EP0358866A1 - Vorrichtung hinter einer Gasturbine - Google Patents

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EP0358866A1
EP0358866A1 EP19890111425 EP89111425A EP0358866A1 EP 0358866 A1 EP0358866 A1 EP 0358866A1 EP 19890111425 EP19890111425 EP 19890111425 EP 89111425 A EP89111425 A EP 89111425A EP 0358866 A1 EP0358866 A1 EP 0358866A1
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EP
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heat exchanger
bypass
flaps
leading
guide plates
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EP19890111425
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Inventor
Volker Erichsen Von
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Stober and Morlock Warmekraft GmbH
Original Assignee
Stober and Morlock Warmekraft GmbH
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    • F22—STEAM GENERATION
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    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/007—Control systems for waste heat boilers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/092—Heat exchange with valve or movable deflector for heat exchange fluid flow
    • Y10S165/109—Heat exchange with valve or movable deflector for heat exchange fluid flow with by-pass of heat exchanger or heat exchanger section
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/877—With flow control means for branched passages
    • Y10T137/87788—With valve or movable deflector at junction
    • Y10T137/87812—Pivoted valve or deflector

Definitions

  • the invention relates to a device behind a gas turbine for introducing the combustion gases into a heat exchanger or into a bypass with guide surfaces arranged in the branching region of the channels leading to the heat exchanger and to the bypass.
  • the heat exchanger cannot be arranged in the same plane as the gas turbine, but rather raised opposite it. Therefore, an expensive substructure is required for him and an increase in the hall height compared to the otherwise required. Finally, the guide surfaces constantly oppose the combustion gas flow coming from the gas turbine, that is to say not only during the start-up of the turbine.
  • the invention has for its object to ver the shortcomings described above in a simple and inexpensive manner avoid.
  • the invention relates to a device behind a gas turbine for introducing the combustion gases into a heat exchanger or into a bypass with guide surfaces arranged in the branching region of the channels leading to the heat exchanger and bypass, which is characterized by guide plates arranged in the deflection region, the surfaces of which lie between one in the longitudinal direction of the from the gas turbine to the heat exchanger running combustion gas flow position in an inclined position are pivotable.
  • the guide plates are only acted upon by the combustion gas flow during the relatively short-time bypass operation while the turbine is starting up, but practically not at all during continuous operation with a heat exchanger.
  • the pivotable guide plates are driven depending on the drive of the boiler flap leading to the heat exchanger.
  • the guide plates are inevitably brought into a position running parallel to the combustion gas flow, in which they practically offer no resistance to this.
  • the guide plates are pivoted against the combustion gas flow and deflect it in the direction the open bypass flaps.
  • pivotable guide plates can be driven depending on the drive of the chimney flaps leading to the bypass.
  • a linkage which serves to pivot the guide plates is connected to the heat exchanger flaps or their drive linkages via one or more connecting linkages.
  • the channel arriving from the gas turbine is designated by 1
  • the channel leading to the bypass is designated by 2
  • the channel leading to the heat exchanger is designated by 3.
  • the bypass flaps arranged in the channel 2 leading to the bypass are designated in their entirety with 4, while the heat exchanger flaps arranged in the channel 3 leading to the heat exchanger are designated in their entirety with 5.
  • there are two in each of these cases Rows of four double-leaf flaps are arranged so that when the flaps are closed, the ducts are sealed particularly effectively and sealing air can be introduced between the two rows of flaps.
  • pivotable guide plates 6 are arranged in the area in which the channel 2 branches off from the channels 1 and 3.
  • the individual guide plates 6 are designed in the manner of symmetrical rotary flaps and can be pivoted about axes 7.
  • the pivoting takes place by means of a guide plate linkage 8 which is connected on the one hand to the individual guide plates 6 or their axes 7 and on the other hand via a connecting linkage 9 to one of the heat exchanger flaps 5 or to the drive thereof.
  • the rods 8 and 9 are arranged within the channels 1 and 3, respectively, and their shafts or axles 7 are supported within the channels, on the walls thereof, so that they do not penetrate the channel walls; as a variant, external bearings and also external rods (8 ) possible.
  • the bypass flaps 4 are closed and the heat exchanger flaps 5 are open.
  • the guide plates 6 are in a position running parallel to the gas flow 10 in which they offer practically no resistance.

