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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 26. März 1953 Bekanntgemacht am 2. Februar 1956Registration date: March 26, 1953 Advertised on February 2, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß die bereits mehrfach erfolgreich ausgeführte Heißluftturbine mit geschlossenem Kreislauf für eine Verwendung in Hüttenwerksbetrieben an sich sehr geeignet . ist, weil die zugehörigen Lufterhitzer keine besonderen Ansprüche an die Reinheit des dort im allgemeinen reichlich anfallenden und bisher vielfach nur teilweise, zuweilen sogar überhaupt nicht verwerteten Gichtgase stellen. Jedenfalls ist die verfügbare Gichtgasmenge normalerweise so groß, daß eine diesen Treibstoff ausnutzende Kraftmaschine nicht nur zur Winderzeugung, sondern außerdem zum Antrieb eines auf das elektrische Netz arbeitenden Generators dienen kann.The invention is based on the fact that the hot air turbine, which has already been successfully executed several times, with a closed circuit for use in metallurgical plants per se suitable . is because the associated air heater does not have any special requirements for the purity of the there are generally abundant and so far often only partially, sometimes even at all put unused blast furnace gases. In any case, the amount of blast furnace gas available is normally so big that a prime mover using this fuel is not only used to generate wind, but also to drive a generator working on the electrical network can serve.

Es ist ein dahingehender, noch nicht zum Stande der Technik gehörender Vorschlag gemacht worden, der sich auf eine Heißluftturbinenanlage mit geschlossenem oder offenem Kreislauf in Einwellenbauart bezieht, wobei ein Stromerzeuger und ein Hochofengebläse von der Turbine gemeinsam mit konstanter Drehzahl angetrieben werden. Bei dieser Anlage ist der Generator zwischen der Turbine und dem Gebläse angeordnet, so daß er zwar wahlweise nur mit der Turbine oder — als Motor geschaltet und dann selbst als AntriebsmaschineA proposal has been made to this effect, which does not yet belong to the state of the art, which is based on a hot air turbine system with closed or open circuit in single shaft design refers, with a power generator and a blast furnace fan from the turbine together with be driven at a constant speed. In this system, the generator is between the turbine and the fan arranged so that it can be switched only with the turbine or - as a motor and then even as a prime mover

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dienend — nur mit dem Gebläse gekuppelt sein · kann. Die Ausnutzung der Antriebsleistung der Turbine nur für das Gebläse ist jedoch dabei nicht möglich. Auch kann die Fördermenge des Gebläses wegen der konstanten Drehzahl dem jeweiligen Bedarf nur durch besondere Einrichtungen, wie Saugdrosselung oder verstellbare Schaufeln, angepaßt werden.serving - can only be coupled to the fan. The utilization of the drive power of the However, it is not possible to use a turbine only for the fan. The flow rate of the fan can also be Due to the constant speed, the respective demand can only be met by special devices such as suction throttling or adjustable blades.

Man ist nun darüber hinaus bestrebt, für Heißluftturbinenanlagen,. speziell mit geschlossenem Kreislauf, zur gleichzeitigen Wind- und Stromerzeugung eine Schaltung zu schaffen, bei der sowohl das Hochofengebläse den jeweiligen Betriebsverhältnissen hinsichtlich Förderdruck und Fördermenge angepaßt, als auch das Gichtgas immer vollständig und wirtschaftlich - in bestmöglicher Weise ausgenutzt werden kann. Dabei soll die Nutzleistung der Turbinenanlage in erster Linie zur Winderzeugung dienen, während die Stromerzeugung nur als zusätzlich zu betrachten und nicht unbedingt erforderlich ist, falls die dargebotene Gichtgasmenge dafür nicht ausreicht.Efforts are now also being made for hot air turbine systems. especially with a closed circuit, for the simultaneous generation of wind and electricity to create a circuit in which both the blast furnace fan and the respective operating conditions adjusted in terms of delivery pressure and delivery rate, as well as the top gas always complete and economical - in the best possible way Way can be exploited. The useful output of the turbine system is primarily intended to be Line serve to generate wind, while electricity generation is only to be regarded as an additional and is not absolutely necessary if the amount of gas provided is not sufficient for this.

