DE955805C - Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft - Google Patents

Description

• Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft Die Erfindung betrifft eine Anl-agge zur Erzeugung verdichteter Nutzluft, deren Nutzluftvendiichter durch eine Gasturbinenanlage mit eigenem Verdichter zur Verdichtung ihres Arbei.tsmittess angetrieben ist. Die Erfindung besteht idarin, daß dier Nutzluftverdichter über olnee an sich. bekannte regelbare Ab'blaseleitung mit einer Zwischenstufe des Verdichters (der Gasturbinenanl.age verbunden ist, welche Zwischenstufe mindestens während d,-,s normalen Betriebes einen niedrigeren Druck aufweist, als am Eintritt in @dies-e Regelleitung herrscht.
• Der Nutzluftverdichter kann außerdem über eine an sich bekannte regelbare Abblaseleitung mit einer Stelle außerhalb der Anlage verbunden sein, die mindestens während des normalen Betriebes einen niedrigeren Druck aufweist, als am Eintritt in diese Abblaseleitung herrscht. Der Verdichter der Gasturbinenanlage kann auch zusätzlich mit einer elektrischen Maschine gekuppelt sein, welche an ein elektrisches Netz geschaltet ist. In der Abblasel.eitung zum Gasturbinenverd@ichter kann ein Kühler und gegebenenfalls ein Rückschlagorgan angeordnet sein, welch letzteres ein Abströmen von Arbeitsmittel aus dem Verdichter der Gasturbinenanlage verhindert. In der Förderleitung des Nutzluftverdichters wind zweckmäßig in an sich bekannter Weise ein Organ zur Einstellung des Durchflußquerschnittes !angeordnet. In bestimmten Fällen kann der Nutzluftverdichter über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe durch die Gasturbinenanlage angetrieben werden. Die e elektrische Maschine kann über .eine ein- und ausschaltbare Schlupfkupplung durch @die Gastu:rbinenanl.age angetrieben werden.
• Die Erfindung ist nachtstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele .des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.
• Fig. i zeigt eine erste Anlage und Fig. 2 eine weitere Anlage mit einer Reihe von Ergänzungen.
• Die Anlagen nach den Fig. i und 2 besitzen einen Nutzluftverdächter i, der durch eine Gasturbinenanlage angetrieben #ist. Die Gasturbinenanlage umfaßt im wesentlichen den Verdichter 2, die Brennkammer 3, .die Gasturbine .a. und (den kekuperator 5. Als Brennstoff für die Brennkammer wird ein Gas, z. B. Hochofengas, verwendet, welches durch (den Verdichter 6 :dem Brenner 7 zugeleitet wird. Dieser Verdichter ist über :ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe 8 von der Gasturbine 4. angetrieben.
• Der Verdichter :2 der Gasturbin@enanlage saugt durch die Leitung 9 Verbrennungsluft an, verdichtet idieselbe und fördert sie über :die Leitung io in den Rekuperator 5. Hier wird sie !durch @die Abgase,der Gasturbine q. vorgewärmt und dann durch die Leitung i i in .die Brennkammer 3 geführt. Das durch den Brenner 7 eingeführte Bren:nga.s verbrennt in der zugeführten Luft und' erhitzt sie dabei. Die entstehenden Gase gelangen dann @durch die Leitung 12 im ;die Turbine q. tind nach Arbeitsleistung durch ,die Leitung 13 in den Rekuperator 5. Nachdem sie hier einen Teil ihrer Wärme an die frisch verdichtete Luft übertragen haben, strömen sie durch die Leitung 14 außerhalb der Gasturbinenanlabne.
• Zur Regelung der Leistung der Gasturbänenan.lage besitzt d'ie Leitung 15, durch welche das Brenngas dem Brenner 7 zugeführt wird, eine Umgehungsleitung 16, durch welche je nach Einstellung des. Regelorgan:, 17 ein Teil des verdichteten Brenngases wieder dem Verdichter 6 zurückgeführt werden kann. Um hierbei eine unzulässige Erwärmung zu vermeiden, isst in :der Leitung 16 ein Kühler 18 angeordnet, welcher ,die rückgeführten Gase .etwa auf @die Temperatur der durch diie Leitung i 9 zugeführten Gase abkühlt. Auch in der Leitung 15 ist ein Regelorgan 2o angeordnet, durch welches die Regelung noch weiter verfeinert werden kann.
• Die geschilderte Gasturbine i>t über ein d;ie Drehzahl erhöhendes Getriebe 21 mit dem 'Nutzluftverdicht.er i gekuppelt. Dieser Nutzluftverdichter saugt durch die Leitung 22, z. B. aus dem Freien, Luft an und fördert sie durch @die Leitung 23 zu -irrer nicht gezeichneten Verbrauchsstelle, z. B. als Verbrennungsluft in einen Hochofen.
• Gemäß der Erfindung ist der Nutzluftverdichter i über :die Abblaseleitung 2¢ mit einer ZwischenStUfe 25 :des Verdii.chters 2 der Gasturbinen. anlag- verbunden. Diese Zwiscliens:tufe weist während .des normalen Betriebes einen niedrigeren Druck auf, als am Eintritt in die Abblaseleitung herrscht. Ferner ist in der Abblaseleitung ein Organ 26 angeordnet, welches zur Einstellung .des Durchflußqu.erschnittes @dient.
• An .die Abblaseleitung 2q. ist außerdem noch eine Abströmleitung 27 mit einem Regelorgan 28 angeschlossen, durch welche verdichtete Luft an eine Stelle außerhalb der Anlage, :die einen geringeren Druck als dieÜberströmleitung aufweist, abgeführt werden kann.
• Außerdem ist die Gasturbine über das Getriebe 29 auch mit einer elektrischen Maschine 30 gekuppelt, die ihrerseits an ein elektrisches letz 3i geschaltet ist.
• Durch Einstellung des Querschnittes des Regelorgans 26 läßt sich auf einfache Weise .die durch die Leitung 23 zur Verbrauchsstelle geförderte Luftmenge innerhalb der gewünschten Grenze festlegen. Wird das Regelorgan26 mehr geschlossen, so wird ein größerer Anteil der vom Verdichter i geförderten Luft der Verbrauchsstelle zugeführt. Wird umgekehrt der Querschnitt des Regelorgans 26 vergrößert, so strömt eine geringere Menge Luft zur Verbrauchsstelle. Ist düs Regelorgan 26 vollständig geöffnet, so sind der Förderdruck des Nutzluftverd'ichters i und der Druck der Zwischenstufe 25 des Verdichters 2 :der Gasturbinenanlage praktisch gleich. Es strömt dann die größtmögliche Menge aus dem Verdichter i in den Verdichter 2 über. Will man die durch die Leitung 23zu den Verbrauchsstellen geführte Luftmenge noch weiter vermindern, so wird das Ventil 28 in der Abströmleitung 27 geöffnet, sö daß ein Teil der Luft au:ßeerhal'b der Anlage abgeführt wird. Auf diese Art läßt sich innerhalb des normal vorkommenden Betriebsbereiches eine praktisch verlustlose Regelung der Nutzluftmenge erreichen. Dadurch läßt sich die Wirtschaftlichkeit (des Betriebes wesentlich verbessern.
