DE917284C

DE917284C - Gas-Dampf-Kraftanlage

Info

Publication number: DE917284C
Application number: DEM8672A
Authority: DE
Inventors: Richard William Bailey
Original assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Current assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Priority date: 1950-02-24
Filing date: 1951-02-25
Publication date: 1954-08-30
Also published as: GB683823A

Description

(WJGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 30. AUGUST 1954

M 86/2 Ia/46 h

Gas-Dampf-Kraftanlage

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftanlagen, die einen Dampferzeuger, eine Antriebsmaschine, wie beispielsweise eine eingangs mit überhitztem Dampf betriebene Dampfturbine, und eine Gasturbine enthalten, deren Abgas ganz oder teilweise zum mindesten einen Teil der Atmosphäre für die Verbrennung von Brennstoff in dem Dampferzeuger bei einem Druck bildet, der im wesentlichen gleich oder nur etwas höher als Atmosphärendruck ist.

Bei bekannten Gas-Dampf-Kraftanlagen dieser Art ist es üblich, den Dampf in einem Überhitzer zu überhitzen, der in dem Weg der Verbrennungsgase des Dampferzeugers liegt und entweder in dem Verbrennungsraum des Dampferzeugers selbst oder in einem besonderen Raum angeordnet ist, durch den die Verbrennungsgase hindurchgeleitet werden. Außerdem sind Dampfkraftanlagen bekannt, bei denen die Dampfüberhitzung in einem getrennt vom Dampferzeuger bei Atmosphärendruck befeuerten Überhitzer stattfindet.

Ein besserer Überhitzerwirkungsgrad wird erhalten, wenn die Dichte des Heizmittels für den Überhitzer erhöht wird. Von Veloxdampfkesseln ist bekannt, daß die Feuerung des Dampferzeugers as unter Überdruck steht und der Überhitzer gemeinsam mit dem Verdampfer befeuert wird. Hier wird zwar der Überhitzer mit einem Heizmedium hoher Dichte beaufschlagt, die gleiche Anordnung ist aber bei Kraftanlagen, auf die sich die Erfindung

bezieht, nicht möglich, da es für einen guten Wirkungsgrad der Turbine erforderlich ist, daß da; Abgas, welches ganz oder teilweise zumindest einen Teil der Atmosphäre für die Verbrennung von Brennstoff in dem Dampferzeuger bildet, nur etwa Atmosphärendruck hat. Außerdem kann bei einer Anlage, bei der die Dampfüberhitzungsendstufe in dem Weg der Verbrennungsgase des Dampferzeugers liegt, die Endtemperatur des ίο Dampfes nur durch Regelung der Gesamtfeuerung der Anlage geändert werden.

Zweck der Erfindung ist nun, bei einer Kraftanlage, auf die sich die Erfindung bezieht, einen größeren Überhitzerwirkungsgrad zu erhalten und gleichzeitig die Elastizität der Anlage noch zu steigern.

Dieser Zweck wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Dampf zumindest in der Endstufe durch Überdruckverbrennung von Brennstoff in für den Betrieb der Gasturbine verdichteter Luft überhitzt wird.

Vorzugsweise ist die Luft dadurch vorerhitzt, daß sie durch einen Lufterhitzer hindurchgeleitet worden ist, der in dem Dampferzeuger in dem Weg der Verbrennungsgase liegt. Eine erste Stufe der Dampfüberhitzung kann in einem Überhitzer bewirkt werden, der ebenfalls in dem Weg der Verbrennungsgase des Dampferzeugers liegt.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Anlage wird die Dampfüberhitzung zumindest in der Endstufe durch ein Heizmedium hoher Dichte ausgeführt, das durch Überdruckverbrennung von Brennstoff in der verdichteten Luft geschaffen wird, obgleich der Dampferzeuger nur mit Atmosphärendruckverbrennung arbeitet.

Die Endtemperatur des Dampfes ist somit durch die Zumessung der Brennstoffmenge, die in dem Druckverbrennungs-Dampf-Überhitzer verbrannt wird, bestimmt und kann damit durch diese beherrscht werden. Die Anordnung, bei der zwei Überhitzungsstufen verwendet werden, bietet bei einer für Schiffsantrieb gedachten Kraftanlage dadurch Vorteile, daß beim Manövrieren die zweite Verbrennungs- und Überhitzungsstufe gedrosselt oder vollständig abgestellt werden kann und nur wieder eingeleitet wird, wenn das Schiff sich in Fahrt auf seinem Kurs befindet.