In diesem Sinne bezieht sich die. Erfindung auf eine Heißluftturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf in. Zweiwellenbauart, wobei die Hochdruckturbine mit konstanter Drehzahl zum Antrieb des oder der Kreislauf verdichter und eines Generators, die Niederdruckturbine mit veränderlicher Drehzahl zum Antrieb eines Hochofengebläses od. dgl. dient. Auch ein solcher Vorschlag ist bereits gemacht worden; die betreffende bekannte Ausführung eignet sich ohne weiteres unter der Voraussetzung, daß das Gichtgas od. dgl. in beliebiger, also entsprechend dem jeweiligen Leistungsbedarf des Gebläses größerer oder geringerer Menge entnommen werden kann. Es ergeben sich dagegen gewisse Schwierigkeiten, wenn eine vorwiegend konstante Brennstoffmenge, z. B. in Form von Gichtgas, verbraucht werden muß, wie es praktisch vielfach vorkommt. Dann ist bei einer unveränderbaren Hintereinanderschaltung der Hochdruckturbine und der Niederdruckturbine eine vollständige Ausnutzung der Gasmenge ohne Abfackeln oder Abblasen nur bei Höchstlast des Gebläses möglich.In this sense, the. Invention on a hot air turbine system with closed Circuit in. Zweiwellebauart, whereby the high pressure turbine with constant speed to drive the circuit compressor (s) and a generator, the variable-speed low-pressure turbine to drive a blast furnace fan or the like. Such a proposal has already been made; the known Execution is suitable without further ado provided that the furnace gas or the like in any, thus greater or lesser depending on the respective power requirement of the fan Quantity can be taken. On the other hand, there are certain difficulties if one predominantly constant amount of fuel, e.g. B. in the form of furnace gas, must be consumed as it is practical occurs many times. Then there is an unchangeable series connection of the high-pressure turbine and the low pressure turbine fully utilizes the amount of gas without flaring or blowing off is only possible when the blower is at maximum load.

Um nun auch die zuletzt erwähnten Verhältnisse zu berücksichtigen, muß dafür gesorgt werden, daß das gegenseitige Leistungsverhältnis der beiden, auf getrennten Wellen angeordneten Turbinen verändert werden kann. Ein geeignetes Mittel zu diesem Zweck sind Umgehungsleitungen, die an sich bekannt und auch bei einer derartigen Turbinenanlage schon angewendet worden sind. Dabei hat man aber die Hochdruckturbine nur mit einem Kreislaufverdichter gekuppelt und nur die Niederdruckturbine mit einem Nutzleistungsempfänger, z. B. einem Hochofengebläse, gekuppelt. Auch in diesem Fall kann also trotz der Schaltungsmöglichkeiten zwischen den beiden Turbinen eine bestimmte, normalerweise konstante Brennstoffmenge nicht immer vollständig und mit bestem Wirkungsgrad in der Turbinenanlage verwertet werden, weil der erforderliche Leistungsanteil der Hochdruckturbine von Verhältnissen innerhalb der Anlage abhängig ist, während der erforderliche Leistungsanteil der Niederdruckturbine von Verhältnissen außerhalb der Anlage abhängig ist.In order to take into account the last-mentioned conditions, it must be ensured that the mutual power ratio of the two turbines, which are arranged on separate shafts, changes can be. A suitable means for this purpose are bypass lines that are connected to are known and have already been used in such a turbine system. Included but the high-pressure turbine has only been coupled to a circulation compressor and only the low-pressure turbine with a utility receiver, e.g. B. a blast furnace fan, coupled. Also in In this case, despite the switching options between the two turbines, a certain, normally constant amount of fuel not always complete and with the best efficiency can be recycled in the turbine system because the required power share of the high-pressure turbine depends on the conditions within the system, while the required performance share the low-pressure turbine is dependent on conditions outside the plant.

Die Erfindung geht deshalb zur Lösung der ge- : stellten Aufgabe in der Ausbildung einer solchen Zweiwellen-Heißluftturbinenanlage mit konstanter Drehzahl der Hochdruckturbine und veränderlicher Drehzahl der Niederdruckturbine noch einen Schritt weiter; sie besteht in der Kombination folgender Merkmale:The invention is therefore aimed at solving the problem posed in the formation of such a Two-shaft hot air turbine system with constant speed of the high pressure turbine and variable Speed of the low pressure turbine one step further; it consists of a combination of the following Features:

a) Hoch- und Niederdruckturbine sind mit Umgehungsleitungen versehen,a) high and low pressure turbines are provided with bypass lines,

b) die Hochdruckturbine treibt außer dem oder den Kreislauf Verdichtern noch, einen elektrischen Generator an, und die Niederdruckturbine treibt ein Gebläse, z. B. für Hochöfen, Stahlwerke od. dgl., an.b) the high-pressure turbine drives an electric one in addition to the compressor or the circuit Generator on, and the low pressure turbine drives a fan, e.g. B. for blast furnaces, steel mills or the like.

