnung der in den Abgasen enthaltenen Wärme ist hierbei ebenfalls der thermodynamische Wirkungsgrad verbessert. Die Nutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärme für einen Wärmetauscher, dessen Energie nicht für den thermodynamischen Prozeß der Gasturbinenanlage verwendet werden soll, ist hierbei ebenfalls nicht vorgesehen. DD 89 039 describes a gas turbine with a heat exchanger in which the fresh air in a flow duct of the charging line between the compressor and the combustion chambers in counterflow to the flow of the hot exhaust gases in one adjacent channel of an outlet manifold is guided with an annular channel. By The heat contained in the exhaust gases is also recovered the thermodynamic efficiency improved. The use of in the exhaust gases contained heat for a heat exchanger whose energy is not for the thermodynamic process of the gas turbine plant is to be used not provided here either.  

Eine Gasturbinenanlage entsprechend DE-OS 29 34 858 weist zwischen einer Brenn­ kammer und einer Turbine eine Leitung auf, die zwei koaxial ineinander ange­ ordnete Rohre besitzt. Das äußere Rohr verbindet einen Verdichter mit der Brennkammer und im inneren Rohr werden die heißen Gase von der Brennkammer zur Turbine geführt. Damit werden Wärmeverluste verringert, da die vom inneren Rohr übertragene Wärmeenergie mit der Verdichterluft zur Brennkammer zurückge­ führt wird.A gas turbine plant according to DE-OS 29 34 858 has between a combustion Chamber and a turbine on a line, the two coaxially attached has ordered pipes. The outer tube connects a compressor to the The combustion chamber and in the inner tube the hot gases from the combustion chamber led to the turbine. This reduces heat loss, since that from the inside Pipe transferred heat energy with the compressor air back to the combustion chamber leads.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgaswärmetauscher in Verbindung mit der eingangs genannten Wärmekraftmaschine so zu gestalten, daß mittels eines Wärmetauschers ein separater Kreislauf zur Abgaswärmenutzung bei geringstem anlagentechnischen Aufwand separat zu- und abschaltbar ist.The invention has for its object in an exhaust gas heat exchanger To design the connection with the heat engine mentioned at the outset in such a way that that by means of a heat exchanger, a separate circuit for the use of exhaust gas heat can be switched on and off separately with the lowest system engineering effort.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Innenmantel des Wärmetauschers einen Teil des Abgaskanals der Gasturbinenanlage bildet und axial verschiebbar und gegen einen Verschlußteil bzw. gegen ein Abgaskanal­ wandteil dichtend angeordnet ist, wobei das Verschlußteil über mindestens drei Lagerteile mit dem Abgaskanalwandteil fest verbunden ist und die Lager­ teile mit Gleitflächen für den verschiebbaren Innenmantel versehen sind und abgasseitig zwischen dem Innenmantel des Wärmetauschers und einem Abgaskrümmer ein Ringspalt angeordnet ist.According to the invention this object is achieved in that the inner jacket of the Heat exchanger forms part of the exhaust duct of the gas turbine system and axially displaceable and against a closure part or against an exhaust duct wall part is arranged sealingly, the closure part over at least three bearing parts are firmly connected to the exhaust duct wall part and the bearing parts are provided with sliding surfaces for the sliding inner jacket and on the exhaust gas side between the inner jacket of the heat exchanger and an exhaust manifold an annular gap is arranged.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der axial verschiebbare Innen­ mantel des Wärmetauschers mit einem Dichtring versehen und weist je eine konisch verlaufende innere und äußere Dichtfläche auf, die vorzugsweise an der entsprechenden Gegenfläche am Verschlußteil bzw. an der Abgaskanalwand anliegt. Damit ist eine gute Abdichtung erreicht, insbesondere aber ein Ver­ klemmen der Dichtflächen vermieden.In a further embodiment of the invention is the axially displaceable inside jacket of the heat exchanger with a sealing ring and has one conical inner and outer sealing surface, which preferably on the corresponding counter surface on the closure part or on the exhaust duct wall is present. A good seal is achieved, but in particular a Ver jamming of the sealing surfaces avoided.

Schließlich ist erfindungsgemäß der axial verschiebbare Innenmantel des Wärme­ tauschers abgasseitig mit einer gelenkig angeordneten Schubstange versehen, wobei die Schubstange axial durch einen Abgaskrümmer geführt ist.Finally, according to the invention, the axially displaceable inner jacket of the heat Exchanger on the exhaust side with an articulated push rod, wherein the push rod is guided axially through an exhaust manifold.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment will.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung eines Wärmetauschers an einer Gasturbinenanlage, Fig. 1 shows the arrangement according to the invention shows a heat exchanger to a gas turbine plant,

Fig. 2 zeigt den Schnitt A-A, Fig. 2 shows the section AA,

Fig. 3 zeigt den Schnitt B-B. Fig. 3 shows the section BB.

