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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Treibgas für Gasturbinen
aus festen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung
von Treibgas für Gasturbinen aus festen oder staubförmigen Brennstoffen, bei denen
die Brennstoffe vergast werden und das erzeugte Gas in einer Brennkammer verbrannt
wird.
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Es sind bereits Gaserzeuger bekannt; bei denen fester Brennstoff in
einer unter Überdruck stehenden Brennkammer vergast und dann nach Zusatz von Luft
in einer Brennkammer verbrannt wird. Hierbei erfolgt die Vergasung des Brennstoffes
auf einem Rost. Irgendwelche Mittel, um die Brenngase vor Eintritt in die Gasturbine
zu reinigen, sind nicht vorgesehen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass erzeugte Gas in einer nachgeschalteten
Brennkammer auf einer Temperatur zu halten, die über der Schmelztemperatur der mitgerissenen
Schlacke liegt und- den Gasstrom mit der Schlackenschmelze so in Berührung zu bringen,
daß etwaige Verunreinigungen in :der Schlackenschmelze zurückgehalten werden.
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Es ,isst zwar an sich bei Dampferzeugern mit Kohlenstaubfeuerung und
flüssigem Schlackenabzug bekannt, die Verbrennungsgase in der Brennkammer mit der
Schlackenschmelze in Berührung zu bringen, um Verunreinigungen auszuscheiden.
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Das gleiche Prinzip findet bei der vorliegenden Erfindung Anwendung
bei einer Brennkammer, die zwischen dem Gaserzeuger und der Gasturbine geschaltet
ist. Auf diese Weise gelingt eis, aus festen oder staubförmigen Brennstoffen saubere
Verbrennungsgase zu erhalten, die nach Mischung mit
Druckluft ein
Treibgas ergeben, das in Gasturbinen ohne Weiteres verarbeitet werden kann.
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Zur Durchführung des Verfahrens kann der Brennstoff zunächst in einem
Generator vergast und das Rohgas dann in einer besonderen: Kammer; die außerhalb
oder auch im Generator selbst angeordnet sein kann, verbrannt werden.
-In dieser Kammer werden die im Gas enthaltenen Schlackenteilchen zum Schmelzen
gebracht und abgeschieden. Die Schmelze wird von Zeit zu Zeit abgelassen; sie kann
aber auch über einen Überlauf ständig abtropfen. Bei Schienen- und Straßenfahrzeugen
ist es vorteilhaft, die abtropfende Schlacke in der zur Mischung mit den Verbrennungsgasen
bestimmten Kaltluft granulieren zu lassen, so daß bei der ganzen Anlage kein Wasser
mitgeführt werden braucht.
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Die Erfindung ist an Hand der Abb. i bis 5 näher erläutert.
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In Abb. i ist ein Schema für eine Gasturbinenanlage dargestellt. Die
festen Brennstoffe werden in dem Gaserzeuger i vergast und das Gas über Leitung
2 einer Brennkammer 3 zugeführt. In dieser Brennkammer 3 werden die Gase mit einer
über dem Schlackenschmelzpunkt liegenden Temperatur verbrannt. Nach Zusatz von Kühlluft
wird das Gemisch zur Arbeitsleistung über Leitung q. in . die Gasturbine 5 geleitet.
Die Turbine kann mit dem Luftverdichter 6 auf einer Welle sitzen. Die Abgase aus
der Turbine 5 durchströmen den Wärmcaustauscher 7 und gehen dann ins Freie. Der
Weg der Luft ist folgender: Nach Verdichtung in dem Verdichter 6 durchströmt die
Luft im Gegenstrom zu den Abgasen den Wärmeaustauscher 7. Von der Hauptluftleitung
8 zweigt die Kühlluftleitung 9 ab, die die zur Mischung mit den Verbrennungsgasen
bestimmte Luft ableitet. Ein weiterer Teil der- Luft wird durch Leitung io zur Verbrennung
der Rohgase in der Kammer 3 abgezweigt; der Rest strömt in den Gaserzeuger i als
Verbrennungsluft zur Vergasung .des Brennstoffes. Die Kammer 3 ist in den Abbildungen
2 und 3 näher dargestellt.
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Die Abb.2 zeigt einen Längsschnitt und die Abb.3 den zugehörigen Querschnitt
der Brennkammer 3. Wie ersichtlich, ist das Gehäuse io der Kammer 3 doppelwandig
ausgeführt. Der untere Teil i i ist angeflanscht, um ,das Innere der Kammer von
Zeit zu Zeit reinigen zu können. Das Gehäuse i i ist innen mit feuerfestem Werkstoff
ausgekleidet. Das Rohgas mit der erforderlichen Verbrennungskraft tritt über die
Leitung :2 tangential ein, wie besonders, deutlich ,die Abb.3 erkennen läßt. Bei
der hohen Temperatur,in dieser verhältnismäßig kleinen Kammer werden die im Rohgas
mitgeführten Verunreinigungen eingeschmolzen. Die flüssige Schlacke sammelt sich
am Boden der Kammer und wird von Zeit zu Zeit durch das Stichloch 12 abgelassen.
