CH246787A - Verbrennungsturbinenanlage mit mindestens einem aufgeladenen Gaserzeuger. - Google Patents

Description

      Verbrennurigsturbinenanlage    mit mindestens     einem        aufgeladenen        Gaserzeuger.       Feste Brennstoffe können für den Betrieb  von     Verbrennungsturbinen    verwendet werden,  indem man sie zuerst in Gaserzeugern ver  gast und das Gas darauf in der Brennkammer  der Turbine verbrennt. Da der Druck in der  Brennkammer einige Atmosphären     beträgt,     muss das Brenngas nach der Vergasung auf  diesen Druck gebracht, das heisst es muss in  einem     Gebläse    verdichtet werden.

   Tim die       Verdichterleistung    klein zu haltend wird das       Brenngas,    das beim Austritt aus dem Gas  erzeuger eine Temperatur von einigen hundert  Grad Celsius hat, abgekühlt, was einen  wesentlichen Wärmeverlust bedeutet.  



  Diese ungünstigen Betriebsbedingungen  kann man vermeiden, wenn man an Stelle  des Brenngases die Verbrennungsluft für den  Gaserzeuger auf den entsprechenden Druck  bringt, das heisst wenn der Gaserzeuger ange  nähert unter demselben Druck arbeitet wie  die     Brennkammer    der Gasturbine. Da im  Gaserzeuger ein bestimmter Druckabfall zur       lCberwindung    der Strömungswiderstände not  wendig ist, muss der Druck der eintretenden  Verbrennungsluft um diesen Druckabfall grösser  sein als der Druck an der     Brennkammer.     



  Die bekannten Anlagen dieser     Art    erzeugen  den Druckabfall dadurch, dass sie die ganze  verdichtete Luft auf den höheren Druck  bringen und die Luft     für    die     Brennkammer     um den Druckabfall im Gaserzeuger herunter  drosseln. Es wird somit bei diesen Anlagen  der überwiegende Teil der verdichteten Luft  um den Druckabfall im Gaserzeuger gedrosselt,    was einen beträchtlichen Verlust an Leistung  und Wirkungsgrad ergibt.  



  Die Erfindung sucht diese Verluste zu  vermeiden, indem zwar, wie bisher, Brennluft  und Kühlluft für eine Brennkammer einer  Turbine und Verbrennungsluft für einen Gas  erzeuger gemeinsam verdichtet und nach der  Verdichtung in     Teilströme    zerlegt werden,  aber der zu     einem    Gaserzeuger führende Teil  strom einen Druck besitzt, der um den Druck  abfall im Gaserzeuger höher ist als vor einer  zu ihm gehörenden     Turbinenbrennkammer,     während ein anderer Teilstrom unter nutzbarer  Verwertung dieses Druckabfalles zur     Brenn-          kammer    strömt. Hat die Anlage z.

   B. einen       Luftvorwärmer,    so wird zweckmässig der  Druckabfall in diesem ebenso gross gemacht  wie der des Gaserzeugers. Sind mehrere  Gebläse und Turbinen hintereinander ge  schaltet, so wird die Luft für die Gaserzeuger  an denjenigen Stellen entnommen, wo der  Druck um den Druckabfall im Gaserzeuger  höher ist als vor der Brennkammer. Es ist       vorteilhaft,    wenn der Druck an der Ent  nahmestelle bei verschiedenen Belastungen der  Anlage im gleichen Sinne fällt und steigt  wie vor der     Brennkammer.     



  In den     beiliegenden    Figuren ist der Erfin  dungsgegenstand an einigen Beispielen er  läutert.  



       Fig.    1 stellt z. B. eine     einstufige        Ver-          brennungsturbinenanlage    mit     einem    aufgela  denen Gaserzeuger und einem Wärmeaus  tauscher dar. Diese Anlage weist den Ver-      dichter 1, den     Wärmeaustauscher    2, die     Brenn-          kammer    3, die Gasturbine 4, den Generator 5,  den     Anwurfmotor        G    und den     Gaserzeuger    7  auf.

   Als Brennstoff dient irgendeine Kohle  oder sonst ein vergasungsfähiger     Stoff.    Die  Verbrennungsluft für den Gaserzeuger 7 wird  an einer Stelle 8 des Luftstromes entnommen,  wo der Druck um den Druckabfall im Gas  erzeuger 7' höher ist als der, vor der     Brenn-          kammer.    Der Druck im Gaserzeuger steigt  und fällt hierbei automatisch mit dem Druck  in der Anlage. Die     Regulierung    der Brenn  gasmenge erfolgt durch ein Drosselventil 9.,  das     entweder    in der Leitung zum oder vom  Gaserzeuger eingebaut ist.

