DE761854C - Brennkraftturbinen-Anlage - Google Patents

Brennkraftturbinen-Anlage

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DE761854C
DE761854C DEM152341D DEM0152341D DE761854C DE 761854 C DE761854 C DE 761854C DE M152341 D DEM152341 D DE M152341D DE M0152341 D DEM0152341 D DE M0152341D DE 761854 C DE761854 C DE 761854C
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DE
Germany
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compressed air
heated
gas
air
combustion
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DEM152341D
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English (en)
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Paul H Dr-Ing Mueller
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/26Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Brennkraftturbinen-Anlage Die Erfindung bezieht sich auf eine: Brennkraftturbinen-Anlage, bei welcher der vom Luftverdichter geförderten Druckkluft vor ihrer Erwärmung durch: Abgase durch Verdunsten von in den Kühlwasserräumen der Brennkraftturbino, des Luftverdichters, dessen Zwischenkühlern oder durch Abgase erwärmten: Kühlwassers. Wasserdämpfe zugeführt sind. Bei den bekannten, Brennkraftturbinen-Anlagerr dieser Art dient gasförmiger, flüssiger oder staubförmiger fester Brennstoff, der in: die erzeugte Druckluft eingeführt wird, zur Erhitzung der Druckluft. Es ist auch bekannt, festen Brennstoff mittels DrucIduft zu verbrennen.
  • Wird ein brennbares Gas zur Erhitzung der Druckluft benutzt, so wird bei den bekannten Anlagen die Gaserzeugeranlage für sich betrieben. und hängt mit der Turbinenanlage nur dadurch, zusammen, daB das erzeugte Gas dem Brennraum der Turbinenanlage zugeführt wird. Bei solchen; Anlagen sind. Gasreiniger erforderlich, durch die der größte Teil der fühlbaren Wärme des Gases verlorengeht. Andererseits ist eine Anlage vorgeschlagen, bei der einem Raum mit festem Brennstoff durch Turbinenabgase vorgewärmte Druckluft zugeführt und der der glühenden Brennstoffschicht entweichende brennbare Gasteil durch ebenfalls durch Turbinenabgase vorgewärmte Druckluft verbrannt wird. Das dabei der glühenden Brennstoffschicht entweichende Gas hat, wegen des Fehlens von Wasserdampf in der Druckluft eine hohe Temperatur und enthält nur einen kleinen Teil brennbarer Gase.
  • Im Gegensatz zu diesen bekannten Einrichtungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den mit festem Brennstoff zu beschickenden Gaserzeuger so in die Brennkraftturbinen-Anlage einzufügen, daß Wärmemengen. welche in den Kühlräumen der Turbine, des Luftverdichters, dessen Zwischenkühlern und gegebenenfalls in Abgaskühlern in das Kühlwasser gelangen, wieder nutzbar ,.macht werden, daß ein gut brauchbares Gas von nicht zu hoher Temperatur erzeugt wird und besondere Reinigungs- und Kühlanlagen sowie Fördervorrichtungen für das brennbare Gas entbehrlich werden. Erreicht wird dieses bei einer Brennkraftturbinen-Anlage, bei welcher der vom Luftverdichter geförderten Druckluft vor ihrer Erwärmung durch Abgase durch Verdunsten von in den Kühlwasserräumen der Brennkraftturbine, des Luftverdichters, dessen Zwischenkühlern oder durch Abgase erwärmten Kühlwasser Wasserdämpfe zugeführt sind, erfindungsgemäß in erster Linie- dadurch. daß in den Weg zur Brennkammer eines Teiles der auf diese Weise mit Wasserdämpfen angereicherten und erwärmten Druckluft ein mit festem Brennstoff heschickter Gaserzeuger eingeschaltet ist.
  • Die Zeichnung stellt die Erfindung an verschiedenen Beispielen dar. Die Abb. i und 2 zeigen Ausführungen. bei denen der Gaserzeuger in den Weg der Druckluft zur Turbine eingeschaltet ist und unter der vollen Spannung dieser Druckluft steht. Die Kammer, in welcher das erzeugte Gas mit einem Teil der Druckluft verbrannt wird, liegt dabei vor der Turbine. Bei der Abb. 3 dagegen tritt die in der Turbine bereits entspannte Luft in den Gaserzeuger ein und die Kammer. in welcher das erzeugte Gas verbrannt wird, ist WärmesFeichern vorgeschaltet, die von den hocherhitzten Gasen beheizt dazu dienen, um die der Turbine zugeführte Druckluft zu erhitzen.
  • Fei der Anlage nach Abb. i wird die vom Verdichter I" angesaugte Außenluft. von diesem in mehreren Stufen auf höhere Spannung gebracht, wobei sich zwischen den einzelnen Stufen in üblicher Weise Oberflächenzwischenkühler 2, 3 und q. befinden, in denen die Luft die in der voraufgegangenen Verdichtungsstufe aufgenommene Wärme wieder abgeben kann. Diese Oberflächenkühler «-erden vom Kühlwasser durchflossen, «-elches die Pumpe 5 durch sie hindurchdrückt. Das auf diese eise erwärmte Wasser gelangt durch die Leitung 6 oben auf die Rieselschicht 7 des Sättigers S, in welchen die endverdichtete Luft des )Terdichters f' durch die Leitung 8 eintritt, um dann die Rieselschicht ; von unten nach oben, dem niederrieselnden Wasser entgegen. zu durchströmen, wobei sich diese Druckluft mit Wasserdampf sättigt und gleichzeitig das Nasser abkühlt, «-elches auf diese Weise aufs neue befähigt wird, in den Oberflächenkühlern 2, 3 und .I Wärme aufzunehmen. Außer in den Zwischenkühlern 2, 3 und. kann das Kühlwasser auch noch «lärme in Kühlräumen des Verdichters selbst sowie in Kühlräumen der Turbine. was in dieser Abbildung nicht dargestellt ist und auch im Abgaskühler 23 aufnehmen, um dann in der beschriebenen Weise im Sättiger S zurückgekühlt zu werden, damit es entsprechend abgekühlt seinen Kreislauf aufs neue antreten kann. Das derart in der Rieselschicht 7 verdunstete Wasser wird durch einen Schwimmerregler g ersetzt. Dieses Zusatzwasser, welches durch die Leitung io zugeführt wird, durchströmt zuvor den Oberflächenwärmeaustauscher i i, der von den Verbrennungsgasen vor ihrem Austritt ins Freie beheizt wird.
  • Die mit den Wasserdämpfen angereicherte Luft, «-elche den Sättiger S durch die 1 xitUng 12 verläßt, gelangt durch eine oder mehrere parallel geschaltete Kammern des vorher von den Verbrennungsgasen aufgeheizten Wärmespeichers R und dann durch die Leitung 13 in bereits erheblich vorgewärmtem Zustand teils in den Gaserzeuger G und teils zur Brennkammer B, wo sie das im Gaserzeuger G erzeugte und durch die Leitung 1 5 zuströmende brennbare Gas verbrennt.
  • Im Gaserzeuger G wird aus festem Brennstoff in üblicher Weise, jedoch unter Spannun' der verdichteten Luft, infolge ihres Gehalte: an Wasserdämpfen ein gut brennbares Kraftgas erzeugt, welches, ohne daß es vorher gereinigt oder abgekühlt zu werden brauchte, durch die Leitung 15 der Brennkammer B zugeführt wrd. Wegen des Überdruckes im Gaserzeugungsraum muß der feste Brennstoff durch eine am oberen Teil des iiaserzeugers vorgesehene Schleuse, ohne daß nennenswerte Gasmengen entweichen können, zugeführt werden. In gleicher Weise muß durch eine Schleuse, um einen ununterbrochenen Betrieb aufrechterhalten zu können, aus dem unteren Teil Asche und Schlacke abgeführt werden, was der Einfachheit wegen in der schematisch gehaltenen Abb. i nicht dargestellt ist.
  • Aus der Brennkammer B gelangen die hocherhitzten Treibgase zur Turbine, in welcher sie entspannt und dadurch erheblich abgekühlt werden. In diesem Zustand gelangen sie durch die Leitung 14 zum Wärmespeicher R, um dort eine oder mehrere Kammern aufzuheizen und sich dadurch weiter abzukühlen. Die restliche Wärme wird den Abgasen dann in den Oberflächenwärmeaustausrhern 23 und i i, wie bereits oben erwähnt worden ist, entzogen. Die verschiedenen Kammern des Wärmespeichers R werden nach entsprechender Aufheizung der Reihe nach umgeschaltet, um dann die darin aufgespeicherte Wärme an die verdichtete und mit Wasserdämpfen angereicherte Luft abzugeben., worauf nach entsprechender Abkühlung wieder die Umschaltung auf die wärmeabgebenden Abgase der Turbine erfolgt.
  • Die Anlage nach Abb. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Abb. i dadurch, d'aß die vom Verdichter V gelieferte, Druckluft, die den Verdichter durch die Leitung 8 verläßt, durch einen selbsttätigen oder von Hand einzustellenden Verteiler 16 auf die beiden Lei, tungen 8a und 8b verteilt wird, um auf diese Weise schon an dieser Stelle die dem Gaserzenger G und der Brennkammer B zugeführten Druckluftteile entsprechend einstellen zu können. Die für den Gaserzeuger G bestimmte Druckluft durchströmt den Sättiger S1, nährend die für die Brennkammer B bestimmte Druckluft den Sätti.ger S2 durchströmt. Die unteren Teile der beiden Sättiger, in denen sich das rückgekühlte Wasser befindet, können durch ein U-Rohr 17 miteinander verbunden sein, so daß für beide Sättiger ein Schwimmerregler 9 für die Zuführung des, Zusatzwassers genügt.
  • Für die Vorwärmung der vom Sättigger S1 zum Gaserzeuger G geführten, mit Wasserdämpfen angereicherten Luft ist der Wärmespeicher R1 vorgesehen, während der Wärmespeicher R2 für die Vorwärmung der mit Wasserdämpfen angereicherten Luft, die vom Sättige, S2 der Brennkammer B zugeführt werden soll, dient. Beide Wärmespeicher R1 und R2 werden in der Weise, wie es: in der Abb. i beschrieben wurdet' durch die von der Turbine T kommenden, entspannten Verbrennungsgase aufgeheizt.
  • Von den Anlagen nach Abb. i und 2 unterscheidet sich die Anlage nach Abb. 3 dadurch, daß der Gaserzeuger nicht unter der Spannung der Druckluft, sondern, unter einer die Spannung der Außenluft nur wenig übersteigenden Spannjung steht, so d'aß er unter Verhältnissen: betrieben, wird, unter denen auch sonst im allgemeinen solche Kraftgaserzeuger betrieben werden. Außerdem wird die Turbine T nicht von den Verbrennungsgasen, sondern von hocherhitzter mit Wasserdämpfen angereicherter Luft durchströmt.
  • Die vom Verdichter h angesaugte und verdichtete Luft gelangt ebenso wie bei der Anlage nach Abb..i durch die Leitung 8 zum Sättiger S, den sie, mit Wasserdämpfen ange!-reichert, durch die Leitung i2 verläßt.
  • Die Pumpe 5 fördert das aus dem unteren Teil des Sättigers S entnommene, in ihm zurückgekühlte Kühlwasser durch die Zwischenkühler 4., 3 und 2 des Verdichters-, strömt dann durch die schematisch angedeuteten Räume 18 der Turbine, T, kann noch Wärme im Abgaskühler 23 aufnehmen und gelangt dann zur Wasserverteilung des Sättigers S.
  • Die aus dem Sättiger S oben abziehende, mit Wasserdämpfen angereicherte Luft wird in einer oder mehreren Kammern des Wärmespeichers R hocherhitzt und gelangt in diesem Zustand zur Turbine T durch die Leitung 13. Die in der Turbine T entspannte wasserdampfhaltige Luft gelangt durch die Leitung 1q. zum Verteiler i9, um von hier in regelbarer Menge teils dem Gaserzeuger G, teils. der Brennkammer B zugeführt zu werden. In der Brennkammer B wird das im Gaserzeuger G erzeugte brennbare Gas, unter einer die Spannung der Außenluft wenig übersteigenden Spannung verbrannt. Die dort gebildeten hocherhitzten Verbrennungsgase beheizen eine oder mehrere Kammern des Wärmespeichers R, werden hierin abgekühlt und durchströmen dann zur weiteren Abkühlung die Oberflächenwärmeaustauscher 23 und i i, von wo. spie dann ins. Freie entweichen,. Die einzelnen Kammern des Wärmespeichers. R werden abwechselnd so geschaltet, daß sie von den wärmeabgebendenhocherhitz: ten Verbrennungsgasen und der zu erhitzen, den, für die.Turbine T bestimmten Druckluft durchströmt werden. Die Brennkammer B kann dabei in den einzelnen Kammern des Wärmespeichers R vorgesehen sein, wobei sich dann jedesmal, wenn die Beheizung der betreffenden Kammer beginnt, die Zündung einstellt, während die Flamme wieder erlischt, wenn auf Abkühlung der betreffenden Kammer durch die zu erhitzende Druckluft umgeschaltet wird.
  • Die Turbinenanlage sowohl wie die mehrstufige Luftverdichtung kann in allen Fällen insofern beliebig gestaltet sein, als die Turbine- T den Luftverdichter unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines übersetzungs.-getriebes antreiben kann. Auch können mehrere Turbinen in Parallel- oder Hinterein,-anderschalt.ung vorhanden sein, von denen einzelne Turbinen entweder nur gewisse Verdichtungsstufen antreiben oder außerdem auch noch die Nutzleistung abgeben. Bei den An, lagen nach den Abb. i und a ist die Verbindung zwischen Turbine 7° und Verdichter 1' offen gelassen. während bei der Anlage nach-Abb. 3 angenommen ist, daß die Turbine T sowohl den Verdichter 1- als auch den Stromerzeuger D antreibt. Entscheidend für d°ii Gegenstand der Erfindung ist in allen Fällen. daß die vom Verdichter I' geförderte Luft auf ihrem Wege zum Gaserzeuger (7 mittels Wasserdämpfen gesättigt wird, die aus dem in der Anlage erwärmten Kühlwasser durch Verdunstung sich bilden. Auf die Weise wird die in den Dämpfen enthaltene Wärme, «-elche k in das Kühlwasser wanderte, zur Gaserzeugung nutzbar gemacht. Hieraus folgt unter anderem, daß der Gaserzeuger nicht mit einem Wassermantel versehen zu werden braucht, welcher die für die Gaserzeugung erforderlichen Dämpfe liefert.
  • Die Leitungen, besonders diejenigen für die heißen Gase, werden zweckmäßig, um Wärmeverluste zu vermeiden, so kurz wie . möglich gehalten und gegen Wärmeabgabe nach außen gut abgedämmt. Dieses gilt besonders für die Leitung, in welcher das erzeugte brennbare Gas zur Brennkammer strömt, damit Teerabscheidungen vermieden werden.
  • Ein besonderer Vorteil der Anlagen nach der Erfindung ist es, daß der Vergasungsvorgang insofern verhältnismäßig unempfindlich ist, als der Gaserzeuger ohne Nachteil verhältnismäßig heiß gehen kann. Während es bei den üblichen Gaserzeugern, bei denen eingereinigtes, kaltes, brennbares Gas erzeugt werden soll, von Nachteil ist, wenn das im Gaserzeuger hergestellte Gas eine zu hohe Temperatur besitzt, weil diese in den Wäschern nutzlos verlorengeht, ist bei einer Anlage nach der Erfindung eine solche verhältnismäßig hohe Gastemperatur ohne Nachteil, weil sie der in der Verbrennungskammer erzeugten Temperatur der Verbrennungsgase voll zugute kommt. In Hinblick hierauf brauchen die Gaserzeuger auch nicht unbedingt die gebräuchliche Form zu haben, sondern können beispielsweise unter '#ler%vendung \-oii Is,ettenrosten für die Abführung der Asch.- und der Schlacke sich weitgehend den wit solchen Kettenrosten ausgerüsteten Feuerangen nähern.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftturbinen .Anlage, bei welcher der vorn Luftverdichter geförderten Druckluft vor ihrer Erwärmung durch Abgase durch Verdunsten von in den Kühlwasserräumen der Brennkraftturbine, des Luftverdichters, dessen Zwischenr kühlern oder durch Abgase erwärmten Kühlwasser Wasserdämpfe zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Weg zur Brennkammer eines Teiles der auf diese Weise mit Wasserdämpfen angereicherten und erwärmten Druckluft ein mit festem Brennstoff beschickter Gaserzeuger eingeschaltet ist. z. BrennkraftturbinenAnlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Druckluftmenge und die durch Verdunstung abzukühlenden Kühlwassermengen regelbar aufgeteilt werden auf einen '\7'erduitster (S1), den die zum festen Brennstoff des Gaserzeugers zu führende Druckluft und einem zweiten Verdunster (S2), den die für die '\Terbrennung des gebildeten Brenngases erforderliche Brennluft durchströmt. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften N r. 665 607, 693 838, 182 839; österreichische Patentschrift 1r. 16;r9; schweizerische Patentschrift N r. 173 779.
DEM152341D 1941-11-08 1941-11-08 Brennkraftturbinen-Anlage Expired DE761854C (de)

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DE1104264B (de) * 1955-08-24 1961-04-06 Prvni Brnenska Strojirna Zd Y Verfahren zum Verwerten fester Brennstoffe in Gasturbinenanlagen

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CH175779A (de) * 1932-12-15 1935-03-15 Milo Ab Gasturbinenanlage.
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DE695838C (de) * 1938-02-24 1940-09-04 Michael Martinka Dipl Ing Mit einem gasfoermigen Arbeitsmittel betriebene Kraftmaschinenanlage

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