DEP0051245DA - Mit aus festem Brennstoff erzeugtem Treibgas betriebene Wärmekraftanlage. - Google Patents

Description

PA.228686-2io.liB

Aktiengesellschaft Brown₉ Boveri & Gie., BADES (Schweiz)

Mit aus festem Brennstoff erzeugtem Treibgas betriebene

Wärmekraftanlage.

Gasturbinen werden bis jetzt nur mit dus flüssigen und gasförmigen Brennstoffen erzeugten Treibgasen betrieben. Da aber der Brennstoff auf der Erde hauptsächlich in i'orm von Kohle vorkommt, wird versucht, die Gasturbine auch für den Betrieb mit aus Kohle gewonnenen Verbrennungsgasen zu entwickeln. Bei Verwendung von Kohlenstaubbrennern leidet die Gasturbine unter Erosion durch Asche, weil es sehr schwierig ist, den feinen Staub aus den durch die Turbine strömenden grossen Gasmengen von hoher Temperatur zu entfernen* Ausserdem ist eine solche Staubabscheidung nicht ohne erhebliche Druck— und Värkungegradverluste durchzuführen. Es wur'de daher bereits vorgeschlagen, die Kohle in einem Gaserzeuger unter Druck zu vergasen, wobei die Asche bis auf kleine Beste aus dem Gaserzeuger in fester oder geschmolzener Form entfernt werden könnte= Das erzeugte Gas sollte hierauf mit

Druckluft j die von einem Kompressor geliefert wird, in einem Brennraum verbrannt und das Verbrennungsgas sollte mit so viel Mischluft gekühlt werden, dass die Treibgastemperatur den durch die verfügbaren Baumaterialien bedingten Höchstwert nicht überschreiten würde. Die dieser als zulässig erachteten Höchsttemperatur unterworfenen Bauteile würden etwa bis zu dunkler Rotglut erhitzt.

Eine Gaserzeugeranlage dieser Art arbeitet aber nicht verlustlos. Es entstehen Verluste durch Unverbranntes in der Asche, durch WärmeVerluste infolge Strahlung und Kühlung j durch Druckabfall und Yiärmeverluste bei der Gasreinigung, sowie bei den meisten Vergasungsprozessen auch durch Einblasen von Wasserdampf in den Gaserzeuger, indem dieser Dampf mit den Abgasen am Auslass der Gasturbine in das Kamin entweicht, wobei sein Wärmeinhalt mit der ganzen Verdampfungswärme verloren geht. Es hat sich leider gezeigt, dass dieser Verluste wegen, sowie infolge der Einbusse an Wirkungsgrad, die durch den Betrieb der Gasturbine mit Treibgas von verhältnismässig niedriger Temperatur, das durch grosse Mischluftmengen abgekühlt wurde, bedingt ist, eine für die Verwertung fester Brennstoffe gebaute Wärmekraftanlage der herkömmlichen Bauart, bestehend aus Gaserzeuger und Gasturbinenanlage, wirtschaftlich einer gewöhnlichen Dampfkraftanlage mit Dampfkessel und Dampfturbine unterlegen ist und deshalb nicht ausgeführt werden wird.

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Die vorliegende Erfindung zeigt nun den Yf'eg, eine Wärinekraftanlage für Betrieb mit Verbrennungsgas en aus festen Brennstoffen zu bauen, deren Wirkungsgrad bedeutend höher ist als derjenige einer einfachen Dampfkraftanlage_f und die ausserdem hinsichtlich Platzbedarf und Erstellungskosten günstiger sein wird. Nach der Erfindung wird eine mit aus festem Brennstoff erzeugtem Treibgas betriebene V/ärmekraftanlage für grosse Leistung so gebaut, dass eine unter Druck arbeitende Treibgaserzeugeranlage mit einer Gasturbinenanlage und einer Dampfturbinenanlage kombiniert wird, wobei das erzeugte treibgas vpr der Gasturbine eine Temperatur von mindestens 1000 C aufweist j weshalb alle Apparate, Maschinen und Rohrleitungen durch Wasser und den daraus entstehenden gesättigten Dampf gekühlt werden, bis die Gase durch Expansion soweit abgekühlt sind* dass ungekühlte Teile möglich sind, und wobei der in d,en Kühlvorrichtungen der erwähnten Apparate, Maschinen und Rohrleitungen erzeugte Dampf in der Dampfturbinenanlage ausgenützt wird. Mit Vorteil wird zwischen dem Gaserzeuger und dem Brennraum der Treibgaserzeugungsanlage ein Staubabscheider in den Gasstrom eingeschaltet, in dem das Gas ohne Abkühlung, oder höchstens soweit sie sich durch die notwendige Wandkühlung ergibt, gereinigt wird.

In der beiliegenden Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.

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In der unter Druck arbeitenden Anlage für die Vergasung und vollständige Verbrennung des festen Brennstoffes wird im Gaserzeuger 1 der Brennstoff zuerst vergast, und zwar unter Zuführung einer £uftmenge_? die für die Vergasung gerade ausreicht oder die doch nicht wesentlich grosser ist* Da bei der Erzeugung von Treibgas für eine Gasturbine die Zusammensetzung des im Gaserzeuger als Zwischenprodukt erhaltenen Brenngases unwesentlich ist und es lediglich darauf ankommt_s die in der Kohle chemisch gebundene lärme durch die Vergasung und nachherige Verbrennung vollständig in fühlbare lärme umzuwandeln^ muss man dem Vergasungsprozess keine besondere Aufmerksamkeit schänken» Die Vergasungsluft wird bei 2 zugeführt,, 3 ist der bewegliche Rost und 4 ist die Brennstoffschleuse. Die Aschenschleuse ist mit 5 bezeichnet»

Das bei der Vergasung entstehende Gas wird durch die Rohrleitung 9 dem Staubabscheider 10 zugeführt, von wo es durch die Rohrleitung 11 dem Brennraum 12 zufliesst. Diese Rohrleitungen und der Staubabscheider müssen gekühlt werden, wenn der Vergasungsprozess Gase mit einer Temperatur von über 600-70O⁰C ergibt. Der grösste Teil der in der Kohle enthaltenen Asche wurde bereits durch die Aschenschleuse 5 ausgeschieden* Die Einschaltung des Staubabscheiders 10 in den Gasstrom zwischen dem Gaserzeuger 1 und dem Brennraum 12 bietet den Vorteil, dass das Volumen des den Gaserzeuger

verlassenden Brenngases noch bedeutend kleiner ist als das Volumen des nachher im Brennraum 12 unter weiterer luftzufuhr erzeugten Treibgases, weshalb der Staubabscheider 10 fur die Ausscheidung der mitgerissenen feinen Aschenteilchen verhältnismässig klein gebaut werden kann*

Im Brennraum 12 wird das erzeugte Brenngas mit wenig Ueberschussbrennluftj die bei 13 unter Druck in diesen eintritt und von einem Kompressor geliefert wird_s vollständig zu Treibgas verbrannt, das dann mindestens einer Gasturbine zugeleitet wird. Die Gasturbine kann den bei 17 schematisch angedeuteten elektrischen Generator antreiben„ oder sie kann auch einen nicht gezeichneten Kompressor für die Verdichtung tier Vergasungs- und Verbrennungsluft antreiben.

Die hohen Temperaturen sowohl des erzeugten Brenngases wie auch des durch dessen vollständige Verbrennung erhaltenen Treibgases machen es unbedingt notig, dass alle Apparate _s Rohrleitungen und Maschinen^ soweit es für die Beständigkeit ihrer Baumaterialien unumgänglich ist_? mit lasser und dem daraus entstehenden Sattdampf gekühlt werden„ Alle KU kühlenden Teile der erwähnten Apparate_f Rohrleitungen und Maschinen^ mit Einschluss der Turbine 14 mit dem Rotor 15 und dem Gehäuse 16 samt den zugehörigem Leit- und Laufschaufein, sind deshalb mit Kühlräumen versehen^ die überall mit 6 bezeichnet sind« Bei 7 wird überall das Kühlwasser zugeführt

und bei 8 wird der entstandene Sattdampf den Kühlräumen entnommen und einem Dampf- und Wassersammler 22 zugeführt₈ aus welchem eine Umwälzpumpe 23 das angesammelte Kondenswasser wieder den Kühlräumen ,6 zuleitet, während der angesammelte Sattdampf nach Durchfluss durch einen Z₀B. amluslass der Gasturbine 14 angeordneten Ueberhitzer 24 in der Dampfturbine 18 mit Generator 19 verwertet wird. Das von der Kondensatpumpe 21 aus dem Kondensator 20 abgesaugte Kondensat kann bei 25 noch von den Abgasen der Gasturbine vorgewärmt und dann wieder dem Dampf- und Wassersammler 22 zugeführt werden,, Die weitgehend abgekühlten Treibgase verlassen die Anlage bei ß8' durch Äs ""Kamin. Diese Dampfanlage,, deranSeile nicht Gegenstand der Erfindung sind und deshalb auch nur sehr schematisch gezeichnet sind_s kann in irgend einer der "bekannten Anordnungen ausgeführt sein.

Die Gasturbine einer Wärmekr.aftanlage gemäss der Erfindung gibt infolge der hohen Treibgastemperatur sehr viel leistung ab. Dazu kommt die Leistung der Dampftürbinenanlage_? in welcher aus der Abfall- und Kühlwärme zusatzliche Nutzleistung erzeugt wird. Die erfindungsgemässe Kombination gestattet es also, trotz den im Gaserzeuger entstehenden Verlusten und durch Verbesserung des sonst niedrigen Wirkungsgrades der Gasturbine eine sehr wirtschaftliche Wärmekraft-

anlage für Betrieb mit Treibgas aus festem Brennstoff, zu βchaffen*

Weitere Massnahmen zur Verbesserung des Wirkungsgrades und zur Vereinfachung der Regelung einer solchen Wärmekraftanlage sind bereits bekannt; bo könnte beispielsweise die Dampfturbinenanlage noch mit Anzapfdampf-Speisewasservorwärmern versehen sein_s oder die Gasturbine könnte zweigehäusig gebaut sein, wobei eine !Turbine einen Hutzleistungsgenerator mit konstanter Drehzahl und die andere einen .Luftkompressor mit veränderlicher Drehzahl antreiben könnte* Solche Massnahmen sind, weil bereits bekannt _$ in der Zeichnung nicht dargestellt ι sie gehören auch nicht zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung»

Claims (1)

1. Χ· lüt aas festem Brennstoff ersiögtem Sireibgas

   für grog« Xeisrteg, gekesaaeieliaet dar oh die mstey jpyuok ®r^eiijenä.sa, wassergelcmiltea Gas

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   J)KCiVAi, JESOWSBI & CIE