DE821733C - Dampf- und Gasturbinenanlage - Google Patents
Dampf- und GasturbinenanlageInfo
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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-
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Description
(WiGBL S. 175)
AUSGEGEBEN AM 19. NOVEMBER 1951
M 36841a/ 46 f
Wärmekraftanlagen.mit Dampf- und Gasturbinen sind bekannt. Bei diesen bekannten Ausführungen
werden die Anlagen dadurch miteinander verbunden, daß die Abgase der Gasturbine mindestens
einen Teil ihrer Abwärme an die Verbrennungsluft oder an das Speisewasser des Dampfkessels abgeben.
Die Gasturbine kann mit innerer Verbrennung arbeiten; die Wärmekraftanlage ist dann
eine Dampfgasanlage. Es ist auch bekannt, mittels der Verbrennungsgase des Dampfkessel,* die Druckluft
des Kompressors der Gasturbinenanlage auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. In diesem
Fall ist die Gasturbine eine Luftturbine und die Wämekraftanlage eine Dampfluftanlage. Beide
Ausführungen bieten bereits wirtschaftliche Vorteile.
Es ist auch bekannt, bei Dampfturbinenanlagen den Dampf nach Expansion auf einen bestimmten
Druck durch Zwischenüberhitzung auf höhere Temperatur zu bringen, wodurch das Wärmegefälle der
Dampfturbine vergrößert wird und der Wirkungsgrad der Anlage steigt. Die Zwischenüberhitzung erfolgt
im allgemeinen durch die Verbrennungsgase im Dampfkessel, was lange Hin- und Rückleitungen
erfordert, verbunden mit großen Druck- und TemperaturverluiSten; zudem besteht die Gefahr des
Durchbrennens von Rohren, in welchem Falle Dampf in die Verbrennungsgase strömen würde.
Da der Gewinn der Zwischenüberhitzung nur etwa 4°/o beträgt, wurde dieselbe nur ausnahmsweise bei
großen Leistungen und hohen Dampfdrücken angewendet.
Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, daß mindestens eine Zwischenüberhitzung des. Dampfes
durch die Abgase der Gasturbine erfolgt. Die Gasturbine kann dabei unmittelbar neben der Dampfturbine
aufgestellt werden, so daß die Überströmleitungen kurz werden und die Gefahr des Durchbrennens
der Rohre nicht besteht, da die Abgase der Gasturbine bereits eine niedere Temperatur besitzen.
Zufolge der niederen Temperatur der Abgase kann die Zwischenüberhitzung des Dampfes nicht
auf so hohe Temperaturen erfolgen wie im Dampfkessel, wodurch der Gewinn kleiner würde. Dieser
Nachteil kann aber auf einfache Weise dadurch behoben werden, daß derDampf zweimal oder mehrmals
zwischenüberhitzt wird. Die Anlagekosten und der Raumbedarf werden kleiner als bei der Zwischenüberhitzung
im Kessel.
Die Zwischenüberhitzung des Dampfes auf eine bestimmte, durch die Abgase der Gasturbine fest-
ao gelegte Temperatur erfordert eine bestimmte Abgasmenge der Gasturbine. Die Arbeitsmittelmenge
der Gasturbine kann aber auch größer gewählt werden. Nachdem die Abgase der Gasturbine den bzw.
die Dampfzwischenüberhitzer durchströmt haben,
as besitzen sie noch eine gewisse Temperatur. Um die
entsprechende Restwärme noch auszunutzen, werden zweckmäßigerweise die Abgase dem Brennraum
des Dampfkessels zugeleitet, ein Teil davon kann auch zur Vorwärmung des Speisewassers benutzt
werden bzw. es können die Abgase beliebig aufgeteilt werden, so auch zu anderen Wärmezwecken.
Werden die Abgase der Gasturbine als Brennluft im Dampfkessel verwendet, so kann der übliche
Luftvorwärmer wegfallen und es entsteht eine besonders wirtschaftliche Wärmekraftanlage, da sowohl
die Dampf- als auch die Gasturbinenanlagen billiger werden als normale Anlagen gleicher Leistungen
bei wesentlich höherem Wirkungsgrad.
