CH217855A - Regelverfahren für Anlagen zur Erzeugung von heisser Druckluft mittels Gasturbine. - Google Patents

Description

  ]Regelverfahren für Anlagen zur Erzeugung von heisser Druckluft mittels Gasturbine.    Trotz ihres heute noch bescheidenen Wir  kungsgrades eignet sich die     Gleichdruckgas-          turbine    zum Antrieb von Verdichtern zur  Lieferung von heisser Druckluft, wie sie zum  Beispiel in chemischen oder     Hüttenwerksbe-          trieben    gebraucht wird, da der Gasturbinen  antrieb sehr     einfach    wird.

   Es können näm  lich als Treibgase der Gasturbine die gleichen  Gase verwendet werden, die zum Erhitzen  der verdichteten Luft dienen, sofern man  Luft- oder Winderhitzer auch     heizgasseitig     unter Druck betreibt, also "auflädt".     Brenn-          kammer    des Lufterhitzers und der Gasturbine  sind :dann gemeinsam. Noch einfacher und  wirtschaftlicher wird die Anlage, wenn man  auch das Windgebläse (den     Nutzluftverdich-          ter)    und den Verdichter für die     Brennluft     zur Heizgas- und     Treibgasherstellung    ver  einigt.  



  Das Regelverfahren besteht darin, dass bei  solchen Anlagen, bei denen der gemeinsame  Verdichter für Nutzluft und Brennluft von  einer Gasturbine angetrieben wird und bei    denen eine gemeinsame Brennkammer zur  Erzeugung der Heizgase für die     Erwärmung     der Druckluft und zur Erzeugung der Treib  gase der Gasturbine verwendet wird, zwecks       Konstanthaltung    der Temperatur und einer  weiteren Betriebsgrösse des Nutzluft     mittels          mindestens    eines Ventils, das durch einen auf  Änderungen der einen Betriebsgrösse anspre  chenden Impulsgeber gesteuert wird,

   das Ver  hältnis der durch die gemeinsame     Brenn-          kammer    und der durch eine Umgehungslei  tung unmittelbar zur Gasturbine gehenden  Luftmenge geändert wird, und dass mittels  eines weiteren auf Änderungen der zweiten  Betriebsgrösse ansprechenden Impulsgebers  die Brennstoffzufuhr verändert wird.  



  Die Regelung von selbständigen Gastur  binen durch Thermostat, wobei dieser Thermo  stat zum Beispiel in der Abgasleitung ein  gebaut sein kann und     unmittelbar    auf den  Brennstoff einwirkt, war bekannt. Man hat  auch bereits vorgeschlagen, bei selbständigen       Gasturbinen    oder Gasturbinen, die die Lade-           gruppe    zu druckgefeuerten Dampfkesseln  oder ähnlichen Einrichtungen antreiben, die  Verbrennungstemperatur oder die Treibgas  temperatur dadurch zu regeln,     da.ss    man der  Gasturbine kalte Luft unmittelbar zuführte.  deren Menge durch einen Thermostat be  stimmt wird.

   In allen Fällen ist die den  Thermostaten in Tätigkeit setzende Tempe  ratur die Temperatur des in die Gasturbine       eintretenden    oder diese Turbine verlassenden       Treibgassiromes.    Bei dem vorliegenden Vor  schlag handelt es sich. dagegen nicht um eine       Cxasturbine    allein, sondern um eine Anlage  zur Erzeugung von Druckluft, die in einer  bestimmten Menge oder mit einem bestimm  ten Druck und mit einer bestimmten Tempe  ratur geliefert. werden soll,     wobei    zur Auf  heizung der     Gasturbinentreibgase    und der  Nutzluft die gleichen Heizeinrichtungen ver  wendet werden.

   Entsprechend der Aufgabe,  Nutzluft in einer bestimmten Menge oder mit  einem bestimmten Druck und mit einer be  stimmten Temperatur zu liefern, gehen auch  die Impulse der Regelung von     Messeinrichtun-          gen    aus, die an der Lieferstelle der Nutzluft  eingebaut sind.  



  An Hand der Zeichnung, die Ausfüh  rungsbeispiele solcher Anlagen     schematisch     darstellt, soll das Regelverfahren     beispiels-          weise    erläutert werden.  



  In     Fig.    1 ist eine Anlage mit den zur  Durchführung des Regelverfahrens     nötigen     Einzelheiten schematisch dargestellt. Es ist 1  die Gasturbine.     \?    der für die Lieferung des       'Urindes    (der Nutzluft) und der     Brennluft     gemeinsame Verdichter. 3 ist ein Gasgebläse,  wenn als Brennstoff Gas, z. B.     Iiochofengas.     verwendet. wird. 4 ist die gemeinsame Brenn  kammer für Wind- und     Treibgaserhitzung,     die meist auch mit den Heizflächen 5 der       Winderhitzeroberstufe    zusammengebaut wird.  



  Die im Verdichter 2 erzeugte Druckluft  wird erst durch einen     Vorwärmer    6     geleitet,     der von den Abgasen der Gasturbine 1 ge  heizt ist, dann spaltet sich der Luftstrom.  Ein Teil geht bei 7 als Nutzluft durch den  Lufterhitzer,     ein    zweiter Teil dient als    Brennluft und geht durch Brenner 8 in die  Brennkammer und von dort, nach Abgabe  Eines Teils seiner     Wärme,    als     Treibgas    zur  Gasturbine, ein dritter Teil wird durch eine       I'mgehungsleitung    9 unmittelbar zur Gastur  bine geleitet.

   Diese Umgehungsleitung 9 ist  nun mit einem Regelventil 10 versehen, dessen       Stellung    durch einen Thermostaten 11 beein  flusst wird, der am Austritt der Heissluft aus  dem Winderhitzer eingebaut ist. Im allgemei  nen wird die     Temperatur    des Heisswindes und  erst recht die     Austrittstemperatur    der Heiz  r     ase    aus dem     Lufterhitzer    höher sein als die  Temperatur, die die     Treibgase    vor der Gas  turbine haben dürfen. Es wird daher     stets    ein  gewisser Luftbetrag durch die Umgehungs  leitung als Kühlluft zur Gasturbine strömen.

    Weicht die     Temperatur    des Heisswindes von  der verlangten ab, ist sie zum Beispiel zu  niedrig, so öffnet der Thermostat 11 das Ven  til 10, so dass nun weniger Luft durch     Brenn-          kammer    und Winderhitzer, aber noch mehr  durch die Umgehungsleitung strömt. Es  steigt die     Windtemperatur,    da die Heizgas  temperatur höher wurde, die zu erhitzende  Luftmenge     aber    abnahm. Diese Abnahme  der Windmenge hat zur Folge, dass der Men  genmesser 12 nun einen Fehlbetrag anzeigt  und die Brennstoffzufuhr bei 13 erhöht.

   Da  mit gelangt mehr Brennstoff in die     Brenn-          kammer,    es wird nun auch die     Treibgastem-          peratur    erhöht, und eine Erhöhung von     Lei-          stung    und Drehzahl der Gasturbine herbei  geführt. Der Verdichter wird mehr Luft lie  fern, bis der Mengenmesser 12 wieder die  richtige Menge angibt. Gleichzeitig führt der  Thermostat 11 das Regelventil 10 der Um  gehungsleitung 9 in seine alte Lage zurück.  



  Bei unrichtiger Menge findet der Regel  vorgang in entsprechender, ähnlicher Weise  statt. Bei zuviel Luft wird zum Beispiel  durch den Mengenmesser 12 die Brennstoff  zufuhr vermindert.     Sämtliche    Temperaturen  nehmen ab. Damit nimmt auch die     Leistung     der Gasturbine und die Luftlieferung ab.       Grleichzeitig    wird durch den     Thermostat    11  die Lufttemperatur überwacht und ihre Ab  weichung von dem     gewünschten        Wert    mit      dem Regelventil 10 durch Umgehungsluft  ausgeglichen.  



  Für die Brennstoffregelung stehen ver  schiedene Möglichkeiten offen. Man kann  zum Beispiel bei Gasfeuerung den von der  Gasturbine angetriebenen Gasverdichter 3  durch ein Drosselventil 13 regeln, man kann  die Gasmenge aber auch .durch ein     Über-          strömventileinstellen.    Man kann ferner das  Gasgebläse auch von einem besonderen Motor  antreiben und diesen regeln (16 der     Fig.    2).  



