DE877844C - Method for operating a gas turbine system with pressurized gasification of the fuel - Google Patents
Method for operating a gas turbine system with pressurized gasification of the fuelInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
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- F02C3/28—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension using a separate gas producer for gasifying the fuel before combustion
Description
Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit Druckvergasung des Brennstoffes Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage, hei der die Treibgase in einem Druckvergaser erzeugt werden. Bei einer Gasturbine mit polytropischer Verdichtung und polytropischer Dehnung liegt normalerweise der günstigste Druck bei etwa 3 bis 6 at, also verhältnismäßig niedrig. Bei einem Druckvergaser hat es aber keinen Sinn:, mit dem Druck auf derartig niedrige Werte zu. gehen. Bei jedem Druck, ob er nun: klein oder groß ist, benötigt man eine druckfeste Brennstoffein- und Aschenausschleusung. Jede Schleuse besteht aus einem druckfesten Schleusenraum mit zwei Abschlußorganen. Dieser immerhin. nicht unbedeutende bauliche Aufwand lohnt sich aber nur dann, wenn durch den Druckbetrieb ein entsprechender Gewinn erzielt werden kann. Das ist aber nur der Fall, wenn man auf höhere Drücke geht.Method for operating a gas turbine system with pressurized gasification of the Fuel The invention relates to a gas turbine system, namely the propellant gases can be generated in a pressure gasifier. For a gas turbine with polytropic compression and polytropic stretching, the most favorable pressure is usually around 3 to 6 at, so relatively low. With a pressure carburetor, however, there is no point: with the pressure to such low values. walk. With every print, whether it is: is small or large, you need a pressure-resistant fuel and ash discharge. Each lock consists of a pressure-tight lock space with two closure organs. At least this one. However, a not insignificant structural effort is only worthwhile if a corresponding profit can be achieved through the printing operation. But that is only the case when one goes to higher pressures.
Andererseits ist es auch nicht zweckmäßig, auf zu hohe Drücke zu. gehen, da dann wegen des bekannten quadratischen Zusammenhanges zwischen-Druck und Durchsatzmenge (die Durchsatzleistung nimmt mit der Wurzel aus dem Druck zu) im höheren Druckbereich die Zunahme der Durchsatzmenge geringer ist. Man arbeitet daher bei der Druckvergasung meistens mit Drücken von 2o bis 25 atü.On the other hand, it is also not advisable to aim at excessively high pressures. go, because then because of the well-known quadratic relationship between-pressure and Throughput (the throughput increases with the square root of the pressure) im higher Pressure range, the increase in throughput is lower. In the case of pressurized gasification, pressures of 20 to 25 atmospheres are therefore usually used.
Um den Unterschied zwischen dem Druck im Druckvergaser und in der Gasturbine auszugleichen, muß der für den Druckvergaser bestimmte Teil der Luft vom Enddruck ,des- Gasturbinenverdichters in einem Zusatzverdichter auf den im Druckvergaser herrschenden Druck weiterverdichtet werden. Das aus dem Druckvergaser kommende Gas entspannt man dann zweckmäßig in einer den: Zusatzverdichter antreibenden Expansionsturbine bis auf den Drurik in der Brennkammer. Diese Anordnung ist jedoch verwickelt. Außerdem ist der Verdichter und die nachfolgende Entspannungsturbine mit einer Wirkungsgradeinbuße verbunden.To tell the difference between the pressure in the pressure carburetor and in the To balance the gas turbine, the part of the air intended for the pressure gasifier must be from the final pressure of the gas turbine compressor in an additional compressor to that in the pressure gasifier prevailing pressure can be further compressed. The gas coming out of the pressure carburetor one then expediently relaxes in an expansion turbine that drives the additional compressor except for the Drurik in the combustion chamber. However, this arrangement is intricate. aside from that is the compressor and the subsequent expansion turbine with a loss of efficiency tied together.