Gem. Fig. 1 ist ein Wärmetauscher 1 konzentrisch zu einer Abgasdüse 2 einer nicht dargestellten Gasturbine angeordnet. Der Wärmetauscher 1 besteht im wesentlichen aus einem Außenmantel 3, einem Innenmantel 4 sowie aus Rohrbün­ deln 5, in denen das zu erwärmende Medium geführt wird. Zwischen der nicht dargestellten Gasturbinenanlage und dem Wärmetauscher 1 ist ein Abgaskanal­ wandteil 6 befestigt. Der Innenmantel 4 begrenzt gleichzeitig einen Teil des Abgaskanales 7 der Gasturbinenanlage und ist axial verschiebbar. Ein Verschlußteil 8 befindet sich innerhalb des Abgaskanals 7 und ist mit Hilfe von 3 Lagerteilen 9 mit dem Abgaskanalwandteil 6 fest verbunden. Am Verschluß­ teil ist ein Gasführungssegment 10 zur besseren Gasführung vom Abgaskanal 7 in den Wärmetauscher 1 angeordnet.Gem. Fig. 1 is arranged a heat exchanger 1 concentrically with an exhaust nozzle of a gas turbine 2 is not shown. The heat exchanger 1 consists essentially of an outer jacket 3 , an inner jacket 4 and 5 from Rohrbün, in which the medium to be heated is guided. Between the gas turbine system, not shown, and the heat exchanger 1 , an exhaust duct wall part 6 is attached. The inner jacket 4 simultaneously delimits part of the exhaust duct 7 of the gas turbine system and is axially displaceable. A closure member 8 is located within the exhaust passage 7 and is connected by means of 3 bearing portions 9 with the exhaust passage wall part 6 firmly. At the closure part is a gas guide segment 10 for better gas flow from the exhaust duct 7 in the heat exchanger 1 .

Die Lagerteile 9 besitzen Gleitflächen 11 für die Führung des axial verschieb­ baren Innenmantels 4 des Wärmetauschers 1. Der Innenmantel 4 ist mit einem Dichtring 12 versehen, der konisch ausgebildet ist. Er weist innere und äußere Dichtflächen 13 und 14 auf, die jeweils entsprechend der axialen Stellung des Innenmantels 4 am Verschlußteil 8 oder am Abgaskanalwandteil 6 dichtend anliegen. Abgasseitig ist hinter dem Wärmetauscher 1 ein Abgaskrümmer 15 befestigt. Die axiale Verschiebung des Innenmantels wird über eine Schub­ stange 16 realisiert, die ihrerseits mit einem nicht dargestellten Verstell­ motor bewegt wird. Die Schubstange 16 ist axial durch den Abgaskrümmer 15 nach außen geführt. Zwischen dem Abgaskrümmer 15 und dem Innenmantel 4 ist ein Ringspalt 18 vorgesehen.The bearing parts 9 have sliding surfaces 11 for guiding the axially displaceable inner jacket 4 of the heat exchanger 1 . The inner jacket 4 is provided with a sealing ring 12 which is conical. It has inner and outer sealing surfaces 13 and 14 , each of which rests on the closure part 8 or on the exhaust duct wall part 6 in a sealing manner in accordance with the axial position of the inner casing 4 . An exhaust manifold 15 is attached behind the heat exchanger 1 on the exhaust gas side. The axial displacement of the inner shell is realized via a push rod 16 , which in turn is moved with an adjusting motor, not shown. The push rod 16 is guided axially through the exhaust manifold 15 to the outside. An annular gap 18 is provided between the exhaust manifold 15 and the inner jacket 4 .

Aus Fig. 2 und 3 ist die Lagerung bzw. Halterung des Innenmantels 4 erkennbar: Gasturbinenseitig sind 3 Lagerteile 9 vorgesehen und abgaskrümmerseitig sind 3 Führungslaschen 17 erkennbar.The mounting or holding of the inner casing 4 can be seen from FIGS . 2 and 3: 3 bearing parts 9 are provided on the gas turbine side and 3 guide plates 17 can be seen on the exhaust manifold side.

In der gestrichelt dargestellten Stellung des Innenmantels 4 wird das Abgas direkt durch den Innenmantel 4 zum Abgaskrümmer 15 und von dort in die Atmo­ sphäre geleitet. Die voll ausgezogene Stellung des Innenmantels 4 zeigt die Abgasführung durch den Wärmetauscher 1, in welchem die in dem Abgas noch enthaltene Wärme einer Nutzung zugeführt wird.In the position shown in dashed lines of the inner jacket 4 , the exhaust gas is passed directly through the inner jacket 4 to the exhaust manifold 15 and from there into the atmosphere. The fully extended position of the inner jacket 4 shows the exhaust gas routing through the heat exchanger 1 , in which the heat still contained in the exhaust gas is used.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung und Ausbildung des Wärmetauschers werden kostenaufwendige Umgehungsleitungen mit Rauchgasklappen, die für einen separaten Wärmetauscher erforderlich sind, nicht notwendig.With the arrangement and design of the heat exchanger according to the invention costly bypass lines with flue gas flaps that are for one separate heat exchangers are required, not necessary.

Aufstellung der BezugszeichenList of reference numbers

 1 Wärmetauscher
 2 Abgasdüse
 3 Außenmantel
 4 Innenmantel
 5 Rohrbündel
 6 Abgaskanalwandteil
 7 Abgaskanal
 8 Verschlußteil
 9 Lagerteil
10 Gasführungssegment
11 Gleitflächen
12 Dichtring
13 Dichtfläche
14 Dichtfläche
15 Abgaskrümmer
16 Schubstange
17 Führungslaschen
18 Ringspalt 1 heat exchanger
2 exhaust nozzle
3 outer jacket
4 inner jacket
5 tube bundles
6 exhaust duct wall part
7 exhaust duct
8 closure part
9 bearing part
10 gas routing segment
11 sliding surfaces
12 sealing ring
13 sealing surface
14 sealing surface
15 exhaust manifolds
16 push rod
17 guide straps
18 annular gap

Claims (3)

1. Wärmekraftmaschine mit einem Abgaswärmetauscher, der konzentrisch zum Abgaskanal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel des Wärmetauschers (1) einen Teil des Abgaskanals (7) der Gasturbinenanlage bildet und axial verschiebbar und gegen einen Verschlußteil (8) bzw. gegen ein Abgaskanalwandteil (6) dichtend angeordnet ist, wobei das Verschluß­ teil (8) über mindestens drei Lagerteile (9) mit dem Abgaskanalwandteil (6) fest verbunden ist und die Lagerteile (9) mit Gleitflächen (11) für den verschiebbaren Innenmantel (4) versehen sind und abgasseitig zwischen dem Innenmantel (4), des Wärmetauschers (1) und einem Abgaskrümmer (15) ein Ringspalt (18) angeordnet ist.1. Heat engine with an exhaust gas heat exchanger which is arranged concentrically to the exhaust gas duct, characterized in that the inner jacket of the heat exchanger ( 1 ) forms part of the exhaust gas duct ( 7 ) of the gas turbine system and axially displaceable and against a closure part ( 8 ) or against an exhaust duct wall part ( 6 ) is arranged sealingly, the closure part ( 8 ) via at least three bearing parts ( 9 ) with the exhaust duct wall part ( 6 ) and the bearing parts ( 9 ) are provided with sliding surfaces ( 11 ) for the displaceable inner jacket ( 4 ) and an annular gap ( 18 ) is arranged on the exhaust gas side between the inner jacket ( 4 ), the heat exchanger ( 1 ) and an exhaust manifold ( 15 ). 2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebbare Innenmantel (4) des Wärmetauschers (1) mit einem Dicht­ ring (12) versehen ist und je eine konisch verlaufende innere und äußere Dichtfläche (13, 14) aufweist, die vorzugsweise an der entsprechenden Gegenfläche am Verschlußteil (8) bzw. am Abgaskanalwandteil (6) anliegt.2. Heat engine according to claim 1, characterized in that the axially displaceable inner jacket ( 4 ) of the heat exchanger ( 1 ) is provided with a sealing ring ( 12 ) and each has a conical inner and outer sealing surface ( 13 , 14 ), which preferably abuts the corresponding counter surface on the closure part ( 8 ) or on the exhaust duct wall part ( 6 ). 3. Wärmekraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axial verschiebbare Innenmantel (4) des Wärmetauschers (1) abgas­ seitig mit einer gelenkig angeordneten Schubstange (16) versehen ist und die Schubstange (16) axial durch einen Abgaskrümmer (15) geführt ist.3. Heat engine according to claims 1 and 2, characterized in that the axially displaceable inner jacket ( 4 ) of the heat exchanger ( 1 ) is provided on the exhaust side with an articulated push rod ( 16 ) and the push rod ( 16 ) axially through an exhaust manifold ( 15 ) is performed.
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