Die für die Gasturbine verdichtete Luft kann von einem Luftverdichter geliefert werden. Die Temperatur dieser Luft kann zuerst dadurch erhöht werden, daß sie durch einen in dem Dampferzeuger befindlichen Erhitzer hindurchgeleitet wird, bevor sie der Verbrennungskammer bzw. -raum zugeführt wird, wo der Brennstoff verbrannt wird, wobei die Verbrennungsprodukte, nachdem sie die Oberflächen des Überhitzers passiert haben, für den Antrieb der Gasturbine dienen wurden. Die Gasturbine kann aus einer einfachen Expansionsstufe bestehen, die die Gase für die Zuführung zu der Verbrennungskammer des Dampferzeugers auf im wesentlichen Atmosphärendruck expandiert. Vorzugsweise besitzt die Gasturbine jedoch zwei Stufen, von denen die erste für den Antrieb des Luftverdichters und die zweite für die Entwicklung von Nutzleistung dient.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. ι und 2 zeigen alternative Ausführungsformen von Kraftanlagen, die Gas- und Dampf- turbinen vereinen und für den Betrieb gemäß der Erfindung vorgesehen sind.

Die in Fig. 1 gezeigte Kraftanlage schließt einen Dampferzeuger 1, der Dampf über eine erste in dem Verbrennungsraum des Dampferzeugers angeordnete Überhitzungsstufe 2 zu einer Dampfturbine 3 und einem Kondensator 4 liefert, und außerdem Hoch- und Niederdruekgasturbinen 5 und 6 ein. Die Hochdruckgasturbine 5 treibt einen Luftverdichter 7, während die Niederdruckgasturbine 6 Nutzleistung entwickelt, die die von der Dampfturbine 3 gelieferte Leistung ergänzt. Die von dem Verdichter 7 verdichtete Luft wird in einer in dem Verbrennungsraum des Dampferzeugers ι angeordneten ersten Lufterhitzungsstufe 8 erhitzt und dann einer Verbrennungskammer 9 zugeführt, in der Brennstoff unter Druckverbrennungsbedingungen verbrannt wird, wobei die dann erzeugten Gase zuerst in der Hochdruckgasturbine 5 und dann in der Niederdruckgasturbine 6 expandiert werden.

Die Abgase der Niederdruckgasturbine 6 werden dem Dampferzeuger 1 zugeführt, wo sie mindestens einen Teil der Atmosphäre für die Verbrennung von Brennstoff bei einem Druck bilden, der gleich oder nur etwas höher als der Atmosphärendruck ist.

Gemäß der Erfindung ist in der Verbrennungskammer 9 eine zweite Dampferhitzungsstufe 10 angeordnet, so daß die Endüberhitzung des Dampf es bei den günstigen Bedingungen eines Heizmediums ausgeführt werden kann.

Der Druckverbrennungs-Dampf-Erhitzer 9, 10 kann außerdem zur Zwischenüberhitzung von Dampf zwischen den Stufen der Dampfturbinen verwendet und mit den erforderlichen Rohren bzw. Elementen für diesen Zweck versehen werden. Andererseits kann für diesen Zweck auch ein besonderer und zusätzlicher, zweckmäßigerweise seine eigene Verbrennungskammer und Brennstoffreguliereinrichtung in sich begreifender Teil vorgesehen werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, kann der aus einer Hochdruckdampfturbine 11 ausströmende Dampf vor Eintritt in die Dampfturbine 3 über einen Zwischen- ng überhitzer 12 geleitet werden, wobei der Zwischenüberhitzer 12 in einer Verbrennungskammer 13 angeordnet ist, in der Brennstoff in einer durch die von der Verbrennungskammer 9 kommenden Gase geschaffenen Atmosphäre verbrannt wird.

