-
Mit offenem Treibmittelstrom arbeitende sowie mit Gichtgas betriebene
Gasturbinenanlage Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Abgase der Gasturbine
einer in einem offenen Prozeß arbeitenden Gasturbinenanlage in einem Hüttenwerk
mindestens zum Teil als Verbrennungsluft den Winderhitzern (Regeneratoren, Cowpern)
zuströmen zu lassen. Dabei war vorgesehen, diese Ausnutzung der in den Abgasen der
Gasturbine enthaltenen Wärme an die Stelle ihrer Ausnutzung in Röhrenwärmeaustauschern,
z. B. Luftvorwärmern oder Heizdampferzeugern, treten zu lassen.
-
Es sind ferner Anlagen zur Erzeugung heißer Luft bekannt, deren Maschinensatz
eine reine Luftturbine ist; die Abluft dieser Luftturbine wird teilweise als Hochofenwind
und teilweise als Verbrennungsluft für einen Erhitzer, der die Cowpers ersetzt,
verwendet. Der Wind wird zuerst als Treibmittel für die Gasturbine benutzt und anschließend
über einen metallischen Winderhitzer zum Hochofen geleitet. Eine Anlage dieser Art
muß als solche ganz neu entworfen und eingerichtet werden. Es ist also nicht möglich,
sie ohne weiteres in einem bestehenden Hüttenwerk unter Weiterverwendung der Cowpers
aufzustellen; sie ersetzt entweder bestehende Windgebläse und Cowpers oder dient
der Beschaffung zusätzlich benötigten Windes.
-
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, einer Gasturbine, welcher
mindestens ein Brennraum mit direkter Verbrennung vorgeschaltet ist, bei einer Zwischenstufe
Druckgas zu entnehmen, dieses in einem Erhitzer auf höhere Temperatur zu bringen
und es dann einem Hochofen zuzuleiten. Auch nach
diesem Vorschlag
wird kein Cowper üblicher Bauart verwendet. Der Wind wird in der Anlage selbst erzeugt
und teilweise durch die darin stattfindende Verbrennung von Brennstoff seines Sauerstoffgehaltes
beraubt. Es ist aber bekannt, daß die direkte Erwärmung des Windes durch Verbrennung
von Brennstoff in demselben nachteilig ist, weil die sich im Hochofen darbietenden
Vorteile des hohen Sauerstoffgehaltes des Windes eingebüßt werden, wenn die Temperaturerhöhung
des Windes bei gleichzeitiger Herabsetzung seines Sauerstoffgehaltes vorgenommen
wird. Die heutige Tendenz geht im Hochofenbetrieb dahin, den Sauerstoffgehalt des
Windes zu erhöhen, was in einer Anlage der hier erwähnten bekannten Art nicht möglich
ist.
-
Schließlich ist es auch bereits bekannt, bei Gasturbinenanlagen mit
offenem Treibmittelstrom in Hüttenwerken, in welchen der Hochofenwind in einem von
der Gasturbine unabhängigen Windgebläse verdichtet wird, die Abgase des Gasturbine
einerseits zur Vorwärmung ihrer eigenen Brennend Mischluft und anderseits zur Vorwärmung
der in den als Winderhitzer dienenden Cowpern zur Verbrennung gelangenden Gichtgase
auszunutzen.
-
Wird nun aber in einem Hüttenwerk alles aus den Hochöfen anfallende
Gichtgas für die Erzeugung von Nutzleistung in einer Gasturbinenanlage und für die
Beheizung der Winderhitzer verwendet, so ist in der Regel die Gesamtmenge der Abgase
der Gasturbine vielfach größer als die Teilmenge derselben, die als Verbrennungsluft
in den Winderhitzern benötigt wird; ein großer Teil der Abgase muß also entweder
unausgenutzt der Atmosphäre übergeben oder aber anderen Verwendungszwecken zugeführt
werden. Ferner ist der Sauerstoffgehalt dieser Abgase in einer Gasturbinenanlage,
in welcher kein Luftvorwärmer verwendet wird, derart niedrig, daß er nicht mehr
ausreicht, um die für die Winderhitzung nötige Verbrennungstemperatur in normalen
Cowpern, ohne Umkonstruktion derselben, zu erreichen. In einer Anlage mit Luftvorwärmer
ist, entsprechend ihrem höheren Wirkungsgad, der Sauerstoffgehalt der Abgase der
Gasturbine wesentlich höher, da bei gleicher totaler Luftmenge in der Brennkammer
weniger Gichtgas verbrannt werden muß, um das Treibmittel auf die gewünschte Betriebstemperatur
zu erhitzen. Es ist deshalb zweckmäßig, in einer Gasturbinenanlage in einem Hüttenwerk,
worin die Abgase der Gasturbine zur Beheizung der Winderhitzer herbeigezogen werden
sollen, auch einen Luftvorwärmer vorzusehen. - Der verbleibende Mangel an Sauerstoff
in den Turbinenabgasen kann ferner dadurch kompensiert werden, daß die Gichtgase,
die in den Winderhitzern als Brennstoff dienen, auf eine Temperatur vorgewärmt werden,
die bedeutend höher liegt als diejenige, bei welcher sie üblicherweise aus den Hochöfen
anfallen. Zu diesem Zweck kann ein weiterer Teil der Turbinenabgase verwendet werden,
da solche ja in reichlicher Menge zur Verfügung stehen. Werden so die Vorteile,
die die Luft- und Gichtgasvorwärmung bieten, wahrgenommen, so gelingt es, in einem
Hüttenwerk die normal gebauten Winderhitzer mit Gichtgas unter Verwendung von Turbinenabgas
als Verbrennungsluft so zu heizen, daß bei etwa 15 bis 30°/0 kleinerem Wärmeverbrauch
die nötige Verbrennungstemperatur erreicht wird, was für ein Hüttenwerk einen großen
wirtschaftlichen Gewinn bedeutet.
-
Die Erfindung betrifft demnach eine mit offenem Treibmittelstrom arbeitende
sowie mit Gichtgas betriebene Gasturbinenanlage, deren Abgase zur Vorwärmung ihrer
eigenen Brenn- und Mischluft sowie des Gichtgasanteiles ausgenutzt werden, der in
den als normale Cowpers ausgebildeten Winderhitzern einer Hochofenanlage zur Verbrennung
gelangt, welchen der Hochofenwind durch ein von der Gasturbinenanlage unabhängiges
Windgebläse zugeführt wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Teil
der Turbinenabgase in an sich bekannter Weise als Sauerstoffträger zur Verbrennung
des in den Winderhitzern zur Verbrennung gelangenden Gichtgasanteiles ausgenutzt
wird und daß die Vorwärmung dieses Gichtgasanteiles so hoch getrieben wird, daß
allein der Sauerstoffgehalt der Abgase ausreicht, um die für die Erhitzung der Cowpers
notwendige Temperatur zu erreichen.
-
Die beschriebene Anlage, bei welcher in einem Hüttenwerk die Abwärme
der Abgase einer in einem offenen Prozeß und mit Gichtgas betriebenen Gasturbine
nicht nur zur Vorwärmung der in der Gasturbinenanlage benötigten Brenn- und Mischluft
und zur Vorwärmung der Gichtgase, die in den Cowpern verbrannt werden, ausgenutzt
wird, sondern zugleich auch noch ein Teil der Turbinenabgase zur Verbrennung der
Gichtgase in den Cowpern dient, bietet nicht nur den der Anlage als solcher zukommenden,
bereits erwähnten Vorteil großer Wirtschaftlichkeit. Es ist vielmehr auch von großem
Vorteil, daß eine in einem offenen Prozeß arbeitende und mit Gichtgas betriebene
Gasturbine, deren Abgaswärme in der beschriebenen Weise mehrfach ausgenutzt wird,
jederzeit in einem bereits bestehenden Hüttenwerk zur Verbesserung seiner Wärmewirtschaft
aufgestellt werden kann, ohne daß die Cowpers und Windgebläse irgendwie geändert
werden müssen. Die Wirtschaftlichkeit bereits bestehender Hüttenwerke kann also
durch die Aufstellung einer Gasturbinenanlage, bei Verwertung der Abwärme der Gasturbine
in der beschriebenen Weise, mit verhältnismäßig geringen Kosten wesentlich gesteigert
werden, ohne daß bestehende Anlageteile geopfert und kostspielige neue aufgestellt
werden müssen.
-
Die Zeichnungen zeigen beispielsweise zwei Ausführungsformen einer
erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage.
-
In Fig. i bedeutet i den Niederdruckverdichter einer zweistufigen
Gasturbinenanlage, der Frischluft aus der Atmosphäre ansaugt, 2 einen Zwischenkühler,
3 den Hochdruckverdichter, 4 den Luftvorwärmer der Gasturbinenanlage, in welchem
die Treibluft für die Gasturbinen 7 und io von einem Teil der Abgase der letztgenannten
Turbine vorgewärmt
wird, bevor sie in die Hochdruckbrennkammer
5 gelangt, deren Gichtgaszuleitung bei 6 angedeutet ist. Die Niederdruckbrennkammer
ist mit 8 bezeichnet, deren Gichtgaszuleitung mit 9. Bei i i ist ein Nutzleistungsgenerator
dargestellt, i2 sind Anfahrmotoren, und 13 ist ein Erreger.
-
Bei 14 wird ein Teil der Abgase der Gasturbinenanlage abgezweigt,
um in der Hochofenanlage verwendet zu werden, worin 15 einen Winderhitzer (Cowper),
16 ein Kamin und 17 einen Hochofen bezeichnet. In den Gichtgasvorwärmer 18 tritt
bei i9 Gichtgas ein, das über den Absperrschieber 20 dem Winderhitzer zugeführt
wird, wenn sich dieser in der Periode der Aufheizung befindet. Die nötige Verbrennungsluft,
als welche ein Teil der Abgase der Gasturbinenanlage verwendet wird, erhält der
Winderhitzer 15 über den Schieber 21, während dem Gichtgasvorwärmer 18 ein
anderer Teil der Turbinenabgase über den Schieber22 zuströmt. Die Verbrennungsgase
des Winderhitzers verlassen diesen über den Schieber 23 und gelangen in den Kamin
16, nachdem sie die Wärmespeichermasse des Winderhitzers aufgeheizt haben. Während
der Periode der Winderhitzung wird dem Cowper 15 die zu erhitzende Luft über den
Schieber 24 und die zugehörige Leitung zugeführt, und durch die Leitung mit dem
Schieber 25 gelangt sie in den Hochofen 17. Der bei 14 herrschende Überdruck genügt
hierbei vollständig, um alle Widerstände bis zum Kaminaustritt aus der Cowperanlage
zu decken.
-
In Fig. 2 sind die Maschinen und Apparate mit denselben Hinweisziffern
versehen wie in Fig. i, soweit sie mit den dort gezeigten übereinstimmen. Die Abgasteilmenge,
die in der Hochofenanlage als Verbrenungsluft im Winderhitzer und für die Vorwärmung
des in diesem zu verbrennenden Lichtgases verwendet wird, wird der Abgasleitung
der Gasturbinenanlage an der Abzweigstelle 14 entnommen, die hier dem Luftvorwärmer
14 nachgeschaltet ist; es wird also die gesamte Abgasmenge zuerst durch den Luftvorwärmer
geführt. Um den Druckabfall, den die Abgase im Luftvorwärmer erleiden, auszugleichen,
ist bei 26 ein Ventilator mit einem Antriebsmotor 27 angeordnet.