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Gasturbinenanlage mit Treibgasfilterung Um die Vorteile der Gasturbine
auszunutzen, ist es vielfach, beispielsweise wenn die Turbine als industrielles
Antriebsaggregat-verwendet wird, notwendig, daß in der Anlage minderwertige Brennstoffe,
wie z. B. die als Rückstandsöle bekannten Erdölprodukte, verbraucht werden können.
Die Verwendung solcher Brennstoffe läßt sich jedoch im allgemeinen nicht praktisch
verwirklichen, da die gasförmigen Verbrennungsprodukte feste und halbfeste Ascheteilchen
und teilweise verbrannte Stoffe enthalten, die ernste Beschädigungen der Turbinenschaufeln
durch Korrosion und Erosion hervorrufen und von denen sich ein Teil auf den Schaufeln
ablagert und dadurch deren: Profil zerstört. Um die Verbrennungsprodukte zu reinigen,
war vorgeschlagen worden, zwischen Brennkammer und Turbine eine aus Metalloberflächen,
beispielsweise Rohren, bestehende Vorrichtung derart einzubauen, daß die eine Seite
der Metallflächen von den Verbrennungsprodukten und die andere Seite von Kühlluft
bestrichen wird. Wenn diese Vorrichtung ihre gedachte Funktion des Auffangens der
in den Verbrennungsprodukten enthaltenden Verunreinigungen erfüllt, wird sie sich
unvermeidbar durch die abgelagerten Bestandteile verstopfen und von Zeit zu Zeit
einen Ausbau erforderlich machen. Das
Reinigeri-der Vorrichtung
ist ein schwieriger Vorgang und in xrianchen Fällen unmöglich, und in jedem Fall
ist es notwendig, eine Ersatzgasreingungsvorrichtung einzubauen, die die Kosten
der Anlage merklich erhöht. Darüber hinaus muß die Temperatur der Reinigungsflächen
ziemlich genau kon----troliiert werden: .-DieErfindung besteht in einerGasturbinenanlage;
die ein von der Brennkammer zu der Turbine führendes Rohr, einen Behälter, von dem
ein Teil in und quer zu diesem Rohr liegt und aus durchbrochenen, den Gasstrom frei
hindurchlassenden Wänden gebildet ist, während der übrige Teil gasdicht ist, und
eine in dem Behälter enthaltene Masse aus hitzebeständigen Körpern enthält, -die
solche Größe und Form haben, daß die Masse fließen kann, jedoch nicht die durch
sie- hindurch -gehende Gasströmung hindert, wobei der BEhälter so ausgebildet ist;
daß er den Körpern das Einfließen in den Behälter und das Ausfließen aus dem Behälter
oder einer innerhalb des gasdichten Teils des Behälters liegenden Reinigungszone
gestattet. Diese Kitzebeständigen Körper werden nachfolgend der Einfachheit halber
und außerdem, um eine geeignete-Größe und Form zu kennzeichnen, mit Kiesel' bezeichnet.
Dieser Ausdruck darf jedoch nicht als in bezug auf Zusammensetzung, Größe oder Form
einschränkend betrachtet werden. So können die Kiesel vorteilhafterweise Kugelform
aufweisen urid können aus Metall oder einem feuerfesten Stoff hergestellt sein.
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`"Der gasdichte Teil des Behälters kann vorteilhafterweise eine Kieselreinigungszone
enthalten, in die die Kiesel ohne Unterbrechung des Betriebs der Anlage fließen
können und diese -Reinigungszone kann mit Düsen versehen sein; um zur Unterstützung
des Reinigungsvorganges: Dampf oder Wasser einzuführen. Der Behälter kann für die
Kiesel einen geschlossenen- Kreislauf bilden, wobei Mittel vorgesehen sind, um die
Kiesel im ständigen. Umlauf zu halten. Es kann vorteilhaft sein, die Kiesel, nachdem
sie denTeil des Behälters verlassen haben,: der innerhalb des von der Brennkammer
zur Turbine führenden Rohrs liegt, z. B. während sie durch die Kieselreinigungszone
hindurchgehen, zu kühlen,: und zu diesem Zweck kann durch die Kiesel-Luft hindurchgeführt
werden, die aus dem System an einem Punkt vor der Brennkammer entnommen ist und
vermöge ihres eigenen Drucks hindurchgeht, oder die aus der Atmösphä!re entnommen
ist und mit. Hilfe eines Gebläses hindurchgedrückt wird. In jedem Fall ist es möglich,
den.Druck der Kühlluft so zu regulieren, daß er dem Druck der durch das Röhr von
der Brennkammer zu der Turbine hindurchgehenden Verbrennungsprodukte gleicht. Es
war bereits vorgeschlagen worden, die aus dem Austritt einer Gasturbine zu einem
Luftvorwärmer strömende Luft mittels einer Masse aus Kieseln zu reinigen, die man,
nachdem sie die Abgase gereinigt hat, durch eine Staubausscheidungszonc und von
dort in eine Kühlzone fließen läßt,- wo die Kiesel durch dem. Verdichter entnommene
Luft gekühlt werden. In -dieseln älteren Vorschlag erfüllen die ' Kiesel -nicht
die gleiche Funktion wie die Kiesel in der Erfindung, und der ältere Vorschlag,
der sich nur mit Teilchen befaßt, die durch die Turbine hindurchgegangen sind, löst
nicht das Problem, auf die sich die Erfindung bezieht. Weiterhin besteht bei dem
älteren Vorschlag zwischen der Kühl-- tone für die Kiesel und der Gasreinigungszone
eine wesentliche Druckdifferenz, die das schwierige Problem des Abdichtens der beiden.
Zonen voneinander aufwirft.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischerZeichnungen anAusführungsbeispielen
näher erläutert.
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Fig. z ist ein Schema, das die Anordnung des Reinigers in dem Turbinenkreislauf
zeigt; Fig. 2, 3 und.4 sind Schemazeichnungen von verschiedenen Anordnungen für
die Beschaffung der Kühlluft für die Kiesel; Fig. 5" 6, 7 "und 8 zeigen verschiedene
Ausführungsformen des Reinigers, und Fig. 7A, 7B, 7C und 7D stellen Abwandlungen
der in Fig. 7 ,gezeigten Reinigungszone dar.
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In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Fig. i zeigt eine Gasturbinenanlage mit einem Verdichter i, einem
Wärmeaustauscher 2, einer Brennkammer 3 und einer Turbine 4, von der die Gase durch
den Wärmeaustauscher hindurch in die Atmosphäre gehen. Die Verbrennungsprodukte
gehen auf ihrem Weg von, der Kammer 3 zu der Turbine 4 durch ein Rohr 5 hindurch,
in das ein Reiniger 6 eingebaut ist, wie er -beispielsweise in Fig. 5 gezeigt ist.
Der in Fig. 5 gezeigte Reiniger umfaßt einen Behälter, der aus zwei durchbrochenen
Wänden 7, einem oberen Abschluß 8 und einem unteren Abschluß 9 gebildet ist. Die
beiden Wände 7 liegen-in und quer@zu dem Rohr 5 und werden von einer Reihe paralleler
Stangen gebildet. Der Raum zwischen den Wänden 7 ist mit Kieseln 2o angefüllt. Der
obere Abschluß 8 ist mit einer druckdichten Luke io für das Einführen der Kiesel
und der untere Abschluß 9 mit einer druckdichten Luke i1 für die Entnahme der Kiesel
versehen. Vorzugsweise sind, um das Hindurchfließen der Kiesel durch den Behälter
zu erleichtern, die die Wände 7 -bildenden Stangen drehbar gelagert. Das Rohr 5
ist in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene vorzugsweise eng ausgeführt, so daß
die Stangen so kurz wie möglich sein können, wodurch ihre Neigung zum Durchbiegen
vermindert wird.
