DE847526C

DE847526C - Verbrennungsturbinen-Anlage mit mindestens einem aufgeladenen Gaserzeuger

Info

Publication number: DE847526C
Application number: DEP25899A
Authority: DE
Inventors: Hans Pfenninger
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1944-08-24
Filing date: 1948-12-22
Publication date: 1952-08-25

Description

Verbrennungsturbinen-Anlage mit mindestens einem aufgeladenen Gaserzeuger

Feste Brentistofie kiinnen@ für den $etriel) von

Verbrennungsturb nett verwendet werden, indem

matt sie zuerst in Gaserzeugern vergast und das Gas

darauf in der Brentikamnter der Turbine verbrennt.

l )a der Druck in der Brenttkartnner einige Attno-

slih;ireii beträgt. inu[l (las lireinigas nach der Ver-

11;isitng ;itif diesen Druck @el>rarht. (1.11. es ntttl3 itt

einest (;cl>I:ise verdichtet \\erden. Uni die Ver-

dichterleistutig klein zu halten. @% ird (las Brenngas,

das Heini .Mistritt atis (lein Gaserzeuger eitle Tetn-

lieratur von einigen hundert Grad Celsius bat, ab-

il(, was einen wesentlichen Wärmeverlust be-

deutet.

I )icse uii@ünsti@(#n I@etriel)sl)edin gongen kann

niaii @ermei@leti. wenn inan an Stelle des 13rentigases

die Verhi-etintingsluft für den Gaserzeuger auf den

entsprechenden Druck bringt, d.li. @@Enn der Gas-

erzeuger angenähert unter demselben Dru,k arbeitet

wie die 13reinikamtner der Gasturbine. Da im Gas-

erzeuger ein bestimmter Druckabfall zur Vberwin-

ching der Striinittrigswi(lei-stände notwendig ist,

mul.t (1(#i- Irruck der eintretenden Verbrennungsluft

tini @lieseii I )ruckabfall grhl.ier sein als der Druck an

der 1>reitnkammer.

Die bekannten Anlagen dieser Art erzeugen den

Druckabfall dadurch. da13 sie die ganze verdichtete

Luft auf den lii3heren Druck bringen und die Treil)-

luft für die Gasturbine um den Druckabfall iin Gas-

erzeuger herunterdrosseln. L's wird somit bei diesen

Anlagen der iiherwiegende Teil der verdichteten

Luft um den Druckabfall ]in Gaserzeuger gedrosselt, was einen beträchtlichen Verlust an Leistung und \\-irkungsgrad ergibt.