Zweckmäßig sind die Umgehungsleitungen der beiden Turbinen so bemessen und werden in ihren Durchtrittsquerschnitten so geregelt, daß bei Anfall einer verhältnismäßig geringen Gichtgasmenge mindestens die Winderzeugung möglich ist. Die Umgehungsleitung der Hochdruckturbine kann ferner zulaufseitig vor dem Lufterhitzer, nach demselben oder auch unmittelbar an denselben angeschlossen sein; das in ihr angeordnete Regelorgan ist gegebenenfalls in an sich bekannter Weise mit einem Kühlmantel oder einem vorgeschalteten Kühler zu versehen.The bypass lines of the two turbines are expediently dimensioned and are in their Passage cross-sections regulated so that when a relatively small amount of blast furnace gas occurs at least the wind generation is possible. The bypass line of the high pressure turbine can furthermore, on the inlet side upstream of the air heater, after it or also directly connected to it being; the regulating element arranged in it is optionally with in a manner known per se to be provided with a cooling jacket or an upstream cooler.

Nähere Einzelheiten der Erfindung und der mit dieser erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in welcher mehrere Entwicklungsstufen an Hand entsprechender sehe-, matischer bzw. diagrammartiger Darstellungen in der Zeichnung als Ausführungsbeispiele baulich und wirkungsmäßig erläutert sind. Es zeigtFurther details of the invention and the advantages achieved with it emerge from the following Description in which several stages of development can be seen on the basis of appropriate, matic or diagrammatic representations in the drawing as exemplary embodiments structurally and are effectively explained. It shows

Abb. ι eine einzelne Heißluftturbine mit den üblichen Einrichtungen für den geschlossenen Kreislauf als Antriebsaggregat für ein Gebläse und einen Generator,Fig. Ι a single hot air turbine with the usual facilities for the closed circuit as a drive unit for a blower and a generator,

, Abb. 2 eine im Prinzip gleichartige Anlage mit zwei auf getrennten Wellen angeordneten, hintereinandergeschalteten Turbinen,, Fig. 2 a system of the same type in principle with two one behind the other arranged on separate shafts Turbines,

Abb. 3 eine der vorhergehenden entsprechende Anlage mit zusätzlichen Regeleinrichtungen gemäß der Erfindung, .Fig. 3 shows a system corresponding to the previous one with additional control devices according to the invention, .

Abb. 4 ein Schaubild für das Verhältnis der Leistungsabgabe der Hochdruckturbine zur Leistungsaufnahme der zugehörigen Kreislaufverdichter, bezogen auf eine bestimmte umlaufende Arbeitsmittelmenge in Abhängigkeit vom Gesamtdruckgefälle der Anlage,Fig. 4 is a graph showing the relationship between the power output of the high-pressure turbine and the power consumption the associated circulation compressor, based on a certain amount of working fluid in circulation depending on the total pressure gradient of the system,

Abb. 5 den Verlauf der Verdichterkennlinie bei konstanter Drehzahl,Fig. 5 shows the course of the compressor characteristic at constant speed,

Abb. 6 den Einfluß von Änderungen des Gesamtdruckgefälles auf den Wirkungsgrad einer mit ihrem normalen Betriebspunkt für den maximalen Wirkungsgrad ausgelegten Anlage.Fig. 6 shows the influence of changes in the total pressure drop on the efficiency of a with system designed for maximum efficiency at its normal operating point.

Bei. der Anlage gemäß Abb. 1 ist eine Heißluftturbine T gleichachsig auf einer gemeinsamen Welle einerseits mit den beiden zur Wiederverdichtung des aus der Turbine austretenden, Umlaufenden Ar-At. of the system according to Fig. 1, a hot air turbine T is coaxially on a common shaft on the one hand with the two for recompression of the circulating ar-

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beitsmittels dienenden Verdichter NV und HV, andererseits mit einem Hochofengebläse H unmittelbar gekuppelt. Außerdem wird von der gleichen Turbine über ein hinter dem Gebläse angeordnetes Zahnradgetriebe Z noch ein elektrischer Generator G angetrieben. Zu der Turbinenanlage gehören ferner in der für eine solche Anlage üblichen Weise ein der Turbine vorgeschalteter Lufterhitzer LE, ein einerseits dem Lufterhitzer vorgeschalteter, andererseits der Turbine nachgeschalteter Wärmeaustauscher WA sowie zwei Kühler, von denen der eine als Vorkühler VK in der Zuleitung des Niederdruckverdichters und der andere als Zwischenkühler ZK in der Übertrittsleitung vom Niederdruck- zum Hochdruckverdichter angeordnet ist.by means of compressors NV and HV, on the other hand directly coupled to a blast furnace fan H. In addition, an electric generator G is driven by the same turbine via a gear transmission Z arranged behind the fan. The turbine system also includes, in the manner customary for such a system, an air heater LE upstream of the turbine, a heat exchanger WA upstream of the air heater on the one hand and WA downstream of the turbine on the other hand, and two coolers, one of which is a pre-cooler VK in the feed line of the low-pressure compressor and the other other than intercooler ZK is arranged in the transfer line from the low-pressure to the high-pressure compressor.

Bei dieser Anlage laufen die Turbinenwelle und dementsprechend auch die Generatorwelle wegen der erforderlichen Gleichhaltung der Netzfrequenz mit konstanten Drehzahlen. Die Leistungsregelung erfolgt in der für einen solchen geschlossenen Kreislauf üblichen Weise durch Entnahme bzw. Zufuhr von Arbeitsmittel an einer beliebigen Stelle, vorzugsweise aber im Hochdruckbereich. Dadurch ändern sich die Absolutdrücke im Kreislauf, während das Verhältnis zwischen dem höchsten Druck P₁ unmittelbar hinter dem Hochdruckverdichter HV und dem niedrigsten Druck P₂ unmittelbar vor dem Niederdruckverdichter NV konstant bleibt (sogenannteDruckpegelregelung). Bei gleichbleibender Gichtgasmenge, die im Lufterhitzer verbrannt wird und dadurch die als Kreislaufarbeitsmittel verwendete Luft nach vorhergehender Verdichtung und Vorwärmung weiter bis auf die zur Wiederverwendung in der Turbine erforderliche Temperatur bringt, bleibt auch die gesamte Nutzleistung der Turbine konstant, die teils vom Gebläse und teils vom Generator aufgenommen wird. Wenn also die Leistungsaufnahme des Gebläses infolge der jeweils vorliegenden Betriebsverhältnisse schwankt, so ändert sich entsprechend in umgekehrten Sinne auch die Leistungsaufnahme des Generators.In this system, the turbine shaft and, accordingly, the generator shaft run at constant speeds because of the need to keep the mains frequency constant. The power regulation takes place in the usual manner for such a closed circuit by withdrawing or supplying working medium at any point, but preferably in the high pressure range. As a result, the absolute pressures in the circuit change, while the ratio between the highest pressure P ₁ immediately after the high-pressure compressor HV and the lowest pressure P ₂ immediately before the low-pressure compressor NV remains constant (so-called pressure level control). With the same amount of blast furnace gas, which is burned in the air heater and thus brings the air used as circulatory working fluid to the temperature required for reuse in the turbine after previous compression and preheating, the total useful output of the turbine remains constant, partly from the fan and partly from the Generator is included. So if the power consumption of the blower fluctuates as a result of the prevailing operating conditions, the power consumption of the generator changes accordingly in the opposite direction.

