DEP0051245DA

DEP0051245DA - Thermal power plant operated with propellant gas produced from solid fuel.

Info

Publication number: DEP0051245DA
Authority: DE
Inventors: Paul Faber
Original assignee: AG Brown, Boveri &. Cie. Baden
Publication date: 1950-08-17

Description

PA.228686-2io.liBPA.228686-2io.liB

Aktiengesellschaft Brown₉ Boveri & Gie., BADES (Schweiz)Public limited company Brown ₉ Boveri & Gie., BADES (Switzerland)

Mit aus festem Brennstoff erzeugtem Treibgas betriebenePropellant gas produced from solid fuel

Wärmekraftanlage.Thermal power plant.

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 mitUp to now, gas turbines have only been operated with liquid and propellants produced by gaseous fuels. But since the fuel on earth is mainly in i'orm of If coal occurs, an attempt is made to use the gas turbine for the To develop operation with combustion gases obtained from coal. When using pulverized coal burners the suffers Gas turbine under erosion by ash because it is very difficult to remove the fine dust from the gas flowing through the turbine To remove large amounts of gas at high temperatures * In addition, such a dust separation is not without considerable To carry out pressure and gain losses. It was therefore it has already been proposed to gasify the coal under pressure in a gas generator, with the ashes except for small bests could be removed from the gas generator in solid or molten form = the gas generated should then be removed with it

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.Compressed air j supplied by a compressor in one Combustion chamber burned and the combustion gas should be cooled with so much mixed air that the propellant gas temperature would not exceed the maximum value due to the available building materials. Which this as admissible Components that are considered to be subject to the highest temperature would be heated to a dark red glow.

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.However, a gas generating system of this type does not work without losses. There are losses due to unburned food in the ashes, through heat losses due to radiation and Cooling by pressure drop and heat losses during gas cleaning, as well as in most gasification processes by blowing water vapor into the gas generator by this steam escapes with the exhaust gases at the outlet of the gas turbine in the chimney, whereby its heat content with the whole Heat of evaporation is lost. Unfortunately, it has been shown that these losses are due to and as a result of the losses Efficiency achieved by operating the gas turbine with propellant gas at a relatively low temperature, which is achieved by large Mixed air volumes was cooled, is conditional, one for the Recovery of solid fuels built thermal power plant of the conventional type, consisting of gas generator and gas turbine plant, economical of an ordinary steam power plant with steam boiler and steam turbine is inferior and will therefore not be carried out.

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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.The present invention now shows the Yf'eg to build a thermal power plant for operation with combustion gases from solid fuels, the efficiency of which is significantly higher than that of a simple steam power plant _f and which will also be cheaper in terms of space requirements and production costs. According to the invention, a propellant gas operated with propellant gas for high output is built in such a way that a propellant gas generator system operating under pressure is combined with a gas turbine system and a steam turbine system, with the propellant gas produced by the gas turbine having a temperature of at least 1000 C. j which is why all apparatus, machines and pipelines are cooled by water and the resulting saturated steam until the gases are cooled down by expansion to the extent that uncooled parts are possible, and where the in d, en produced cooling devices for the apparatus, machines and pipelines mentioned Steam is used in the steam turbine system. A dust separator is advantageously switched into the gas flow between the gas generator and the combustion chamber of the propellant gas generation system, in which the gas is cleaned without cooling, or at most as far as it results from the necessary wall cooling.

In der beiliegenden Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.In the accompanying drawing, for example, an embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically shown.

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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»In the pressurized plant for the gasification and complete combustion of the solid fuel, the fuel is first gasified in the gas generator 1, with the addition of a quantity of air _? which is just sufficient for the gasification or but is not significantly large * As in the generation of propellant gas for a gas turbine, the composition of the fuel gas obtained in the gas generator as an intermediate product is not material, and it _s arrive only later the chemically bound in the coal clamours by the gasification and to completely convert the subsequent combustion into noticeable noise ^ one does not have to pay special attention to the gasification process »The gasification air is supplied at 2, 3 is the movable grate and 4 is the fuel lock. The ash lock is marked 5 »

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 GaserzeugerThe gas produced during the gasification is fed through the pipe 9 to the dust separator 10, from where it flows through the pipe 11 to the combustion chamber 12. These pipes and the dust collector must be cooled if the gasification process produces ^{gases with a temperature of over 600-70O 0 C.} Most of the ash contained in the coal has already been removed through the ash sluice 5 * Switching the dust separator 10 into the gas flow between the gas generator 1 and the combustion chamber 12 offers the advantage that the volume of the gas generator

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*leaving fuel gas is still significantly smaller than the volume of the fuel gas afterwards in the combustion chamber 12 with further air supply generated propellant gas, which is why the dust collector 10 for the separation of the entrained fine ash particles can be built relatively small *

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.In the combustion chamber 12, the fuel gas produced is with few Ueberschussbrennluftj entering at 13 under pressure in these and _s is supplied from a compressor burned completely propellant gas, which is then a gas turbine is fed at least. The gas turbine can drive the electrical generator indicated schematically at 17, or it can also drive a compressor (not shown) for compressing the gasification and combustion air.

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 zugeführtThe high temperatures both of the generated fuel gas as well as the propellant gas obtained by the complete combustion make it absolutely necessary, that all appliances _s pipelines and equipment ^ far as it is indispensable for the stability of their building _materials? are cooled with water and the resulting saturated steam. "All KU cooling parts of the mentioned apparatus _f pipelines and machines, including the turbine 14 with the rotor 15 and the housing 16 including the associated guide and rotating blades, are therefore provided with cooling rooms are denoted everywhere with 6 «At 7 the cooling water is supplied everywhere

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.and at 8 the formed saturated steam is taken from the cold stores and a steam and water collector 22 is supplied ₈ from which a circulation pump 23, the accumulated condensation again refrigerators that supplies 6, while the accumulated saturated steam to flow amluslass by a Z ₀ as the gas turbine 14 arranged superheater 24 in the steam turbine 18 with generator 19 is utilized. The aspirated by the condensate pump 21 from the condenser 20 the condensate may be preheated at 25 or from the exhaust gases of the gas turbine, and then returned to the steam and water collector 22 ,, The largely cooled propellant gases leave the system at SS8 'by AES "" chimney. This steam plant ,, deranSeile are not the subject of the invention and therefore shown schematically only very _s are may be embodied in any one of the "known arrangements.

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-The gas turbine of a thermal power plant according to the invention emits a great deal of power due to the high propellant gas temperature. Added to this is the performance of the steam turbine system _? in which additional useful power is generated from waste and cooling heat. The combination according to the invention therefore makes it possible, despite the losses occurring in the gas generator and by improving the otherwise low efficiency of the gas turbine, a very economical thermal power

anlage für Betrieb mit Treibgas aus festem Brennstoff, zu βchaffen*system for operation with propellant gas from solid fuel, too create *

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»Further measures to improve the efficiency and to simplify the regulation of such a thermal power plant are already known; bo could, for example, the steam turbine plant still with bleed steam feedwater be provided _s or the gas turbine could be built zweigehäusig, one! turbine could drive a Hutzleistungsgenerator constant speed and the other one .Luftkompressor variable speed * Such measures are, as already known _$ not shown in the drawing ι they also do not belong to the subject matter of the present invention »

Claims

Χ · lüt aas solid fuel replaced sirib gas

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

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Staubabsekeläör ·

J) KCiVAi, JESOWSBI & CIE