Die Zeichnung zeigt schematisch zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Fig. ι zeigt eineDampfgasanlage. list die Dampfkesselanlage,
II die Dampfturbinenanlage und III die Gasturbinenanlage. 1 bezeichnet den Rast, 2 den
Verdampfer, 3 den Überhitzer, 4 den Economiser, 5 den Kamin des Dampfkessels, 6 die Hochdruckdampfturbine,
7 den Zwischenüberhitzer, 8 die Niederdruckdampfturbine, 9 den Kondensator und
10 einen Stromerzeuger der Dampf turbinenanlage II. Es ist nur eine einmalige Zwischenüberhitzung
des Dampfes angenommen. Ferner bedeutet
11 den Verdichter, 12 und 12' eine zweistufige Gasturbine,
13 und 13' die Brennräume und 14 einen
Stromerzeuger der Gasturbinenanlage III.
Die Luft wird beispielsweise aus dem Freien angesaugt, im Verdichter 11 auf Druck gebracht und
hierauf als Verbrennungsluft dem Brennraum 13' zugeführt. Die Verbrennungsgase strömen zur Gasturbine
12' und nach Austritt aus derselben zum Brennraum 13. Die Gasturbinen treiben den Verdichter
11 und den Stromerzeuger 14 an. Die Abgase
der Gasturbine 12 strömen zum Zwischenüberhitzer 7, worin der Dampf vor Eintritt in die
Niederdruckturbine 8 auf höhere Temperatur erhitzt wird. Ein Teil der Abgase der Gasturbine 12
strömt durch die Speisewasservorwärmer 15 und 15' ins Freie; der andere Teil der Abgase .strömt als
Verbrennungsluft dem Rost 1 des Dampfkessels zu. Der Dampf der Niederdruckdampfturbine 8 wird
im Kondensator 9 kondensiert, und das Kondensat strömt zum Vorwärmer 15', zum Economiser 4,
zum Vorwärmer 15 und dann zum Verdampfer 2. Die Gasturbinenanlage III weist keinen Rekuperator
auf. Die Abgase der Gasturbine 12' werden nutzbar verwertet als Verbrennungsluft und bis zu
tiefer Temperatur zur Vorwärmung des Speisewassers. Der Verdichter 11 wird nicht gekühlt; daher
wird die Gasturbinenanlage wesentlich billiger als bei gewöhnlicher Ausführung und der Wirkungsgrad
wird höher. Bei einer zweistufigen Gasturbine 12, 12' kann die Verdichtergruppe 11 mit
veränderlicher Drehzahl arbeiten, wodurch dieselbe der Teillast der Dampfanlage angepaßt werden
kann.
Die Fig. 2 zeigt eine Dampfluftanlage. Die Gasturbinenanlage III ist einstufig mit Luftturbine und
besitzt keinen eigenen Brennraum. Die Druckluft des Verdichters 11 wird in einem Erhitzer 16 durch
die Verbrennungsgase des Dampfkessels auf die gewünschte Temperatur gebracht, worauf sie in der
Turbine 12 expandiert. Die Abluft wird durch den Zwischenüberhitzer 7 geleitet, wobei ein Teil durch
den Rekuperator 17 fließt und als Verbrennungsluft dem Rost 1 zuströmt, während der Rest der Abluft
durch den Speisewasservorwärmer 15' hindurch ins Freie gelangt. Das Kondensat strömt zum Vorwärmer
15', zum Economiser 4 und zum Verdampfer 2. Die Dampfturbinenanlage 6, 8 und die Gasturbine
12 treiben denselben Stromerzeuger 10 an.
Die Erfindung eignet sich besonders für Dampf- l°°
kraftanlagen, da zur Zwischenüberhitzung der Dampf nicht zum Kessel zurückgeführt werden muß.
Weil der Wirkungsgrad höher und die Anschaffungskosten kleiner werden, kommen nicht nur große
Einheiten in Betracht, sondern auch mittlere und kleinere. Ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet befindet
sich im Schiffbau, wo Brennstoffersparnisse entscheidend ,sind. Zufolge der höheren Wirkungsgrade
müssen auch nicht die höchsten Drücke und Temperaturen Anwendung finden.
