DE904233C - Entstaubungsvorrichtung fuer Brenn- oder Arbeitsgas - Google Patents

Entstaubungsvorrichtung fuer Brenn- oder Arbeitsgas

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DE904233C
DE904233C DEM10816A DEM0010816A DE904233C DE 904233 C DE904233 C DE 904233C DE M10816 A DEM10816 A DE M10816A DE M0010816 A DEM0010816 A DE M0010816A DE 904233 C DE904233 C DE 904233C
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DE
Germany
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dedusting device
turbine
gas
pipe
diffuser
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DEM10816A
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English (en)
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Christian Schoerner
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AUGUSBURG NUERNBERG A G MASCHF
Original Assignee
AUGUSBURG NUERNBERG A G MASCHF
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D45/00Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/32Collecting of condensation water; Drainage ; Removing solid particles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-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
    • F02C3/26Gas-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

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Description

  • Entstaubungsvorrichtung für Brenn- oder Arbeitsgas Die Erfindung betrifft eine Entstaubungsvorrichtung für Brenll- oder Arbeitsgas, insbesondere für Gasturbinenanlagen, welche mit festen Brennstoffen, z. B. Kohlenstaub, betrieben werden. Bei der Verarbeitung dieses Brennstoffes in derartigen Anlagen, sei es durch unmittelbare Verbrennung in der Brennkammer oder durch zweistufige Aufbereitung, d. h. Vergasung und anschließende Verbrennung des erzeugten Brenngases in den Brennkammern, muß besonderer Wert darauf gelegt werden, daß die unverbrennlichen Bestandteile möglichst vollständig ausgeschieden werden, weil sonst im Dauerbetrieb der Anlage durch Verschleiß und Querschnittsverlegungen an den durchströmten Kanälen und Schaufeln Betriebsstörungen und thermodynamische Verschlechterungen eintreten. Obwohl bereits Wege vorliegen, einen großen Teil des Aschegehaltes in hochbelasteten, sehr heißen Feuerraumteilen der Kohlenstauhb ren okammern oder Gaserzeugungsreakflonsräumen fiüssig einzubinden und abzuziehen, ist es notwendig, in anschließenden Entstaubungsvorrichtungen den noch vorhandenen unverbrennlichen Staub bis auf kleinste Teilchen aus dem Treibgas- bzw. Brenngasstrom auszuscheiden. Es ist an sich bekannt, durch Fliehkraftreiniger, sogenannte Zyklone, eine weitgehende Abscheidung der staubförmigen Verunreinigungen aus dem Rohgasstrom zu erreichen. Bei diesen bekannten Lösungen wird das zu reinigende Gas tangential von außen in eine Schleuderkammer eingeführt.
  • Dabei bildet sich eine Wirbelströmung aus, unter deren Einfluß die spezifisch schwereren Staubteilchen nach außen geschleudert und ausgeschieden werden. Bei dieser von außen angefachten Drallströmung stellt sich jedoch auch ein verhältnismäßig träger und gegenüber der Fliehkrafteinwirkung passiver zentraler Kern ein, welcher infolgedessen seine Verunreinigungen nicht ausreichend verliert.
  • Diese Schwierigkeiten werden bei der Entstaubungsvorrichtung gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß das zu entstaubende Rohgas mit einem zentral angeregten Drall einen geraden Rohrdiffusor durchströmt, dessen Wände durch axial aneinandergereihte schaufellose scheibenartige Ringräume gebildet werden, außerhalb deren ein - gemeinsamer Staubausscheideraum angeordnet ist. Neben dem regelbaren Anteil der Strömung, der mit dem ausgeschleuderten Staub über diese Ringkanäle abgeführt wird, soll der durch Fliehkraftwirkung weitgehend gereinigte Drallkern durch ein von der erx eiterten Seite her in die Diffusorachse hineinragendes Rohr aufgenommen werden. In Weiterausbildung des Erfindungsgedankens entsteht die Wirbelströmung des Rohgases am Diffusoreingang durch teilweise Entspannung des unter Druck erzeugten Gases in einer Radialturbine, welche dafür sorgt, daß auch im Kernbereich des Wirbels die Gesetzmäßigkeiten des Drallsatzes eingestellt werden können. Die Anwendung der Drallströmung erscheint deshalb sehr vorteilhaft, weil in den am Umfang angeschlossenen radialen Ringräumen sich der Staub innerhalb der sich verzögernden Umlaufströmung gut absetzen kann. Die radiale Tiefe und die Höhe dieser schaufellosen Ringräume können so abgestimmt werden, daß ein allmähliches Verlegen der Strömungswege durch ausgeschiedenen Staub vermieden wird. Ferner wird durch diese Abführung eines beachtlichen Anteiles des Rohgasdurchsatzes nach außen die Schleppwirkung auf die zentrale Wirbelströmung begünstigt und der Reinheitsgrad der mittig abgeführten Gase gesteigert.
  • Die Drallerzeugung durch eine Entspannungsturbine hat den Vorteil, daß mit dem Durchsatz gleichzeitig Drehzahl und Drall zunehmen, in einem Sinne also, welcher die Ausscheidung der mitgeförderten höheren Staubmengen begünstigt.
  • Die in der Entspannungsturbine erzeugte Leistung kann dazu verwendet werden, einen kleinen Luftverdichter zusätzlich zu den normalen Verbrennungsluftverdichtern der Anlage anzutreiben oder auch den Kraftbedarf der Kohlenstaubaufbereitungseinrichtungen, wie z. B. der Staubmühlen, zu decken. Der erwähnte Zusatzverdichter ist besonders zweckmäßig für die Oberbrückung der zusätzlichen Druckverluste, welche namentlich bei der üblichen Aufteilung der Verbrennungs- bzw. Vergasungsluft in mehrere nacheinander zugesetzte Anteile für die schon seit Beginn des Verbrennungs-oder Vergasungsprozesses teilnehmende Luft anfallen. Es ist auch möglich, den Rest von Verbrennungsluft bei der unmittelbaren Ii:ohleverbrennung zur Kleinhaltung der Abmessungen des Entstaubers erst vor der eigentlichen ersten Arbeitsturbine zuzuführen, soweit sie nicht zur Sühlhaltung der Brennkammereinsätze und der druckfesten Gehäuse unbedingt erforderlich ist.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Entstaubungsvorrichtung nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. I einen Axialschnitt durch die Entstaubungsvorrichtung, Fig. 2 den Einbau einer Entstaubungsvorrichtung innerhalb einer Gasturbinenanlage in schemafischer Darstellung.
  • In der Fig. I ist die gesamte Gasturbinenanlage in ihren grundsätzlichen Bauelementen schematisch angedeutet. Dler Verdichter 1 wird angetrieben durch die Hochdruckturbine 2, während die nachgeschaltete Niederdruckturbine 3 Nutzleistung an den Generator 4 abgibt und das entspannte Abgas im Luftvorwärmber 5 die Verbrennungsluft vorwärmt. Vor Eintritt in eine Kohlenstaubbrennkammer 6 mit Schlackenabzug 7 wird der als Primär- und Sekundärluft vorgesehene Anteil im Schleuderverdichter 8 weiterverdichtel, um mindestens die Druckverluste in der Brennkammer 6 und der Entstaubungsvorrichtung g decken zu können. Die Hauptmerkmale derselben sind: Axial anschließend an eine Expansionsturbine lo, welche bei einer Strömung von außen nach innen eine Umlaufströmung im Austritt erzeugt, ist in der Hauptachse - eines druckfesten Schalengehäuses ein Rohrdiffusor 11 vorgesehen; seine Iiegelwände sind nicht geschlossen, sondern in lauter axial übereinanderliegende schaufellose Ringräume I 2a bis 12' aufgelöst, die sich außen wieder zu einem gemeinsamen Sammelraum 13 vereinigen. Andererseits ragt von der erweiterten Kegelstirnseite her noch ein Rohr 14 in den Diffusorkern hinein, mit welchem der Teil des Gases mit verhältnismäßig hoher Reinheit an staubförmigen Teilen abgezogen werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß der zu entstaublende Treibgasstrom durch die Entspannungsturbine einen zentral angeregten Drall mit einem ausreichend hohen Geschwindigkeitsmoment erhält und die Schauflung der Radialturbine noch besonder den Ausscheidebedingungen der verschiedenen Korngrößen im nachgeschalteten Diffusor angepaßt wird. Auch durch die Wahl der Förderhöhe des Verdichters 8 sind wirksame Voraussetzungen dafür gegeben, daß auch im Reinraum des Diffusors noch das Gesetz der reibungsfreien Draliströmung weitgehend erhalten bleibt. Durch die Temperaturerhöhung in der Brennkammer und Mengenzunahme ist die Turbine leistungsmäßig leicht in der Lage, den Kraftbedarf des Verdichters zu decken. Bemerkenswert an dem dargestellten Beispiel ist ferner, daß sich das Rohr 14 zu einem Ringraum mit anschliel3endem Spiralgehäuse ausweitet, um die für die Ausscheidung wesentlichen hohen Umlaufgeschwindigkeiten des Kerustromes abzubauen, wobei gleichzeitig über ein hineinragendes Siebrohr i 5 noch ungenutzte vorgewärmte Verbrennungsluft zugemischt wird, um die am Turbinen eintritt erwünschte Treibmitteltemperatur einzustellen. Durch diese Abspaltung eines Luftanteiles und durch den Betrieb der Staubbrennkammer mit höheren Temperaturen, als der Eintrittstemperatur in die Turbine entspricht, kann das Bauvolumen der Einrichtung beschränkt werden, wobei die Grenzen solcher Maßnahmen weniger durch die mechanische Festigkeit der Bauelemente als durch die Schmelzeigenschaften des Staubes bestimmt werden.
