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G.asturbinenanlage mit Erzeugung der Treibgase durch Verbrennung von
gasförmigen Brennstoffen Bekanntlich hängt der Wirkungsgrad einer Gasturbine in
starkem Maße von der Eintrittstemperatur der Treibgase in die Turbine ab. Mit den
zur Zeit bekannten Werkstoffen kann man Gaseintrittstemperaturen von höchstens 70o°
C zulassen, mit denen man aber bei Gasturbinen noch nicht den Wirkungsgrad des Dieselmotors
erreicht. Wenn man von den, Vorteilen absieht, die der Betrieb einer Gasturbine
bietet, sowie von den Vorteilen des geringen Platz- und Gewichtsbedarfes, kann man
also nur dann die Gasturbine wettbewerbsfähig gegenüber dem Dieselmotor machen,
wenn es gelingt, einen Brennstoff für die Gasturbine zu verwenden, dessen Preis
dem Verhältnis des Wirkungsgrades des Dieselmotors und der Gasturbine entsprechend.
niedriger ist. Bei der Wahl des Brennstoffes muß aber noch ein anderer Gesichtspunkt
berücksichtigt werden. Der flüssige Brenn= stoff soll in erster Linie den ortsbeweglichen
Anlagen vorbehalten bleiben. Es ergibt sich daher die Porderung, für ortsfeste Gasturbinenanlagen
einen festen oder gasförmigen Brennstoff zu liefern, der in ausreichendem Maße und
billig zu beschaffen ist. Eine
Forderung, die man bei Gasturbinenhetrieb
unter allen Umständen aufrechterhalten mul.i, ist die nach einer einwandfreien Verbrennung.
denn mit Rücksicht auf die erforderliche Reinhaltung der Gasturbine ist es nicht
angängig, einen Brennstoff zu verwenden, der z. B. zur kulibildung neigt. Neben
dem flüssigen Brennstoff läßt sich daher ein gasförmiger Brennstoff am leichtesten
verbrennen. In den Industrien, in denen brennbare Gase in ausreichendem Maße anfallen,
bereitet selbstverständlich die beschaftung des Brennstoffes keine Schwierigkeiten.
Anders liegen jedoch die Verhältnisse bei den Kraftanlagen, die außerhalb von Hüttenwerken,
Kokereien, chemischen Betrieben usw. liegen. Hier wird der Bezug des Gases von Gaswerken,
aus Ferngasleitungen usw. bei größeren Anlagen wohl nur selten möglich sein. Man
muß in diesen Fällen das Gas selbst erzeugen.
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Da Gaserzeuger seit langem bekannt sind, kann man nun ohne weiteres
in einem normalen Gaserzeuger das Gas erzeugen und es nach Kühlung und Reinigung
in einem Verdichter auf den in der Brennkammer herrschenden Druck verdichten. Dieses
bekannte Verfahren hat jedoch viele Nachteile. Für die Verbrennung des Gases in
der der Turbine vorgeschalteten Brennkammer braucht man auch verdichtete Luft. Man
muß also außer dem erforderlichen Gasverdichter noch einen Luftverdichter aufstellen.
Ferner muß, um die Antriebsleistung des Gasverdichters klein zu halten, das Gas
möglichst weit heruntergekühlt werden, wobei die dem Gas innewohnende Wärme durch
das Isühlwasser verlorengeht. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß man Kühlwasser
verwenden muß. Dieser Nachteil ist sogar in manchen Fällen sehr schwerwiegend, zumal
man bei Gasturbinen im allgemeinen praktisch ohne Wasser auskommt. Dieses Kühlwasser
ist bekanntlich nicht mehr als normales Kühlwasser anzusprechen, sondern muß als
Abwasser betrachtet werden. In vielen Fällen gestaltet sich auch die Abwasserbeseitigung
außerordentlich schwierig.
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Man kann alle diese Nachteile dadurch vermeiden, daß man den Gaserzeuger
unter Druck setzt. Nun ist eine Druckgaserzeugung zwar schon bekanntgeworden. Diese
bekannten %--erfahren haben in der Regel aber einen ganz anderen Zweck, nämlich
die Erzeugung eines dem Stadtgas gleichen oder wenigstens sehr ähnlichen Gases mit
hohem Heizwert. Um diese Forderungen zu erfüllen, wird Sauerstoff dem Druckgaserzeuger
zugesetzt. Die Anlage wird also wesentlich umständlicher. Es ist aber auch schon
bekannt, bei der Herstellung von Treibgasen für Viertaktkolbenbreimkraftmaschinen
den Treibgaserzenger finit Druckluft zu beaufschlagen. 1li;:i-l:ei lie"t aber nur
der Gedanke der Verklein:rung der Abmessungen des Gaserzeugers zugrunde, da ein
Verdichter hinter dem Gaserzeuger in keinem Fall benötigt wird. Die Kolbenbrennkraftinaschine
saugt das Treibgas selbst an. Fragen der Verdichtung der Brenngase hinter dem Gaserzeuger
sowie der dadurch erforderlich «-erdenden Kühlung der heißen Gase treten bei der
Verwendung des Gases in Kolbenbrennkraftmaschinen überhaupt nicht auf. Weiterhin
sind Gasturbinenanlagen mit gasförmigen Brennstoffen bekanntgeworden, bei welchen
die Brenngase der Brennkammer unter Druck geführt werden.
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Die Erfindung. die zur Behebung der vorstehend bei Gasturbinenanlagen
aufgeführten Nachteile dient, bezieht sich auf GasturbinenanlagCn mit Erzeugung
der Treibgase durch Verbrennung von gasförmigen Brennstoffen, «-nilei die Brenngase
der der Erzeugung der Treibgase dienenden Brennkammer unter Druck zugeführt und
die Druckluft für die Verbrennung in der Brennkammer und für die Erniedrigung der
Treibgastemperatur vorn gleichen Verdichter geliefert werden. Das erfinderische
Neue besteht darin, daß die unter Druck stehenden Brenngase in bekannter Weise durch
Beaufschlagung des Gaserzeugers mit Druckluft erzeugt werden und die Druckluft für
die Druckgaserzeugung im Gaserzeuger yom einzigen Luftverdichter entnommen wird,
so da13 die gesamte Turbinenanlage nur einen einzigen Verdichter aufweist. Der Verdichter
ist demnach so bemessen, daß er außer der Luft für die Verbrennung und Kühlung in
der Brennkarnmer auch noch die Luft für den Druckgaserzeuger liefert. Es ist zwar
bekannt, bei Turbinenanlagen mit Gaserzeugung die Luft für die Verbrennung der Treibgase
in der Brentikaminer und die Luft für die Erniedrigung der Gastemperatur vor ihrem
Eintritt in die Turbine vom gleichen Verdichter verdichten zu lassen. Bei diesen
Anlagen benötigt man aber einen besonderen V erclichter, der die aus dem Gaserzeuger
kommenden Gase auf den in der Brennkammer erforderlichen Druck verdichtet. Da eine
wirtschaftliche Verdichtung der Gase außerdem eine Kühlung vor dem Verdichten erforderlich
macht, stellt die Treibgasverdichtung einen zusätzlichen Aufwand für die Gesamtanlage
dar, der durch die Druckgaserzeugung nach der Erfindung in Fortfall kommt. Die vom
Verdichter kommende verdichtete Luft wird in bekannter Weise durch einen Wärmeaustatischer
geleitet, in dem die den Abgasen nach der Turbine inne-,vohnende Wärme der Druckluft
mitgeteilt wird. Der Gaserzeuger
erhält also. ebenfalls vorgewärmte
Luft, so daß in den Gaserzeuger ein überhitztes Dampf-Luft-Gemisch eintritt und
dadurch eine weitergehende Dampfzersetzung erfolgt bzw. der Gaserzeuger in- einem
erhöhten Temperaturniveau arbeitet. Selbstverständlich kann auch dieDruckluft unterUmgehung
des Wärmeaustausche.rs vom Verdichter zum Gaserzeuger geleitet werden, wenn keine
sehr hohe Temperatur im Gaserzeuger erwünscht ist. Der Gaserzeuger wird dabei unter
einen Druck gesetzt, der gleich oder wenig höher als der Druck in der Brennkammer
ist. Die heißen und unter Druck stehenden Gase werden unmittelbar ohne Kühleinrichtung
und besondere Reinigungsanlagen der Brennkammer zugeführt, wo sie unter Zusatz von
Luft verbrannt werden. Die Brennkammer ist unmittelbar Hinter dem Druckgaserzeuger
angeordnet, so daß die dem Generatorgas innewohnende Wärme nicht verlorengeht. Außerdem
werden etwaige Teerdämpfe in der Brennkammer sofort verbrannt. Da bei einem Druckgaserzeuger
die Luft und das Gas eine größere Dichte haben, werden die Abmessungen kleiner.
Man kann daher, ohne zu große Abmessungen zu erhalten, durch Vergrößerung des Raumes
über der Brennstoffschicht im Gaserzeuger und der betreffenden Rohrleitungen die
Geschwindigkeiten der Gase verringern und so das Mitreißen von Staub vermindern.
Ein Teil des trotzdem mitgeführten Staubes kann gegebenenfalls durch Drällerzeugung
in der nachgeschalteten Brennkammer ausgeschieden werden, wobei die Brennkammer
also. gleichzeitig als Staubabscheider dient. Bei besonders staubentwickelnden Brennstoffen
schaltet man zweckmäßig einen besonderen Staubabscheider in die Leitung hinter dem
Gaserzeuger ein.
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In der Zeichnung ist eine Gas.turbinenanlage nach der Erfindung in
einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Die Turbine i, der Verdichter
2 und die Arbeitsmaschine 3, z. B. ein elektrischer Stromerzeuger, sind durch die
Kupplungen 4 und 5 miteinander verbunden. Die durch den Eintritt 6 in den Verdichter
2 eingesaugte Luft tritt aus der Leitung 7 durch den Wärmeaustauscher
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zu einem Teil durch die Leitung i i in den Gaserzeuger 13, von dem aus
die unter Druck stehenden Verbrennungsgase über die Leitung 15 zur Brennkammer io
geführt werden. Ein zweiter Teil der verdichteten Luft strömt nach Verlassen des
Wärmeaustauschers durch die Leitung 8 zur Brennkammer zo und dient dort zur Erniedrigung
der Temperatur der in der Brennkammer io erzeugten Treibgase für die Turbine i,
zu der sie durch die Leitung 1,4 gelangen. Eine Abzweigung 12 führt einen Teil der
Druckluft unmittelbar zu dem Gasbrenner 16 und dient dort zur Verbrennung der im
Gaserzeuger 13 hergestellten Brenngase. Um die Abwärme der Turbine noch weitgehender
auszunutzen, kann mit ihr auch der im Gaserzeuger eingebrachte Brennstoff vorgetrocknet
werden.