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Gaserhitzer mit einer zum Aufladen seines Verbrennungsraumes dienenden
Aufladegruppe Die Erfindung betrifft einen Gaserhitzer mit einer zum Aufladen seines
Verbrennungsraumes dienenden Aufladegruppe, die einen aus der Umgebung Verbrennungsluft
ansaugenden Verdichter, eine diesen antreibende, mit Abgasen des Verbrennungsraumes
betriebene Turbine und einen der letzteren, in der Strömungsrichtung der Verbrennungsgase
betrachtet, vorgeschalteten Wärmeaustauscher aufweist, in welchem die Abgase des
Verbrennungsraumes Wärme an die vom Verdichter in den Verbrennungsraum zu fördernde
Verbrennungsluft abgeben.
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Bei einer solchen Aufladegruppe stellt sich die Aufgabe, die Leistungsabgabe
der Abgasturbine dem Leistungsverbrauch des Aufladev erdichters auf wirtschaftliche
`'eise rasch anzupassen und das Hochfahren der Aufladegruppe zu erleichtern.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, bei einer der Erzeugung heißer
Druckluft dienenden Gasturbinenanlage, bei welcher als Treibgase der Gasturbine
die gleichen Gase verwendet werden, die zum Erhitzen der verdichteten Luft dienen,
und für die Verdichtung der Nutzluft und der zur Heizgas- und Treibgasherstellung
bestimmten Brennluft ein gemeinsamer Verdichter vorgesehen ist, zwecks Regelung
von Temperatur, Druck und Menge der heißen Nutzluft einen Teil der verdichteten
Luft durch eine mit einem Regelventil versehene Bypaßleitung unter Umgehung des
Lufterhitzers unmittelbar zur Turbine zu leiten, Bei Betätigung dieses Ventils,
welches
unter Beeinflussung durch die Temperatur der Nutzluft gesteuert
wird, wird das Verhältnis der durch die für Heiz- und Treibgaserzeugung gemeinsame
Brennkammer und der durch die Bypaßleitung unmittelbar zur Gasturbine gehenden Luftmenge
geändert, worauf die hierdurch bewirkte Drehzahl und Leistungsänderung der Gasturbine
eine Änderung der Luftlieferung zur Folge hat, die über einen Mengenmesser den Brennstoff
regelt.
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Bei einer Gasturbinenanlage zur Erzeugung von Hochofendruckluft ist
ferner schon vorgeschlagen worden, eine regelbare Bypaßleitung vorzusehen, die die
Feuerung samt Winderhitzer umgeht und einen regelbaren Teil der verdichteten Verbrennungsluft
unmittelbar zu einer zweiten, der Turbine vorgelagerten Brennkammer leitet.
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Die Temperatur der Treibgase am Turbineneintritt wird im ersten Fall
durch Zumischen von kühlerer Luft, die durch den Bypaß herangeführt wird, im zweiten
Fall auf gleicher Basis in Verbindung mit einer zusätzlichen regelbaren Brennkammer
geregelt. Diese Regelverfahren haben indessen den Nachteil, daß die Regeleingriffe
den Gasdurchsatz im Feuerungsteil des Erhitzers ändern und zur Konstanthaltung der
Nutzlufttemperatur mindestens ein weiterer Regeleingriff erforderlich ist. Eine
Verwendung dieser Regelverfahren ist daher bei einem Gaserhitzer der eingangs beschriebenen
Art nicht zweckmäßig.
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Zur Lösung der Aufgabe, bei einem nicht mit einer Aufladegrüppe versehenen
Röhrengaserhitzer einer geschlossenen Gasturbinenanlage die Überhitzungsgefahr zu
vermeiden, ist im weiteren die Maßnahme bekanntgeworden, einen im Kreislauf des
Arbeitsmittels dem Röhrengaserhitzer vorgeschalteten Wärmeaustauscher durch eine
regelbare Bypaßleitung zu überbrücken.
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Bei einem Gaserhitzer mit einer zum Aufladen seines Verbrennungsraumes
dienenden Aufladegruppe, die einen aus der Umgebung Verbrennungsluft ansaugenden
Verdichter, eine diesen antreibende, mit Abgasen des Verbrennungsraumes betriebene
Turbine und einen der letzteren, in der Strömungsrichtung der Verbrennungsgase betrachtet,
vorgeschalteten Wärmeaustauscher aufweist, in welchem die Abgase des' Verbrennungsraumes
Wärme an die vom Verdichter in den Verbrennungsraum zu fördernde Verbrennungsluft
abgeben, wird nun erfindungsgemäß mindestens eine absperrbare an sich bekannte Bypaßleitung
vorgesehen, mit deren Hilfe sich der Wärmeaustausch im Wärmeaustauscher und damit
die Temperatur der Treibgase am Eintritt in die Abgasturbine verändern lassen.
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Eine solche Ausbildung des Aufladeaggregates gestattet, die Eintrittstemperatur
der Abgase in die Turbine zu beeinflussen, ohne daß die durch den Verbrennungsraum
strömende und die Heizflächen zur Erhitzung der Nutzdruckluft beaufschlagende Gasmenge
geändert wird.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
in vereinfachter Darstellungsweise veranschaulicht. Es bezeichnet i einen Verdichter,
der Verbrennungsluft aus der Umgebung ansaugt und durch eine Leitung .2 in einen
Vorwärmer 3 fördert, wo sie ein Röhrensystem 4 umspült und dabei Wärme aufnimmt.
Aus dem Vorwärmer 3 gelangt die "verdichtete und nun bereits erwärmte Verbrennungsluft
durch eine Leitung 5 in einen Wärmeaustauscher 6, wo sie nochmals ein Röhrensystem
7 umspült und dabei weiter erhitzt wird, um schließlich ,durch eine Leitung 8 in
den Verbrennungsraum 9 eines Erhitzers io zu gelangen. Im Verbrennungsraum 9 herrscht
ein höherer Druck als Atmosphärendruck; er ist also aufgeladen. In den Erhitzer
io ist ein Röhrensystem ii eingebaut, das von einem durch äußere Wärmezufuhr im
Erhitzer io auf höhere Temperatur zu bringenden Arbeitsmittel durchströmt wird.
Dieses Arbeitsmittel, das dem Röhrensystem i i durch eine Leitung 2o zu und durch
eine Leitung 2,1 aus demselben abströmt, dient als Treibmittel in einer im übrigen
nicht gezeigten Wärmekraftanlage.
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Die aus dem Erhitzer io abströmenden Verbrennungsgase werden durch
eine Leitung 1.2 dem Röhrensystem 7 des Wärmeaustauschers 6 zugeführt, wo sie Wärme
an die Verbrennungsluft abgeben, und sie gelangen anschließend durch .eine Leitung
13 in eine Abgasturbine 14, welche den Verdichter i antreibt. Die aus der Turbine
14 strömenden Abgase gelangen durch eine Leitung 15 in das Röhrensystem 4 des Vorwärmers
3, wo sie Wärme an die vom Verdichter i geförderte Verbrennungsluft abgeben, welcher
im Röhrensystem 7 des Wärmeaustauschers 6, wie erwähnt, von den Verbrennungsgasen
des Erhitzers io bei höherer Temperatur ebenfalls Wärme abgeben wird. 16 bezeichnet
eine Bypaßleitung, in die ein Absperrventil 17 eingebaut ist und die einem Teil
der Verbrennungsgase, unter Umgehung des Wärmeaustauschers 6, unmittelbar aus der
Leitung 12 in die Leitung 13 zu gelangen gestattet. Sodann ist eine weitere Bypaßleitung
18 vorgesehen, in die ein Absperrventil i9 eingebaut ist, und die bei offenem Ventil
i9 einem Teil der Verbrennungsluft den Wärmeaustauscher 6 zu .umgehen gestattet.
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Bei der beschriebenen Aufladegruppe läßt sich mit Hilfe der absperrbaren
Bypaßleitung 16 die Menge der den Wärmeaustauscher 6 durchströmenden Verbrennungsgase
und damit die Temperatur der Treibgase am Eintritt in die Turbine 14 verändern.
Bei offener Bypaßleitung 16 ist dann der Druck am Eintritt in die Turbine 14 höher
als bei geschlossener Bypaßleitung, weil im ersteren Fall durch den Wärmeaustauscher
6 eine kleinere Verbrennungsgasmenge strömt, so daß diese Menge wegen ihrer jetzt
kleineren Geschwindigkeit im Wärmeaustauscher 6 einen kleineren Druckabfall erleidet.
Mit Hilfe der absperrbaren Bypaßleitung 18 läßt sich anderseits die Menge der den
Wärmeaustauscher 6 durchströmenden Verbrennungsluft und damit auch die Temperatur
der aus dem Röhrensystem 7 strömenden Verbrennungsgase verändern.
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Wenn es auf eine besonders rasche Anpassung der Leistungsabgabe der
Turbine 14 an den
Leistungsverbrauch des Verdichters i ankommt,
wird zweckmäßig der Durchfluß durch beide Bypaßleitungen 16 und 18 freigegeben.
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Beim Hochfahren wird der Durchfluß durch die Bypaßleitung 16 freigegeben,
damit wenigstens ein Teil der Verbrennungsgase aus dem Aufladeraum des Erhitzers
io praktisch ohne Abkühlung zur Turbine 14 gelangen und so die Leistungsabgabe in
dieser Turbine steigern kann.