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Abstract

Hinter einer Gasturbine sind ein zum Bypass führender Kanal 2 und ein zum Wärmetauscher führender Kanal 3 ange­ordnet, die wechselweise durch Bypass-Klappen 4 bzw. Wärmetauscher-Klappen 5 verschliessbar sind. Im Ver­zweigungsbereich der Kanäle 2 und 3 sind verschwenkbare Leitplatten 6 angeordnet. Deren Verschwenken erfolgt über Gestänge 8 und 9 durch die Wärmetauscher-Klappen 5 derart, dass sie bei geöffneten Bypass-Klappen 4 in den Gasstrom 10 geschwenkt werden und diesen in den zum By­pass führenden Kanal 2 lenken, während sie bei geschlos­senen Bypass-Klappen 4 parallel zum Verbrennungsgasstrom 10 geschwenkt werden und diesem auf seinem Weg zum Wärme­tauscher keinen Widerstand entgegensetzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung hinter einer Gas­turbine zum Einleiten der Verbrennungsgase in einen Wärme­tauscher oder in einen Bypass mit im Verzweigungsbereich der zum Wärmetauscher und zum Bypass führenden Kanäle an­geordneten Leitflächen.
  • Beim Betrieb von Gasturbinen, denen ein Wärmetauscher nach­geschaltet ist, ist es während des Anfahrens der Gasturbine meist erforderlich, den Wärmetauscher zu umgehen und hierzu einen Bypass vorzusehen. Mit Hilfe von Klappenventilen können die Verbrennungsgase wahlweise zum Wärmetauscher oder in den Bypass geführt werden. Diese Klappenventile sind in dem zum Wärmetauscher führenden Kanal angeordnet, der in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase verläuft, sowie in dem zum Bypass führenden Kanal, der senkrecht zur Strömungs­richtung der Verbrennungsgase verläuft. Diese Kanäle weisen ausserordentlich grosse Querschnitte auf, die 20 und mehr Quadratmeter betragen können.
  • Die beim Betrieb dieser Vorrichtungen erzielten Ergebnisse sind nicht zufriedenstellend. Die während des Bypass-Be­triebes geschlossenen zum Wärmetauscher führenden Klappen werden bereits nach kurzer Zeit undicht und oft bis zur Zer­störung beschädigt. Dies ist nicht nur darauf zurückzuführen, dass die heissen Verbrennungsgase mit hoher kinetischer Energie unmittelbar auf die geschlossenen Klappen auf­prallen sondern auch darauf, dass in den Verbrennungsgasen dabei eine Pulsation auftritt, deren niedrige Schwingungs­ frequenz ganz erheblich zum vorzeitigen unbrauchbar werden der Klappen beiträgt.
  • Es ist eine weitere Anordnung vorgeschlagen worden, bei der die Verbrennungsgase nicht gradlinig von der Gasturbine zum Wärmetauscher gelangen. Vielmehr schliesst sich an den waagerechten, von der Gasturbine kommenden Kanal ein sen­krecht verlaufendes Kanalteil an, an den sich wiederum waagerecht verlaufend der zum Wärmetauscher führende Kanal anschliesst und in senkrechter Richtung verlaufend der zum Bypass führende Kanal. Im Umlenkbereich zwischen dem waage­recht verlaufenden von der Gasturbine kommenden Kanal und dem senkrecht verlaufenden Kanalteil sind feststehende Leitflächen angeordnet, die das Umlenken des waagerecht ankommenden Stromes der Verbrennungsgase in eine etwa senkrecht verlaufende Richtung begünstigen. Auch diese Vorrichtung weist erhebliche Nachteile auf. Die Leit­flächen sind ständig, sowohl beim Anfahren als auch während des Dauerbetriebes mit dem Wärmetauscher, dem Druck der heissen Verbrennungsgase ausgesetzt und verschleissen schnell. Der Wärmetauscher kann nicht in der gleichen Ebene angeordnet werden wie die Gasturbine, sondern dieser gegenüber erhöht. Deshalb wird für ihn ein kostspieliger Unterbau benötigt und eine Vergrösserung der Hallenhöhe gegenüber dem sonst erforderlichen. Schliesslich setzen die Leitflächen dem von der Gasturbine kommenden Verbren­nungsgasstrom ständig, also nicht nur während des Anfahrens der Turbine, einen erheblichen Widerstand entgegen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache und kostengünstige Weise die oben beschriebenen Mängel zu ver­ meiden.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung hinter einer Gasturbine zum Einleiten der Verbrennungsgase in einen Wärmetauscher oder in einen Bypass mit im Verzweigungsbe­reich der zum Wärmetauscher und zum Bypass führenden Ka­näle angeordneten Leitflächen, die gekennzeichnet ist durch im Umlenkbereich angeordnete Leitplatten, deren Flächen zwischen einer in Längsrichtung des von der Gas­turbine zum Wärmetauscher verlaufenden Verbrennungsgas­stromes verlaufenden Stellung in eine geneigt dazu ver­laufende Stellung verschwenkbar sind.
  • Bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung werden die Leit­platten nur während des verhältnismässig kurzzeitigen Bypass-Betriebes während des Anfahrens der Turbine vom Verbrennungsgasstrom beaufschlagt, während des Dauerbe­triebes mit Wärmetauscher dagegen praktisch überhaupt nicht.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ge­mäss der Erfindung erfolgt der Antrieb der verschwenkbaren Leitplatten abhängig vom Antrieb der zum Wärmetauscher führenden Kesselklappe. Bei dieser Ausführungsform werden die Leitplatten dann, wenn die zum Wärmetauscher führenden Klappen geöffnet sind zwangsläufig in eine parallel zum Verbrennungsgasstrom verlaufende Stellung gebracht, in der sie diesem praktisch keinen Widerstand entgegensetzen. Während des Bypass-Betriebes, d.h. bei geschlossenen Kes­selklappen werden die Leitplatten gegen den Verbrennungs­gasstrom verschwenkt und lenken diesen in Richtung auf die geöffneten Bypass-Klappen hin.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann der Antrieb der verschwenkbaren Leitplatten abhängig vom Antrieb der zum Bypass führenden Kaminklappen erfolgen.
  • Besonders zeckmässig ist es, die Vorrichtung so auszubilden, dass ein zum Verschwenken der Leitplatten dienendes Ge­stänge (Leitplattengestänge) über eines oder mehrere Ver­bindungsgestänge mit den Wärmetauscherklappen bzw. deren Antriebsgestänge verbunden ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäss der Er­findung ist im folgenden anhand der Zeichnung dargestellt.
    • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Kanäle und die darin angeordneten Klappen und Leitplatten während des Bypass-Betriebes
      und
    • Fig. 2 in gleicher Darstellung die Stellung der Klappen und Leitplatten während des Wärmetauscher-Betriebes.
  • In den Fig. 1 und 2 sind der von der Gasturbine ankommende Kanal mit 1, der zum Bypass führende Kanal mit 2 und der zum Wärmetauscher führende Kanal mit 3 bezeichnet. Die in dem zum Bypass führenden Kanal 2 angeordneten Bypass-Klappen sind in ihrer Gesamtheit mit 4 bezeichnet während die in dem zum Wärmetauscher führenden Kanal 3 angeordneten Wärme­tauscher-Klappen in ihrer Gesamtheit mit 5 bezeichnet sind. Im Ausführungsbeispiel sind in jedem dieser Fälle zwei Reihen von je vier zweiflügeligen Klappen angeordnet, so­dass bei geschlossenen Klappen eine besonders wirksame Abdichtung der Kanäle vorliegt und zwischen den beiden Klappenreihen Sperrluft eingeführt werden kann.
  • In dem Bereich, in dem der Kanal 2 von den Kanälen 1 und 3 abzweigt, sind verschwenkbare Leitplatten 6 angeordnet. Die einzelnen Leitplatten 6 sind in der Art von symmetrischen Drehklappen ausgebildet und um Achsen 7 verschwenkbar. Das Verschwenken erfolgt mittels eines Leitplattengestänges 8, das einerseits mit den einzelnen Leitplatten 6 oder deren Achsen 7 verbunden ist und andererseits über ein Verbindungs­gestänge 9 mit einer der Wärmetauscherklappen 5 oder mit deren Antrieb. Die Gestänge 8 und 9 sind innerhalb der Ka­näle 1 bzw. 3 angeordnet und ihre Wellen bzw. Achsen 7 sind innerhalb der Kanäle, an deren Wänden, gelagert, sodass sie die Kanalwände nicht durchdringen, als Variante sind aussen­liegende Lager und auch aussenliegende Gestänge (8) möglich.
  • In Fig. 1 sind bei geschlossenen Wärmetauscherklappen 5 die Leitplatten 6 gegen den mit 10 bezeichneten Verbrennungsgas­strom angestellt und lenken diesen durch die geöffneten By­pass-Klappen 4 in den zum Bypass führenden Kanal 2.
  • In Fig. 2 ist der Wärmetauscher-Betrieb dargestellt. Die Bypass-Klappen 4 sind geschlossen und die Wärmetauscher-­Klappen 5 sind geöffnet. Die Leitplatten 6 befinden sich in einer parallel zum Gasstrom 10 verlaufenden Stellung in der sie diesem praktisch keinen Widerstand entgegensetzen.

Claims (4)

1. Vorrichtung hinter einer Gasturbine zum Einleiten der Verbrennungsgase in einen Wärmetauscher oder in einen Bypass mit im Verzweigungsbereich der zum Wärmetauscher und zum Bypass führenden Kanäle angeordneten Leit­flächen gekennzeichnet durch im Umlenkbereich angeordnete Leitplatten (6), deren Flächen zwischen einer in Längsrichtung des von der Gasturbine zum Wärmetauscher verlaufenden Verbrennungs­gasstromes (10) verlaufenden Stellung in eine geneigt dazu verlaufende Stellung verschwenkbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der verschwenkbaren Leitplatten (6) abhängig vom Antrieb der zum Wärmetauscher führenden Wärmetauscherklappe (5) erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der verschwenkbaren Leitplatten (6) abhängig vom Antrieb der zum Bypass (2) führenden Bypass-Klappe (4) erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Verschwenken der Leitplatten (6) dienendes Gestänge (Leit­plattengestänge) (8) über eines oder mehrere Ver­bindungsgestänge (9) mit den Wärmetauscherklappen (5) bzw. deren Antriebsgestänge verbunden ist.
EP19890111425 1988-09-13 1989-06-23 Vorrichtung hinter einer Gasturbine Ceased EP0358866A1 (de)

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