Ferner ist bei den -geringen, Drücken in .der Gasturbine das Gefälle klein. Zur Erzeugung einer bestimmten Leistung muß daher das umlaufende Gasgewicht entsprechend groß werden. Die Abmessungen der Turbine wenden deshab groß und erschweren die Ausführung großer Einheiten bzw. machen sie unmöglich.Furthermore, with the low pressures in the gas turbine, there is a gradient small. The circulating gas weight must therefore be used to generate a certain output become correspondingly large. The dimensions of the turbine are therefore large and difficult the execution of large units or make them impossible.
Nach der Erfindung werden alle diese Nachteile dadurch vermieden, daß der Prozeßdruek für die Gasturbinen durch entsprechende an sich bekannte Zwischenkühlungen auf der Verdichterseite und durch ebenfalls bekannte Zwischenüberhitzungen auf der Dehnungsseite der Gasturbinenanlage unter Einhaltung eines guten Wärmeverbrauchs so weit gehoben wird, daß: er bis auf einen kleinen Druckunterschied entsprechend -dem Eigenwiderstand des Gaserzeugers unterhalb des günstigsten Betriebsdrucks des Gaserzeugers liegt.According to the invention, all these disadvantages are avoided by that the process pressure for the gas turbines by appropriate intercooling known per se on the compressor side and through well-known reheating on the Expansion side of the gas turbine system while maintaining good heat consumption is raised so far that: except for a small pressure difference, it corresponds -the inherent resistance of the gas generator below the most favorable operating pressure of the Gas generator lies.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbinenanlaagge dargestellt, und zwar zeigt Abb. i ein Schema der gesamten Turbinenanlage und Abb.2 ein Schema eines Teils der Turbinenanlage mit :druckentlasteten Turbinen- und Brenn kammergehäusen.In the drawing is an embodiment of a gas turbine plant shown, namely Fig. i shows a scheme of the entire turbine system and Fig.2 a scheme of part of the turbine system with: pressure-relieved turbine and combustion chamber housings.
Bei der Gasturbinenanlage nach der Abb. i wird die Luft bei i vom Niederdruckverdichter 2 angesaugt. Innerhalb des Verdichters 2 ist ein Zwischenkühler 3 vorgesehen, in dem die Luft zwischen den Verdichterstufen auf etwa die Ansaugetemperatur rückgekühlt wird. Nach Austritt aus dem Verdichter 2 wird die Luft in: einem zweiten Zwischenkühler 4 wiederum rückgekühlt. Von hier gelangt sie zum Hochdruckverdichter 5, der auch wieder einen Zwischenkühler 6 besitzt. Selbstverständlich können auch mehr oder weniger Zwischenkühler angeordnet werden. Nach Verlassen des Hochdruckverdichters 5 strömt der Hauptteil der Luft durch. -die Leitung 7 zum Wärmeaustauscher 8 -und von dort durch die Leitung 9@ zur Hochdruckbrennkammer io. Hier wird durch Verbrennung von Gas ein: Verbrennungsgas erzeugt, das die Hochdruckturbine i i beaufschlagt. Die Hochdruckturbine i i treibt den Hochdruckverdichter 5 an. Nach Entspannung in .der Turbine i i strömen die Verbrennungsgase, -die noch eine hohe Luftübersdhußzahl haben, zur Mittel:druckbrennkammer 12. Hier wird wiederum Gas verbrannt, und zwar so viel, d-aß die Temperatur der Verbrennungsgase auf die gleiche Höhe wie vor der Hochdruckturbine i i .gehoben wird. Die Verbrennungsgase treten aus der Mitteldruckbrennkammer r2 in die Mitteldruckturbine 13 ein, die mit dem Niederdruckverdichter 2 gekuppelt ist, entspaxmen sich unter Arbeitsleistung hier weiter und wandern dann in die Niederdruckbrennkammer 14. Auch hier wird durch zusätzliche Gasverbrennung die Temperatur der Verbrennungsgase wieder auf dieselbe Höhe wie vor der Hochdruckturbine i i gebracht. Aus der Niederdruckbrennkammer 14 treten die Verbrennungsgase in die Niederdruckturbine 15, in der sie bis auf etwa Atmosphärendruck entspannt werden. Die Niederdruckturbine 15 treibt die Arbeitsmaschine 