Zusätzlich kann, um die Temperatur der Gase vor dem Eintritt in die Gasturbine 5 auf den erforderlichen Wert zu erhöhen, in einer zweiten Verbrennungskammer 14 Brennstoff verbrannt werden, die hinter dem Druckverbrennungs-Dampf-Überhitzer 9, 10 und, wenn ein solcher vorgesehen

ist, hinter dem Druckverbrennungs-Dampf-Zwischenüberhitzer 12, 13 liegt.

Bei der praktischen Ausführung der Erfindung kann für die erste Dampfüberhitzungsstufe 2 und Lufterhitzerstufe 8 und den Dampferzeuger 1 irgendeine bekannte bzw. geeignete Bauart verwendet werden und der Lufterhitzer 8 so angeordnet sein, daß er die Temperatur der verdichteten Luft auf die vor der Einführung in den Druckverbrennungs-Dampf-Überhitzer 9, 10 geforderte Temperatur erhöht, wobei diese Temperatur durch die Betriebsbedingungen begrenzt ist und vorzugsweise eine solche Höhe hat, daß sie die Verwendung von Rohrleitungen aus ferritischem Stahl zuläßt.

Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Kraftanlage ist insbesondere für Schiffszwecke geeignet, wo das Maß der durch den Druckverbrennungsüberhitzer geschaffenen Überhitzung einer zuverlässigen und schnellen Regulierung durch Regelung der in der Verbrennungskammer verbrannten Brennstoffmenge unterworfen sein würde.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kraftanlage, die einen Dampferzeuger, eine Dampfantriebsmaschine, wie z. B. eine Dampfturbine, die mit am Anfang überhitztem Dampf betrieben wird, und eine Gasturbine enthält, deren Abgase ganz oder teilweise mindestens einen Teil der Atmosphäre für die Verbrennung von Brennstoff in dem Dampferzeuger bei einem Druck bildet, der im wesentlichen gleich oder nur etwas höher als der Atmosphärendruck ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf zumindest in der Endstufe durch eine innerhalb einer von dem Dampferzeuger getrennten Brennkammer erfolgende Überdruckverbrennung von Brennstoff in für den Betrieb der Gasturbine verdichteter Luft überhitzt wird.

2. Kraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft am Anfang dadurch erhitzt wird, daß sie über einen in dem Weg der Verbrennungsgase in dem Dampferzeuger liegenden Lufterhitzer geleitet wird.

3. Kraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf zuerst in einer ersten in dem Weg der Verbrennungsgase in dem Dampferzeuger angeordneten Dampfüberhitzerstufe überhitzt wird.

4. Kraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endtemperatur des Dampfes durch die Regulierung des in dem Druckverbrennungs-Dampf-Uberhitzer verbrannten Brennstoffes bestimmt und beherrscht wird.

5. Kraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverbrennungs-Dampf-Überhitzer außerdem für die Zwischenüberhitzung des Dampfes zwischen den Stufen der Dampfturbine verwendet wird.

6. Kraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwischenüberhitzung des Dampfes zwischen den Stufen der Dampfturbine ein zweiter Druckverbrennungs-Dampf-Überhitzer vorgesehen ist, wobei das Heizmedium durch die von der ersten Druckverbrennungs-Dampf-Uberhitzungsstufe gelieferten Gase gebildet wird, in denen zusätzlicher Brennstoff verbrannt wird.

7. Kraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem ersten oder zweiten Druckverbrennungs - Dampf - Überhitzer gelieferten Gase zum Antrieb der Gasturbinen dienen.

8. Kraftanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase, bevor sie zu der Gasturbine geleitet werden, in einer zweiten Verbrennungskammer durch Verbrennung von Brennstoff noch weiter überhitzt werden.

9. Kraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine zwei Stufen aufweist, von denen die erste zum Antrieb des Luftverdichters und die zweite für die Lieferung von Nutzleistung verwendet wird.

90 Angezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 627514, 559534, 558658, 487256;

schweizerische Patentschrift Nr. 252049;

Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, Bd. 85 (1941), Nr. 51/52, S. 969 und 973;

L. Musil, Gasturbinenkraftwerke, Wien, 1947, S. 19 bis 21;

Prospekt T. 1153 vom Jahre 1937 der Firma Brown, Boveri & Cie., A. G., Mannheim.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 9542 8.