Gasturbinenanlage mit Abgaswärmeausnützung. Der Kreisprozess einer Verbrennungstur binenanlage in seiner einfachsten Lösung stellt sich so dar, dass ein auf der Turbinen welle sitzender Luftkompressor Frischluft ansaugt und sie in eine Brennkammer drückt, wo eine stetige Verbrennung stattfindet. Die Verbrennungsgase werden in der Turbine entspannt, und die Abgase strömen ins Freie.
Die Luftmenge, die vom Kompressor ge fördert wird, wird so gross gewählt, dass selbst bei Vollast die Temperatur vor der Turbine nicht höher als etwa 550 bis 600 C ist, so dass weder Brennkammer noch Turbine eine besondere Kühlung benötigen. Aber die ser grosse Luftüberschuss bringt es mit sich, dass der erreichbare thermische Wirkungs grad höchstens etwa 18 % ist, da die Abgase mit einer Temperatur von etwa 300 bis 400 C ins Freie treten. Dieser thermische Wirkungsgrad kann leicht durch eine Dampf kraftanlage überflügelt werden. Eine Verbes serung wird durch einen Luftvorwärmer er reicht, der jedoch, wenn er die gesamte Ab- wärme ausnützen soll, sehr gross ausfällt und die Anlage verteuert.
Ganz anders sind dagegen die Verhält nisse, wenn in einer Anlage nicht nur Ener gie, sondern auch Heizdampf benötigt wird. In diesem Fall können die heissen Abgase der Gasturbine in einem Abhitzekessel zur Heiz dampferzeugung verwendet werden, womit bei einer restlosen Ausnützung der Wärme der Abgase der Gasturbine eine bessere Brennstoffausnützung möglich ist, als in einer üblichen Dampfanlage.
Die Erfindung geht noch einen Schritt weiter, indem bei Gasturbinenanlagen mit Abgaswärmeausnützung Mittel vorgesehen s i in d, um die Abgaswärme sowohl zur Ileiz- dampferzeugung als auch zur Luftvorwär- mung ausnützen zu können.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist in einer beispielsweisen Ausführung in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Weise die Ge samtanlage, Fig. 2 und 3 Aufriss und Grundriss eines vereinigten Luftvorwärmers und Heizdampf- erzeugers, Fig. 4 eine automatische Steuerung zur Umschaltung von Dampferzeugung auf Luft- en und umgekehrt, Fig. 5 in grösserem Massstab einen Schnitt durch eine Einzelheit (Verteiler) der Fig. 4. In Fig. 1 ist A ein Luftkompressor, B eine Brennkammer mit stetiger Verbrennung, C eine Gasturbine, D ein Generator und E ein Abwärmerekuperator mit Speisewasser pumpe F und Dampfaustritt G.
Damit ist die Gesamtanlage ihren Haupteinrichtungen nach kurz erklärt.
Sowohl die heissen Abgase der Turbine C als auch die im Kompressor A verdichtete Luft strömen durch Leitungen 1 bezw. 2 zum Abwärmerekuperator E, erstere verlas sen ihn bei 3, um ins Freie, letztere bei 4, um in die Brennkammer B und dann zur Turbine C geleitet zu werden. Das von der Pumpe F geförderte Speisewasser verdampft im Rekuperator E und strömt mittels Lei tung G ins Heizdampfnetz.
Der Abwärmerekuperator E, der Abhitze kessel und Luftvorwärmer vereinigt, sei nun an Hand der Fig. 2 und 3 näher erläutert: Im dargestellten Beispiel ist der Rekupe rator E in drei Sektionen 5, 6, 7 aufgeteilt, von denen jede aus Ober- und Untertrommel mit verbindendem Rohrbündel besteht. Die heissen Abgase der Turbine kommen durch Leitung 1 an, steigen empor und verteilen sich auf der Stirnfläche des Apparates gleich mässig, bestreichen die Rohrbündel und sam meln sich oben wieder, von wo sie durch Lei tung 3, z. B. zum Kamin, abgeführt werden.
Die Druckluft kommt vom Kompressor A durch Leitung 2 mit einem Druck von eini gen Atmosphären in den Luftverteiler B. der über die Ventile 9, 10, 11 mit den obern Trommeln der Sektionen 5, 6, 7 nach Wunsch verbunden werden kann. Die untern Trom meln haben ihrerseits Anschlüsse mit Schie ber 12, 13, 14, die die erwärmte Luft zum Luftsammler 15 führen. Von hier gelangt die Luft durch Leitung 4 in die Brennkammer B. Parallel zu jedem Luftanschluss hat jede un tere Trommel einen Wasseranschluss über die Schieber 16, 17, 18 und die obern Trommeln Dampfanschlüsse 19, 20, 21, durch welche der erzeugte Heizdampf abgeführt werden kann.
