DE914378C

DE914378C - Dampferzeuger mit Druckfeuerung

Info

Publication number: DE914378C
Application number: DEA13025A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Claude Seippel
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1951-01-24
Filing date: 1951-03-13
Publication date: 1954-07-01
Also published as: NL86655C; GB697074A; CH287354A; FR1049825A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 1. JULI 1954

Es sind Dampferzeuger mit Druckfeuerung bekanntgeworden, bei welchen der regelbar zuführbare Brennstoff unter einem den Atmosphärendruck übersteigenden, gleichbleibenden Druck verbrannt und dieser Druck durch einen Verdichter für die regelbar einführbare Verbrennungsluft erzeugt wird, welcher Verdichter durch eine mit den aus dem Dampferzeuger austretenden Verbrennungsgasen betriebene Gasturbine angetrieben wird, und bei welchem Dampferzeuger ferner die Verbrennungsgase mit großer Geschwindigkeit (w — etwa 200 m/sec) durch die seine Heizflächen bildenden Verdampfer- und Uberhitzerrohre getrieben werden. Der Gasturbine dieser Dampferzeuger wird im Gasstrom üblicherweise ein Speisewasservorwärmer nachgeschaltet, damit die in ihren Abgasen enthaltene Wärme auch noch ausgenutzt werden kann.

Damit ein Dampferzeuger einen möglichst guten Wirkungsgrad habe, müssen die Verbrennungsgase auf eine möglichst tiefe Temperatur abgekühlt werden. Dieser Abkühlung ist aber in zweifacher Hinsicht eine Grenze gesetzt. Oft hat das angelieferte Speisewasser aus irgendwelchen Gründen eine verhältnismäßig hohe Temperatur, beispielsweise über ioo° C. Die Verbrennungsgase können in diesem Fall in einem Speisewasservorwärmer nur auf eine durch die Temperatur des anfallenden Wassers bestimmte, etwas höher als diese liegende Temperatur abgekühlt werden. Aber auch wenn kaltes Speisewasser verfügbar wäre, so dürfte es nicht dem der Gasturbine des Dampferzeugers

nachgeschalteten Speisewasservorwärmer zugeführt werden, ohne daß es vorher erwärmt worden wäre. An den von kaltem Wasser durchflossenen Vorwärmerrohren kondensiert sich nämlich gasseitig die in den Verbrennungsgasen enthaltene Feuchtigkeit; das so entstehende Kondenswasser löst schädliche Bestandteile der Gase auf, wie z. B. Schwefelsäure oder schweflige Säure, was zur Zerstörung der Vorwärmerrohre führen kann. Maßgebend für ίο die Kondensation der in den Gasen enthaltenen Flüssigkeit ist eben nicht die Gastemperatur, sondern die Wandtemperatur, die um etliche Grade tiefer liegt als die erstgenannte.

Unter diesen Gesichtspunkten ist es von Vorteil, wenn die letzte Stufe der Abkühlung der Verbrennungsgase nicht durch Wärmeaustausch in einem Speisewasservorwärmer stattfindet, sondern durch Entspannung in einer Turbine. Die Wände des Gehäuses und des Läufers und die Schaufeln der Turbine nehmen nahezu die gleiche Temperatur an, wie die Verbrennungsgase; sie sind also nicht kalter als diese. Die Gase können also in einer Gasturbine auf eine tiefere Temperatur abgekühlt werden als in einem Speisewasservorwärmer, was den Wirkungsgrad des Dampferzeugers verbessert. Zudem sind die Materialmengen in einer Turbine viel kleiner als in einem Vorwärmer, so daß mit Rücksicht auf die Kosten eher ein gegen Angriffe widerstandsfähiges Sondermaterial gewählt werden kann.

Wollte man nun aber die ganze Entspannung der Verbrennungsgase ausschließlich am Ende des Gasweges bei verhältnismäßig tiefer Temperatur vor sich gehen lassen, so wäre die Leistung der Gasturbine ungenügend, um den oder die Luftverdichter anzutreiben; es müßte zu ihrem Antrieb eine namhafte Zusatzleistung aus fremder Quelle aufgewendet werden, was unwirtschaftlich wäre. Es wird deshalb vorgeschlagen, die Entspannung der Verbrennungsgase in zwei nacheinander durchflossenen Turbinen vorzunehmen, wobei die erste bei möglichst hoher Temperatur und die zweite bei möglichst tiefer Temperatur arbeitet. Dabei wird der für die Vorwärmung des .Speisewassers auf eine für dessen Einführung in den Dampferzeuger vorteilhafte Temperatur gleichwohl noch verwendete Vorwärmer zwischen den beiden Gasturbinen in den Gasweg eingeschaltet. Es können aber auch weitere oder andere Wärmeaustauschflächen zwischen den beiden Gasturbinen in den Gasweg eingeschaltet werden, wie z.B. ein Verdampfer. Die bei der Verbrennung des Brennstoffes in der Brennkammer entstehenden Verbrennungsgase durchfließen also nacheinander die Kessel- heizflächen, nämlich die Verdampfer- und Überhitzerrohre, die erste Gasturbine, den Speisewasservorwärmer oder andere Wärmeaustauschflächen, und die zweite Gasturbine. Mit dieser Anordnung gelingt es, zwei Ziele zu erreichen: eine im Vergleich mit der in den bisher üblichen Anordnungen erreichbaren Abgastemperaturen tiefere Temperatur der den Dampferzeuger verlassenden Verbrennungsgase, und damit einen besseren Wirkungsgrad des Dampferzeugers, und die ohne äußeren Leistungsaufwand zu verwirklichende Verdichtung der Verbrennungsluft.

Die Erfindung betrifft somit einen Dampferzeuger mit Druckfeuerung, bei dem die Verbrennungsluft durch mindestens einen Verdichter unter Druck gesetzt wird, wobei der oder die Verdichter von Gasturbinen angetrieben werden, in denen sich die in der Brennkammer des Dampferzeugers entstandenen Verbrennungsgase entspannen, und weist zwei im Gasweg hintereinander- ! geschaltete Gasturbinen und dazwischengeschaltete Wärmeaustauschflächen auf, in welchen Turbinen die Entspannung der Verbrennungsgase in zwei Stufen so vollzogen wird, daß unter Abgabe der zur Verdichtung der Verbrennungsluft benötigten Leistung die erste Turbine bei der im Hinblick auf die Warmfestigkeit ihrer Baumaterialien höchstzulässigen Temperatur, die zweite Turbine aber am Ende des Gasweges bei einer möglichst der Umgebungstemperatur angenäherten tiefen Temperatur arbeitet.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele eines Dampferzeugers gemäß der Erfindung dar, und zwar zeigt

Fig. ι eine Anordnung, bei welcher die beiden Gasturbinen einen mit ihnen auf gleicher Welle go angeordneten Luftverdichter antreiben,

Fig. 2 eine Anordnung, bei der die zwei Gasturbinen je einen auf verschiedenen Wellen angeordneten, luftseitig hintereinandergeschalteten Luftverdichter antreiben,

Fig. 3 eine Anordnung, bei der die zwei Gasturbinen je einen auf verschiedenen Wellen angeordneten, luftseitig nebeneinandergeschalteten Luftverdichter antreiben.

In der Fig. 1 stellt 1 einen Luftverdichter dar, der die aus dem Freien angesaugte Verbrennungsluft auf den Brennkammerdruck erhöht. 2 ist ein Anwurfmotor, 3 die Brennkammer mit der Brennstoffeinspritzdüse 4 und den Verdampfer- und Überhitzerflächen 5. Der erzeugte Dampf wird der Verbrauchsstelle durch die Leitung 6 zugeführt. 7 ist die erste im Weg der Verbrennungsgase angeordnete Gasturbine, 8 beispielsweise ein Speisewasservorwärmer, welchem das allenfalls bereits erhitzte Speisewasser durch die Leitung 9 zugeführt tio wird. Die am Ende des Gasweges angeordnete Gasturbine ist mit 10 bezeichnet. Der Luftverdichter ι und die beiden Gasturbinen 7 und 10 sind auf ein und derselben Welle angeordnet.

In den Fig. 2 und 3 haben die Maschinen, Apparate und Rohrleitungen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1, soweit Übereinstimmung besteht. Da es aber oft zweckmäßig sein kann, wie die Gasturbine so auch den Luftverdichter in zwei nacheinander- oder nebeneinandergeschaltete Teile zu trennen, die je von einer Gasturbine angetrieben werden, sind in Fig. 2 zwei luftseitig hintereinandergeschaltete Luftverdichter i° und i^b dargestellt, die je mit ihren Antriebsturbinen 10 bzw. 7 auf zwei besonderen Wellen angeordnet sind, während in Fig. 3 zwei luftseitig nebeneinander-

geschaltete Verdichter i^a und i⁶ gezeigt sind, die ebenfalls je von einer Turbine io bzw. J besonders angetrieben werden. In den beiden Fig. 2 und 3 bedeuten 2" und 2⁶ die Anwurfsmotoren der beiden Maschinengruppen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Dampferzeuger mit Druckfeuerung, bei dem die Verbrennungsluft durch mindestens einen Verdichter unter Druck gesetzt wird, wobei der oder die Verdichter von Gasturbinen angetrieben werden, in denen sich die in der Brennkammer des Dampferzeugers entstandenen Verbrennungsgase entspannen, gekennzeichnet durch zwei im Gasweg hintereinandergeschaltete Gasturbinen und dazwischengeschaltete Wärmeaustauschflächen, in welchen Turbinen die Entspannung der Verbrennungsgase in zwei Stufen so vollzogen wird, daß unter Abgabe der zur Verdichtung der Verbrennungsluft benötigten Leistung die erste Turbine bei der im Hinblick auf die Warmfestigkeit ihrer Baumaterialien höchstzulässigen Temperatur, die zweite Turbine aber am Ende des Gasweges bei einer möglichst der Umgebungstemperatur angenäherten tiefen Temperatur arbeitet.
2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Gasturbinen, die einen mit ihnen auf der gemeinsamen Welle angeordneten Luftverdichter antreiben.
3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Gasturbinen, die bei Anordnung auf zwei verschiedenen Wellen je einen Niederdruck- und einen Hochdruckluftverdichter antreiben, wobei die beiden Verdichter luftseitig hintereinandergeschaltet sind.
4. Dampferzeuger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Gasturbinen, die bei Anordnung auf zwei verschiedenen Wellen je einen Luftverdichter antreiben, wobei die beiden Verdichter luftseitig nebeneinandergeschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Q 9524 6.54