  • Wegen der erwähnten Wichtigkeit, die der Ausbildung der Drallströmung mit c, X r const. im Kern für das Erreichen großer Schleuderkräfte auch an den kleinsten Staubteilchen zukommt, ist gemäß der Erfindung der Raum um den Diffusor herum zusätzlich mit durchlässigen Wänden ausgestattet, durch welche ein wesentlicher Teil des Durchsatzes abgezogen wird. Damit wird eine gewisse Schleppwirkung auf den Wirbelkern im Diffusor ausgeübt und die Ausscheidung kleinster Staubteilchen in diesem Bereich begünstigt. Wie bereits erwähnt, sind die Kegelwände des Diffusors in nebeneinanderliegende Ringräume 1 2a bis 1 2 aufgelöst. Durch die Wahl der Diffusorenkegelneigung a, der Längserstreckung, der Aufteilung der Wände in Ringräume verschiedener Breite, der Neigung der Leitringwände zur Diffusorachse sowie durch das Querschnitts- und Durchmesserverhältnis der entstandenen schaufellosen Ringräume hat man es in der Hand, sich durch Versuch dem Staubgehalt des Rohgases bezüglich seiner spezifischen Körnung weitgehend anzupassen.
  • Namentlich kann durch entsprechende Bemessung des Querschnittvedaufes und der radialen Tiefe der Ringräume eine störende Auswirkung von Druckunterschieden im Kerndiffusor unterbunden werden und erreicht werden, daß eindeutig ausgerichtete Staubwege entstehen, auf welchen die Geschwindigkeit des Trägergases so verzögert wird, daß eine ziemlich vollständige Abscheidung aller Korngrößen mit großer Sicherheit möglich ist.
  • Auch die Form der Ringraumhegrenzung läßt sich in einfacher Weise für günstige Ausschteidebedingungen des Staubes, der bei 16 abgezogen werden kann, in der sich verzögernden Strömung zurichten. Die Trennung des gereinigten Gases vom sich absetzenden Staub erfolgt dadurch, daß es durch eine Siebringwand 17 abströmt, nötigenfalls über einen nachgeschalteten Prallstaubabscheider 18 nachgereinigt und schließlich mit dem bei 14 abgezogenen entstaubten Gas gemischt der Turbine zugeführt wird. Vorher ist in der Leitung ein Ventil 19 vorgesehen, welches zur Steuerung der beiden Teilströme dient. Es sei noch bemerkt, daß es z. B. nützlich ist, die Siebwand 17 nicht kreisförmig, sondern wellig längs des Umfanges auszubilden und die Abzugslöcher in den Tälern so anzuordnen, daß ihre Achse senkrecht zur Spiralenhahn des Gases ist.
  • In der Fig. 2 sind die grundsätzlichen Bauelemente 1 bis 5 der Gasturbinenanlage durch die beiden Gasbrennkammern 20, 21 vor den Teilturbinen ergänzt, die ihr Brenngas vom Gaserzeuger 22 mit nachgeschalteter Entstaubungsvorrichtung 23 erhalten. Der Brennstoff gelangt vom Bunker 24 über die Mahleinrichtung 25 zu den tangential stehenden Einblasedüsen 26 am Schmelzkammerreaktionsraum 27 des schachtartigen Gaserzeugers, wobei die erforderliche Vergasungsluft, die an der Verzweigungsstelle 28 vom Luftkreislauf abgetrennt wird, durch einen Zusatzverdichter 29 weiterverdichtet wird und dadurch alle Druckverluste bis zur Verbrauchsstelle des Gases gedeckt werden können. Wie im vorhergehenden Beispiel wird der Verdichter 29 neben der Mahleinrichtung 25 von der Expansionsradialturhine 30 angetrieben, welche vom erzeugten Brenngas beaufschlagt wird und den erwünschten Drall für die Entstaubungsvorrichtung 23 liefert.
  • PATENTANSPRU-CHE: 1. Entstaubungsvorrichtung für Br,enn- oder Arbeitsgas, insbesondere für Gasturbinenanlagen, welche mit festen Brennstoffen, z. B.
  • Kohlenstaub, betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsraum für das Rohgas aus einem geraden, senkrecht angeordneten Rohrdiffusor (11) gebildet wird, dessen schalenförmige Kegelwände in axial übereinanderliegende, schaufellose Ringräume (1 2a bis 1 2i) unterteilt sind.

Claims (1)

  1. 2. Entstaubungsvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß Neigung und Länge des Rohrdiffusors (11), die radiale Tiefe und die Breite der einzelnen schaufellosen Ringräume (1 2a bis 12i) dem Verhältnis der einzelnen Korngrößen des Staubgehaltes zur Rohgasmenge angepaßt sind und eindeutig ausgerichtet Teilströmungswege ergeben.
    3. Entstaubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Rohrdiffusoreintritt eine Entspannungsturbine (10) angeordnet ist, die dem Rohgas eine zentral angeregte, drallartige Drehbewegung aufprägt.
    4. Entstaubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschaltete Entspannungsturbine (10) mit dem zu entstaubenden Brenn- oder Arbeitsgas betrieben wird und daß ihre Schaufelung am Austritt den Ausseheidebedingungen angepaßt ist.
    5. Entstaubungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nabenverhältnis der Turhinenbeschauflung am Austritt klein ist und/oder die Turbine als Radialturbine mit Strömung von außen nach innen ausgebildet ist.
    6. Entstaubungsvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in das erweiterte Ende des Rohrdiffusors ( I I ) ein Rohr ( I 4) hereinragt, welches sich zu einem spiralförmigen Ringraum erweitert, um die für die Ausscheidung wesentlichen hohen Umlaufgeschwindigkeiten des Kern stromes wiederum abzubauen.
    7. Entstaubungsvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß durch das in das erweIterte Ende des Rohrdiffusors hineinragende Rohr ( I 4) nur der gereinigte Kernstrom des Rohgases abgezogen wird, während der Rest des Gasstromes durch die axial übereinanderliegenden, schaufellosen Ringräume ( I 2a bis 12i) abgeführt wird.
    8. Entstaubungsvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Rohrdiffusors (11) ein ringförmiger Raum(I3) angeordnet ist, der zum Auffangen und Sammeln der aus dem Rohgas ausgeschleuderten Verunreinigungen dient.
    9. Entstaubungsvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Entspannungsturbine (10) eine Verdichter (8) gekuppelt ist, der entweder die Vergasungsluft oder den Primär- bzw. Sekundäranteil der Verbrennungsluft auf einen gegenüber dem eigentlichen Gasturbinenprozeß erhöhten Druck verdichtet.
    10. Entstaubungsvorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Entspannungsturbine (10) noch weitere Hilfsmaschinen der Kohlenstaubaufbereitung gekuppelt sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2284758A1 (fr) * 1974-04-29 1976-04-09 Carrier Corp Separateur centrifuge formant etage de detente generateur d'energie motrice

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