1b, beispielsweise einen elektrischen Stromerzeuger, an. Der Hauptteil der Verbrennungsgase tritt dann aus der Niederdruckturbine15 in den: Wärmeaustauscher 8 ein, gibt hier die ihni noch innewohnend,-- Wärme zum größten Teil an die vom Hochdruckverdichter 5 kommende Luft ab und tritt dann bei 17 in die Atmosphäre aus. Der Rest der Abgase strömt durch eine Abzweigleitung 18 in zwei hintereinand@ergeschaltete Wärmeaustauscher icg und 2o und von, dört in die Atmosphäre. Ein kleiner Teil der vom Hochdruckverdichter 5 kommenden Luft wird von der Leitung 7 abgezweigt und einem kleinen von der Hochdruckturbine i i angetriebenen Zusatzverdichter 21 zugeleitet, der diese für den Druckvergaser 22 bestimmte Luftmenge nur so viel weiterverdichtet, daß die im Druckvergaser 22 und in den nachgeschalteten Apparaturen auftretenden Druckverluste gedeckt werden. Vom Verdichter 21 wird die Luft über den Wärmeaustauscher 2o, in dem sie vorgewärmt und gleichzeitig mit dem für den Vergasungsprozeß erforderlichen Wasserdampf angereichert wird, zum Druckvergaser 22 geleitet. Dem Druckvergaser wird bei 23 der feste Brennstoff zugeführt und bei 24 die Asche abgenommen. Vom Druckvergaser 22 strömt das erzeugte Rohgas zur Kühl- und Nebenproduktenarnlage 2,5. Hier wird: dem Rohgas der Teer- und Benzingehalt entzogen und das Gas dabei gleichzeitig gereinigt. Das gereinigteDruckgas wird dann nach. Vorwärmung im Wärmeaustauscher i9 den drei Brennkammern. io, 12 und 14 zugeleitet.In the gas turbine system according to Fig. I, the air at i is from Low pressure compressor 2 sucked in. Inside the compressor 2 is an intercooler 3 provided, in which the air between the compressor stages to approximately the intake temperature is re-cooled. After exiting the compressor 2, the air is in: a second Intercooler 4 in turn recooled. From here it goes to the high pressure compressor 5, which also has an intercooler 6 again. Of course you can too more or fewer intercoolers are arranged. After leaving the high pressure compressor 5 the main part of the air flows through. -the line 7 to the heat exchanger 8 -and from there through the line 9 @ to the high pressure combustion chamber io. Here is by burning of gas in: Combustion gas generated, which acts on the high-pressure turbine i i. The high pressure turbine i i drives the high pressure compressor 5. After relaxing in The combustion gases flow through the turbine i i, which still have a high air flow rate have, to the means: pressure combustion chamber 12. Here again gas is burned, namely so much, d-ate the temperature of the combustion gases at the same level as before High pressure turbine i i. Is lifted. The combustion gases emerge from the medium pressure combustion chamber r2 into the medium-pressure turbine 13, which is coupled to the low-pressure compressor 2 is, relax further here while performing work and then migrate into the low-pressure combustion chamber 14. Here, too, the temperature of the combustion gases is increased by additional gas combustion brought back to the same height as before the high pressure turbine i i. From the low pressure combustion chamber 14 enter the combustion gases in the low pressure turbine 15, in which they up to relaxed about atmospheric pressure. The low-pressure turbine 15 drives the working machine 1b, for example an electric generator. The main part of the combustion gases then enters the heat exchanger 8 from the low-pressure turbine 15, gives here the himi still inherent - heat for the most part to that of the high-pressure compressor 5 incoming air and then exits at 17 into the atmosphere. The rest of the exhaust flows through a branch line 18 into two heat exchangers connected one behind the other icg and 2o and von, dört in the atmosphere. A small part of that from the high pressure compressor 5 incoming air is branched off from the line 7 and a small one from the high pressure turbine i i driven auxiliary compressor 21 supplied to this for the pressure carburetor 22 only compresses a certain amount of air so much that the pressure in the pressure carburetor 22 and pressure losses occurring in the downstream equipment are covered. From the compressor 21, the air is passed through the heat exchanger 2o, in which it is preheated and at the same time enriched with the water vapor required for the gasification process is passed to the pressure carburetor 22. The solid fuel is fed to the pressure carburetor at 23 fed and at 24 removed the ashes. The generated flows from the pressure carburetor 22 Raw gas for cooling and by-product plant 2.5. Here is: the raw gas of the tar and gasoline content is removed and the gas is cleaned at the same time. The purified compressed gas will then after. Preheating in the heat exchanger i9 the three combustion chambers. io, 12 and 14 forwarded.
Bei dem hohen Druck, auf den der Verdichter zu verdichten hat, sind besondere Maßnahmen vorzusehen,. um eineinwandfreiegArbeiten bei allen Laststufen zu gewährleisten. Aus diesem Grunde ist auch der Verdichter in zwei getrennt ahgetriebene Gruppen unterteilt. Zweckmäßig- werden beide Verdichtergruppen in d ;er Drehzahl so geregelt, daß der Hochdruckverdichter 5 bei jeder Laststufe noch gerade die Luftmenge ansaugt, :die vom Niederdruckver.dichter 2 geliefert wird, bzw. wird der Niederdruckverdichter so geregelt, daßf er gerade die Luftmenge fördert, die vorn Hochdruckverdichter 5 angesaugt wird.At the high pressure to which the compressor has to compress, are to provide for special measures. to work properly at all load levels to ensure. For this reason, the compressor is also split into two separately driven units Divided into groups. Both compressor groups are expedient at the same speed regulated so that the high pressure compressor 5 still just the amount of air at each load level sucks,: which is supplied by the low pressure compressor 2, or becomes the low pressure compressor regulated so that it just conveys the amount of air that the front high pressure compressor 5 is sucked in.
Um die Abstrahlungsverluste in den Turbinengehäusen zu verringern, kann Luft in einen um die Turbine herumgelegten Mantel geleitet werden. Diese Luft erwärmt sich an den heißen Wandungen des Turbinengehäuses wohl, der äußere Mantel wird aber bedeutend weniger warm als der innere von den heißen Verbrennungsgasen durchströmte Mantel und, kann deshalb weniger Wärme an die Umgebung abstrahlen und ableiten. Die dieser Luft mitgeteilte Wärme ist überdies nicht verloren. Sie. wird an anderer Stelle dem Prozeß wieder zugeleitet. Weiterhin wird durch diese '#\Zaßnahme der innere, heiße Turbinenmantel von Zugspannungen entlastet und kann däher leichter ausgeführt werden. Diese günstige Anordnung wird zur Verdichterregelung mit herangezogen. Bei manchen Betriebszuständen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Luft hinter der ersten Stufengruppe des Verdichters abzuzapfen. In Weiterausbildung der Erfindung wird daher zwischen,den verschiedenen Verdichtergruppeneine regelbare Luftmenge abgezapft, die zum Zwecke der Kühlung und d-es Druckausgleiches in das. Turbinen- oder Brennkammergehäuse geleitet und anschließend daran wieder in den Gasturbinenprozeß zurückgeführt wird. Die Anzapfstellen an dem jeweiligen Verdichter sind dabei so gelegt, daß der Luftdruck gleich oder nur wenig höher ist als der Eintrittsdruck der Gasturbine bzw. der Brennkammer, in deren Mantel die abgezapfte Luft eingeleitet wird. Die Menge der abgezapften Luft ist regelbar, so daß sie den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden kann.In order to reduce the radiation losses in the turbine housings, air can be fed into a jacket wrapped around the turbine. These Air heats up on the hot walls of the turbine housing, the outer one The jacket becomes