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"Die in den Fig., i und 5 gezeigte Anordnung ist für eine Anlage mit
regelmäßigen Abschaltperioden geeignet, insbesondere einer solchen, bei der die
-Neigung zur Ablagerung nicht groß ist. Während der Abschaltperiöden können die
Kiesel mit großer :Leichtigkeit einfach dadurch entnommen werden, daß man die Luke
i i öffnet und die Kiesel unter ihrer eigenen Schwere in eine Reinigungskammer oder
ein Reinigungsbad (nicht gezeigt) laufen läßt. Die gereinigten Kiesel werden durch
die Luke io in den Behälter zurückgeschüttet. Die Anlage kann einem ununterbrochenen
Betrieb leicht dadurch angepaßt werden, daß man einen weiteren Reiniger
vorsieht,
der vermittels eines Umschaltventils abwechselnd zu dem Reiniger 6 in die Leitung
5 eingeschaltet «erden kann.
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In Fig. 2 besitzt der Reiniger zusätzlich zu der Gasreinigungszone
12 eine Kieselreinigungszone 13,
wie sie beispielsweise in den Fig. 6, 7 oder
8 gezeigt ist. Um die Kiesel zu kühlen, während sie sich in der Kieselreinigungszone
befinden, wird der Anlage ein geringer Teil der von dem Verdichter i geförderten
Luft bei 14 entnommen und durch die Zone 13 hindurchgeführt, hinter der dieser Teil
der Luft durch ein die Menge der entnommenen Kühlluft regelndes Ventil 15 hindurch
auf Atmosphärendruck expandiert wird. Der Druck in der Zone 13 liegt etwas über
dem in der Zone 12. Falls er-'wünscht, kann, um diese Drücke auszugleichen, ein
Ventil 39 vorgesehen werden. Falls jedoch eine geringere Uridichtigkeit für
die Luft zwischen der Zone 13 und der Zone 12 zugelassen werden kann, kann dieses
Ventil 39 weggelassen werden. Statt daß die Luft am Punkt 14 entnommen wird,
kann sie auch am Punkt i4' entnommen werden,. wobei die Ventile 15 und
39 entsprechend reguliert werden. Wenn erwünscht, kann die Kühlluftzuführung
entweder mit dem Ventil 15 oder dem Ventil 39 abgestellt werden.
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Der in Fig. 6 gezeigte Reiniger hat eine Kieselreinigungszone 13,
die durch ein Ventil 16 von der Gasreinigungszone 12 getrennt werden kann. Ebenso
ist oberhalb der Zone r2 und von dieser durch ein Ventil 18 getrennt eine Einfüllkammer
17 vorgesehen. Wenn die Ablagerung auf den Kieseln so groß ist, daß ihre Reinigung
erforderlich ist, öffnet man, falls erwünscht, ohne Unterbrechung des Turbinenbetriebs,
das Ventil 16 und läßt die Kiesel in die Zone 13 fließen. Hier werden sie
mit durch Düsen ig eingeführtem Dampf und/oder Wasser behandelt. Falls erwünscht,
kann mittels in Fig.6 nicht gezeigter Rohire Kühlluft durch die Zone hindurchgeführt
werden. Sobald die schmutzigen Kiesel die Zone 12 verlassen haben, wird das Ventil
16 geschlossen und das Ventil 18 geöffnet, woraufhin eine bereits in die,Einfüllkammer
17 eingeführte Masse aus gereinigten Kieseln in die Zone 12 fließt. Die Kiesel,
die in der Zone 13 gereinigt worden sind, werden durch die Luke i i entnommen
und in die Kammer 17 eingefüllt.
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Der in Fig. 7 gezeigte Reiniger besitzt eine Einrichtung, um die Kiesel
in dauerndem Umlauf zu halten. Nachdem sie die Kieselreinigungszone 13 verlassen
haben, bewegen sich die Kiesel unter ihrer eigenen Schwere in ein Gehäuse 21, wo
sie in einen Becherförderer 22 fallen, der sie über eine Rinne 23 in den oberen
Teil der Gasreinigungszone 12 zurückfördert. Die Kiesel fließen unter ihrer eigenen
Schwere durch die Zone 12 hindurch. Fig. 7A zeigt eine Abwandlung der Reinigungszone
13, bei der zusätzlich zu Dampf- und/oder Wasserdüsen ig ein Einlaßrohr 24
und ein Austrittsrohr 25 für Kühlluft vorgesehen ist. Die Wirkung von Kühlluft,
Dampf und/oder Wasser ist bei den Kieseln die, daß sie deren plötzliches Zusammenziehen
bewirken, wodurch die auf den Kieseln abgelagerten Stoffe abblättern. Die abgeblätterten
Krusten werden durch die sich bewegenden Kiesel zu Pulver vermahlen, und das Pulver
findet seinen Weg zu dem Boden des Gehäuses 21 oder wird durch die Kühlluft ausgeblasen.