Die Verbrennungsgase treten durch den Stutzen 13 aus. Durch den Hohlraum 1q. in
der Gehäusewandung io tritt von unten Kühlluft ein. Sie umströmt zunächst den Bodenteil
i i und dann durch die Verbindungsrohre 15 den oberen Teil des Gehäuses. Hier wird
sie reit den aus dem Stutzen 13 austretenden Verbrennungsgasen durchmischt
und durch Leitung q. zur Turbine geführt.
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Die Abb. q. zeigt einen Gaserzeuger i im Zusammenbau mit der Brennkammer
3. Auf dem Rost i6, .durch den von unten Luft geblasen wird, erfolgt zunächst .eine
teilweise Verbrennung und in der därüberliegenden Zone die eigentliche Vergasung
durch unvollkommene Verbrennung bzw. durch Reduktion von Verbrennungsgasen. Das
so erzeugte Rohgas, dem auch noch aus dem Brennstoff austretende Schwelgase und
Teerdämpfe beigemischt sind, wird nun durch die mit Verbrennungsluft betriebenen
Strahldüsen 17. abgesaugt und in die Brennkammer 3 gedrückt, wo es zusammen reit
der Verbrennungsluft aus der Strahldüse 17 mit über Schlackenschmelzpunkt liegender
Temperatur verbrennt. Die sich im unteren: Teil der Kammer 3 sammelnde flüssige
Schlacke läuft durch die Öffnung 18 ab, durch die auch die Verbrennungsgase
abströmen. Die nicht zur Verbrennung in der Kammer 3 benötigte Luft dient zur Kühlung
der Wandung und wird mit &n austretenden Verbrennungsgasen vermischt. Durch
die plötzliche, erhebliche Abkühlung wird die :mit den Verbrennungsgasen aus. dem
Schmelzbad i9 abtropfende Schlacke granuliert. Die Größe der erstarrten Schlackenteilchen
verbürgt ein sicheres Abscheiden aus dem Gemisch, das nach Abb. q. in dem Raum 2o
erfolgen soll. Gegebenenfalls .bereitet es auch keine Schwierigkeiten, die Abscheidung
durch Fliehkraftwirkung zu unterstützen. Dass Treibgas tritt dann aus dem Stutzen
ai aus. Die Schlacke sammelt sich in dem Trichter 22, aus dem sie von Zeit zu Zeit
entfernt werden kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 wurde auf die Anordnung einer
besonderen Brennkammer verzichtet. Der Gaserzeuger i ist von einem inneren Hohlraum
23 und einem äußeren Hohlraum 2,4 umgeben. Der eingezogene Teil 25 des Gaserzeugers
bildet den Herd, auf dem der Brennstoff zusammen mit .dem erzeugten Rohgas vollständig
verbrannt wird, und zwar auch wieder mit einer über dem Schlackenschmelzpunkt liegenden
Temperatur. Die Verbrennungsluft wird durch die Strahldüsen 17
eingeblasen,
wodurch auch gleichzeitig im oberen Teil des Gaserzeugers ein Unterdruck entsteht.
Infolgedessen wird ein Teil der Verbrennungsgase nach oben abgesaugt und in der
über dem Herd 25 liegenden Reduktionszone wieder reduziert. Zusammen mit unverbrannten
Gasen aus der Reduktionszone und Schwelgasen und Dämpfen tritt dieses Rohgas durch
die - Öffnungen a6 in den inneren Hohlraum 2g über, von wo es in dem. Herdfeuer
vollständig verbrannt wird. Ein anderer Teil der Verbrennungsgase tritt nach unten
zusammen mit der geschmolzenen Schlacke aus. Um .die Gase in möglichst enge "Berührung
mit der Schlackenschmelze zu bringen, ist der untere Teil 27 dies Gaserzeugers mit
feuerfesten, keramischen Prallkörpern gefüllt, durch die die Verbrennungsgase in
gleicher Richtung mit -der Schlacke hindurchströmen.
Die Granufierung
dm Kühlluftstrom und Ausscheidung der erstarrten Schlackenteilchen im Mischraum
2o erfolgt ähnlich wie im vorigen Beispiel beschrieben. Die Druckluft vom Verdichter
tritt durch den Stutzen 28 in den äußeren Hohlraum 24 ein und das erzeugte Treibgas
durch den Stutzen 21 aus.
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Bei schwer schmelzbarer Schlacke kann es vorteilhaft sein, dem Brennstoff
Flußmittel zuzusetzen, durch die der Schmelzpunkt herabgesetzt wird und die auch
eine gut fließende Schlacke ergeben. Auf diese Weise wird es möglich, ein breites
Band der vorhandenen Brennstoffe für das vorgeschlagene Verfahren zu verwerten.
Auch dieser Vorteil fällt besonders bei den nicht ortsgebundenen Anlagen und Fahrzeugen
ins Gewicht.