DE967239C

DE967239C - Dampfkesselanlage mit einem Hilfsmaschinensatz, bestehend aus Verdichter und diesem nachgeschalteter Gas- oder Luftturbine

Info

Publication number: DE967239C
Application number: DES9804D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Waldemar Stender
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1941-02-08
Filing date: 1941-02-08
Publication date: 1957-10-24

Description

Dampfkesselanlage mit einem Hilfsmaschinensatz, bestehend aus Verdichter und diesem nachgeschalteter Gas- oder Luftturbine Für eine Reihe von Fällen ergeben sich günstige Verhältnisse, wenn man bei einer Dampfkraftanlage zur Lieferung der Verbrennungsluft für die Feuerung einen Hilfsmaschinensatz vorsieht, der aus einem Verdichter und einer diesem nachgeschalteten Gas- oder Heißluftturbine sowie einer zwischen Verdichter und Turbine geschalteten Erwärmungsquelle besteht, wobei die vom Verdichter oder der Turbine kommende Luft der Kesselfeuerung als Verbrennungsluft zugeführt wird. Derartige Maschinensätze fallen aber mit der durchgesetzten Luftmenge in der Nutzleistung so stark ab, daß sie bereits bei halber Luftmenge nahezu im Leerlauf arbeiten. Der thermische Nutzen einer solchen Anlage verschwindet daher bei Halblast der Gesamtanlage, wenn man in üblicher Weise die Luftüberschußzahl auf gleicher Höhe hält, d. h., wenn man ein festes Verhältnis zwischen Brennstoff und Luftmenge bei allen Teillasten beibehält. Zugleich verschwindet aber auch die Nutzleistung der Turbine selbst, so daß man ihr keine Leistung für Hilfsantriebe mehr entnehmen kann.
Diese sehr unerwünschte Eigenschaft eines derartigen Hilfsmaschinensatzes wird gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß die Förderleistung des Hilfsmaschinensatzes derart eingeregelt wird, daß die von ihm geförderte Luftmenge, bezogen auf die jeweilige Brennstoffmenge, mit fallender Kesselbelastung weniger absinkt, als einem gleichbleibenden Verhältnis von Brennstoffmenge zu geförderter Luftmenge entsprechen würde. Im Grenzfall kann man die vom Hilfsmaschinensatz geförderte Luftmenge über den ganzen Lastbereich des Kessels im wesentlichen Bleichhalten. Es läßt sich nachweisen, daß der thermische Nutzen des Hilfsmaschinensatzes, der in der Verminderung des spezifischen Wärmeverbrauches für die Leistung der Gesamtanlage zum Ausdruck kommt, sich mit zunehmender Luftüberschußzahl erheblich weniger ändert, als wenn man diese, wie üblich, gleichhält. Bei sehr hochwertigen Dampfanlagen, d. h. solchen großer Leistung und hohen Druckes, ist die Abnahme des thermischen Nutzens in beiden Fällen etwa gleich .groß, während der thermische Nutzen bei kleineren Niederdruckanlagen von der Last fast unabhängig ist. In jedem Falle bleibt aber die Nutzleistung der Turbine unabhängig von der Teillast der Gesamtanlage gleich hoch, wenn man die Luftüberschußzahl so ändert, daß die Verbrennungsluftmenge im wesentlichen gleichbleibt, so daß unter diesen Umständen die freie Nutzleistung der Luftturbine für beliebige Zwecke verbraucht "verden kann. Bei einer genaueren Durchrechnung der Verhältnisse ist zu berücksichtigen, daß sich der Rauchgasverlust mit zunehmender Luftüberschußzahl ändert unter der Voraussetzung, daß die Abgastemperatur die gleiche bleibt.
Es sind also zwei Betriebsarten möglich, nämlich: Erstens eine unabhängig von der Last der Gesamtanlage gleichbleibende Luftmenge, wenn die Nutzleistung der Turbine jederzeit verwertet werden kann; zweitens eine der Belastung der Luftturbine entsprechende Luftmenge, -die größer ist als die der theoretischen Luftüberschußzahl entsprechende Menge. Im zweiten Falle wird die Menge der Verbrennungsluft durch einen Regler, z. B. durch einen Drehzahlregler, der auf das Einlaß- oder Auslaßventil der Luftturbine oder auf das Ein-oder Auslaßventil des Verdichters einwirkt, bestimmt. Die Steuerteile können dabei gleichzeitig von einem Regler beeinflußt werden, der das Mindestverhältnis von Luft zu Brennstoff überwacht.