   Um eine bei allen  Belastungen im     richtigen        Sinn    wirkende  Regulierung zu erhalten,     wird    man die Ent  nahmestelle der     Verbrennungsluft    so wählen,  dass bei allen     Belastungen    der     erforderliche          Druckabfall        im    Gaserzeuger gewährleistet ist,

    was durch diese     Anordnung    erreicht     wird.     Bei     einstufigen        Gasturbinenanlagen    verändert  sich der     Druck    an der     Anzapfstelle    und vor  der     Brennkammer        immer        gleichsinnig,    weil       zwischen        Anzapfstelle        und        Brennkammer          keine-    Gebläse und Turbinen     eingeschaltet          sind,

          sondern    nur der     Lüftvorwärmer.    Das  Drosselorgan 9 reguliert     in        einfacher    Weise  die     VerbrennuDgsluftmenge    durch     Verteilung     der Luftmenge auf Haupt- und     Nebenstrom.          Iiie    grosse, für den Gaserzeuger nicht benötigte       Luftmenge    strömt     durch    den     Luftvorwärmer.     



  Da der Druckabfall im Gaserzeuger je  nach     Füllschicht    und     Schlackenbildung    ver  schieden ist,     wird    die Anordnung zweckmässig  so     getroffen,    dass bei Normallast das Drossel  organ     nicht    voll     ausreguliert    ist.

   Dadurch  kann eine     Vergrösserung    des     Druckabfalles     im Gaserzeuger durch     Öffnen    des Drossel  ventils     wettgemacht    werden, so dass     die          Brenngaserzeugung    nicht     zurückgeht.    Die       erwähnte        Einstellung    des     Drosselorganes,    hat  auch den,     Vorteil,    dass bei Anlagen,     in    denen  die Belastung mit der Drehzahl steigt,     bezw.          fällt,

          ein    Belastungsstoss rascher aufgenom  men     werden    kann, weil durch     Öffnen    des       Drosselorganes    9, die     Brenngaserzeugung    sofort       vergrössert    werden kann, und     zwar    bereits    bevor die höhere Drehzahl die Lieferung einer  grösseren     Verbrennungsluftmenge    für den Gas  erzeuger zur Folge hat.  



  Es sei auch erwähnt, dass die beschriebene  Anordnung gegenüber den bekannten Regu  lierungsarten den grossen     Vorteil    hat, dass  die     Verbrennungsluft        für    den Gaserzeuger     in     einfachster Weise zwischen Null und Höchst  wert verändert werden kann, ohne dass eine  Verschlechterung der     Betriebsweise    des Ver  dichters eintritt.

   Der Betriebspunkt des Ver  dichters     wird    durch     Öffnen    oder     Schliessen     des Drosselorganes 9 nicht wesentlich     beein-          flusst,    weil die nicht zum Gaserzeuger  strömende     Luft        durch    den     Luftvorwärmer     strömen kann und die Verb     rennungsluftmenge     des     Gaserzeugers        im        Verhältnis    zur totalen       geförderten        Luftmenge        gering    ist.  



  Die     Anordnung    hat, wie bereits erwähnt,  den     Vorteil,    dass bei     Dreizahländerung        der-          Verdichterturbinengruppe    und der, damit ver  bundenen Druckänderung     m.    der     Brennkammer     sich     im        Gaserzeuger    ohne jede     Regulierung     der entsprechende Druck     einstellt.     



  Die     Leistungsregulierung        erfolgt    durch       einen        Fliehkraftregler    10 oder     einen    andern  Leistungsregler, der auf irgendeine bekannte  Art das - Drosselorgan 9 so     einstellt,    -dass  die der Leistung entsprechende     Erenngas-          menge    erzeugt wird.     In        Fig:    1     wird    z.

   B. der       Steuerimpuls        durch        DruckUl        vom-        Leistungs-          regler    10 auf das Drosselorgan 9 übertragen.  Zu diesem Zweck     liefert    eine-     motorangetrie-          bene        Ölpumpe    11 das Steueröl.  



  Sind     mehrstufige    Verbrennungsturbinen  anlagen     mit        mehreren        Brennkammern        vor-          handen,        die    bei     verschiedenen        Drücken    arbeiten,  so erhält jede     Brennkammer        zweckmässig     einen eigenen Gaserzeuger,

   der angenähert  mit dem gleichen Druck     arbeitet    wie     die          Brennkammer.    Die     einzelnen    Gaserzeuger  einer     Anlage    arbeiten- somit bei verschiedenen  Drücken.

   Die Verbrennungsluft für die ver  schiedenen Gaserzeuger     wird    auch in     diesem     Fall an den Stellen des     Luftstromes    ent  nommen, an denen sich der Druck an der  Entnahmestelle und .an der     Brennkammer    bei       Drehzahländerung    so ändert, dass der     für    den      Gaserzeuger notwendige     Druckabfall    bei allen  Belastungen erhalten bleibt. Die Regulierung  erfolgt wieder     dureh    ein Drosselorgan in der  abgezweigten Leitung vor oder nach dem  Gaserzeuger.  



       Fig.    2 zeigt eine derartige Anordnung für  eine zweistufige     Verbrennungsturbinenanlage.     Die Luft wird im Gebläse 1 verdichtet  und im Luftkühler 12 rückgekühlt, dann im  Gebläse 13 weiter verdichtet.     Anschliessend     gelangt sie in den     Wärmeaustauscher    2 und  von hier in die Brennkammer 3'. Das Treib  mittel geht dann durch die Gasturbine 14,  die den Verdichter 13 und über ein Getriebe  den Generator 15 antreibt. Von der Gas  turbine 14 geht das Treibmittel zur     Brenn-          kammer    3 und dann in die Turbine 4, von  dieser durch den     Wärmeaustauscher    2 ins  Freie. Zum Anwerfen der Anlage dienen die  Motoren 6, 6'.

