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Gasturbinenanlage mit Druckgaserzeuger Die Gasturbine hat in der Hauptsache
nur dann Aussicht, in großen Kraftzentralen zur Stromerzeugung herangezogen zu werden,
wenn es gelingt, Kohle als Brennstoffbasis zu benutzen. Als ein sehr vorteilhafter
Weg zum Erreichen dieses Zieles hat sich die Druckvergasung der Kohle erwiesen.
Das erzeugte Gas wird in den Brennkammern der Gasturbine verbrannt. Bei diesem Verfahren
hat man noch die Möglichkeit, die in der Kohle enthaltenen Wertstoffe, wie Teer,
l51 und Benzin, zu gewinnen. Bei der Druckvergasung werden die Abmessungen des Vergasers
wesentlich kleiner oder man erhält bei gegebener Größe des Vergasers eine größere
Gasmenge als bei einem atmosphärischen Vergaser. Man kann nun durch entsprechende
Wahl der Gaseintrittstemperatur in die Turbine durch Anordnung von Zwischenkühlungen
während der Verdichtung und von Zwischenverbrennungen während der Dehnung das günstigste
Druckverhältnis der Gasturbine dem Druck im Druckvergaser angleichen, so daß ein
besonderer Gasverdichter überflüssig wird.
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Als Vergasungsmittel werden beim Druckvergaser für Gasturbinen Luft
und Wasserdampf verwendet. Ein Teil des erforderlichen Wasserdampfes wird im Wassermantel
des Druckvergasers erzeugt. Der restliche Teil muß in einem besonderen Kessel erzeugt
werden, der z. B. von den Abgasen
der Gasturbine beaufschlagt oder
sonstwie beheizt wird. Die Abgase der Gasturbine werden allerdings zum Vorwärmen
der verdichteten Luft benötigt, um einen günstigen Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage
zu erhalten. Die Abzweigung von Abgaswärme zur Dampferzeugung bedeutet also einen
Verlust für die Gasturbine.
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Die Erfindung geht aus von einer Gasturbinenanlage mit Druckvergaser,
bei der mindestens eine Turbine für, hohe Gastemperaturen mit einem an sich bekannten
wassergekühlten Läufer ausgerüstet ist und der erzeugte Wasserdampf dem Druckvergaser
als Vergasungsmittel zugeführt wird.
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Es sind nun schon derartige Anlagen bekanntgeworden, bei denen der
in einem gekühlten Gasturbinenläufer erzeugte. Daripf, für , den Druckvergaser nutzbar
gemacht wird. Hierbei wird aber der Dampf der verdichteten Vergasungsluft, die ohne
vorherige Vorwärmung von einem Zusatzverdichter geliefert wird, vor Eintritt in
den Druckvergaser beigemischt.
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Das Dampf-Luft-Gemisch tritt dabei mit einer verhältnismäßig niedrigen
Temperatur in den Druckvergaser ein. Erwünscht ist jedoch eine möglichst hohe Temperatur.
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Es ist weiter eine Gasturbinenanlage mit Druckgaserzeuger bekannt,
bei der der aus dem Turbinenläufer austretende Wasserdampf - der für den Druckvergaser
bestimmten verdichteten, ohne vorheriges Vorwärmen von einem Zusatzverdichter gelieferten
Vergasungsluft vor deren Eintritt in den Druckvergaser beigemischt wird. Die Temperatur
des den Turbinenläufer verlassenden und dem Druckvergaser unmittelbar zugeführten
Dampfes ist dabei abhängig von der Belastung der Turbine.
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Nach der Erfindung wird nun der im Turbinenläufer erzeugte Dampf vor
seinem Eintritt in den Druckvergaser in einem von den - Abgasen der Niederdruckturbine
beaufschlagten Wärmeaustauscher überhitzt.
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Dadurch wird den bekannten-Anlagen gegenüber der wesentliche Vorteil
erzielt, daß die Temperatur des dem Druckvergaser zuzuführenden Dampfes bei jeder
Belastung der Anlage durch Nächüberhitzen des aus dem gekühlten Turbinenläufer austretenden
Dampfes auf einen für den Druckvergaser günstigen Wert gehalten werden kann, indem
entsprechend der geforderten Nachüberhitzung- Temperatur der Niederdruckabgäse durch
Regeln der Zwischenbrennkammerbeschickung geändert wird.
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Der Mehrverbrauch an Brennstoff in -der Zwischenbrennkammer verschlechtert
aber den Gesamtwirkungsgrad der Anlage nicht, da die zusätzliche Wärmeenergie durch
Aufheizen der Verbrennungsluft im Wärmeaustauscher zum -großen Teil wieder zurückgewonnen
wird.