Die Erfindung läßt sich auch bei Gegendruckdampfanlagen für Heizkraftwerke und industrielle
Betriebe anwenden. Die Leistung kann dabei beträchtlich erhöht werden, und da die Abgase der
Gasturbine nutzbar verwertet werden, wird die Mehrleistung mit sehr hohem Wirkungsgrad erzeugt,
wie dies durch keine andere Wärmekraftanlage bisher möglich ist.
Die Dampf- und Gasturbinenanlagen können beliebiger Bauart sein; sie können Stromerzeuger oder
andere Nutzleistungsmaschinen antreiben. Die Zwischenüberhitzung des Dampfes kann nach einer oder
nach zwei oder mehreren Expansionsstufen erfolgen. Bei mehrfacher Zwischenüberhitzung können die
Zwischenüberhitzungen auf voneinander verschiedenen Temperaturen erfolgen. Die Gasturbine kann
ein- oder mehrstufig gebaut sein. Bei zweistufiger Ausführung kann der Verdichter oder ein Teil desselben
durch die eine Ciasturbine angetrieben werden bei veränderlicher Drehzahl; die andere Gasturbine
treibt den Stromerzeuger bzw. die Nutzleistungsmaschine
an. Die Verdichterstufen können beliebig auf die Gasturbinen verteilt werden. Die
Arbeitsmittelmenge der Gasturbine kann beliebig groß gewählt werden, auch größer als zur Zwischenerhitzung
des Dampfes nötig ist; sie kann auch nur für die Brennluftmenge des Dampfkessels festgelegt
werden. Die Zwischenüberhitzung des Dampfes erfolgt dann auf eine niedrigere Temperatur als sonst
möglich wäre.
Es ist vorteilhaft, wenn bei einmaliger Zwischenüberhitzung des Dampfes der Dampfdruck bei der
Zwischenüberhitzung 10 ata nicht überschreitet, und der Kompressordruck bei einstufiger Gasturbine
4 ata bzw. bei zweistufiger Gasturbine 6 ata nicht überschreitet.
Claims (12)
1. Dampf- und Gasturbinenanlage, dadurch 25. gekennzeichnet, daß mindestens eine Zwischenüberhitzung
des Dampfes durch Abgase der Gasturbine erfolgt.
2. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase
der Gasturbine mindestens einen Teil ihrer Restwärme an die Brennluft des Dampfkessels
abgeben.
3. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindesterus
ein Teil der Abgase unmittelbar in den Dampfkessel strömt.
4. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
ein Teil der Abgase nach Abgabe eines Teils ihrer Wärme zur Zwischenüberhitzung des
Dampfes unmittelbar in den Dampfkessel strömt.
5. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine
für eine größere Arbeitsmittelmenge gebaut ist als zur Zwischenüberhitzung des Dampfes
nötig ist.
6. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine
für tine größere Arbeitivnittelmenge gebaut
ist als die für den Dampfkessel nötige Brennluftmenge.
7. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase
der Gasturbine einen Teil ihrer Restwärme an die Druckluft des Verdichters abgeben.
8. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase
der Gasturbine einen Teil ihrer Restwärme zur Vorwärmung des Speisewassers des Dampfkessels
abgeben.
9. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine
mehrstufig gebaut i.s,t.
10. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei einmaliger
Zwischenüberhitzung des Dampfes der Dampfdruck bei der Zwischenüberhitzung ioata
nicht überschreitet.
11. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch
i, dadurch gekennzeichnet, daß bei einstufiger Gasturbine der Kompressordruck 4 ata
nicht überschreitet.
12. Dampf- und Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zweistufiger
Gasturbine der Kompressordruck 6 ata nicht überschreitet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
O 2227 U. i
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- 1950-05-31 DE DEM3684A patent/DE821733C/de not_active Expired
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| GB671702A (en) | 1952-05-07 |
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