DE916913C - Dampf-Brennkraftanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftanlagen, die einen vorzugsweise überhitzten Diampf zu einer Antriebsmaschine, beispielsweise Dampfturbine, liefernden Dampferzeuger, eine Gasturbine, deren Abgas ganz oäer teilweise zum mindesten einen Teil der Atmosphäre für die Verbrennung von Brennstoff in dem Dampferzeuger bed einem Druck im wesentlichen gleich oder nicht weit über dem Atmosphärendruck bildet, und eine selbständige, hinsichtlich

ίο Verdichtung, Verbrennung und! Expansion von der Gasturbine unabhängige Kolbenverbrennungskraftrnaschine enthalten, deren Abgaswärme dem Dampferzeuger zugeführt und in diesem ausgenutzt wird. Bei solchen Kraftanlagen wird das noch unverbrannten Sauerstoff enthaltende Abgas der Verbrennungskraftmaschine gemeinsam mit dem Abgas der Gasturbine im Dampferzeuger zur Unterhaltung der Verbrennung ausgenutzt. Hierbei zeigen sich jedoch wegen des pulsierenden Abgasstroines von der Brennkraftmaschine Schwierigkeiten.

Zweck der Erfindung ist, eine Kraftanlagenanordnung zu schaffen, bei der die Wärme und der ungenutzte Sauerstoff des Brennkraftmaschinenabgases wirksam ausgenutzt wird, ohne daß sich die bei den bekannten Anordnungen auftretenden as Schwierigkeiten zeigen.

Gemäß der Erfindung wird mindestens in einem Teil der Abgase der Verbrennungskraftmaschine Brennstoff verbrannt, um ein erhitztes Medium zu bilden, das, bevor es dem Dampferzeuger zugeführt

wird, dazu benutzt werden kann, den Dampf zu überhitzen und/oder die zur Betätigung der Gasturbine verdichtete Luft zu erhitzen. Zweckmäßigerweise kann der Dampf in einer in dem Dampf erzeuger in dem Weg der Verbreninungsgase angeordneten ersten Überhitzungsstufe vorüberhitzt worden sein, und ebenso kann auch die verdichtete Luft im gewissen Ausmaß in einem ebenfalls in dem Dampferzeuger angeordneten Lufterhitzer vor· ίο erhitzt worden sein.

Die Kraftanlage gemäß der Erfindung nutzt somit sowohl die in dem Brennkraftmaschinenabgas enthaltene Wärme als auch die Fähigkeit dieses Gases aus, weitere Verbrennung von Brennstoff zu unterhalten, ohne daß sich aber die bisher aufgetretenen, von der pulsierenden Strömung dieses Gases herrührenden Schwierigkeiten zeigen. Darüber hinaus führt die neue Anordnung der einzelnen Einheiten in der Anlage dazu, daß diese mit einem verhältnismäßig hohen thermischen Wirkungsgrad arbeitet, weil der Wirkungsgrad infolge der Tatsache erhöht ist, daß die Verbrennung in dem Brennkraftmaschir.enabgas ohne zusätzlichen Schornsteinverlust stattfindet, der auftreten würde, wenn diese Gase statt dessen zur Unterhaltung der Verbrennung in dem Dampferzeuger ausgenutzt würden. Die Kraftanlage nach der Erfindung gestattet außerdem eine schnelle Beherrschung und Regulierung des Dampfüberhitzungsgrades und der Temperatur der die Gasturbine treibenden verdichteten Luft, und zusätzlich ermöglicht sie, die direkt in der verdichteten Luft verbrannte Brennstoffmenge zu vermindern.

Die Dampfüberhitzung und Lufterhitzung, die somit mittels der erhitzten Abgase der Verbrennungskraftmaschine bewirkt wird, kann in getrennten Erhitzern ausgeführt werden, die entweder parallel zueinander oder in Reihe hintereinander angeordnet sein können, wobei jeder Erhitzer seinen eigenen Verbrennungsraum bzw. -kammer aufweist, oder die Erhitzung kann in einem einzigen Erhitzer stattfinden, wobei die Verbrennung in einer Kammer stattfindet, mit der sowohl Erhitzer für den Dampf wie auch für die verdichtete Luft vereinigt sind.