Der Betrieb des Hochofengebläses mit konstanter, für die Höchstlast zu ;bemessender Drehzahl ist nun aber unwirtschaftlich, wenn, wie es in der ■ Praxis der Fall ist, Winddruck oder/und Windmenge geändert werden müssen. Sowohl für den Normalpunkt als auch für alle noch mehr unterhalb der Höchstlast liegenden Teillastpunkte muß dann' nämlich das Gebläse entweder mit saugseitiger Drosselung oder mit druckseitiger Abblasung arbeiten; beides stellt einen Verlust dar. Außerdem ist nur eine sehr geringe Reserve für ausnahmsweise, z. B. beim sogenannten Hängen eines Hochofens, aufzubringende weitere Drucksteigerungen vorhanden, da man, um die Verluste in Grenzen zu halten, bestrebt sein wird, den Höchstlastpunkt nicht viel vom Normalpunkt weg-The operation of the blast furnace fan with constant, for the maximum load; the rated speed is now uneconomical if, as in the ■ In practice, the wind pressure and / or the amount of wind must be changed. Both for the Normal point as well as for all partial load points even more below the maximum load then 'namely the fan either with suction-side throttling or with pressure-side blow-off work; both represent a loss. In addition, there is only a very small reserve for exceptionally, e.g. B. when so-called hanging a blast furnace, additional pressure increases to be applied present, since one will strive to keep the losses within limits, the Maximum load point not much away from the normal point

zulegen. " .gain. ".

■ Die vorerwähnten Mängel werden unter gewissen Voraussetzungen mit der aus Abb. 2 ersichtlichen Anlage vermieden. In diesem Fall besteht die Antriebsmaschinenanlage aus zwei hintereinandergeschalteten, aber auf getrennten Wellen angeordneten Heißluftturbinen, von denen die Hochdruckturbine HT auf der einen Seite wieder die beiden Kreisl^ufverdichter NV und HV, auf der anderen Seite aber nur den Generator G antreibt, während das Hochofengebläse H an die Niederdruckturbine NT gekuppelt ist. Lufterhitzer LE, Wärmeaustauscher WA sowie die beiden Kühler VK und ZK sind entsprechend angeordnet wie bei der ersten Ausführung.■ The above-mentioned deficiencies are avoided under certain conditions with the attachment shown in Fig. 2. In this case, the drive machine system consists of two hot air turbines connected in series but arranged on separate shafts, of which the high pressure turbine HT drives the two rotary compressors NV and HV on one side, but only drives the generator G on the other side, while the blast furnace fan H is coupled to the low pressure turbine NT. Air heater LE, heat exchanger WA and the two coolers VK and ZK are arranged in the same way as in the first version.

Im übrigen ist bezüglich der Ausführung nach Abb. 2 noch folgendes zu sagen: Der Druckpegel des geschlossenen Kreislaufes wird nach dem Leistungsbedarf des Hochofengebläses reguliert. Proportional diesem Leistungsbedarf wird das einen geschlossenen Kreislauf ausführende Arbeitsmittelgewicht verändert. Da die Kreislaufverdichtergruppe mit konstanter Drehzahl umläuft und die Volumen am Verdichtereintritt konstant sind (es werden keine Querschnittsveränderungen im Kreislauf vorgenommen), arbeitet die Anlage mit praktisch konstantem Gesamtdruckverhältnis. Die Gefalle von Hochdruck- und Niederdruckturbine werden aufgeteilt nach der Auslegungsleistung des Hochofengebläses und einer bestimmten Generatorleistung. Dieses Leistungsverhältnis bleibt auch bestehen, wenn der Druckpegel bzw. das umlaufende Arbeitsmittelgewicht im Zuge der Regelung des Hochofengebläses verändert wird. Die zu verbrennende Gichtgasmenge ist also unmittelbar eine Funktion der geforderten Hochofenleistting. .In addition, the following is to be said with regard to the design according to Fig. 2: The pressure level of the closed circuit is regulated according to the power requirement of the blast furnace fan. The weight of the work equipment executing a closed cycle is proportional to this power requirement changes. Since the cycle compressor group rotates at constant speed and the Volume at the compressor inlet are constant (there are no changes in cross-section in the circuit made), the system works with a practically constant total pressure ratio. The favor of high pressure and low pressure turbine are divided according to the design performance of the Blast furnace fan and a certain generator output. This performance ratio also remains, if the pressure level or the circulating work equipment weight in the course of regulating the Blast furnace fan is changed. The amount of blast furnace gas to be burned is therefore immediately one Function of the required furnace performance. .

Kann das Gichtgas in beliebiger Menge einem Rohrnetz entnommen werden, dann arbeitet diese Art der Zweiwellenanordnung ohne die Drossel- bzw. Abblasverluste der oben beschriebenen Einwellenanordnung. Ist die abzunehmende Gichtgasmenge aber konstant, dann kann sie nur bei Höchst^ last des Hochofengebläses voll ausgenutzt werden. Bei allen Teillasten und auch bei Normallast des Gebläses besteht ein mehr oder weniger großer, nicht verwertbarer Gasüberschuß, der z. B. abgefackelt werden muß. Das bei der Einwellenanordnung geschilderte Wechselspiel zwischen Gebläse- und Generatorleistung, das eine konstante Gichtgasmenge zu verarbeiten gestattet, besteht hier nämlich nicht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß infolge der festen Koppelung der Antriebsleistungen für den Generator und das Gebläse eine gering anfallende Gichtgäsmenge nicht ausschließlich zur Winderzeugung verwendet werden kann.If the furnace gas can be taken from a pipe network in any amount, then this works Type of two-shaft arrangement without the throttle or blow-off losses of the single-shaft arrangement described above. But if the amount of blast furnace gas to be decreased is constant, it can only be reached at maximum ^ load of the blast furnace fan can be fully utilized. With all partial loads and also with normal load of the Fan is a more or less large, unusable excess gas that z. B. flared must become. The interplay between the blower and and generator power, which allows a constant amount of blast furnace gas to be processed, exists here namely not. Another disadvantage is that due to the fixed coupling of the drive power for the generator and the fan The small amount of gout gas cannot be used exclusively to generate wind.

Wenn die Generatorleistung niedriger als die Gebläseleistung ist, was jedoch nur selten zutrifft, kann man sich allerdings dadurch helfen, daß man den Generator unter Verzicht auf seine Leistung von der Hochdruckturbine abschaltet. Die letztere stellt sich dann auf eine entsprechend höhere Drehzahl ein, bei der die Leistungsaufnahme der Kreislaufverdichter'gleich der gesamten Leistungsabgabe der Hochdruckturbine ist. Dabei ergibt sich ein neues, aber wieder festes Druckverhältnis, das nicht weit vom Auslegungsdruckverhältnis liegen wird, da die Verdichterleistung verhältnismäßig schnellWhen the generator output is lower than the fan output is, which is seldom the case, however, one can help oneself by switches off the generator while relinquishing its power from the high-pressure turbine. The latter then adjusts to a correspondingly higher speed at which the power consumption of the circulation compressors is the same of the total power output of the high pressure turbine. This results in a new, but again fixed pressure ratio, which will not be far from the design pressure ratio, because the compressor capacity is relatively fast

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ansteigt. Diese Zusammenhänge sind in Abb. 4 veranschaulicht. Auf der Ordinate ist die Leistung je Gewichtseinheit umlaufendes Arbeitsmittel N/G für Hoehdruckturbine und Verdichter aufgetragen. Man sieht, daß mit sich änderndem Gesamtdruckverhältnis P₁ZP₂ der Anlage die Verdichterleistung V stärker anwächst bzw. fällt als die Leistung HT der Hoehdruckturbine und unterhalb eines bestimmten Druckverhältnisses die Hochdruckturbine mehr Leistung abgibt, als die Verdichter in Anspruch nehmen. Im einen Falle wird die Hoehdruckturbine verzögert, im anderen Falle wird sie beschleunigt. Bei allen Belastungsyerhältnissen der Niederdruckturbine stellt sich demnach das gleiche feste Gesamtdruckverhältnis und eine bestimmte Drehzahl der Hoehdruckturbine ein.increases. These relationships are illustrated in Fig. 4. On the ordinate, the power per unit weight of circulating working fluid N / G for high-pressure turbine and compressor is plotted. It can be seen that as the overall pressure ratio P ₁ ZP _{2 of} the system changes, the compressor output V increases or decreases more than the output HT of the high-pressure turbine and, below a certain pressure ratio, the high-pressure turbine delivers more output than the compressors require. In one case the high pressure turbine is decelerated, in the other case it is accelerated. With all load ratios of the low-pressure turbine, the same fixed total pressure ratio and a certain speed of the high-pressure turbine are established.

