DE958350C

DE958350C - Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels

Info

Publication number: DE958350C
Application number: DEL14443A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Siegfried Kriese
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1953-01-20
Filing date: 1953-01-20
Publication date: 1957-02-14

Description

Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels Bekannte Gasturbinenanlagen mit geschlossenem Kreislauf arbeiten nach folgendem Prinzip: Ein verdichtetes Gas, im folgenden als Arbeitsmittel bezeichnet, wird in einem Erhitzer auf eine hohe Temperatur gebracht und in einer Gasturbine unter Arbeitsleistung entspannt. Das Abgas der Gasturbine, das eine relativ hohe Temperatur besitzt, wird zum Vorwärmen des Hochdruckkreislaufarbeitsmittels verwendet und weiter durch andere Kühlmittel gekühlt und sodann einem Verdichter zugeführt. Das verdichtete Arbeitsmittel wird sodann durch einen Regenerativwärmeaustauscher geleitet, wo es sich durch das genannte Abgas der Gasturbine vorwärmt, um anschließend im Erhitzer weiter erhitzt zu werden. Die Verdichtung des Arbeitsmittels erfolgt gewöhnlich in Axial-, Radial-oder Drehkolbenverdichtern.
Es sind auch Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Spannungsenergie aus Wärme bereits vorgeschlagen worden. Es wurde z. B. ein Verfahren vorgeschlagen, nach dem Gase oder Dämpfe bei höheren Temperaturen expandieren, wobei die Dehnungsarbeit in kinetische Energie umgesetzt wird, und anschließend mit Hilfe derselben Energie bei niedrigerer Temperatur wieder verdichtet werden., Zur Durchführung dieser Verfahren werden grundsätzlich besondere Wärmequellen verwendet. Um die Abgase einer Gasturbine wirtschaftlich verwerten zu können, d. h. die anfallende Wärmeenergie zur Rückverdichtung der Gase zu benutzen, ist ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels bekannt; nach welchem die Verdichtung der Turbinenabgase durch Umwandlung der Turbinenabgaswärme in kinetische und Spannungsenergie in einem Düsensystem erfolgt, in dem das Abgas nahezu adiabatisch expandiert und nahezu isothermisch verdichtet wird.
Die Erfindung knüpft an ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels an, bei dem die Verdichtung der Turbinenabgase durch Umwandlung der Turbinenabgaswärme in kinetische und Spannungsenergie in einem Düsensystem erfolgt, in dem das Abgas nahezu adiabatisch expandiert und nahezu isothermisch verdichtet wird. Die Erfindung besteht nun darin,- daß das Düsensystem gleichzeitig zum Ansaugen des Zusatzarbeitsmittels verwendet wird und zu diesem Zweck an geeigneter Stelle mit Öffnungen versehen ist. Es empfiehlt sich dabei, die Ansaugeöffnungen zum Ansaugen des Zusatzarbeitsmittels an eine Stelle des Düsensystems zu legen, an der der statische Druck etwa auf der Höhe des atmosphärischen Druckes oder geringfügig niedriger liegt und das Kreislaufarbeitsmittel eine hohe Geschwindigkeit besitzt.
Durch eine derartige Anordnung gestaltet sich die Regelung der Gasturbinenanlage durch Änderung des Vakuums über eine Einlaß- und eine beliebige Ausblasevorrichtung für das Arbeitsmittel aus dem Kreislauf sehr einfach. Ein besonderer Zusatzluftverdichter fällt zudem fort.
An Hand der Zeichnung wird ein Beispiel des Verfahrens näher erläutert. Durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vakuumpumpe, die an die Leitung 9 angeschlossen ist, wird im Ringraum i2, der mit dem zylindrischen Mittelstück über mehrere Bohrungen in Verbindung steht, u@elches zwischen der Entspannungs- und der Verdichterdüse liegt, ein Vakuum hergestellt. Das Abgas der Gasturbine 2 strömt infolgedessen auf das im zylindrischen Mittelstück des Düsensystems herrschende Vakuum zu. Die Expansion in der Entspannungsdüse erfolgt dabei nahezu adiabatisch, wenn entsprechende Isolierungen vorgesehen sind. Bei 6 wird die größte Geschwindigkeit des Strömungsvorganges erreicht, die bis 7 gleichbleibt. Das Entspannungsverhältnis ist so gewählt, daß die Temperatur des strömenden Arbeitsmittels, nachdem, es seine größte Geschwindigkeit bei 7 erreicht hat, der Temperatur der zur Verfügung stehenden Kühlmittel entspricht. Von 7 bis 8 wird in der Verdichterdüse unter gleichzeitiger Abführung von Wärme isothermisch verdichtet, wobei eine weitgehende Annäherung an die Isotherme erstrebt werden soll. Die Abführung der Wärme erfolgt beispielsweise durch Kühlwasser. Bei 8 ist die größte Verdichtung erreicht. Die Energie des verdichteten Arbeitsmittels entspricht dem Unterschied der bei der adiabatischen Expansion des heißen Arbeitsmittels frei gewordenen und der bei der isothermischen Verdichtung des gekühlten Arbeitsmittels aufgewendeten Arbeit. Das verdichtete Arbeitsmittel wird im Erhitzer i erhitzt, in der Gasturbine 2 unter Arbeitsleistung entspannt und wiederum dem Düsensystem zugeführt, um den Kreislauf von neuem zu beginnen.
Die Regelung der Gasturbinenanlage erfolgt durch Anderung des Vakuums sowie mittels der Einlaß- oder Ausblasevorrichtung von Arbeitsmitteln aus dem Kreislauf: Das Ausblasen des Arbeitsmittels kann an einer beliebigen Stelle des Kreislaufes erfolgen, vorausgesetzt, daß der dort herrschende Druck über dem atmosphärischen liegt. In der Zeichnung ist zur Abführung von Arbeitsmitteln eine Leitung 15 hinter der Gasturbine 2 als Beispiel eingezeichnet. Zur Zuführung von Arbeitsmitteln wird zweckmäßig eine Stelle gewählt, an der der Druck etwa auf der Höhe des atmosphärischen Druckes liegt und das Kreislaufarbeitsmittel eine hohe Geschwindigkeit besitzt, so daß hierdurch beim Öffnen der Leitung zur Atmosphäre das Zusatzarbeitsmittel, in diesem Falle Luft, durch das Düsensystem selbst angesaugt wird. Nach der Zeichnung ist hierfür die Leitung 14 vorgesehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels, bei dem die Verdichtung der Turbinenabgase durch Umwandlung der Turbinenabgaswärme in kinetische und Spannungsenergie in einem Düsensystem erfolgt, in dem das Abgas nahezu adiabatisch expandiert und nahezu isothermisch verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsensystem gleichzeitig zum Ansaugen des Zusatzarbeitsmittels verwendet wird und zu diesem Zweck an geeigneter Stelle mit öffnungen versehen ist.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugeöffnungen zum Ansaugen des Zusatzarbeitsmittels an einer Stelle des Düsensystems liegen, an der der statische Druck etwa auf der Höhe des atmosphärischen Druckes oder geringfügig niedriger liegt und das Kreislaufarbeitsmittel eine hohe Geschwindigkeit besitzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 586 391, 491 156, 3-07 359. 186 535; schweizerische Patentschrift Nr. 134462; französische Patentschrift Nr. 954,093.