Gemäß einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung kann die Temperatur der verdichteten Luft, nachdem diese mittels der Abgase erhitzt worden ist, dadurch noch weiter erhöht werden, daß direkt in der verdichteten Luft unter Druckverbrennungsbedingungen Brennstoff, und zwar vorzugsweise Destillatheizöl, verbrannt wird.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. ι zeigt das Schema einer Ausführuingsform einer Kraftanlage gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 zeigt einen Aufbau einer Verbrennungskammer zur Erhitzung von Luft oder Dampf. Die in Fig. 1 gezeigte Kraftanlage umfaßt eine Dampfturbine 1, eine Niederdruckgasturbine 2 und eine Verbrennungskraftmaschine 3, die alle Nutzleistung an die entsprechenden Lastwellen 4, 5 und 6 abgeben. Der von dem Dampferzeuger 7 gelieferte Dampf wird über eine erste in dem Weg der Verbrennungsgase in dem Dampferzeuger angeordnete Überhitzungsstufe 8 und eine zweite in einer Brennkammer 10 angeordnete Überhitzungsstufe 9 geleitet. DLe Gasturbinenanlage schließt zusätzlich zu der Niederdruckturbine 2 eine Hochdruckturbine 11 mit ein, die für den Antrieb eines Luftverdichters 12 vorgesehen ist. Dieser Verdichter 12 liefert verdichtete Luft über eine erste in dem Weg der Verbrennungsgase in dem Dampferzeuger 7 angeordnete Lufterhitzungsstufe 13 und eine zweite in einer Brennkammer 15 angeordnete Lufterhitzungsstufe 14 zu einer Brennkammer 16, wo die Lufttemperatur noch weiter dadurch erhöht wird, daß direkt in der verdichteten Luft Brennstoff unter Druckverbrennungsbedingungen verbrannt wird, wobei die aus der Brennkammer 16 ausströmenden Gase dann der HochdruckgaBturbine 11 zugeführt werden. Die zweite Stufe der Überhitzung des Dampfes bei 9 und die zweite Stufe der Erhitzung der verdichteten Luft bei 14 werden in den entsprechenden Brennkammern. 10 und 15 bewirkt, wo Brennstoff in einer von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 3 geschaffenen Atmosphäre verbrannt wird. Die Verbrennungsprodukte werden von den Brennkammern zu dem Dampf erzeuger 7 geleitet, wo ihre Wärme zur Dampferzeugung, Speisewassererwärmung oder in anderer Weise ausgenutzt wird.

Bei der Ausführung der Erfindung wird der Grad der bei dem Dampf und der verdichteten Luft in dem Dampferzeuger 7 und nachfolgend durch Verbrennung von Brennstoff in dem Abgas in den Brennkammern 10 und 15 vorgenommenen Erhitzung vorzugsweise so gewählt werden, daß sie die Benutzung von Rohrelementen und anderen Heizflächen und Rohrleitungen aus ferritischem Stahl zuläßt. Obgleich die Temperatur der Verbrennungsgase in dem Dampferzeuger an einigen Stellen ihres Weges gewöhnlich hoch genug sein wird, um das höchste Ausmaß von Überhitzung bzw. Lufterhitzung, das gefordert sein mag, erzeugen zu können, wird die zugelassene tatsächliche Erhitzung gewöhnlich so eingerichtet, daß sie wesentlich geringer ist. In ähnlicher Weise könnten bei der Erhöhung der Tempenatür des Dampfes und der verdichteten Luft durch Verbrennung von Brennstoff in dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine höhere Temperaturen als diejenigen,, die normalerweise gewählt werden, dadurch erreicht werden, daß mehr Brennstoff verbrannt wird, da im allgemeinen das Abgas durchaus fähig wäre, die zusätzliche Verbrennung zu unterhalten; da jedoch die verdichtete Luft vor dem Eintritt in die Gasturbine in der Temperatur über den Wert hinaus·, der gewöhnlicherweise durch Oberflächenerhitzung in ferritischen Rohrelementen erreicht werden könnte, brauchbar erhöht werden 12c kann, mag es zweckmäßig sein, die zusätzliche Erhitzung der verdichteten Luft dadurch zu erhalten,, daß man in ihr in der Kammer 16 Brennstoff unter Druckverbrennungsbedingungien verbrennt.

Dadurch daß. das Ausmaß der auf diesen drei 12p Wegen vorgesehenen Erhitzung entsprechend abge-

stimmt wird, kann die Brennstoffmenge, die direkt in der verdichteten Luft verbrannt werden müßte, auf den geringsten Wert gebracht werden. Darüber hinaus kann dadurch, daß man zur Überhitzung des Dampfes und zur Erhitzung der verdichteten Luft in ihren oberen Temperaturbereichen Abgas benutzt, die höchste thermische Wirksamkeit in der Ausnutzung der Abgaswärme erreicht werden, und eine schnelle und zuverlässige Steuerung dieser Erhitzung kann dadurch erhalten werden, daß die in den Abgasen verbrannte Brennstoffmenge gesteuert wird.