significantly less warm than the inner one from the hot combustion gases through the jacket and, can therefore radiate less heat to the environment and derive. Moreover, the heat imparted to this air is not lost. She. will fed back to the process elsewhere. This' # \ measure the inner, hot turbine jacket relieves tension and can move around more easily are executed. This favorable arrangement is also used to control the compressor. In some operating states it has proven to be advantageous to leave air behind the first stage group of the compressor. In further development of the invention there is therefore a controllable amount of air between the various compressor groups tapped, for the purpose of cooling and d-it pressure equalization in the. or the combustion chamber housing and then back into the gas turbine process is returned. The taps on the respective compressor are like this placed that the air pressure is the same or only slightly higher than the inlet pressure the gas turbine or the combustion chamber, into the jacket of which the tapped air is introduced will. The amount of tapped air can be regulated so that it suits the respective conditions can be customized.
In der Abb. 2 ist eine derartige Anordnung schematisch dargestellt. Hinter dem N iederdruckverdichter -2 wird ein Teil der Luft abgezapft und durch eine Leitung. 3o dem Mantel 31 der i@Tied.erdruckturbine 15 zugeleitet. In der Leitung 30 ist ein Regelventil 32 angeordnet, mit dem die abgezapfte Luftmenge geregelt wird. In dem Mantel 31 nimmt die Luft die vom Gehäuse der Niederdruckturbine15 abgestrahlte Wärme auf und strömt dann über eine Leitung 35 zu einem Mantel 33 der Niederdruckbrennkammer 14. Von dort gelangt die Luft beispielsweise durch Bohrungen 34 in die Brennkammer 14, wo sie sich mit den Verbrennungsgasen hzw. mit der Verbrennungsluft mischt. Es kann, natürlich auch der Mantel 33 fortfallen. In diesem Fall wird die aus dem Mantel 31 der Niederdruckturbine 15 kommende Luft unmittelbar den Verbrennungsgasen bzw. der Verbrennungsluft der Niederdru.ckbrennkammer 1,4 zugeleitet.Such an arrangement is shown schematically in FIG. Behind the low pressure compressor -2, part of the air is drawn off and fed through a line. 3o the jacket 31 of the i@Tied.erdruckturbine 15 fed. In the line 30 , a control valve 32 is arranged, with which the amount of air drawn off is regulated. In the jacket 31, the air absorbs the heat radiated from the housing of the low-pressure turbine 15 and then flows via a line 35 to a jacket 33 of the low-pressure combustion chamber 14. From there, the air passes, for example, through bores 34 into the combustion chamber 14, where it is mixed with the combustion gases hzw. mixes with the combustion air. The jacket 33 can, of course, also be omitted. In this case, the air coming from the jacket 31 of the low-pressure turbine 15 is fed directly to the combustion gases or the combustion air of the low-pressure combustion chamber 1, 4.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEM1001D DE877844C (en) | 1944-07-19 | 1944-07-19 | Method for operating a gas turbine system with pressurized gasification of the fuel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEM1001D DE877844C (en) | 1944-07-19 | 1944-07-19 | Method for operating a gas turbine system with pressurized gasification of the fuel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE877844C true DE877844C (en) | 1953-05-28 |
Family
ID=7290984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEM1001D Expired DE877844C (en) | 1944-07-19 | 1944-07-19 | Method for operating a gas turbine system with pressurized gasification of the fuel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE877844C (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1944
- 1944-07-19 DE DEM1001D patent/DE877844C/en not_active Expired
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