• Eine weitere Vereinfachung der Regelung ergibt sich noch durch ;die elektrische Maschine 3o. Diese Maschine läuft synchron mit dem Netz 31. Erzeugt die Gasturbinenanlage eine größere Leistung als vom N.utzluftverdichter i gebraucht wird, so wird der Überschuß,i:n der Form von elektrischer Energie dem Netz 31 zugeführt. Ohne irgendwelche Regeleinflüsse paßt sich die Abführung von elektrischer Energie, Überschußenergie, immer der Differenz der Gasturbinen.leistung und der vorn Nutzluftverdichter verlangten I#stung an. Sollte einmal die Leistung der Gasturbinenan1lage kleiner als die vom Verdichter i verlangte Leistung sein, so arbeitet die elektrische Maschine 3o als Motor und ergänzt den Leistungsmangel. In den meisten Fällen wird -es sieh zwar .empfehlen, die gesamte Anlage so zu bemessen, daß in jedem Betriebsfall durch die elektrische Maschine 3o Leistung dem Netz abgegeben werden kann. Beim Abschalten der elektrischen Maschine kann die Gasturbinenanliage mit einer von der Netzfrequenz unabhängigen größeren oder kleineren Drehzahl betrieben werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann in der Regelleitung 2q. noch ein Kühler 32 angeordnet sein, durch den der Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage noch etwas verbessert werden kann. Außerdem empfiehlt es sich, ein Rückschlagorgan 33 in ,der Leitung 24 anzuordnen, um ein Rückströmen von Luft aus dem Verdichter 2 nach der Abführleitung 27 zu verhindern. Der Brenugasverdicyhter 6 kann noch mit einer Rek uperationsturb:ine 34 ansgerü.stet werden, die in der Umführungsleitung 16 anzuordnen ist. Durch,diese Maßnahme kann ider Wirkungsgrad :der Brenngasförderung noch etwas verbessert werden. Schließlich kann zwischen der Gasturbinenanlage und :der .elektrischen Maschine 30 noch eine ein- und ausschaltbare Sahlupfkupplung 35 Verwendung finden, so daß der Betrieb der Gasturbinenandage unabhängig von der Netzfrequenz eingestellt werden kann. Die Kupplung 35 kann als hydraulisches Strömungsgetriebe ausgebildet werden, :durch welches die Drehzahl und damit das übertragene Drehmoment in geeigneter Weise verändert werden kann.. An Stelle eines hydraulischen Getriebes könnte auch ein mechanisches Getriebe verwendet werden.
• In der Förderleitung 23 kann noch ein Regelorgan 36 angeordnet sein.
• Selbstverständlich kann @d:ie Gasturbinenanlage auch mit anderem Brennstoff, z. B. Kohle oder Öl, betrieben werden. Bei Verwendung von Kohle wird diese zweckmäßig in Staubform verwendet.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft, :deren Nutzluftverdichter durch eine Gasturbinenanlage mit eigenem Verdichter zur Verdichtung ihres Arbeitsmittels angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutzluftverdichter über eine an sich bekannte regelbare Abblaseleitung (24,26) mit einer Zwischenstufe des Verdichters der Gasturbinenanlage verbunden ist, welche Zwischenstufe mindestens während des normalen Betriebes einen niedrigeren Druck aufweist, als am Eintritt in die Abblaseleitung herrscht (Fig. i und 2).
2. 2. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutzluftverdichter außerdem über eine an sich bekannte regelbare Abblaseleitung (27, 28) mit einer Stelle außerhalb der Anlage verbunden ist, die mindestens während ,des normalen Betriebes einen niedrigeren Druck aufweist, als am Eintritt in dieseAbblaseleitung herrscht (Fig. i und :2).
3. 3. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dfaß der Verdichter der Gasturb:inenanlage zusätzlich mit einer elektrischen Maschine gekuppelt ist, welche an. ein elektrisches Netz geschaltet ist. q..
4. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abblaseleitung (2q.) ein Kühler (32) angeordnet ist (Fig. 2).
5. 5. Anlage nach Anspruch i, dadü.rch gekennzeichnet, daß in der Abblaseleitung (2¢) ein Rückschlagorgan (33) angeordnet ist, welches ein Abströmen von Arbeitsmittel aus dem Verdichter der Gasturbinenanlage verhindert (Fig. 2).
6. 6. Anlage nach Anspruch i, :dadurch gekennzeichnet, :dlaß in der Förderleitung des Nutzluftverd'ichters in an sich bekannter Weise ein Organ (36) zur Einstellung ides Durchflußquerschnittes angeordnet ist (Fig.2).
7. 7. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutzluftverdichter über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe durch .die Gasturbine angetrieben ist. B. Anlage nach Anspruch 3, :dadlurch gekennzeichnet, @da:B :die elektrische Maschine über eine ein- und ausschäItbare Schlupfkupplung :durch ,die Gasturbine angetrieben ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 8o6465, 7o1762, 69q.668; französische Patentschrift Nr. 900 371; Brown Boveri Mitteilungen, Nov./Dez. 1943, SS.370.