DE846038C - Druckgasbetriebene Waermekraftanlage, z. B. Erdgasturbine - Google Patents

Description

• Druckgasbetriebene Wärmekraftanlage, z. B. Erdgasturbine

  1'x sind mit Druckgas l>etrielKne Kraftanlageu

  bi-kamit. Ixvi cleiien die Brennkammer oder der Gas

  erzcuger unter (lern Druck des Gas- oder Luft-

  l1le(liunis oder Neidei- ':Medien zusammen stehen.

  l k-1- Druck dieser J1('diett kann am Ort der \"er-

  l@l"l'1111L111g 11('r@@e#Cl'11C scill, es kann alwr auch das

  Z11 %(,'rhi"cillieilde (las bereits unter Druck an den

  Ort seiner \-crlircluiung lierangefülirt \\erden. Das

  ('rstere ist z. 1,>. heim druckgas.gefeuerten Dampf-

  erzeuger oder hei mit Druckgas direkt betriebenen

  \\:irmekraitmasrllillell d('r Fall: das letztere bezieht

  sich @onlelnulicll auf mit Naturgasen betriebene

  liraftalil:l@eli.

  1)ic I:llilidung beschäftigt sich hingegen finit

  Killer ilnlcl;gaa@i'tril'lienen Kraftanlage, lx'i der der

  Druck der Brenngase im Anlieferungszustand

  lii;her ist als derjenige, der im Brennraum der

  Kraftanlage verlangt wird oder notwendig ist. Das

  Gas, beispielsweise Erdgas, kommt von Natur aus

  finit ciucm viel h<iheren Druck aus der Erde, als es

  ain an :ich aufgeladenen Ort der Verbrennung 111

  eileer \\'äi-niekraftanlage zu gebrauchen ist. Dieser

  Vall kaim vornehmlich in chemischen Betrieben

  z. B. bei der Erdölgewinnung vorkommen, wo man

  sich bemüht, Erdgas zur Kraftleistung heranzu-

  ziehen. Das bei der Erdölgewinnung als Neben-

  gewonnene Erdgas steht dabei häufig unter

  h(>hernDruck zilr\'erfügung (bis 6oata). Will man

  (lieses (ias. das bis zu 8o % Methan enthält, z. Fi.

  iil ücr lcucrung einer Kraftanlage verl>reilnen, so

  muß man es zuerst auf den Druck im Feuerraum herunterbringen. «'.ird die Kraftanlage z. B. von einer Gasturbine angetrieben, so beträgt der Druck in der Brennkammer dieser Gasturbine üblicherweise nicht mehr als 3 bis 12 ata. Das Brenngas muß somit auf diesen Druck heruntergebracht werden. @Viirde man das Brenngas lierunterdrosseln, so ginge die darin enthaltene potentielle Energie größtenteils verloren.
• Die Erfindung bemüht sich um die Lösung dieser Aufgabe. Sie besteht darin, daß diese Gase vor ihrer Verbrennung im Brennraum einer Kraftanlage in einer dieser vorgeschalteten Expansionsmaschine zunächst auf den Druck dieses Brennraumes entspannt werden. Auf diese Weise kann erst einmal das große Druckgefälle des Erdgases nutzbringend bis auf die Stufe seiner Energieausnutzung in der eigentlichen Kraftanlage verarbeitet werden. Da diese Gase als Erdgas jedoch nur mit einer Temperatur von 20 bis .4o° C aus der Erde ausströmen, erfahren sie durch die Expansion eine starke Unterkühlung, die durch Eibildung zu Störungen in der der Kraftanlage vorgeschalteten Expansionsmaschine Anlaß geben kann. Es ist deshalli vorteilhaft, diesen Gasen vor ihrer Expansion Wärme zuzuführen. Dazu können zweckmäßigerweise die Abgase der Kraftanlage herangezogen Nverden.
• Die der eigentlichen Kraftanlage vorgeschaltete Expansionsmaschine kann eine Gasturbine oder ein Kolbenmotor sein. Die Expansionsmaschine kann mit der eigentlichen Kraftanlage kraftschlüssig gekuppelt sein oder für sich allein Energie abgeben. Sie kann, an die Welle der Hauptmaschinengruppe gekuppelt. als Anwurfmaschhne dienen, falls beiwie in der Figur dargestellt, die Hauptmaschine der Kraftanlage aus einem Gasturb nensatz besteht.
• Die Figur stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. In der Figur ist die Kraftanlage tnit i, 2. 3, .I bezeichnet. Sie stellt beispielsweise eine Gasturbinenanlage dar, wobei i die Gasturbine, 2 der Axialverdichter, 3 der Generator und 4 ein Hilfsgenerator, eine Erregermaschine oder auch ein Anwurfmotor ist. Die der Kraftanlage vorgeschaltete I:xlaansionsmaschine ist mit 5 bezeichnet und > -tellt in diesem Beispiel eine Gasturbine dar. Die Brennkainnier der eigentlichen Kraftanlage ist mit 6 bezeichnet. In der als Gasturbine ausgebildeten Expansionsmaschine 5 wird das Erdgas vor :einer Verbrennung in der Brennkammer 6 der Kraftanlage auf den dort vorhandenen und notwendigen Druck entspannt.
• Das Erdgas strömt beispielsweise finit @ einem Druck von etwa 6o ata aus dem Erdinneren durch die Leitung 7 zu. Die Brennkammer 6 weit üblicherweise einen Druck von 3 bis 12 ata auf, unter den sie vom Luftkompressor 2 der Gasturbinenkraftanlage her gesetzt wird. Die Entspannung des Erdgases auf diesen Druck findet in der der eigentlichen Kraftanlage vorgeschalteten Gasturbine 5 statt, die direkt von den Erdgasen beaufschlagt wird. Nach Expansion dieser Gase auf den Druck in der Brennkammer 6 werden sie dort finit verdichteter Luft :gemischt und entzündet. Die entstehenden Treibgase treiben die Gasturbine i an, welche mit den .Generatoren 3 und .4 und dem notwendigen Luftkompressor 2 die eigentliche Kraftanlage bildet. Die Abgase aus der Gasturbine i treten nach Durchströmen des Vorwärmers 8 ins Freie. Damit durch die Expansion der Erdgase in der Turbine 5 die an sich niedrige Temperatur der Erdgase (2o bis ,I0° C) nicht unter den Taupunkt fallen und zu Störungen durch Eisbildung Anlaß geben kann, ist es vorteilhaft, die Erdgase vor Eintritt der Expansion im Vorwärmer 8 durch die Abgase der Turbine i aufzuheizen. Dadurch wird auch die Expansionsleistung der der Kraftanlage vorgeschalteten Turbine 5 vergrößert und die für die Verbrennung in der Breinikaminer 6 notwendige Brenngastemperatur gewährleistet.
• Die Regelung der Brenngasmenge ist zweckmäßig so ausgebildet, (laß die Düsenventile der Expansionsturbine 5 die der verlangten Last entsprechende Brenngasmenge einstellen und zti diesem Zweck vom Leistungsregler 9 direkt oder indirekt gesteuert werden. Durch die Regelung der Brenngasmenge mit den Düsenventilen der Expansionsturbine werden Drosselverluste weitgehend vermieden, was z. B. nicht der Fall ist, wenn die Brenngasmenge durch Drosselorgane am Brennrajim der Kraftmaschine selbst geregelt würde.
• Es ist vorteilhaft, die Exl)ansioaisttirbine 5 mit der Welle der Hauptinaschinengruppe i bis d direkt zu kuppeln und sie somit auch als Auwurfturbine zu benutzen. Für die kurze Anwurfzeit wird es meistens unnötig sein, die Breinigase vor der Expansion zu heizen, da die Wärmekapazität des Materials der Expansionsturbine N% ä hrend dieser Zeit eine zu starke Unterkühlung und somit Eisbildung verhindert.
• Es ist zweckmäßig, daß man während der ersten Phase des Anwurfvorganges die aus der Expansionsturbine 5 austretenden Brenngase direkt ins Freie ableitet, damit sie in der 13rvnnkainitier 6 keinen Gasstau bilden. Zur Umschaltung dieses Weges der Brenngase dient der Halin io.
• Es kann gleichwohl zweckmäßig sein. daß die Brenngase bereits für den An wurfvorgang der als Anwurfmotor dienenden Turbine ; dadurch in vorgewärmtem Zustand zugeführt werden, daß eine kleine I3rennkanimer i i vor dein Brenngasvorwärmer 8 angeordnet ist, der die Brentigase aus der Erdgasleitung 7 und die Luft durch einen Injektor 12 zugeführt werden. Das verbrannte Gas-Luft-Gemisch wird dem Vorwärmer 8 zugeleitet. Die Brenngase gelangen dabei durch ihren Druck aus der Erdgasleitung 7 zur Brennkammer i i, während die zur Verbrennung nötige Luft durch de.nBrenngasstrom selbst mittels eines Injektors 12 angesaugt wird. Eine Erhitzung des Erdgases vor der Expansionsturbine durch direkte Verbrennung desselben käme sowieso nicht in Betracht, da zu diesem Zweck die notwendige @'erbreiinungsltift auf den Erdgasdruck verdichtet werden müßte, was einen eigenen Luftverdichter, der die Luft auf

  den hohen Gasdruck bringt, erfordern würde.

  .\n(.lerclem wurde clicse Anordnung auch eine

  fremd(, l.itergii'clnelle » citwciiclig machen.

  Urn ein Austreten teer 1':xlt:itisioiisgase aus der

  \\'ellcnal>@lichtung der I@x1>ansicmsturl>ine 3 ztt ver-

  hindern, kann (lies( zwcckm:il.lig einlagerig aus-

  geführt werden, s" dall vor denn Turbinenrad keine

  I_eekaem@cglichl:eit lx'steht. Nach dem Rad ist der

  Druck der Gasc ungefähr gleich (renn L nigebungs-

  druck, st, daLt die' Gefahr der Leckage Iwi einer

  guten \\-cll<'ticliclittitig leicht grcil.l ist. \lan kann

  auch vineil l@ittus@>r am Austritt aus (lern Turbinen-

  rad anordricii, durch dun der Druck tin der \\'ellen-

  alxliclttung sogar kleiner geli.ilteti werden kann als

  der .\ul.ienclrnck. I@ei tli:ißigeii Druckverhältnissen

  in der l@.xliansionsturlline genügt auch ein ein-

  kr;inziges Aktionsrad, llierlwi ist irrt Radkasten

  auch vor dern Turbinenrad der Gasdruck ungefähr

  gleich dein Aul.ielidruck. Sobald die Gasturbine der

  I lau @itmaschitlengrulllte dreht, :wird vom Gebläse 2

  `perrhlft für alle Wellenabdichtungeil geliefert.

Claims (1)

1. YATE\TA\Sr'RÜCfrE:: t. I)ruckg:tslmtrielmne\\airtnekraftanlage. hei cler clcr I)rucl: der llr<'ungase im Alllieferungs- zustatld !i@@!ter ist als derjenige ini Brennraum der @rattatilage, dadurch gekennzeichnet, c=lal.i die @lrclin gase vclr ihrer\'erl»-ennung irn l>reiiii- railm teer Kraftanlage in eitler dieser v()rge- scli;tltetc.n I':xltansicinsmasc!tine auf den Druck dieses I>renitraunics <'iitsllatliit werden. =. \\ ännekraftanlage hach Anspruch i, da- durch gekeillizt'icliii<'t. tLdl (lern Brelingasen vor ihrer 1':xli:tiisiciii \\-ärtne wird. 3. \\ärlnckraftattlage nach Anspruch =, da- durch die clal@ die liretllig:is<' durch die .\Iigasc der Kraftablage in einem \ tir- \\-;II'ülf'I' atltgelil'I'/.t 1\el'(ll'1i. d. \\';irinckraftanlage nach Artspruch t. da- durch @el:etinzcichttet, dal3 die der Kraftanlage vcirgesclialtete I:xltansionsmaschine eilte Gas- turbine ist. 3. Wärmekraftanlage nach Anspruch i, da- durch gc'1«'iiiiz<'iclitiet, dali die der Kraftanlage vclrgescltaltcte I,xltattsümsmaschineeinc Kolben- ist. (@. \\'al'fllel:ratt@tlllagl' nach Ansprüchen ccdur ;. dadurch -<'kennzeichnet. ;lall diese 1.x- I>attsionsmaschine mit der Kraftanlage kraft- gekuppelt ist. Wärinekraftanlage nach Ansprüchen t, d oder ;. dadurch gekennzeichnet, daß die @x- I#ansicmstii:isc!iine gekennzeichnet, einer von der Welle der Kraftanlage getrennten laiergieabgaliv heran- ist. \\'ärtiiekraftanlage nach Ansprüchen t. d Iris ti, dadurch gekennzeichnet, daß die init der \\-ellc der Kraftanlage verbundene Expansions- niaschine als Anwurftriotor für die Kraftanlage dient. o. \\':ii-iliekraftanlage nach Ansprüchen t und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft- anlage so geregelt ist, daß Di.isetwnitile der Hxpansionsinaschine die der verlangten Last entsprechende Brenngasmenge einstellen. i o. Wärtnekraftanlage nach Anspruch 8, da- durch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die Brenngase während der ersten Phase des Anwurfvorganges aus der Ex- pansionsinaschine nicht in die Brennkammer, sondern in; Freie leiten. i r. \\'ärniekraftanlage nach Ansprüchen t, 2. 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, dad eine FIilfs- llretiltkammcr vorgesehen ist, der die Brenngase ans einer Hauptleitung und die Luft durch einen von den Brenngasen selbst durchströmten Itijektir zugeführt werden und die mit dem \-clrwärnier durch eine von dem verbrannten Gas-Lnft-l@emisch durchströmte Lehung ver- hutiden ist, um die Brenngase bereits für den \urvurfvorgang der Expansionsmaschine vor- ztilteizeii. t z. Wärmekraftwilage nach Anspriichen t und d. dadurch gekennzeichnet, claß die Ex- pansionsturbine zwecks leichterer Dichthaltung wir mit <'mein Lager ausgebildet ist. t3. \\-ärnmkraftanlage nach Anspruch t2, da- durch gekennzeichnet, claß die Expansions- turl>ine mit nur einem Aktionsrad ausgebildet ist. i-l. \\'ärrnekraftanlage nach Ansprüchen 12 utid 13. dadurch gekennzeichnet, daß am Aus- tritt des Aktionsrades ein 1)iffusor angeordnet ist, durch den der Druck innerhalb des Turbinengehäuses unter denjenigen der Attito- s!ili<ii-c' gelangt, urn dadurch Leckverluste an teer \\-ellcnahclichtuug zu vermeiden.