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Perfectionnements relatifs aux installations de turbines à gaz.
La présente invention concerne des perfectionnements à une installation de turbine à gaz, du type utilisant des gaz combustibles provenant de la combustion partielle d'un combusti- blé, du charbon par exemple, dans un générateur de gaz. Un incon- vénient des installations connues de ce genre est que les gaz sont produits dans un générateur*de gaz contenant une couche fixe de combustible et qu'il s'écoule un temps considérable avant que ce générateur atteigne son plein rendement; inversement, une fois l'installation arrêtée, le générateur continue à produire des gaz pendant un temps appréciable, gaspillant ainsi une importante quan- tité d'énergie. Des installations de ce genre ne peuvent donc convenir comme moteurs auxiliaires, qui doivent pouvoir fournir rapidement une quantité d'énergie supplémentaire.
Un autre inconvénient est que ces installations sont ,,généralement volumineuses, et occupent une place considérable.
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Un des buts de l'invention est de porter remède à ces difficultés, et de fournir une installation de turbine à gaz rela- tivement compacte, répondant rapidement à la mise en marche et à l'arrêt.
Une installation de turbine à gaz conforme à l'inven- tion comprend à cet effet un compresseur entraîné par une turbine, qui envoie de l'air dans un générateur de gaz dans lequel une ma- tière gazogène à base de carbone est soumise à la combustion dans une quantité d'air insuffisante, pendant qu'elle est entraînée par un courant de fluide gazeux comburant, les.gaz combustibles produits étant envoyés dans une chambre de combustion et les pro- duits gazeux obtenus dans cette chambre étant admis à actionner la turbine.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, une installation de turbine à gaz comprend un compresseur entraîné par une turbine, qui envoie de l'air dans un générateur de gaz comportant une chambre à volute avec un dispositif pour créer dans cette chambre un courant tourbillonnant, dirigé radialement vers l'intérieur, de fluide gazeux qui sort de la chambre par un orifice axial, des particules de matière gazogène à base de carbone étant introduites dans, et entraînées par ce courant et soumises à une combustion partielle pour produire des gaz combustibles qu'on envoie dans une chambre de combustion, ces produits gazeux ainsi obtenus étant admis à actionner la turbine.
Une partie de l'air à la sortie du compresseur peut être envoyée directement dans la chambre de combustion tandis qu'une autre partie est envoyée dans le générateur de gaz, de préférence par l'intermédiaire d'une pompe auxiliaire et d'un ré- chauffeur d'air. Le générateur d'air fonctionne de préférence à une température supérieure au point de fusion des cendres, un dis- positif étant prévu pour l'enlèvement des scories. L'installation peut comprendre un générateur de vapeur pour l'injection de vapeur dans le générateur de gaz.
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Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci- dessous à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Figs. 1 et 2 représentent schématiquement une forme convenable de générateur de gaz, respectivement en élévation de côté et en coupe axiale;
Fig. 3 représente schématiquement la disposition d'une installation de turbine à gaz.
D'après les figs. 1 et 2, un fluide gazeux, de l'air dans ce cas, (de préférence préchauffé et mélangé à de la vapeur d'eau) est amené par une conduite tangente 1 dans une chambre à volute 3, et s'écoule radialement vers l'intérieur de la chambre avec un mouvement tourbillonnant avant de sortir par un orifice axial 5. Un combustible liquide est injecté principalement pour la combustion par un ajutage 11a au foyer d'un écran stabiliseur de combustion llb placé dans la,conduite 1, tandis que du combus- tible , du coke ou du ¯charbon pulvérisé par exemple, est injecté pai un ajutage 11 dans l'axe de la chambre, principalement pour la réaction gazogène, c'est-à-dire génératrice de gaz.
Le degré de pulvérisation peut être choisi de manière que, compte tenu du tour- billon, de la vitesse radiale du courant, et de la nature de la matière injectée, les particules de combustible aient des trajec- toires équilibrées dans le sens radial à l'intérieur de la chambre 3 mais extérieures à l'orifice de sortie 5, de sorte qu'elles tournent dans la chambre jusqu'à ce qu'elles soient consumées, soit par combustion, soit par la réaction gazogène, les trajectoi- res équilibrées des particules de combustible primaire (combustion) étant de préférence de rayon plus grand que celles des particules de combustible secondaire (réaction).
La quantité totale de combus- tible introduit est choisie en excès sur la quantité qui peut être consumée dans l'air disponible, de sorte que la zoe extérieure de la chambre sera, en général, une zone de combustion ou d'oxyda- tion, et la zone intérieure une zone de réaction (réduction).
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Dans l'installation représentée sur la fig. 3, un compresseur 25 est entraîné par une turbine à gaz 26, qu'il alimente d'air à travers la partie froide d'un échangeur de chaleur 27 et une chambre de combustion 28, l'échappement de la turbine passant par la partie chaude de l'échangeur de chaleur 27. Une partie de l'air du compresseur est dérivée par une pompe auxiliaire 29 et un réchauffeur d'air 30 vers un générateur de gaz 31, qui peut avoir la forme représentée sur les figs. 1 et 2.
Le générateur fonctionne à une température supérieure au point de fusion des cendres, et communique avec une chambre de séparation de scories 32 qui utilise la vitesse du tourbillon pour la séparation centrifuge des scories ; gaz passent de cette chambre dans un générateur de vapeur 33, puis par l'épurateur d'air 30 et au besoin par un épurateur auxiliaire de gaz 34 dans la chambre de combustion 28. Le générateur de vapeur 33 sert à injecter de la vapeur dans le générateur 31 à son orifice dècrdree.