   Das Brenngas wird durch die  Gaserzeuger 7, 7'.     geliefert.    Die Leistungs  regulierung erfolgt z. B. durch die Fliehkraft  regler 10,10', die auf direktem oder     indirektem     Wege die Drosselorgane 9, 9' regeln.  



       Die,hier    angeführten Regulierungen sind nur  Beispiele. Es kann jede Leistungsregulierung,  erfolgt sie nun durch     Fliehkraftregler,    Ther  mostaten, Druckregler usw., zur Steuerung  der Drosselorgane verwendet werden.  



  Man kann in der obern Verbrennungsstufe  als Verbrennungsprodukt     gewonnenes,    sauer  stoffhaltiges Treibgas einem Gaserzeuger der  untern Verbrennungsstufe zuführen und mit  Abgas aus der Hochdruckgasturbine be  schicken, wobei man durch     die    Reduktion der  Kohlensäure zu     Kohlenmonoxyd    eine Senkung       derVerbrennungstemperatur    im Gaserzeuger er  hält, was sehr erwünscht ist. Eine     Anzapfung     der Hochdruckgasturbine zum Beschicken des  Gaserzeugers der untern Verbrennungsstufe  ist dann nötig, wenn bei einer Belastungs  änderung der Druck an keiner Stelle des  Verdichters sich im gleichen Sinne ändert  wie vor der Brennkammer.  



  Die Entnahmestelle für     die    Verbrennungs  luft kann auch so gewählt werden, dass das  Verhältnis des Druckabfalles zum absoluten  Druck im Gaserzeuger ' bei fallender Drehzahl    der     Verdichtergruppe    nicht konstant bleibt,  sondern sogar zunimmt. Dadurch erhält man  bei kleiner werdender Belastung, das heisst  in diesem Falle bei kleiner werdender Dreh  zahl, eine relativ steigende     Druckdifferenz.     Der Überschuss an Druckabfall kann dann  bei einem plötzlichen     Belastungsstoss    zur vor  übergehenden relativen Vergrösserung der       Brenngasmenge    benützt werden, was zur  raschen Beschleunigung der     Verdichtergruppe          notwendig    ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verbrennungsturbinenanlage mit minde stens einem aufgeladenen Gaserzeuger; wobei Brennluft und Kühlluft für eine Brennkammer einer Turbine und Verbrennungsluft für einen Gaserzeuger gemeinsam verdichtet und nach der Verdichtung in Teilströme zerlegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der zu einem Gaserzeuger führende Teilstrom einen Druck besitzt, der um den Druckabfall im Gaserzeuger höher ist als vor einer zu' ihm gehörenden Turbinenbrennkammer, während ein anderer Teilstrom unter nutzbarer Verwertung dieses Druckabfalles zur Brennkammer strömt.

   UNTERANSPRüCHE: 1. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in den Weg des nicht zum Gaserzeuger führenden Teilstromes ein von Turbinenab gasen beheizter Luftvorwärmer angeordnet ist.

   2. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Normallast der Druck abfall im Gaserzeuger kleiner ist als der im Luftvorwärmer und der übrigbleibende Druck abfall in einem Regelorgan vernichtet wird, so dass ein durch Verstopfung des Gaserzeugers steigender Druckabfall durch Öffnen des Regel- organes wettgemacht und bei einem plötzlichen Belastungsstoss sofort eine grössere Luftmenge durch den Gaserzeuger geschickt werden kann.

   3. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenngasmenge durch ein Regelorgan ein stellbar ist, das das Mengenverhältnis der beiden Teilströme regelt. 4. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa- tentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan in der Verbrennungsluftleitung zum Gaserzeuger an geordnet ist.

   5: Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan in der vom Gaserzeuger ausgehenden Brenngasleitung angeordnet ist. 6. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan unter dem Einfluss eines eigenen Reglers steht. 7. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch mit mehrstufiger Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, dass jede Brenn- kammer mindestens einen Gaserzeuger besitzt, der unter dem Druck der entsprechenden Brennkammer steht.

   B. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch mit zweistufiger Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, dass in der obern Verbrennungsstufe als Verbrennungsprodukt gewonnenes, sauerstoffhaltiges Treibgas einem Gaserzeuger der untern Verbrennungsstufe zugeführt wird. 9. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibgas aus einer Turbinenstufe entnommen wird.

   10. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch und Unteranspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft für den Gaserzeuger an der Stelle abgezweigt ist, wo das Verhältnis des Druckabfalles zum absoluten Druck im Gaserzeuger bei fallender Drehzahl der Verdichtergruppe annähernd konstant bleibt. 11. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft für den Gaserzeuger an der Stelle abgezweigt ist, wo das Ver hältnis des Druckabfalles zum absoluten Druck im Gaserzeuger bei fallender Drehzahl der Verdichtergruppe zunimmt: