DE4407829A1

DE4407829A1 - Verfahren zur quasiisothermen Verdichtung von Luft

Info

Publication number: DE4407829A1
Application number: DE19944407829
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Wuebbeling
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1994-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1995-09-14

Description

Die Erfindung betrifft die quasiisotherme Verdichtung von Luft mit einem mehrstufigen Turbo-Verdichter unter Zufüh rung von Wasser.

Es ist bekannt daß, die für die Verdichtung eines idealen Gases aufzuwendende Stufenarbeit, die in starkem Maße von der Stufeneintrittstemperatur abhängt, durch Absenkung die ser Temperatur verringert werden kann. Eine solche Tempera turabsenkung kann zum Beispiel durch Eindüsung von Wasser erfolgen, wodurch sich eine quasiisotherme Zustandsänderung realisieren läßt.

Bei Versuchen mit einem 21-stufigen Verdichter, bei dem in jeder Stufe Wasser zugeführt wurde, konnte die aufzuwen dende Verdichterarbeit um ca. 22% gegenüber einem gleich artigen Verdichter ohne Wassereinspritzung verringert wer den.

Die Ergebnisse haben im einzelnen gezeigt, daß mit der Ein düsung von Wasser in die vorderen Verdichterstufen der Ge winn an Wellenleistung größer ist als der Zuwachs von Brennstoffleistung. In diesem Bereich kann der Wirkungsgrad so um 1 bis 1,5% verbessert werden. Hingegen führt eine Wasserzuführung in den hinteren Stufen zu einer merklichen Wirkungsgradreduzierung.

Neben der zu erwartenden relativ geringen Wirkungsgradver besserung des Gesamtprozesses ist aber auch der Aufwand für die erforderlichen technischen Änderungen am Verdichter zu berücksichtigen, der im Hinblick auf die Eindüsung des Was sers konstruktive Maßnahmen erfordert, die unter Umständen zu einer Änderung seiner Geometrie führen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Verfahren zur quasi isothermen Verdichtung von Luft so zu gestalten, daß unter Vermeidung der vorgenannten Probleme und Nachteile eine Verbesserung des Betriebsverhaltens und damit auch des Wir kungsgrades erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgese hen, daß das zuzuführende Wasser an ⁿ/₂ Stellen des Turbo-Verdichters eingespritzt wird, wobei mit n die Anzahl der Verdichterstufen bezeichnet ist. Gegenüber dem eingangs genannten Verfahren wird hier nicht an jeder Verdichter stufe Wasser zugeführt, sondern es wird an ausgewählten Stellen, beispielsweise nur an jeder zweiten Verdichter stufe, das für die quasiisotherme Verdichtung benötigte Wasser der Luft zugeführt.

Hinsichtlich der zugeführten Menge an Wasser ist in weite rer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß nur so viel Wasser zugeführt wird, bis eine Sättigung der Verdichtungs luft erreicht ist. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, daß die relative Feuchte der Verdichtungsluft mehr als 99,5% aber weniger als 100% beträgt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß zusätzlich zu dem an ausgewähl ten Stellen zugeführtem Wasser auch nach der letzten Ver dichterstufe Wasser zugeführt und mit der Verdichtungsluft gemeinsam einer Brennkammer einer Gasturbinenanlage zuge leitet wird, wodurch sich die bei der Verbrennung des Brenngases entstehende Menge an Stickoxyden (NO_x) zusätz lich verringert.

Um das erfindungsgemäße Verfahren auch ordnungsgemäß durch führen zu können hat die Erfindung die weitere Aufgabe zu lösen, eine hierfür geeignete Anordnung zu schaffen, mit der die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens pro blemlos erfolgen kann. Die Lösung dieser weiteren Aufgabe ist im Patentanspruch 5 gekennzeichnet. Demgemäß ist ein mehrstufiger Turbo-Verdichter, der je einen mit in mehreren Stufen angeordneten Verdichterschaufeln versehenen Stator und Rotor aufweist sowie Zuführstellen für die Einspeisung von Wasser in den Verdichtungsraum, mit einer Anzahl ⁿ/₂ von Zuführstellen versehen, die für die Einspeisung von Wasser dienen. Auch hierbei ist mit n die Anzahl der Ver dichterstufen bezeichnet.

In weiterer Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Verdich ters können die Zuführstellen für das Wasser als Düsen aus gebildet sein, welche das einzuspeisende Wasser zerstäuben, um eine möglichst gründliche Durchmischung der Verdich tungsluft mit dem zugeführten Wasser zu erreichen.

Diese und andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand einer schematischen Skizze sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfin dung näher erläutert und beschrieben werden.

Die einzige Figur zeigt einen Verdichter in schematischer Darstellung.

In der einzigen Figur ist ein Verdichter 10 in schemati scher Darstellung gezeigt, der das Gesamtdruckverhältnis von π = 12,58 bar besitzt. π_i beträgt somit 1,89 bar. An den mit 12, 14, 16 und 18 bezeichneten Stellen wird jeweils soviel Wasser in den Verdichter eingedüst bis eine Sätti gung der darin befindlichen Verdichtungsluft erreicht ist. Hierdurch sinkt jeweils die Temperatur vor jeder weiteren Verdichtung im Verhältnis π_i.

Mit dieser Maßnahme, nämlich nicht hinter jeder Stufe son dern an vier entlang dem Verdichter verteilten Stellen 12, 14, 16, 18 Wasser zuzuführen wird einerseits der gleiche Effekt erreicht, wie er eingangs erwähnt wurde, mit der Folge, daß die Antriebsleistung für den Verdichter sich um etwa 16% verringert. Gleichzeitig aber wird mit dieser hier nur schematisch dargestellten Anordnung von Einspritz düsen an ausgewählten Stellen 12, 14, 16, 18 der konstruk tive Aufwand vergleichsweise klein gehalten, wobei überdies der mit der einhergehenden quasiisothermen Verdichtung er wartete Erfolg einer Wirkungsgradverbesserung per Saldo eintritt. Demgemäß ist ein erfindungsgemäß gestalteter Ver dichter bei geringfügigen Mehrkosten für die Einspritzung wesentlich effizienter.

Claims

1. Quasiisotherme Verdichtung von Luft mit einem mehrstufigen Turbo-Verdichter unter Zuführung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das zuzuführende Wasser an ⁿ/₂ Stellen des Turbo-Verdichters eingespritzt wird
mit n = Anzahl der Verdichterstufen.

2. Verdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß soviel Wasser zugeführt wird, bis eine Sättigung der Verdichtungsluft erreicht ist.

3. Verdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß soviel Wasser zugeführt wird, daß die re lative Feuchte der Verdichtungsluft < 99,5% aber < 100% beträgt.

4. Verdichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich auch nach der letz ten Verdichterstufe Wasser zugeführt und mit der Verdich tungsluft gemeinsam einer Brennkammer einer Gasturbinenan lage zugeführt wird.

5. Mehrstufiger Turbo-Verdichter zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche mit je einem mit in mehreren Stufen angeordneten Verdich terschaufeln versehenen Stator und Rotor sowie mit Zuführ stellen für die Einspeisung von Wasser in den Verdichtungs raum, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zuführ stellen für die Einspeisung von Wasser ⁿ/₂ beträgt
mit n = Anzahl der Verdichterstufen.

6. Mehrstufiger Verdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführstellen als Düsen ausgebildet sind, welche das einzuspeisende Wasser zerstäuben, um eine möglichst gründliche Durchmischung der Verdichtungsluft mit dem zugeführten Wasser zu erreichen.