Lufterhitzungsanlage mit metallenem Wärmeaustauseher und Gasturbine. Seit es möglich ist, Stähle von hoher Warmfestigkeit herzustellen, ist man dazu übergegangen, Wärmeaustauscher auch für hochzuerhitzende Gase aus Metall zu machen und zum Beispiel auf Hüttenwerken die teuren, nach dem Regenerativverfahren arbei tenden sogenannten Cowper durch die be trieblich einfacheren Metallrekuperatoren zu ersetzen.
Man hat weiter vorgeschlagen, bei solchen Wärmeaustauschern auch die Heiz gase unter Druck zu setzen, indem man diese Heizgase nicht mehr aus gewöhnlichen Feue rungen entnahm, sondern Druckfeuerungen verwendete, das heisst auch die Brenn- kammer, in welcher die Heizgase erzeugt werden, unter einen Druck setzte, der wesentlich höher ist, als der Druck der um gebenden Atmosphäre. Durch diese Druck erhöhung erhalten diese Heizgase dann ein Gefälle, das ermöglicht, sie nun auch als Treibmittel für eine Gasturbine zu verwen den: Mit dieser Gasturbine lassen sich die Verdichter antreiben, mit denen die Brenn- luft und der Brennstoff (z.
B. Hochofengas), die das Heizgas ergeben, auf den erhöhten Druck gebracht werden. Es ist aber auch schon vorgeschlagen worden, diese Gas turbine nicht nur zum Antrieb der Ver dichter für die Brennluft und den Brenn stoff zur Herstellung hochgespannter Heiz gase zu verwenden, sondern mit ihr auch den Verdichter anzutreiben, der die im Rekupe- rator zu erhitzende Luft (die Nutzluft oder den Wind) liefert. Hat die Gasturbine aber dann die Antriebsenergie dieser sämtlichen Verdichter zu bestreiten, so muss ihr Treib mittel sehr viel Energie enthalten, also ent weder sehr heiss sein oder ein sehr grosses Druckgefälle haben.
Da als Druck der als Treibmittel dienenden Heizgase mit Vorteil ein ähnlicher Druck verwendet wird, wie ihn die zu erhitzende Luft aufweist, so hat man sich zur Erhöhung des Druckgefälles der Treibgase damit geholfen, dass man an die Gasturbine einen Exhaustor anschloss, der ein tiefes Vakuum herstellte und die abgekühl- ten Gase auf den Atmo-;ph < irendi-nclz zui-iicl@- braehte. Gleichzeitig war man al,(@r auch ge zwungen, für die Treibgase zur Gasturbine sehr hohe Temperaturen zuzulassen.
Die Erhöhung des Treibgas-Druclzge- fälles wesentlich über das Druckgefälle der zu erhitzenden Luft, ebenso wie die Verwen dung hoher Gastemperaturen, wie sie z. B. bei unmittelbarem Anschluss der Gasturbine an die Oberstufe eines Winderhitzers vor liegen, sind mit grossen Nachteilen verbun den.
Die Erfindung betrifft eine Luftei,- hitzungsanlage mit metallenem Wä.rme- austauscher und einer zwischen Ober- und Unterstufe des Wärmeaustauschers angeord neten Gasturbine zum Antrieb der Verdich ter der Brennluft und des Brennstoffes für das Heizgas und des Verdichters für die zu erhitzende Nutzluft, und besteht darin. dass die Antriebsenergie der Gasturbine. dadurch vergrössert wird, dass den Heizgasen Luft beigemischt wird, die dem Verdichter für die zu erhitzende Nutzluft oder dem Verdichter für die Brennluft entnommen werden kann.
Diese Zusatzluft kann. unmittelbar vomVer- dichter den entsprechend heisseren Heizasen beigemischt werden, sie kann aber auch die Unterstufe des Wärmeaustauschers durch strömt haben, also vorgewärmt sein. In jedem Falle wird man ihre -Menge so bestimmen und die Temperatur so erhöhen, da.ss die ge samte Treibmittelmenge hinreicht, um in cl,-r Gasturbine die Energie zum Antrieb sämt licher Verdichter aufzubringen.
Zwei Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt.
In Fig. 1 ist ein erstes Beispiel einer An lage dieser Art gezeigt. Es sind a und h die Rohre (Heizflächen) der Oberstufe, r die jenigen der Unterstufe eines metallenen Wärmeaustauschers, z.B. einesWinderhitzeers für Hochöfen, f der Ladeverdichter für die Brennluft und e der Ladeverdichter für den Brennstoff.