Bei restloser Abwärmeverwertung zur Dampferzeugung sind alle Luftschieber ge schlossen und alle Wasser- bezw. Dampf schieber offen. Wird nur zwei Drittel Ab gaswärme zur Heizdampferzeugung benötigt, dann werden die Schieber 16 und 21 ge schlossen und die Schieber 11 und 12 geöff net. Dadurch wird die Sektion 5 von Heiz- dampferzeugung auf Luftvorwärmung um geschaltet usw. Wenn die Luftschieber ge schlossen sind, so muss die verdichtete Luft aus dem Verteiler 8 unmittelbar in den Sammler 15 geführt werden. Dies geschieht über den Schieber 22, der auch als automa tische Bypassklappe ausgebildet sein kann, so dass beim Schliessen der Luftschieber sich die Bypassklappe automatisch entsprechend öff net.
Auf diese Weise ist der luftseitige Druckabfall praktisch konstant. Auf der Gasseite findet überhaupt keine Regelung statt, und da die Abgasmenge praktisch kon stant ist, ist ebenfalls der gasseitige Druck abfall praktisch unveränderlich.
Damit vermeidet man folgende Nachteile: Für schwankenden Betrieb müssen Luft vorwärmer und Abhitzekessel so gross gebaut sein, dass der eine oder andere allein die ge samte Abwärme der Heizgase ausnützen kann. Dies bedeutet selbstredend eine Ver teuerung der Anlage. Dazu kommt noch die Schwierigkeit der Abgasverteilung auf Ab hitzekessel und Luftvorwärmer je nach dem augenblicklichen Heizdampfbedarf. Werden aber Heizdampferzeuger und Luftvorwärmer gasseitig hintereinandergeschaltet,
so hat man den doppelten Druckabfall, was sich sehr ungünstig auf die Energieerzeugung der GastLirbine auswirkt. Wollte man den Druek- zibfall in diesen beiden 'N#@rärineausta.uscliern auf die Hälfte verringern, so würde dies wie der zu kleinen Gasgeschwindigkeiten bezw. zu untragbar teuren Wärmeaustauschern füh- ren.
Zudem kommt der Nachteil des sehr gro ssen Platzbedarfes hinzu.
Die Umschaltung der Sektionen 5, 6, 7 von Dampferzeugung auf Luftvorwärmung und umgekehrt kann vorteilhaft automatisch erfolgen, damit die verschiedenen Schieber in der richtigen Reihenfolge betätigt werden. In Fig. 4 ist beispielsweise eine solche auto matische Steuerung schematisch dargestellt. Die zu betätigenden Dampf-, Wasser- und Luftventile tragen die gleichen Nummern wie in den Fig. 2 und 3. In dieser schemati schen Darstellung ist ein Druckregler 23 an die abgehende Heizdampfleitung G ange schlossen. Dieser Druckregler besteht aus einem federbelasteten Kolben mit Zahnstange 24, welche mittels Zahnrades 25 die Ruf- oder Abwärtsbewegung in eine rotierende umformt.
Dieses Zahnrad 25 betätigt seiner seits den Rotationskolben des Druckölvertei- lers 26. An diesen Druckölverteiler sind alle Druckölleitungen der Ventile 9-21 ange schlossen. Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Verteiler 26. Es ist zu ersehen, dass der Verteilerkolben einen halben Zylinder dar stellt, der durch seine Rotation das Drucköl zu den einzelnen Ventilen gelangen lässt bezw. unterbindet. In der gezeichneten Lage der Fig. 5 sind alle Ventile 16-21 offen, das heisst der gesamte Kessel erzeugt Heiz- dampf. Rotiert der Kolben etwas nach rechts, so wird zuerst das Steueröl zu den Ventilen 18 und 19 unterbunden, so dass sie sich schliessen, das heisst diese Sektion 7 wird nicht mehr zu Dampferzeugung benützt.
Gleichzeitig bezw. durch Einschaltung einer nicht eingezeichneten Zeitverzögerung, wie es beispielsweise eine Blende in der Ölleitung darstellt, werden die Luftventile 9 und 14 geöffnet, so dass diese Sektion 7 als Luftvor wärmer arbeitet usw. Selbstredend können die verschiedenen Ventile auch elektrisch betätigt werden, in dem der Verteiler 26 eine Kontakttrommel darstellt mit entsprechenden Kontakten.