Si la nature du combustible employé rend inutiles l'en- lèvement des scories et les épurateurs de gaz, le générateur peut être relié directement ou par l'intermédiaire d'un générateur de vapeur à la chambre de combustion 28.
Le générateur de gaz n'est évidemment pas limité à la forme de réalisation décrite. On peut par exemple introduire le combustible gazogène tangentiellement dans la chambre à volute, et supprimer l'ajutage central 11. Les conditions de fonctionnement peuvent;être choisies de manière que les trajectoires équilibrées des particules de combustible aient un rayon égal ou supérieur à celui de la chambre à volute.
REVENDICATIONS.
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Improvements relating to gas turbine installations.
The present invention relates to improvements to a gas turbine installation, of the type using fuel gases originating from the partial combustion of a fuel, for example coal, in a gas generator. A drawback of known installations of this type is that the gases are produced in a gas generator * containing a fixed layer of fuel and that a considerable time elapses before this generator reaches its full efficiency; conversely, once the installation is shut down, the generator continues to produce gas for an appreciable time, thus wasting a large quantity of energy. Installations of this type cannot therefore be suitable as auxiliary motors, which must be able to rapidly supply an additional quantity of energy.
Another drawback is that these installations are, generally, bulky, and occupy a considerable space.
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One of the aims of the invention is to remedy these difficulties, and to provide a relatively compact gas turbine installation which responds quickly to starting and stopping.
A gas turbine installation according to the invention comprises for this purpose a compressor driven by a turbine, which sends air into a gas generator in which a carbon-based gas-generating material is subjected to the gas. combustion in an insufficient quantity of air, while it is entrained by a current of oxidizing gaseous fluid, the fuel gases produced being sent into a combustion chamber and the gaseous products obtained in this chamber being admitted to actuate the combustion chamber. turbine.
According to another characteristic of the invention, a gas turbine installation comprises a compressor driven by a turbine, which sends air into a gas generator comprising a volute chamber with a device for creating in this chamber a swirling current. radially inward direction of gaseous fluid which leaves the chamber through an axial orifice, particles of carbon-based gaseous material being introduced into and entrained by this stream and subjected to partial combustion to produce combustible gases which is sent into a combustion chamber, these gaseous products thus obtained being admitted to actuate the turbine.
Part of the air at the outlet of the compressor can be sent directly to the combustion chamber while another part is sent to the gas generator, preferably via an auxiliary pump and a re. - air heater. The air generator is preferably operated at a temperature above the melting point of the ash, with a device being provided for the removal of the slag. The installation may include a steam generator for injecting steam into the gas generator.
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One embodiment of the invention is described below by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
Figs. 1 and 2 schematically show a suitable form of gas generator, respectively in side elevation and in axial section;
Fig. 3 schematically shows the arrangement of a gas turbine installation.
According to figs. 1 and 2, a gaseous fluid, air in this case, (preferably preheated and mixed with water vapor) is fed through a tangent pipe 1 into a volute chamber 3, and flows radially towards the interior of the chamber with a swirling movement before exiting through an axial orifice 5. A liquid fuel is injected mainly for combustion through a nozzle 11a at the hearth of a combustion stabilizer screen 11b placed in the pipe 1, while that fuel, coke or pulverized coal, for example, is injected through a nozzle 11 in the axis of the chamber, mainly for the gas-generating reaction, that is to say gas generator.
The degree of spraying can be chosen so that, taking into account the vortex, the radial velocity of the current, and the nature of the material injected, the fuel particles have balanced paths in the radial direction at the end. 'inside the chamber 3 but outside the outlet 5, so that they rotate in the chamber until they are consumed, either by combustion or by the gasifier reaction, the paths balanced primary fuel particles (combustion) preferably having a greater radius than those of secondary fuel particles (reaction).
The total quantity of fuel introduced is chosen in excess of the quantity which can be consumed in the available air, so that the outer zone of the chamber will, in general, be a zone of combustion or oxidation, and the inner zone a reaction (reduction) zone.
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In the installation shown in fig. 3, a compressor 25 is driven by a gas turbine 26, which it supplies with air through the cold part of a heat exchanger 27 and a combustion chamber 28, the exhaust of the turbine passing through the part heat exchanger 27. Part of the air from the compressor is diverted by an auxiliary pump 29 and an air heater 30 to a gas generator 31, which may have the form shown in figs. 1 and 2.
The generator operates at a temperature above the melting point of the ash, and communicates with a slag separation chamber 32 which uses the speed of the vortex for the centrifugal separation of the slag; gas pass from this chamber into a steam generator 33, then through the air purifier 30 and, if necessary, via an auxiliary gas purifier 34 into the combustion chamber 28. The steam generator 33 serves to inject steam into the generator 31 at its decredree orifice.
If the nature of the fuel used makes slag removal and gas scrubbers unnecessary, the generator can be connected directly or via a steam generator to the combustion chamber 28.
The gas generator is obviously not limited to the embodiment described. One can for example introduce the gasogenic fuel tangentially into the volute chamber, and remove the central nozzle 11. The operating conditions can be chosen so that the balanced trajectories of the fuel particles have a radius equal to or greater than that of. the volute chamber.
CLAIMS.
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