Beide Gase werden in der Brenn kammer o verbrannt und gelangen als Heiz gase durch i in die Oberstufe des Wärme- austausehers und bei<I>k</I> zur Gasturbine <I>d.</I> Soll dieses nun als Treibmittel verwendete Tleizgas keinen höheren Druck aufweisen als zum Beispiel der Hocbofenwiderstand, was in Anbetracht der Festigkeit der auf hohe Temperatur erhitzten Rohre der Ober stufe zweckmässig ist, so kann die Gasturbine bei den wegen der Festigkeit der Schaufeln verlangten niederen Temperaturen (etwa <B>5.30'</B> C)
nur dann die Antriebsleistung für die Ladeverdichter und den Nutzluftverdich- ter aufbringen, wenn die Treibgasmenge der Gasturbine nur wenig unter den gesamten. zu verdichtenden Gas- und Luftmengen bieibt. Es muss also zii den Reizgasmengen noch ein gewisser Betrag von verdichteter Luft hinzugefügt werden. die zusätzlich ge lieferte Luft entweder aus dem Windgebläse <I>g</I> durch Leitung<I>p</I> oder aus dem Ladegebläse <I>f</I> durch Leitung<I>q</I> sein kann.
Da diese Zu- misehluft noch nicht die Temperatur auf weist, die sie als Treibmittel für die Gas turbine haben muss, so wird die Austritts temperatur der Heizgase bei k etwas höher gehalten und mit diesen die Mischluft auf gewärmt.
Die Treibgase verlassen bei l die Gas turbine, um in die Unterstufe c des Wärme- a.ustauschers einzutreten. Sie gehen bei 7n ins Freie oder in eine Abgasleitung.
Obwohl man es bei der vorliegenden Be triebsweise in der Hand hat, die Verbren nung in der Brennkammer o mit genügend hohem Luftiiberschuss durchzuführen, so dass unzulässig hohe Heizgastemperaturen ver mieden sind. so kann es doch aus Gründen der Rohrersparnis vorteilhaft sein, die von den heissen Heizgasen zuerst bestrichenen Rohre mit-, kaltem -Z7ind zu beschicken. Die dann in Betracht kommende Schaltungsweise ist in Fig. 1 gezeigt.
Ein Teil der zu er hitzenden Luft des Verdichters g geht zur Rohrgruppe a, ein Teil zur Unterstufe c. Beide Stränge kommen im Sammler r zusam men.
Das Ansführiingsbeispiel der Fig. 2 un terscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 nur dadurch, da hier das Hochofenwind- gebläse g auch noch die Brennluft und die Mischluft liefert. Es ist n die Abzweigung für die Brennluft, p wiederum diejenige für die Mischluft. Diese Luft ist bereits vorge wärmt. Es könnte natürlich auch Kaltwind aus Leitung t genommen werden, wobei dann die Heizgase bei k eine höhere Temperatur aufweisen müssen, um die Mischluft aufzu wärmen.
Im allgemeinen wird der Druck des Treib gases vor Eintritt in die Gasturbine ungefähr gleich gross sein, wie der Druck des Windes, da auf diese Weise, wie bereits erwähnt, die Beanspruchung der Rohre in der Oberstufe am kleinsten wird. Es kann aber auch vor teilhaft sein, dass der Heizgas- bezw. Treib gasdruck etwas höher ist als der Wind druck.
In diesem Falle kann das gemein same Gebläse mit einer Anzapfung versehen werden, aus welcher der Wind entnommen wird, während die übrige Luft höher ver dichtet wird. Hat zum Beispiel die Wärme- austauscher-Oberstufe grossen Strömungs widerstand, so wird man die Brennluft noch höher verdichten als die zur Gasturbine gehende Mischluft.
In den Fig. 1 und 2 ist die Brenn- kammer vom Wärmeaustauscher getrennt ge zeichnet. Sie kann natürlich auch mit der Oberstufe des Wärmeaustauschers zusam mengebaut sein.
Der grosse Vorteil -der Vermehrung der Treibgasmenge an Stelle der Erhöhung des Treibgas-Druckgefälles besteht, um noch mals zusammenzufassen, darin, dass der Wirkungsgrad der Verdichter für grosse Mengen und kleine Drücke sehr viel höher ist, als derjenige für grosse Drücke und kleine Mengen, ferner die Temperatur vor Gasturbine niedriger sein kann und der Druck auf beiden Seiten der Rohrwände un- gefähr gleich ist, so dass für die Rohre hohe Temperaturen und hochzunderfeste,
aber weniger dauerstandfeste Baustoffe verwen det werden können.