Wenn Wasser verwendet wird, nimmt dieses die lösbaren, Bestandteile mit, und die
wasserhaltigen und pulverartigen Absetzstoffe können durch ein Ventil 26 in einen
Trog 27 abgezogen werden.
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Die Zerkleinerung der Ablagerung auf den Kieseln kann durch die in
Fig. 7 B, 7 C oder 7 D gezeigte Vorrichtung unterstützt werden. In Fig. 7 B ist
eine Reihe von Einsätzen 28 vorgesehen, über die die Kiesel beim Durchgang durch
die Reinigungszone springen. In Fig. 7 C erfüllen drehbar gelagerte Stangen 29 eine
ähnliche Funktion. In Fig. 7 D ist eine Rühreinrichtung vorgesehen, die eine Trommel
3o einschließt, die auf einer Welle 31
gelagert ist und vorspringende Zapfen
32 aufweist. Die Welle wird durch eine in der Zeichnung nicht gezeigte Einrichtung
gedreht, so daß die durch die Reinigungszone hindurchgehenden Kiesel um-. gerührt
werden.
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In dem in Fig.7 gezeigten Reiniger kann die Geschwindigkeit des Kieselstroms
mittels des Ventils 16 entsprechend den Erfordernissen eingestellt werden. Das Aneinanderhaften
der Kiesel, so daß der Kieselstrom unterbrochen wird, kann normalerweise dadurch
aufgehoben werden, daß das Ventil 16 für einen kurzen Zeitraum weit geöffnet wird.
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In Fig. 8 hält ein zur Hauptsache innerhalb der Gasreinigungszone
liegender und die Kiesel an der einen Seite nach oben und an der anderen Seite nach
unten bewegender Becherelevator bzw. -förderer 33 die dauernde Bewegung der Kiesel
in der Gasreinigungszone 12 aufrecht. Der Boden des Behälters ist mittels einer
abnehmbaren Rutsche 34. geschlossen, an derem oberen Ende sich eine durchlochte
Platte 35 befindet. Diese Platte läßt die Abfallstoffe in die Rutsche fallen, aus
der sie durch das Ventil 26 entnommen werden können.
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Von den in Fig. 3 und d. gezeigten alternativen Kühlluftanordnungen
zeigt Fig. 3; eine Anordnung, bei der die Kühlluft in den Turbinenkreislauf zurückgeführt
wird, damit die heiße. verdichtete Luft nicht verlorengeht. Nach dem Durchgang durch
die Zone 13 strömt die Kühlluft zur Ausscheidung der festen Teilchen in einen
Reiniger, beispielsweise einen Zyklon 37, und wird dann entweder bei 36 oder 36'
wieder demTurbinenkreislauf zugeführt. Die Einführung bei dem Punkt 36 wird bevorzugt,
da dann alle Teilchen, die durch den Zyklon 37 nicht zurückgehalten wurden, noch
einmal durch den Gasreiniger 6 hindurchgehen müssen. Die die Zonen 12 und
13 in Fig. 3 und ebenso in Fig.2 und q. verbindenden gestrichelten Linien
zeigen den Strömungsweg der Kiesel.
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In Fig. q. wird die Kühlluft mittels eines Gebläses 38 durch die Zone
13 hindurch in geschlossenem Kreislauf umgewälzt. Der geschlossene Kreislauf enthält
einen Zyklon 37 für die Reinigung der Luft. Der Druck in der Zone 13 kann
mittels einer Verbindungsleitung von geeignetem Querschnitt
zwischen
dem Kühlluftkreislauf und Punkt 14, 14' oder i4" des Turbinenkreislaufs dem in der
Zone 12 gleich- oder nahezu gleichgehalten werden.