Die 1@rfindung sticht diese Verluste ztr vermeiden, indem zwar, wie bisher. die ganze Luftmenge auf den höheren Druck gebracht, die Treibluft für die Gasturbine aber nicht wie dort unnütz gedrosselt, sonderst dieser Druckabfall nutzbringend verwertet wird. Trat die Anlage z. B. einett I.uttvorwärmer, so wird der Druckabfall in diesem ebenso groß gemacht wie der des Gaserzeugers. Sind mehrere Gebläse und Turbinen hintereinandergeschaltet, so wird die Luft für die Gaserzeuger an denjenigen Stellen entnommen. wo der Druck für Luftkreislauf still den Druckabfall im Gaserzeuger höher ist als vor der Brenrkaninier. Diese Bedingung genügt aller noch nicht, um einen befriedigenden Betrieb bei allen Belastungen ztr erhalten. Es muß als weiteres Kriterium der Druck :in der Entnahmestelle hei verschiedenen Belastungen der Anlage#ini gleichen drin fallen und steigen v,-je vor der Bresrnkannlrci-. Dies ist bei* mehrstufiger Verdichtung und Entspannung nicht immer der Fall.
In den Zeichnungen sei der Erfindungsgedanke all einigen Beispielen erkl:irt.
Fig. r -neigt z. B. eine Verbrennungsturbinen-Anlage mit einstufiger Verbrennungsturbine, einem aufgeIadenen Gaserzeuger und einem \\';irnieaustatiichcr. Diese Anlage besteht aus dem Verdichter s. (lern Wärnieatistauscher 2, der Brennkammer 3, der Gasturbine 4, (lern Generator 5, (lern :\llwurfnx>t@>r 6 und dein Gaserzeuger 7. Als Brennstoff dient irgendeine Kohle oder sonst ein versfähiger Stoff. Die Brennluft für den Guserzeuger ; wird an einer Stelle R des Treibmittelkreislaufs entrtotrtniett, wo der ()ruck um den Druckabfall im Gaserzeuger 7 höher ist als der von der Brennkammer. Der Druck firn Gaserzeuger steigt und fällt hierbei automatisch finit (lern Druck ins Treibinittelsvstesn. Die Regulierung der Bretingasrnenge erfolgt durch ein Drosselventil 9, das entweder in der Leitung zum oder vorn Gaserzeuger eingebaut ist. Uni eine bei allen Belastungen firn richtigen Sinn wirkende Regulierung zu erhalten, inaß die Entnahmestelle der Verbrennungsluft so gew:ihlt werden, daß lies allen Helastungest der erforderliche Druckabfall ins Gaserzeuger gewährleistet ist. was durch diese Anordnung erreicht wird. 13as Drosselorgan 9 reguliert in einfacher Weise die Verbrennungsluftmenge durch Verteilung der Luftmenge auf Haupt- und Nebenstrom. Die große, für eben Gaserzeuger nicht benötigte Luftmenge strömt durch den 1_uftvorwärtner.
Da der Druckahfall im Gaserzeuger je nach Füllschicht und Schlackenbildung verschieden ist, wird die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß bei \orniallast (las Drosselorgan nicht voll aasreguliert ist. Dadurch kann eine Vergrößerung des Druckabfalls ini Gaserzeuger durch Öffnen des Drosselventils wettgennacht werden, so (laß die Brenngaserzetrgtrng nicht zurückgeht. Die erwähnte 1?histellung des Drosselorgans hat auch den Vorteil, daß ])ei Anlagen, in denen die Belastung finit der Drehzahl steigt bzw. füllt, ein Belastungsstoß rascher aufgenommen werden kann, weil durch Öffnen des 1)rosselorgasis c) die Brenngaserzeugung sofort vergrößert werdest karr», und zwar bereits bevor die höhere Drehzahl die Lieferung einer größeren Verbrennungsluftnienge für den Gaserzeuger zur Folge hat.
Iss sei auch erwähnt. daß die Anordnung nach dein Erfindungsgedanken gegenüber den bekannten Regulierungsarten den grol.4en Vorteil hat, (laß die Verbrennungsluft für den Gaserzeuger in einfachster Weise zwischen Null und Höchstwert verändert werden kann, ohne (laß eitre Verschlechterung der Betriebsweise des Verdichters eintritt. Der Betriebspunkt des Verdichteis wird durch Öffnen oder Schließen des @rosselorgalis 9 nicht wesentlich beeinflußt. weil die nicht zum Gaserzeuger strömende Luft durch den T.uftvorw:irmer striitnen kann und die Verl)renntin:;sltrftnieige des Gaserzeugers im Verhältnis zur totalen gefiirderten Luftmenge gering ist.
Die Anordnung Trat, wie bereits erw:ihtit. den Vorteil, daß bei 1)rehzahl;inderung der C@el>l:iseturbinengruppe und der damit verbundenesr Druckänderung in der Brentrkanirner sich im Gaserzeuger ohne jede Regulierung der erstsprechende Druck einstellt.
Die T.eistnngsregnlierung erfolgt durch einen Flielikraftregler so oder einen arideren Leistutigsregler, der auf irgendein( bekannte Art (las Drosselorgan 9 so einstellt, clafi die der Leistung entsprechende Brenligasinenge erzeugt wird. 1n Fig. r wird z'. T3. der Stetteritliptrls durch 1)i-trcl<ül vortr Leistungsregler to auf Blas Drosselorgan o übertragen. "hu diesem Zweck liefert eilte motorangetriebene Olpurnpe s s (las Stetrerö1.
Sind mehrstufige Verbrennungsturb nen-Anlagen finit mehreren Brernrkarnmerrr vorhanden, die bei verschiedenen Drücken arl)e fiten. so erli"lt jede fTrennkatnmer zweckmiiliig einen eigenen Gaserzeuger, der angenähert mit (lern gleichen Druck arbeitet wie die Brennkammer. Die einzelnen Gaserzeuger eisier Anlage arbeiten somit bei verschiedenen Die Verhrennungsluft für die verschiedenen Gaserzeuger wird auch in diesem Fall an den Stellen des Treibinittelkreislatrfs entnommen, an ebenen sich der Druck an der Entnahmestelle und alt der Brennkammer bei I>rehzahländerung so ändert, (laß der für den Gaserzeuger notwendige Druckabfall bei allen Belastungen erhalten bleibt. Die Regulierung erfolgt wieder durch ein Drosselorgan in der abgezweigten Leitung vor oder nach dem Gaserzeuger.
Fig.2 zeigt eine derartige Anordnung für zweistufige Verbrennungsturbinen-Anlage.

Die Luft wird inn Gebl:ise t verdichtet und ini luftkühler 12 rückgekühlt, dann ins Gebläse 13 weiterverdichtet. Anschließend gelangt sie in den Wärtneaustauscher 2 und von hier in die Brennkammer 3'. Das Treibmittel geht dann durch die Gasturbine 14, die den Verdichter 13 und übler ein Getriebe den Generator i_5 antreibt. Von der Gasturbine 1q geht das Trcibrnittel zur Brernrkarnmer 3 und dann in die "I'url)ine +, von dieser durch e1eti

@@':irmeaustauscller iiis Freie. Zum Anwerfen der

Anlage (liehen die Motoren 6, 0'. Das Brenngas

\vird (furch die Gaserzeuger 7, 7' geliefert. Die

Leistungsregulierung erfolgt z. R. durch die Fliell-

kraftreg@er i(), io'. (lic auf direktetnoderindirekteni

\fege (lic I >r()ssel()r Jane (). (9' regeln.

1)i0 Viel- allgeführten Regulierungen sind nur Bei-

sp@e@e. 1':s kaim jede Leistungsregulierung, erfolgt

sic 111i11 durch 1#liehl;raftregler, Thermostaten,

I )rnchregler tis\v.. zur Steuerung der Drosselorgane

ver weil(let wer(Ien.

\1a11 kaim den (iasurzetiger auch mit Alwas aus

dur (ia<turl)ine 1)eschick@tl. wohei man (furch dir,

k(Auktlon der K()lllelts:iure zum Kohletnnonoxyd

eilte S(°til;ting der \-c1-1)reililtttlgstenil)eratttr iin Gas-

erzetiger erhält. \vas seht- erwünscht ist. Eine An-

zapfling (lcr l@asturl»ne ist (1a1111 niitig. wetni bei

einer @telastuil@rs:in(lerung der Druck an keiner

Stell(' (les @-r'r(licllters sich im gleichen Sinn ändert

wie v(lr (1_ r f lr('ntthanlnu'r.

I )il I:Iltnaltmestelle für die `'erl)rennutigsltift

1:1111l auch s() g('\v:ililt \\-erden, daß (las Verhältnis

(1('s Druckabfall, zum absoluten Druck iin Gas-

erzeuger 1)c1 falletlder Drehzahl der Verdichter-

grul(1(e flicht 1<()iist:tiit bleibt. sondern sogar zu-

iiiiiiiiit. I)adurch erli:ilt inan 1)e1 kleiner werdender

I',0lastullg. (l. h. i11 diesem lall 1)e1 kleiner werden-

(lt'i- I )rellzalll. ein(' relativ steigende I@rucl:(lifferenz.

1 )ei- ( 'hurst htlfi a11 1 )nlckal)fall 1a1111 dann 1)e1 einem

pliitzlichell I;elastungsstoß zur vorübergehenden

relativen \ergri')Lierult'@ dur @lrenngasmenge benutzt

\v@r(ltn. \\a, zur rascllen I@eschleunigung der Ver-

(licllter<@rul)1(e n()twen(lig ist.

llei Aulag(#n. \v() der zus:itzliche Druckabfall bei

dum unter liiicllstcm Druck arbeitenden Gaserzeuger

nicht (furch (#titsl)rechende Anzapfung ain Treib-

wittcll;reIsiatif aufg@l>racllt werden kante, ist es not-

für die Ver-

1)re1t11ullgsltif t (10s ( @as@ r z@ugers anmibringen. Dies

\vii-(1 s() gemacht. da0; :ein Verdichter eine ode!-

ni011rere Stiif('ii zusätzlich vorgesehen werden, die

im \\esentlirllen litil- die Verbreinitingsluft für den

(@:i@erz@ugcr v@nlicht@n. Weim auch die Regulier-

f;illigkuit l;leitu#r ist als iti den vorher erw:ihnten All-

or(lnntlgell. s() kann (1()c il (furch entsprechende Aus-

bildung (h#i- zus;itzlichen Stufen ein genügender

Regeli>ercicll erreicht werden. llat tnan z. 13. einen

:ltialver(iicllter. so 1.a1111 Inan, weil die Druckerzell-

gung 111t ztls;itzlicll(#ll Ventilator klein ist, durch

11e1111' `ellalltt'1\\'lllkt'1 eitle GebLasekennllnie er-

halten. (lio ciiie I)n)sselun@@ (!ei- Verbrennungsluft

des (ias('rz(';i`('rs v(ni Vollast auf Leerlauf errnög-

licllt. WW iii (1(#1i friilicren Anordnungen wird die

v(nll ( iaserzeug@r nicht lmllütigt@ Luft direkt zur

Ilrenttkammer ge schickt.