  Der Anschluss der Impulsgeber mit den  Regeleinrichtungen kann auch vertauscht  werden, so kann zum Beispiel die Brennstoff  menge vom Thermostaten 11, die umgeführte  Luftmenge durch den Mengenmesser 12 ge  regelt werden, die Reihenfolge der Regelvor  gänge     wird    damit geändert, das Ergebnis  bleibt aber das gleiche.  



  Bei gewissen Anlagen wird nicht die Ein  stellung der     Heisswindmenge,    sondern die des  Druckes verlangt sein. Für diesen Fall wird  der Mengenmesser 12 durch einen Druckmes  ser ersetzt, der entweder auf die Brennstoff  menge oder .auf die     umgeführte    Luftmenge  einwirkt.  



  Um den Drosselverlust im Überström  ventil zu vermeiden, kann bei grösseren Strö  mungswiderständen in Brennkammer     und          Wärmeaustauscher    die Luft für die Um  gehungsleitung auch aus einer niedrigeren  Druckstufe des Verdichters entnommen wür  den (Leitung 17     bezw.    17'). Es liesse sich das  Regelfälle auch durch     Arbeitsleistung,    zum  Beispiel in einer besonderen     Vorschaltturbine     oder einem in der Hauptturbine dieser vorge  schalteten     Rade    aufbrauchen. Die Mengen  regelung erfolgt dann am besten durch     Zu-          oder    Abschalten von Düsen.  



       Fig.    2 zeigt schematisch den Fall einer  mit der Hauptturbine 1 gekuppelten Vor  schaltturbine 7.4. Die Düsen 15 werden der  Reihe nach durch den Thermostaten 11 ge  öffnet. Als Antrieb der Brennstoffpumpe  oder des Brennstoffgebläses 3 dient ein Mo  tor 16, dessen Drehzahl zum Beispiel vom  Mengenregler 12 geregelt wird.    Es kann auch von Vorteil     sein,    den Druck  des Treibgases der Gasturbine, das heisst also  die Brennluft     und    die Mischluft, oder die       Brennluft    allein, höher zu     halten    als den  Druck der Nutzluft.

   In diesem     Falle        wird     die Nutzluft abgezapft und     dann        Brennluft     und Mischluft, oder     nur    die     Brennluft    in  einer weiteren     Stufe        nachverdichtet.    Auch  bei verschiedenen     Drücken    .der verschiedenen  Luftanteile     kann    ein gemeinsamer     Luftvor-          wärmer        verwendet    werden,

       wenn    dessen     luft-          seitige    Sammelräume entsprechend abgetrennt  werden, wie     in        Fig.    1 bei 18     bezw.    18' ge  zeigt     ist.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Regelverfahren für Anlagen zur Erzeu gung von heisser Druckluft, bei denen der ge meinsame Verdichter für Nutzluft und Brennluft von einer Gasturbine angetrieben wird und bei welchen eine gemeinsame Brennkammer zur Erzeugung der Heizgase für die Erwärmung der Druckluft und zur Erzeugung :

   der Treibgase der Gasturbine ver wendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks gonstanthaltung der Temperatur und eine weiteren Betriebsgrösse der Nutzluft mittels mindestens eines Ventils, das durch einen auf Änderungen der einen Betriebs grösse ansprechenden Impulsgeber gesteuert wird, das Verhältnis der durch die gemein same Brennkammer und der durch eine Um gehungsleitung unmittelbar zur Gasturbine gehenden Luftmenge geändert wird,

   und dass mittels eines weiteren auf Änderungen der zweiten Betriebsgrösse ansprechenden Impuls gebers die Brennstoffzufuhr verändert wird. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Regelverfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Im pulsgeber auf Änderungen der Temperatur, der andere auf solche der Nutzluftmenge an spricht. 2. Regelverfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Im pulsgeber auf Änderungen der Temperatur, der andere auf solche des Nutzluftdruckes anspricht. 3. Regelverfahren nach Patentanspruch.

   dadurch gekennzeichnet, dass der unmittelbar zur Gasturbine strömende Luftanteil in einer Vorschaltturbine, bestehend aus mindestens einem Vorschaltrad, entspannt wird und die durchströmende Luftmenge durch Düsen ventile geregelt wird, die durch einen der bei den Impulsgeber gesteuert werden. 4. Regelverfahren nach Patentanspruch. dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Drosselverlusten der unmittelbar zur Gasturbine strömende Luftanteil einer Stufe niedrigeren Druckes des Verdichters entnom men wird.