Da nach vorstehendem auch die Ausführung gemäß Abb. 2 trotz verschiedener Vorteile gegenüber der zuerst behandelten Einwellenbauart noch nicht in jeder Hinsicht zufriedenstellt, geht die Erfindung mit der Ausführung gemäß Abb. 3 noch einen Schritt weiter. Hier sind im Vergleich zu der sonst übereinstimmenden anderen Anlage in Zweiwellenbauart zusätzlich noch für beide Turbinen Umgehungsleitungen α 'bzw. b vorgesehen, die ein in Abhängigkeit von dem jeweiligen Druckzustand in der Förderleitung des , Hochofengebläses ζ. Β., mittels Öldrucksteuerung betätigtes Ventil od. dgl. enthalten und damit eine sogenannte, in anderem Zusammenhang an sich bekannte Bypaß regelung ermöglichen. Für die Hoehdruckturbine HT können an Stelle oder gemeinsam mit der Leitung α die oder eine der entsprechenden Leitungen a' bzw. a" vorgesehen sein, so daß die regelbare Anzapfung der Zuleitung dieser Turbine, gegebenenfalls wahlweise, hinter, in oder vor dem Lufterhitzer LE erfolgt.Since, according to the above, the embodiment according to FIG. 2 is not yet satisfactory in all respects despite various advantages compared to the single-shaft design discussed first, the invention goes one step further with the embodiment according to FIG. 3. In comparison to the other two-shaft system, which is otherwise identical, there are additional bypass lines α 'and for both turbines. b provided, which is a function of the respective pressure state in the delivery line of the , blast furnace fan ζ. Β., Or by means of an oil pressure control operated valve. For the high-pressure turbine HT , instead of or together with the line α, the or one of the corresponding lines a ' or a "can be provided so that the controllable tapping of the supply line of this turbine takes place, optionally, behind, in or in front of the air heater LE .

Bei Normalbelastung des Hochofengebläses arbeitet die Anlage nach Abb. 3 ohne Inanspruchnähme eines Bypasses; sie läuft dann mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad, was bei der Einwellenanordnung nach Abb. 1 in diesem am häufigsten vorkommenden Betriebspunkt nicht der Fall ist. Da die aufzunehmenden Leistungen eines Hochofengebläses einerseits bei Höchstlast und andererseits bei Tiefstlast nicht stark vom Normalpunkt abweichen, können diese Zustände ohne nennenswerten Wirkungsgradabfall im Bypaßbetrieb bewältigt werden. Fällt die Leistung des Hochofengebläses unter die Normälleistung, dann öffnet der Bypaß b; steigt die Leistung des Hochofengebläses über die Normalleistung, dann öffnet der Bypaß a. Da eine Veränderung der Querschnitte andere Drosselkurveri der Turbinen bedingt, die Drehzahl derWith normal load of the blast furnace fan, the system works according to Fig. 3 without the use of a bypass; it then runs with the best possible efficiency, which is not the case with the single-shaft arrangement according to Fig. 1 at this most frequently occurring operating point. Since the power to be absorbed by a blast furnace fan on the one hand at maximum load and on the other hand not significantly deviating from the normal point at maximum load, these states can be managed in bypass operation without a noticeable drop in efficiency. If the output of the blast furnace fan falls below the normal output, then the bypass opens b ; If the output of the blast furnace fan rises above the normal output, the bypass a opens. Since a change in the cross-sections causes different throttle curves of the turbines, the speed of the

Hoehdruckturbine aber infolge der Netzfrequenz konstant bleibt, so ändert sich das Gesamtdruckverhältnis in der Anlage geringfügig. Diese Zusammenhänge sind in dem Diagramm nach Abb. 5 veranschaulicht, in welchem als Ordinate das jeweilige Gesamtdruckverhältnis PJP₂ der Anlage und als Abszisse das umlaufende Arbeitsmittelvolumen V aufgetragen ist. Für den Normalpunkt einerseits und die Bypaßregelung der Hochdruckbzw, der Niederdruckturbine andererseits ergeben sich verschiedene Drosselkurven des Kreislaufs, welche die Kennlinie der Kreislaufverdichter für die an die Netzfrequenz gebundene konstante Drehzahl in den Punkten N, α und b schneiden. Legt man nun nach Abb. 6 den Normalpunkt N in den Bestpunkt der vom Druckverhältnis abhängigen Wirkungsgradlinie, dann ändert sich der Wirkungsgrad auch bei Bypaßbetrieb nur ganz unwesentlich, wie dort die entsprechenden Regelpunkte α bzw. b erkennen lassen.If the high-pressure turbine remains constant as a result of the mains frequency, the overall pressure ratio in the system changes slightly. These relationships are illustrated in the diagram according to FIG. 5, in which the respective total pressure ratio _{PJP 2 of} the system is plotted as the ordinate and the circulating working fluid volume V is plotted as the abscissa. For the normal point on the one hand and the bypass control of the high pressure or low pressure turbine on the other hand, there are different throttle curves of the circuit, which intersect the characteristic curve of the circuit compressor for the constant speed linked to the mains frequency at points N, α and b. If, as shown in Fig. 6, the normal point N is placed in the best point of the efficiency line, which is dependent on the pressure ratio, then the efficiency changes only insignificantly even in bypass operation, as can be seen there from the corresponding control points α and b .

/ Die zuletzt vorgeschlagene Art der Regulierung erlaubt also, eine konstant dargebotene Gichtgasmenge bei veränderlicher Windmenge und veränderlichem Winddruck in wirtschaftlich bestmöglicher Weise auszunutzen, indem die Summe von Gebläseleistung und Generatorleistung praktisch konstant ist. Außerdem bewirkt der Bypaßbetrieb das sofortige Anpassen an die LeisJ:-ungsschwankurigen des Hochofengebläses und eine beliebige Aufteilung von Generator- und Gebläseleistung. Bei einer im Hüttenbetrieb durch anderweitige Gasbedarfsspitzen zeitweilig verursachten verringerten Gichtgasanfall für die Heißluftturbinenanlage kann der Bypaßbetrieb so eingestellt werden, daß die verfügbare Gichtgasmenge dann ganz oder nahezu ausschließlich zur Winderzeugung heran- g₀ gezogen wird./ The last proposed type of regulation therefore allows a constant amount of blast furnace gas to be used in the best possible way economically with a variable amount of wind and variable wind pressure, in that the sum of fan power and generator power is practically constant. In addition, the bypass operation causes an immediate adjustment to the fluctuations in the power output of the blast furnace fan and any division of generator and fan power. In a temporarily caused in iron and steel works by other gas demand peaks reduced blast furnace gas attack for the hot air turbine installation of the bypass operation can be set so that the available amount of blast furnace gas is then completely or almost exclusively zoom in to wind generating pulled g _0th

Der Erfindungsgedanke läßt sich unter ähnlichen Voraussetzungen grundsätzlich auch dann anwenden, wenn die betreffende Heißlüftturbinenanlage mit einem anderen Brennstoff als Gichtgas gg betrieben wird und die Nutzleistung. der Hochdruck-, bzw. der Niederdruckturbine an andersartige Maschinen als einen Generator und ein Hochofengebläse abgegeben wird.Under similar conditions, the idea of the invention can in principle also be applied if if the hot air turbine system in question uses a fuel other than furnace gas gg is operated and the useful power. the high pressure, or the low-pressure turbine to machines other than a generator and a Blast furnace fan is released.

Claims

PATENT CLAIMS:

τ. Hot air turbine plant with a closed circuit inZweiwellenbauart, in particular for steelworks, wherein the Hoehdruckturbine constant speed serves compressor for driving the or the circuit is operated .the low-pressure turbine with variable speed and a predominantly constant fuel n ₀ flock, z. B. in the form of furnace gas, which is to be completely recycled in the system without blowing or flaring, characterized by the combination of the following features:

ä) High pressure turbine (HT) and low pressure turbine (NT) are provided with bypass lines (a and b) ,

b) the high-pressure turbine drives, in addition to the cycle compressor or compressors (HV, NV) , an electrical generator (G), and the low-pressure turbine drives a fan (H), e.g. B. od for blast furnaces, steelworks.

2. Turbine system according to claim 2, characterized in that the bypass lines of the two turbines are sized and in

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their passage cross-sections are regulated so that when a proportionately With a small amount of blast furnace gas, at least the wind generation is possible.

3. Turbine system according to claim 1, characterized in that the bypass line of the High-pressure turbine on the inlet side before the air heater (L-E), after the same or on the same connected.

4. Turbine system according to claim 1, characterized in that one in the bypass line the high-pressure tufbine arranged, automatically controlled regulating element in a per se known Way is provided with a cooling jacket or an upstream cooler.

Referred publications:
German patent specifications No. 846 186, 676 920.

1 sheet of drawings