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-- In Weiterbildung der Erfindung wird die Niederdruckgasturbine mit
einem gekühlten Läufer ausgerüstet. Bei der dann ermöglichten hohen Gaseintrittstemperatur
in diese Turbine besitzen die Abgase der Turbine noch eine hohe Temperatur, die
eine ausreichende Überhitzung des den Läufer verlassenden Dampfes vor dem Eintritt
in den Druckvergaser gewährleistet.
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Wenn der Dampfdruck im gekühlten Gasturbinenläufer höher ist als der
Druck im Druckvergaser, wird in Fortführung der Erfindung der Dampf vor seinem Eintritt
in den Überhitzer in eine Dampfturbine geleitet, in der er auf den für den Druckvergaser
erforderlichen Druck entspannt wird. Hierbei wird also das Druckgefälle zwischen
dem im gekühlten Gasturbinenläufer herrschenden Druck und dem Druck des Druckvergasers
zur Energieleistung herangezogen.
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Falls die Dampferzeugung in der oder den gekühltenGasturbinenläufern
den zusätzlichen Dampfbedarf der- Druckvergaser übersteigt, kann in Weiterbildung
der Erfindung bei dem dem Druckvergaser entsprechenden Druck eine Zwischendampfentnahme
vorgenommen werden, während der restliche Teil des Dampfes weiter expandiert und
gegebenenfalls in einem Kondensator niedergeschlagen wird.
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In der Zeichnung ist .eine erfindungsgemäße Anlage schematisch dargestellt.
Der Verdichter i saugt durch das Rohr 2 aus der Atmosphäre Luft an und drückt sie
über den Zwischenkühler 3 dem Verdichter 4 zu. Von hier wird die Luft über einen
zweiten Zwischenkühler 5 dem Verdichter 6 zugeleitet. Sie strömt dann über den Zwischenkühler
7 in den-Verdichter B. Die Hauptmenge der Luft wird durch den Wärmeaustauscher g
zur Brennkammer io geleitet. Ferner wird- durch- die Leitung ii Brenngas in die
Brennkammer io eingeleitet und verbrannt. Die erzeugten Verbrennungsgase beaufschlagen
die Turbine 12, die die beiden Verdickter 6 und 8 antreibt. Nach Verlassen der Turbine
12 treten die Verbrennungsgase mit durch die Entspannung verringertem Druck und
Temperatur in die Zwischenbrennkammer 13, wo sie durch zusätzliche Verbrennung von
Brenngas, das durch die Leitung 14 eingeführt wird, auf eine höhere Temperatur gebracht-werden.
Daraufhin beaufschlagen die Verbrennungsgase die Turbine 15, die die Verdichter
i und 4 antreibt. Die Verbrennungsgase werden anschließend in einer zweiten Zwischenbrennkammer
16, in der wiederum durch die Leitung 17 zugeführtes Brenngas verbrannt wird, in
ihrer Temperatur erhöht und beaufschlagen die Turbine 18, , die beispielsweise einen
elektrischen Stromerzeuger ig antreibt. Nach völliger Entspannung strömen die Abgase
durch die Leitung 2o zum Wärmeaustauscher g, den sie durch die ' Leitung 21 in die
Atmosphäre verlassen.
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Mit der Turbine 12 ist noch eine Dampfturbine 22 gekuppelt, die mit
dem im gekühlten Läufer der Turbine 12 erzeugten Dampf gespeist wird. Das Wasser
für die Läuferkühlung der Turbine 12 wird der hohlen Welle durch die Leitung 23
zugeführt. In der Turbine 22 wird der Dampf auf einen Druck, der um die Druckverluste
des Druckvergasers und Überhitzers höher ist als der Druck des erzeugten Brenngases,
entspannt und gelangt durch die Leitung 24 zu dem vor dem-Wärmeaustauscherg
angeordneten
Überhitzer 25 und von hier durch die Leitung 26 zum Druckvergaser 27. Die Turbine
1a treibt noch einen kleinen Verdichter 28 an, dem ein Teil der vom Verdichter 8
geförderten. Luft durch die Leitung 29 zugeleitet wird. Die weiterverdichtete Luft
gelangt als Vergasungsmittel durch die Leitung 30 in den Druckvergaser 27.
Das im Druckvergaser erzeugte Brenngas wird durch die Leitung 31 auf die drei Zuführungsleitungen
z 1, 14 und 17 der Brennkammern io, 13 und 16 verteilt. Das Kühlwasser für die Zwischenkühler
3, 5 und 7 wird durch die Leitungen 33, 34 und 35 der Hauptkühlwasserleitung 32
entnommen und durch die Leitungen 36, 37 und 38 der Hauptabflußleitung 39 zugeführt.