DE767173C - Gas heater - Google Patents
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Description
Gaserhitzer Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaserhitzer für eine Gasturbinenanlage, bei welcher nur ein Teil des Arbeitsmittels einen Kreislauf ausführt, während ein anderer Teil aus dem Kreislauf entnommen und hierfür ein Ersatz in Form von Luft wieder zugeführt wird, wobei im Gaserhitzer mittels eines Verbrennungsgases durch Wärmeaustausch ein anderes Gas erhitzt wird und ferner eine Regelvorrichtung zur selbsttätigen Einstellung der Brennstoffmenge in Abhängigkeit vom Druck der Verbrennungsgase vorgesehen ist.Gas heater The invention relates to a gas heater for a Gas turbine system in which only part of the working fluid carries out a cycle, while another part is removed from the cycle and a replacement for it in form is supplied again by air, in the gas heater by means of a combustion gas another gas is heated by heat exchange and also a control device for automatic adjustment of the amount of fuel depending on the pressure of the Combustion gases is provided.
Die Erfindung besteht darin, daß die Regelvorrichtung, welche die Brennstoffmenge einstellt, mittels eines vom veränderlichen Druck der Verbrennungsgase beeinflußten Fühlers die Menge des zugeführten Brennstoffs bei steigendem Druck vergrößert und bei fallendem Druck verkleinert.The invention consists in that the control device which the Adjusts the amount of fuel by means of one of the variable pressure of the combustion gases sensors influenced the amount of fuel supplied with increasing pressure enlarged and reduced with decreasing pressure.
Durch die vorgeschlagene neue -Ausbildung des Gaserhitzers einer Gasturbinenanlage wird die Wirkung erzielt, die Temperatur der die Wärmeaustauschflächen bestreichenden Verbrennungsgase ständig auf der höchstzulässigen Temperatur halten zu können, ohne eine Überschreitung der zulässigen Grenze befürchten zu müssen. Die Veränderung der dem Gaserhitzer zugeführten Brennstoffmenge erfolgt gleichzeitig und proportional mit der Änderung der die Wärmeaustauschflächen bestreichenden Luft- bzw. Gasmenge. Bei Veränderung der durchzusetzenden Wärmemenge werden deshalb die Heizflächen nicht durch unzulässig hohe Temperaturen gefährdet.Through the proposed new training of the gas heater of a gas turbine plant the effect is achieved, the temperature of the brushing the heat exchange surfaces To be able to keep combustion gases constantly at the maximum permissible temperature without fear of exceeding the permissible limit. The change the amount of fuel fed to the gas heater takes place simultaneously and proportionally with the change in the amount of air or gas covering the heat exchange surfaces. at The heating surfaces will therefore not change the amount of heat to be implemented endangered by impermissibly high temperatures.
Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Gasturbinenanlagen muß die Temperatur des Arbeitsmittels möglichst hoch sein. Eine obere Grenze setzen dieser Steigerung die Festigkeitseigenschaften der für den Wärmeaustauscher zur Verfügung stehenden Baustoffe. <<:eil die Wärmeaustauschflächen die höchsten Temperaturen in der Anlage erfahren. Einerseits hat man das größte Interesse, möglichst nahe an diese Temperaturgrenze heranzugehen, anderseits darf diese Grenze aber, um Schäden zu verhüten, unter keinen Umständen, selbst nicht kurzzeitig. überschritten werden.To increase the economic efficiency of gas turbine systems, the The temperature of the working medium should be as high as possible. Set an upper limit for this Increase the strength properties of the available for the heat exchanger standing building materials. <<: rush the heat exchange surfaces the highest temperatures Find out in the attachment. On the one hand, you have the greatest interest, as close as possible to approach this temperature limit, but on the other hand this limit is allowed to avoid damage to prevent, under any circumstances, not even for a short time. be crossed, be exceeded, be passed.
Bei den bekannten Regelvorrichtungen. die mit Hilfe von Temperaturfühlern die Brennstoffmenge einstellen, wird ein Ansteigen der Temperatur über die festgesetzte Betriebshöhe erst unterbrochen, nachdem schon eine beträchtliche Steigerung der Temperatur über diese Grenze hinaus stattgefunden hat. Hierbei entsteht die Gefahr, daß die Wärmeaustauschflächen zerstört «-erden. Es ist not-«-endig, einer Temperatursteigerung nicht erst entgegenzuarbeiten, wenn sie schon entstanden ist, sondern schon dann, wenn die Voraussetzungen für deren Entstehen eintreten.In the known regulating devices. with the help of temperature sensors Adjusting the amount of fuel will cause the temperature to rise above the set one Operating level only interrupted after a considerable increase in Temperature has taken place above this limit. This creates the risk that the heat exchange surfaces are destroyed. It is necessary - «- an increase in temperature not only to work against it when it has already arisen, but already then, if the prerequisites for their occurrence occur.
Auch beim Versuch, die Brennstoffzufuhr mit Hilfe eines Leistungsreglers der Turbine einzustellen, entstehen die gleichen Schwierigkeiten, weil ebenso wie bei Anwendung von Temperaturfühlern die Brennstoffmenge nur auf mittelbarem Weg eingestellt wird. Mittelbare Regler sind außerdem noch von allen möglichen _Nebenbedingungen beeinflußt, so daß sich eine Unsicherheit der Temperatureinstellung ergibt. «-elche den Betrieb der Anlage früher oder später durch Verbrennungsschäden im Wärmeattstauscher stört oder ganz unterbricht.Even when trying to control the fuel supply with the help of a power regulator adjusting the turbine, the same difficulties arise because as well as when using temperature sensors, the amount of fuel only indirectly is set. Indirect regulators are also subject to all possible secondary conditions influenced, so that there is an uncertainty of the temperature setting. «-Moose the operation of the system sooner or later due to combustion damage in the heat exchanger disturbs or completely interrupts.
Im Gegensatz zu den bekannten mittelbaren Regelungen wird nach der Erfindung die Brennstoffmenge unmittelbar eingestellt, wodurch Zeitverschiebungen zwischen dem Eintritt einer Änderung der Betriebsvoraussetzungen und der Regelwirkung bzw. deren Erfolg ausgeschaltet «-erden. Die Erfindung stützt sich auf das Verhalten der beschriebenen Gasturbinenanlagen, bei denen das Gasgewicht bzw. das Luftgewicht, «-elches durch die Turbine strömt, bei Belastungsänderungen sich proportional mit dem Eintrittsdruck der Turbine ändert. Außerdem ändern sich auch proportional mit dem Eintrittsdruck der Austrittsdruck der Turbine, der Entnahmedruck des Kreislaufs und damit der Verbrennungsdruck im Gaserhitzer. Wird die Brennstoffzufuhr durch einen vom Verbrennungsdruck beeinflußten Druckfühler eingestellt, so ist die unmittelbare Abhängigkeit zwischen der Brennstoffmenge und der zu erhitzenden Luftmenge bzw. der Verbrennungsgasmenge zu beiden Seiten der Wärmeaustauschfläche hergestellt. Die Verbrennungstemperatur kann dann ohne Gefährdung bei allen Betriebszuständen. auch -%välirend Veränderungen der Last, auf der vorgeschriebenen Höhe wenige Grade unter der zulässigen Höchstgrenze eingehalten werden.In contrast to the known indirect regulations, according to the Invention, the amount of fuel is set immediately, eliminating time delays between the occurrence of a change in the operating conditions and the regular effect or their success switched off «-earth. The invention relies on behavior of the gas turbine systems described, in which the gas weight or the air weight, «-Which flows through the turbine, proportionally with changes in load the inlet pressure of the turbine changes. In addition, they also change proportionally the inlet pressure, the outlet pressure of the turbine, the extraction pressure of the circuit and thus the combustion pressure in the gas heater. Will the fuel supply through If a pressure sensor is set which is influenced by the combustion pressure, then the immediate one is set Dependency between the amount of fuel and the amount of air to be heated or the amount of combustion gas produced on both sides of the heat exchange surface. The combustion temperature can then be adjusted without endangering in all operating states. also - varying changes in the load, a few degrees at the prescribed level below the maximum permitted limit.
Z,#veclcmäßig stellt die Regelvorrichtung die =Menge des Brennstoffs mindestens angenähert proportional dein Druck der '-erbrennungsgase ein. Eine zusätzliche Regelvorrichtung kann die Menge des zugeführten Brennstoffs weiter noch in Abhängigkeit vom Druckabfall der zu erhitzenden Gase regeln, wenn das Gewicht des zu erhitzenden Gases sich nicht proportional zum Druck der Verbrennungsgase ändert.Z, # according to the control device the = amount of fuel at least approximately proportionally to the pressure of the combustion gases. An additional The control device can further depend on the amount of fuel supplied on the pressure drop of the gases to be heated, if the weight of the gas to be heated Gas does not change proportionally to the pressure of the combustion gases.
Eine Korrekturvorrichtung kann die zusätzliche Regelvorrichtung noch nach 'Maßgabe der Temperatur der erhitzten Gase beeinflussen. Sie wird zweckmäßig derart auf die in Abhängigkeit vom Druckabfall der erhitzten Gase beeinflußte zusätzliche Regelvorrichtung abgestimmt, daß der vereinigte Impuls beider Vorrichtungen nach 'Maßgabe des Gewichtes des zu erhitzenden Gases erfolgt. Außerdem kann noch eine durch die Temperatur beeinflußte Einstellvorrichtung vorgesehen sein, «-elche mit verzögerter Wirkung die 'Menge des zugeführten Brennstoffs derart zusätzlich beeinflaßt, daß im Beharrungszustand das Gas mindestens angenähert auf gleichbleidende Temperatur erhitzt wird.The additional control device can also have a correction device according to 'influence the temperature of the heated gases. It becomes functional in such a way on the additional influenced depending on the pressure drop of the heated gases Control device matched that the combined pulse of both devices after 'The weight of the gas to be heated is determined. In addition, another Adjustment device influenced by the temperature should be provided, «-elche with delayed effect affects the amount of fuel supplied in such a way that that in the steady state the gas at least approximately at a constant temperature is heated.
Durch eine besondere Vorrichtung kann noch die zur Tiefhaltung der Temperatur der Verbrennungsgase , geregelt «-erden. vorgesehene Vorteilhaft Rauchgas- wird hierzu die Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl des die Rauchgase umwälzenden Gebläses mit der Regelvorrichtung für die Menge des zugeführten Brennstoffs gekuppelt.Through a special device can still see the depth to keep the temperature of the combustion gases regulated "-erden. For this purpose, the device for regulating the speed of the fan circulating the flue gases is coupled with the regulating device for the amount of fuel supplied.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Fig. I zeigt eine Gasturbinenanlage, hei der nur ein Teil des Gases einen Kreislauf ausführt und an geeigneten Stellen Gas in den erforderlichen -Mengen zu- bzw. abgeführt wird.Fig. I shows a gas turbine plant, namely only part of the gas carries out a cycle and gas in the required quantities at suitable points is supplied or discharged.
Fig. 2 veranschaulicht die Einzelheiten eines Gaserhitzers und seiner Regelvorrichtung für eine Anlage nach Fig. i.Fig. 2 illustrates the details of a gas heater and its Control device for a system according to FIG. I.
Das als Arbeitsmittel verwendete Gas. z. B. Luft, wird zunächst in einem Verdichter i unter Zwischenkühlung durch einen Zwischenkühler 2 verdichtet, gelangt dann in den Rekuperator 3 und wird anschließend an die Vorwärmung im Rekuperator in einem Gaserhitzer 4 weiter erhitzt. Das erhitzte Gas strömt zunächst in eine Turbine 5, aus der es in einen zweiten Gaserhitzer 6 gelangt. Das darin wieder erhitzte Gas leistet in der Turbine 7 Arbeit, strömt zum größeren Teil durch die Leitung 8 in den Rekuperator 3 und tritt nach Kühlung im Kühler 9 wieder in den Verdichter i ein.The gas used as a working medium. z. B. air, is initially in a compressor i with intercooling by an intercooler 2 compressed, then enters the recuperator 3 and is then preheated heated further in a gas heater 4 in the recuperator. The heated gas flows first into a turbine 5, from which it passes into a second gas heater 6. That in it Re-heated gas does work in the turbine 7, and for the most part flows through it the line 8 into the recuperator 3 and re-enters after cooling in the cooler 9 the compressor i on.
An der Stelle io wird ein Teil der im Kreisumlauf umsti#ömenden Luft abgeführt und zu den Brennern i i der beiden Gaserhitzer 4 und 6 geleitet. Die in den Gaserhitzern entstehenden Verbrennungsgase strömen durch den Rekuperator in eine Turbine i2 und gelangen aus dieser ins Freie. Die Turbine 12 treibt einen Verdichter 13 an, welcher die dem Kreislauf entnommene Luft wieder ergänzt. Diese wird in vorverdichtetem Zustand durch den Kühler 14 in den Verdichter i eingeführt.At the point io a part of the circulating air becomes discharged and passed to the burners i i of the two gas heaters 4 and 6. In the Combustion gases produced by the gas heaters flow through the recuperator a turbine i2 and get out of this into the open air. The turbine 12 drives a compressor 13, which replenishes the air removed from the circuit. This is in pre-compressed State introduced into the compressor i by the cooler 14.
Ein Motor 15 dient zum Ausgleich des Leistungsunterschiedes zwischen Turbine 12 und Verdichter 13. Die nutzbare Arbeit wird durch den Stromerzeuger 16 abgenommen.A motor 15 is used to compensate for the difference in performance between Turbine 12 and compressor 13. The usable work is generated by the power generator 16 removed.
Dem Gaserhitzer nach Fig. 2, welcher als Gaserhitzer 4 oder 6 der Anlage nach Fig. i verwendet werden kann, wird durch die Leitung 2o Verbrennungsluft zugeführt. Die Verbrennungsgase strömen durch die Leitung 21 zu ihrem Bestimmungsort. Zur Erniedrigung der Temperatur der Verbrennungsgase wird durch ein Umwälzgebläse 22 eine Teilmenge der Verbrennungsgase denn Brenner wieder zugeführt. In der Brennstoffleitung 23 ist ein Regelorgan 24 vorgesehen. Die Drehzahl des Umwälzgebläses 22 kann durch den Regler 25 beeinflußt werden.The gas heater according to Fig. 2, which as a gas heater 4 or 6 of the System according to Fig. I can be used, is through the line 2o combustion air fed. The combustion gases flow through line 21 to their destination. A circulation fan is used to lower the temperature of the combustion gases 22 a subset of the combustion gases supplied to the burner again. In the fuel line 23 a regulating member 24 is provided. The speed of the circulating fan 22 can by the controller 25 can be influenced.
Das zu erhitzende Gas, z. B. die Luft, wird durch die Leitung 26 dem Gaserhitzer zugeführt und in einer Anzahl von hintereinanderliegenden Rohrschlangen 27 erhitzt. Das erhitzte Gas strömt durch die Leitung 28 an seinen Bestimmungsort.The gas to be heated, e.g. B. the air is through line 26 to the Gas heater supplied and in a number of coils one behind the other 27 heated. The heated gas flows through line 28 to its destination.
Mit Hilfe der Regelvorrichtung 29 wird die Menge des zugeführten Brennstoffs in Abhängigkeit vom Druck der Verbrennungsgase im Gaserhitzer geregelt. Eine Leitung 3 i übermittelt den Druck aus der Brennkammer bzw. dem Rohrbündelraum 3o in den Balg 32. Eine Erhöhung des Drucks im Brennraum verursacht die Zufuhr von Steuermittel in den unteren Teil des Steuerzylinders der Regelvorrichtung 29. Dadurch wird der Kolben 33 angehoben, wobei durch die Übertragungsstangen 34, 35 und 36 und die zwischengeschalteten Hebel 37 und 38 der Winkelhebel 39 nach links gedreht wird, was eine Vergrößerung der Brennstoffmenge zur Folge hat. Eine Erniedrigung des Drucks in der Brennkammer 30 leitet den umgekehrten Regelvorgang ein. Das Gestänge senkt sich und der Winkelhebel dreht sich nach rechts, wodurch die Brennstoffmenge vermindert wird.With the aid of the regulating device 29, the amount of fuel supplied is regulated as a function of the pressure of the combustion gases in the gas heater. A line 3 i transmits the pressure from the combustion chamber or the tube bundle space 3o into the bellows 32. An increase in the pressure in the combustion chamber causes the supply of control medium to the lower part of the control cylinder of the regulating device 29 the transmission rods 34, 35 and 36 and the intermediate levers 37 and 38 of the angle lever 39 is rotated to the left, which results in an increase in the amount of fuel. A decrease in the pressure in the combustion chamber 30 initiates the reverse control process. The linkage lowers and the bell crank turns to the right, reducing the amount of fuel.
Die Regelbewegungen des Winkelhebels 39 werden durch die Stange 4o auf den Hebel 41 des Reglers 25 übertragen, so daß zusätzlich noch die Drehzahl des Umwälzgebläses 22 beeinflußt wird, beispielsweise so, daß bei Vermehrung der Brennstoffzufuhr ein kleinerer Prozentsatz des Verbrennungsgases, bei Verminderung der Brennstoffzufuhr aber ein größerer Prozentsatz umgewälzt wird.The control movements of the angle lever 39 are controlled by the rod 4o transferred to the lever 41 of the controller 25, so that in addition the speed of the circulating fan 22 is influenced, for example so that when the Fuel supply a smaller percentage of the combustion gas, when decreasing the fuel supply, however, a larger percentage is circulated.
Zweckmäßig erfolgt die Beeinflussung der Brennstoffmenge derart, daß sie sich bei Veränderungen des Drucks im Brennraum 30 proportional mit diesem Druck ändert. Eine zusätzliche Regelvorrichtung 42 kann die Menge des zugeführten Brennstoffs noch zusätzlich in Abhängigkeit von der Menge des zu erhitzenden Gases beeinflussen. Zu diesem Zweck führt aus der Zuführungsleitung 26 und aus der Abführungsleitung 28 je eine Leitung 43 bzw. 44 zum Druckdifferenzmesser 45. Bei Erhöhung der zu erhitzenden Gasmenge wird der Kolben 46 nach unten gedrückt und umgekehrt bei Verkleinerung der zu erhitzenden Gasmenge nach oben.The amount of fuel is expediently influenced in such a way that when the pressure in the combustion chamber 30 changes, it changes proportionally with this pressure changes. An additional control device 42 can control the amount of fuel supplied also influence depending on the amount of gas to be heated. For this purpose leads from the supply line 26 and from the discharge line 28 each has a line 43 or 44 to the differential pressure meter 45. When the temperature to be heated is increased The amount of gas is pushed down the piston 46 and vice versa when it is reduced in size the amount of gas to be heated up.
Es wird somit durch Übertragung der Stangen 47, 35, 36 und der zwischengeschalteten Hebel 37 und 38 bei zunehmender Gasmenge die Brennstoffmenge vergrößert und bei abnehmender Gasmenge die Brennstoffmenge verkleinert. Durch die Übertragung mittels des Gestänges 40 wird auch die Rauchgasumwälzung bzw. die Drehzahl des Umwälzgebläses 22 in gleicher Weise beeinflußt.It is thus by transferring the rods 47, 35, 36 and the intermediate Lever 37 and 38 increases the amount of fuel as the amount of gas increases and at decreasing amount of gas reduces the amount of fuel. By transferring via of the linkage 40 is also the flue gas circulation or the speed of the circulating fan 22 influenced in the same way.
Durch geeignete Bemessung des Hebels 37 kann erreicht werden, daß die zusätzliche Beeinflussung des Regelorgans 24 in Abhängigkeit von der Menge des zu erhitzenden Gases nur dann erfolgt, wenn die Menge des zu erhitzenden Gases sich nicht proportional zum Druck der Verbrennungsgase ändert.By suitable dimensioning of the lever 37 it can be achieved that the additional influencing of the regulating member 24 depending on the amount of The gas to be heated only takes place when the amount of the gas to be heated increases does not change proportionally to the pressure of the combustion gases.
Die Korrekturvorrichtung 48 beeinflußt noch die Regelung zusätzlich nach Maßgabe der Temperatur der erhitzten Gase. In einer geschlossenen Dose 49 ist eine Flüssigkeit vorhanden, deren Siededruck den Balg So beeinflußt. Eine Erhöhung der Temperatur in der Leitung 28 verursacht ein Ansteigen des Kolbens 51. Durch Übertragen dieser Bewegung über das Gestänge 52, den Hebel 38 und das Gestänge 36 wird die Brennstoffmenge verkleinert. Umgekehrt wird bei sinkender Temperatur der Kolben 51 nach unten gedrückt, so daß eine Vermehrung der Brennstoffmenge eintritt.The correction device 48 also influences the regulation depending on the temperature of the heated gases. In a closed box 49 is a liquid is present whose boiling pressure affects the bellows. An increase the temperature in the line 28 causes the piston 51 to rise This movement is transmitted via the linkage 52, the lever 38 and the linkage 36 the amount of fuel is reduced. Conversely, when the temperature drops, the Piston 51 pressed down, so that an increase in the amount of fuel occurs.
Zweckmäßig sind die in Abhängigkeit vom Druckabfall beeinflußte zusätzliche Regelvorrichtung 42 und die in Abhängigkeit von der Temperatur beeinflußte Korrekturvorrichtung .M8 derart aufeinander abgestimmt. dali ihre gemeinsame Einwirkung nach -Ial3-gabe des Gewichts des zu erhitzenden Gases erfolgt.Appropriate are those depending on Pressure drop influenced additional control device 42 and that as a function of the temperature influenced correction device .M8 coordinated in such a way. dali their joint Action after -Ial3-giving the weight of the gas to be heated takes place.
Endlich kann eine Temperaturregelvorrichtung 53 mit verzögerter Wirkung vorgesehen sein. Ein als Stab ausgebildeter, vom erhitzten Gas der Leitung 28 beeinflußter Temperaturfühler 54 beeinflußt die Regelvorrichtung 53 derart, da13 bei Erhöhung der Temperatur die Brennstoffmenge herabgesetzt und die Drehzahl des L;mwälzgebläses 22 vergrößert und umgekehrt bei Erniedrigung der Temperatur die Brennstoffmenge vergröl3ert und die Drehzahl des C mwä lzgebläses vermindert werden.Finally, a temperature control device 53 with a delayed effect be provided. One designed as a rod, influenced by the heated gas in line 28 Temperature sensor 54 influences the control device 53 in such a way that when it is increased the temperature, the amount of fuel is reduced and the speed of the L; m circulating fan 22 increases the amount of fuel and vice versa when the temperature is lowered increased and the speed of the circulating fan reduced.
Der Gaserhitzer kann auch zwei oder mehrere Gruppen von Rohrbündeln auf-«-eisen, von denen eine Gruppe z. B. zur Erhitzung von Gasen höheren Drucks und die zweite Gruppe zur Erhitzung von Gasen niedrigeren Drucks dienen. So können z. B. die beiden Gaserhitzer .M und 6 der Fig. i zu einem einzigen Gaserhitzer vereinigt «-erden. Ferner können auch im Gegensatz zum gezeigten Beispiel die Brennstoffmenge und die umgewälzte Rauchgasmenge unabhängig voneinander geregelt werden.The gas heater can also have two or more groups of tube bundles on - «- iron, of which a group z. B. for heating gases of higher pressure and the second group is used to heat lower pressure gases. So can z. B. the two gas heaters .M and 6 of Fig. I combined into a single gas heater "-earth. Furthermore, in contrast to the example shown, the amount of fuel and the circulated amount of flue gas can be regulated independently of each other.
Claims (7)
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Applications Claiming Priority (1)
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| DES137811D DE767173C (en) | 1939-07-12 | 1939-07-12 | Gas heater |
Publications (1)
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| DE767173C true DE767173C (en) | 1951-12-06 |
Family
ID=7540686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DES137811D Expired DE767173C (en) | 1939-07-12 | 1939-07-12 | Gas heater |
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