Claims

PATF\TA\SI'HI`C1IF:

1. li-1)rl'tltlllllg@Llll'1)itletl-.\lllage mit Inlllde- sll'lls ('111e111 autgeladenell ()aserzetlger, wobei die "I,r('ilxltift für die Turbine mid die Verl)ren- llllll-sItift für (1e11 (l:i@f#r@('ttg('t "eniellls'rIlll \t't-

dichtet \\-erden und die Luft nach der Ver- dichtung in Teilströme zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu einem Gaserzeuger führende Teilstrom von einer Stelle ausgeht, wo der Druck ]in Luftkreislauf tim den Druckabfall im Gaserzeuger hi;her ist als vor eitler zu ihm gehiirenden Turbinenbrenlikammer. \vühren(1 ein anderer Teilstrom unter nutzbarer `'(#r\\-erttliig dieses Druckabfalls zur ßreinikaminer striimt. Verbrennungsturbinen-Anlage flach Ati- spruch i. dadurch gekennzeichnet. (laß in den Weg des nicht zunl Gaserzeuger führenden Teil- strollls ein von Turbinenabgasen 1)elleiztei- Luft- \-or\v:iriner angeordnet `ist. 3. Verbrennungsturbinen-Anlage nach An-- s s pruch i und 2, dadurch gekennzeichnet. (laß der Druckabfall im Gaserzeuger kleiner ist als der i in I.uft\-or\\-iirnier und der Übrigbleibend- Druckabfall in einem Regelorgan vernichtet wird, so (laß ein durch Verstopfung des Gas- erzeugers steigender Druckabfall durch Öffnen des Regelorgans wettgemacht und 1)e1 einem plötzlichen Belastungsstoß sofort eine größere Luftmenge durch den Gaserzeuger geschickt werden kann. Verbrennungsturbinen-Anlage nach All- spruch t, dadurch gekennzeichnet. (laß die Brenngasmenge durch ein Regelorgan einstellhar ist, (las das @'letigett-,-erliälttiis der beiden Teil- ströme regelt. -. Verbreiniungsturbinen-Anlage nach An- spruch t und 4. dadurch gekennzeichnet. (lab:) (las Regelorgan in der Verhrentiurigsluftleittlll11 zum Gaserzeuger angeordnet ist. (). @'erl)rennungsturl»nen-:lnlage nach An- sl)rUch 1 und d, dadurch gekennzeichnet. (laß (las Regelor-an in der vorn Gaserzeuger ausgehen- den Brenngasleitung angeordnet ist. ,-. Verbrennungsturbinen-Anlage nach An- spruch t und 4, dadurch gekennzeichnet. (laß (las 1Zegelorgan unter (lern Einfluß eines besonderen Reglers steht. Verbrennungsturbinen-Anlage nach An- spruch i mit mehrstufiger Verbrennung, da- durch gekennzeichnet, da13 jede Bretitikatnmer mindestens einen Gaserzeuger besitzt. der un- gefähr unter dein Druck der entsprechenden Rrennkatnnter steht. o. Verbrennungsturbinen-Anlage nach _1ii- spruc h i, dadurch gekennzeichnet. (1a1.9 an Stelle von Luft als Verbrennungsprodukt gewonnenes -I-rcil)gas zum Betrieb des Gaserzeugers dient. i o. Verhrennnngsturbinen-Anlage nach An- spruch i und (),dadurch gekennzeichnet, (laß (las Treibgas ans einer Turbinenstufe entnommen wird. i i. Verbrennungsturbinen-Anlage nach An- spruch t. dadurch gekennzeichnet. (1a1.1 die Ver- 1)renlitiligsltift für den Gaserzeuger an der Stelle des Luftkreislaufs abgezweigt ist, wo (las Ver- li:iltnis des Druckabfalls zuni absoluten Druck im Gaserzeuger 1>e1 fallender Drehzahl der Ver- dic htergruppe ann:ihernd konstant bleibt.

F2. Verbrennungsturhinen-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft für den Gaserzeuger an der Stelle des Luftkreislaufs abgezweigt ist, wo das Verhältnis des Druckabfalls zum absoluten Druck im Gaserzeuger bei fallender Drehzahl der Verdiclitergruppe zunimmt. 13. Verbrennmigsturbinen-Anlage nach Anspruch 1, dadurch geketlnzeichnet. daß für den unter dem höchsten Druck des Systems arbeitenden Gaserzeuger bei kleinem zur Verfügung stehendem Druckahfall zwischen Entnahmestelle und Brentikaiumer die Verbrennungsluft in einer zusätzlichen Stufe weiterverdichtet wird.