DE849040C

DE849040C - Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE849040C
Application number: DES2187D
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1943-11-10
Filing date: 1943-11-10
Publication date: 1952-09-11

Description

Gasturbinenanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage, in welcher ein in einem Kreislauf umlaufendes gasförmiges Arbeitsmittel durch einen Verdichter verdichtet, dann in einem Erhitzer erhitzt, anschließend in einer Turbine entspannt und nach Kühlung in einem Gaskühler dem Verdichter von neuem wieder zugeführt wird, wobei für den Gaskühler nur Kühlwasser zur Verfügung steht, welches fremde Bestandteile enthält. Die Erfindung besteht darin, (laß der Gaskühler an einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist, welcher mittels eines Rückkühlers durch das fremde Bestandteile enthaltende Kühlwasser rückgekühlt wird. Anlagen nach der Erfindung sind insbesondere zum .-\t)trieb von Schiffen geeignet.
1#.s ist schon vorgeschlagen worden, die Verputtutigskamtnern und die Düsen von Verpuffungsturbinen durch ein hochsiedendes Öl zu kühlen, dessen \\'iirtne an in einem Kessel zu verdampfendes Wasser übertragen wird. Ein hochsiedendes Ö1 wurde verwendet, um die Abwärme mit möglichst hohen Temperaturen an das Wasser abführen zu können, so daß im Dampfkessel ein genügender Druck eingehalten werden konnte.
Im Gegensatz zu diesem bekannten Vorschlag beschäftigt sich die Erfindung mit der Aufgabe, die Restwärme des in einem Kreislauf umströmenden gasförmigen Arbeitsmittels bei einer möglichst niedrigen Temperatur dem Kühlwasser zu übergehen. Hierbei wird die Wirkung erzielt, daß weder die Kühlflächen des Gaskühlers noch die Kühlflächen des Rückkühlers verschmutzt werden. Besondere Bedeutung kommt dieser Wirkung darum zu, weil die Kühlflächen des Rückkühlers auf der einen Seite von dem d-e fremden Bestandteile aufweisenden Kühlwasser bespült sind. Es empfiehlt sich, dabei den Rückkühler und die das Kühlwasser fördernde Vorrichtung so zu bemessen, daß die Temperatur des Kühlwassers mindestens bei Teillast und Volllast unter 5o° C bleibt.
Ein Beispiel des Erfindungsgegenstands ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt.
Das vom Verdichter i- auf den höchsten Betriebsdruck verdichtete Arbeitsmittel gelangt in den Wärmeaustauscher 2, wo es vorgewärmt wird. Eine Teilmenge des vorgewärmten Arbeitsmittels gelangt durch den Anschluß 30 in den Gaserhitzer 3 und wird bei der Umströmung der Wärmeaustauschrohre auf die höchste Betriebstemperatur gebracht.
Das verdichtete und erhitzte Arbeitsmittel tritt in die Turbine 4 ein, leistet dort Arbeit und strömt in entspanntem Zustand in den die Wärmeaustauschrohre des Wärmeaustauschers 2 umgebenden Raum, wo es einen Teil seiner Restwärme an das aus dem Verdichter i zugeführte Arbeitsmittel abgibt. Weitere Teile der Restwärme werden durch den Kühler g abgeführt, worauf das Arbeitsmittel dem Verdichter i wieder zugeführt wird und damit den Kreislauf von neuem beginnt.
Eine andere Teilmenge des im Wärmeaustauscher 2 vorgewärmten Arbeitsmittels wird dem Kreislauf entnommen und durch die Leitung 31 dem Brenner des Gaserhitzers 3 als Verbrennungsluft zugeführt. Die Verbrennungsgase strömen durch die Wärmeaustauschrohre des Gaserhitzers 3 und gelangen dann in die Turbine 6.
Dem in der Anlage sich abspielenden offenen Kreislauf wird durch den Verdichter 5 als Ersatz für die entnommene Teilmenge ständig Luft aus der Atmosphäre zugeführt. Diese Ersatzmenge wird an einer Stelle in den Kreislauf eingeführt, wo das aus der Turbine 4 rückströmende Arbeitsmittel ungefähr die gleiche Temperatur wie die Ersatzmenge aufweist.
Die vom Arbeitsmittelstrom des Kreislaufs beaufschlagte Turbine 4 treibt die Verdichter i und 5, während die durch die entnommene Teilmenge beaufschlagte Turbine 6 die nach außen abzugebende Nutzleistung erzeugt. Diese Nutzleistungsturbine treibt über ein Getriebe 7 den Schiffspropeller B.
Der Kühler g besitzt ein Kühlrohrsystem io, welches an einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf 11, 12 angeschlossen ist. Das erhitzte Kühlmittel strömt durch die Leitung i i zunächst zu einem Wärmeverbraucher 13, z. B. einem Destillierapparat, und dann in einen Rückkühler 14, aus dem es durch die Leitung 12 wieder in das Kühlrohrsystem 10 zurückgelangt. An den Kreislauf i 1, 12 ist ein Ausdehnungsgefäß 15 angeschlossen, welches zur Aufnahme des bei der Wärmeausdehnung des Kühlmittels entstehenden Überschusses dient.
Dem Rückkühler 14 wird mittels der Pumpe 16 durch die Leitung 17 Seewasser zugeführt, welches durch die Leitung 18 wieder nach See abströmt. Das Seewasser enthält als fremde Bestandteile gelöste Salze und gegebenenfalls aufgeschwemmte Bestandteile. Die Pumpe 16 und der Rückkühler 14 sind so bemessen, daß das durch die Leitung 18 abströmende Kühlwasser mindestens bei Teillast und bei Vollast nie höher als bis auf 5o= C erwärmt wird.
In der beschriebenen Anlage sind die Wärmeaustauschflächen des Rückkühlers auf beiden Seiten von Flüssigkeit bestrichen. Infolge des großen Wärmeüberganges zwischen Flüssigkeiten und Wandflächen können solche Flächen sehr klein gewählt werden. Da das fremde Bestandteile mit sich führende Kühlmittel nur diese kleine Fläche berührt, ist eine wesentlich raschere und leichtere Reinigung möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die den erhöhten Gastemperaturen ausgesetzten Wärmeaustauschflächen des Gaskühlers nicht verunreinigt werden können. Die Begrenzung der Kühlwassererwärmung gibt die Gewähr, daß gelöste Bestandteile nicht oder wenigstens nur in vermindertem Maß in fester Form sich ausscheiden und als feste Krusten an den Wärmeübergangsflächen sich ablagern. Bei Überlast könnte die Temperatur wohl kurzzeitig auch einige Grade über die vorgeschriebene Grenze von 5o° C steigen. ohne daß hierbei Schaden entsteht.
Zur sicheren Einhaltung der Temperaturgrenze können noch Regelvorrichtungen vorhanden sein, welche bei starkem Temperaturanstieg die Kühlwassermenge vergrößern und gegebenenfalls die ganze Anlage stillsetzen, wenn ein dauerndes Überschreiten der Grenze nicht mehr verhindert werden kann.
Anlagen nach der Erfindung können auch für ortsfeste Zwecke verwendet werden, wenn zur Kühlung nur Wasser mit fremden Bestandteilen zur Verfügung steht. Als Kühlwasser kann Wasser verwendet werden, in welchem fremde Bestandteile in gelöster oder aufgeschwemmter, in flüssiger, gasförmiger oder in fester Form mitgeschleppt werden. Es kann z. B. Meerwasser verwendet werden, welches Salze in größeren Mengen gelöst enthält, aber auch hartes Quellwasser oder anderes verunreinigtes Wasser natürlicher Gewässer oder Abwässer. Insbesondere enthalten Abwässer schlammige, feste Bestandteile, welche sich an den Wärmeaustauschflächen absetzen können.
Der Kühlmittelkreislauf kann außer Wasser auch andere Flüssigkeiten, z. B. 01 und ähnliche Kohlenwasserstoffe enthalten. Gegebenenfalls können dem Kühlmittel des Kreislaufs Stoffe beigemischt werden, welche zur Schonung der Wärmeaustauschflächen beitragen.
Als Wärmeverbrauchsstellen für das im Kreislauf umströmende Kühlmittel können Heizungen. Flüssigkeitserhitzer, Destillieranlagen und andere wärmeverbrauchende Apparate und Wärmeeinrichtungen verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbinenanlage, in welcher ein in einem Kreislauf umlaufendes gasförmiges Arbeitsmittel durch einen Verdichter verdichtet, dann in einem Erhitzer erhitzt, anschließend in einer Turbine entspannt und nach Kühlung in einem Gaskühler dem Verdichter wieder zugeführt wird, wobei für den Gaskühler nur Kühlwasser zur Verfügung steht, welches fremde Bestandteile enthält, insbesondere zum Antrieb von Schiffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskühler an einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist, welcher mittels eines Rückkühlers durch das fremde Bestandteile entlialtende Kühlwasser rückgekühlt wird.
2. Gasturbinenanlage. nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB der Rückkühler und die das Kühlwasser fördernde Vorrichtung so bemessen sind, daB die Temperatur des Kühlwassers mindestens bei Teillast und Vollast unter 5o° C bleibt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 522 1o3.