Die Dampfkesselanlage gemäß der Erfindung sei im Hinblick auf das Schaubild der Zeichnung erläutert. Im Brennraum ioo des Dampfkessels, dem über die Leitung ioi Brennstoff zugeführt wird, wird die Brennstoffenergie frei gemacht, von der ein Teil im Dampfkessel i zur Dampferzeugung dient. Der Dampf wird nach Überhitzung im Überhitzer z über die Leitung 3 der mit dem Regelventil 4 versehenen Dampfturbine 5 zugeführt. Der Abdampf der Turbine 5 wird in einem Kondensator 6 niedergeschlagen, das Kondensat über die Leitung 7 von der Pumpe 8 abgesaugt und über die Leitung 9 wieder in den Kessel eingespeist.
Der andere Teil der im Brennraum ioo frei werdenden Brennstoffenergie wird in einem Wärmeaustauscher 14 an Luft übertragen. Diese wird über die Leitung i i durch einen Verdichter i2 angesaugt und über die Leitung 13 durch den Wärmeaustauscher 14 gedrückt, in dem sie erhitzt wird. Die Heißluft gelangt über die Leitung 15 zur Gasturbine 16, die mit dem Verdichter 12 gekuppelt ist. Nach Arbeitsleistung wird die Abluft der Turbine 16 über die Leitung 17 dem Brennraum ioo als Verbrennungsluft zugeleitet. Das Bezugszeichen rot weist auf die Abgasleitung des Brennraumes ioo hin.
Der aus der Luftturbine 16 und dem Verdichter 12 bestehende Hilfsmaschinensatz wird derart eingeregelt, daß die von ihm geförderte Luftmenge, bezogen auf die jeweilige Brennstoffmenge, mit fallender Kesselleistung weniger absinkt, als einem gleichbleibenden Verhältnis von Brennstoffmenge zu Luftmenge entspräche.
In einer besonderen Durchführungsform des Verfahrens wird die durch den Kessel gehende Luft in zwei Teile .geteilt, von denen der eine bei etwa gleichbleibender Überschußzahl, also wechselnd mit der Belastung der Anlage, der Kesselfeuerung zugeführt wird, während der Rest als Zweitluft unmittelbar dem Feuerraum zugeleitet oder hinter dem Feuerraum den Rauchgasen beigemischt wird. Dadurch wird erreicht, daß weder die Verbrennung des Brennstoffs beeinträchtigt noch die Temperatur im Feuerungsraum gesenkt wird, wenn mit hoher Überschußzahl gefahren wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Kesselanlage mit einem Hilfsmaschinensatz, bestehend aus Verdichter und diesem nachgeschalteter Gas- oder Heißluftturbine sowie einer zwischen Verdichter und Turbine geschalteten Wärmequelle, wobei die vom Verdichter oder der Turbine kommende Luft der Kesselfeuerung als Verbrennungsluft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung des Hilfsmaschinensatzes derart eingeregelt wird, daß die von ihm geförderte Luftmenge, bezogen auf die jeweilige Brennstoffmenge, mit fallender Kesselbelastung weniger absinkt, als einem gleichbleibenden Verhältnis von Brennstoffmenge zu geförderter Luftmenge entspräche.
2. Kesselanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Hilfsmaschinensatz geförderte Luftmenge über den ganzen Leistungsbereich des Kessels im wesentlichen gleich gehalten wird.
3. Kesselanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verdichter gelieferte Luft in zwei Teilmengen aufgeteilt wird, von denen der eine Teil unmittelbar der Feuerung als Brennluft zugeführt wird, während der zweite Teil entweder dem Brennraum als Zweitluft zugeleitet oder in einem Kesselzug den Rauchgasen beigemischt oder abgeblasen wird, gegebenenfalls unter Rückgewinnung eines Teils der hier enthaltenen Wärme. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 576 886; schweizerische Patentschrift Nr. 229 934; Zeitschrift »Technische Mitteilungen«, 1938, Heft 24, S. 5.