Geeignete Erhitzer sowohl für den Dampf als auch die verdichtete Luft würden vorzugsweise so gebaut werden, daß man sie in einem oder mehreren Mänteln einschließt, wobei der Brennkammerteil vorteilhafterweise mit feuerfestem Material ausgekleidet ist. Eine Ausführungsfoirm einer geeigneten Brennkammer ist in Fig. 2 gezeigt. Bei ao dieser Anordnung ist ein Stahlmantel in dem in der Figur gezeigten unteren Teil zur Bildung eineis Brennraumes mit feuerfestem Material 18 und in dem oberen Teil mit wärmeisolierendem Material 19 ausgekleidet, wobei die innere Wand des oberen Teiles gegen hohe Temperatur durch eine eng gewickelte Rohrschlange 20 geschützt ist, durch welche der eintretende Dampf bzw. die eintretende verdichtete Luft geleitet wird. Wie ersichtlich, wird der Dampf bzw. die Luft durch einen Einlaß 21 einem Sammler 22 zugeführt und strömt dann durch die Rohrleitung 20 zu einem Zwischensammler 23, von wo er durch eine Rohrleitung 24 zu dem oberen Ende eines Rohres 2 5 geführt wird, die durch den oberen Teil der Kammer zu einem unteren Sammler 26 hindurchgeht. Dieser Sammler ist über ein Rohrbündel 27 mit einem Auslaßsammler 28 und dem Auslaß 29 für Dampf bzw. Luft verbunden. Das Rohr 25 muß. innerhalb des Sammlers 28 gleiten können, da zwischen dem Rohr 25 und dem Rohrbündel 27 im Betrieb eine unterschiedliche Wärmeausdehnung auftritt. Die Abgase der Verbrennungskraftmaschine 3 werden dem unteren Teil der Brennkammer über eine Rohrleitung 30 zugeführt, während der Brennstoff über das Rohr 31 zu einem geeigneten Brenner geleitet wird. Die Verbrennungsgase strömen in der Verbrennungskammer nach oben, um die Rohre 25 und das Rohrbündel 27 herum und durch die Rohrleitung 32 nach außen.

In dem Fall, wo eine einzige Brennkammer benutzt wird, kann sie ihre Gase zuerst dem Dampferhitzer und dann dem Erhitzer für die verdichtete Luft zuführen, der innerhalb desselben äußeren Mantels oder innerhalb eines eigenen äußeren Mantels angeordnet sein kann. Die Mäntel sind vorzugsweise mit wärmeisolierendem Material verkleidet. Um irgendein Gas, das durch die Verbindung in dem Mantelaufbau ausströmt, zu sammeln und abzuführen, kann ein äußeres Gehäuse vorgesehen werden.

Die Erfindung ist insbesondere für die Verwendung beim Bau von Kraftanlagen für Schiffsantriebe geeignet, wo beim Manövrieren die Brennstoffversorgung für die Aufheizung der Abgase der Verbrennungskraftmaschine abgestellt werden kann, so daß die Dampftemperatur und die Temperatur der verdichteten Luft so eingestellt werden kann, daß sie beim Manövrieren geringer ist, als wenn das Schiff sich auf seinem Kurs in Fahrt befindet, wo der bzw. die Erhitzer in Tätigkeit gesetzt sind.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Kraftanlage, umfassend einen Dampferzeuger, der vorzugsweise überhitzten Dampf zu einer Antriebsmaschine, beispielsweise einer Dampfmaschine, liefert, eine Gasturbine, deren Abgase ganz oder teilweise zumindest einen Teil der Atmosphäre für die Verbrennung von Brennstoff in dem Dampferzeuger bei einem Druck im wesentlichen gleich oder nicht weit über dem Atmosphärendruck bildet, und eine selbständige, hinsichtlich Verdichtung, Verbrennung und Expansion von der Gasturbine unabhängige Kolbenverbrennungskraftmaschme, deren Abgaswärme dem Dampferzeuger zugeführt und in diesem ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß, in zumindest einem Teil der Abgase der Verbrennungskraftmaschine Brennstoff verbrannt wird, um ein erhitztes Medium zu schaffen, das, bevor es dem Dampferzeuger zugeführt wird, zur Überhitzung des der Dampfantriebsmaschine zugeführten Dampfes und/oder zur Erhitzung der verdichteten Luft für den Betrieb der Gasturbine verwendet wird.
2. 2. Kraftanlage¹ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf zuerst in einer innerhalb des Dampferzeugers in 'dem Weg der Verbrennungsgase angeordneten ersten Überhitzungsstufe überhitzt wird.
3. 3. Kraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verdichtete Luft zuerst in einem innerhalb des 10g Dampferzeugers in dem Weg der Verbrennungsgase angeordneten Erhitzer erhitzt wird.
4. 4. Kraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhitzung des Dampfes und die Erhitzung der no verdichteten Luft in getrennten Erhitzern bewirkt wird, von denen jeder mit seiner eigenen Brennkammer versehen ist, wobei die Brennkammern in bezug auf die Zuführung der Abgase entweder in Reihe hintereinander oder parallel zueinander angeordnet sind.
5. 5. Kraftanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überhitzung des Dampfes und die Erhitzung der verdichteten Luft in getrennten Erhitzern bewirkt wird, die in einer gemeinsamen Brennkammer angeordnet sind.
6. 6. Kraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der erhitzten, verdichteten Luft dadurch weiter erhöht wird, daß direkt in der ver-

   dichteten Luft Brennstoff unter Druckverbrennungsverhältnissen verbrannt wird.
7. 7. Kraftanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Steuerung der in den einzelnen Brennverbrannten Brennstoffmenge vorge-

   kammern

   ■sehen ist.

   Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 627 514; britische Patentschrift Nr. 617 871.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen