Verfahren zum Betrieb einer Krafterzeugungsanlage. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Krafterzeu- guugsanlage.
Es sind mit Luft betriebene Kraftanlagen bekannt, in denen Kraft durch Expansion von verdichteter und erhitzter Lufterzeugt wird. In solchen Anlagen, wie au sich bekannt, wird verdichtete Luft vor Eintritt in eine Expansionsmaschine durch Oberflächen- wärmeübertraguug erhitzt, darauf entspannt, und verlässt die Expansionsmaschine in noch recht heissem Zustande. Es wurde bereits vor geschlagen, diese heisse Luft ganz oder teil weise zum Vorwärmen der vom Kompressor kommenden Luft oder als Brennluft in der Brennkammer des Oberflächen-Lufterhitzers zu verwerten.
Solche Luftkraftanlagen, zum Unterschied von Kraftanlagen, in denen verdichtete Luft durch direkte Verbrennung von Brennstoff in derselben erhitzt wird, eignen sich beson ders gut zur Ausnutzung von festen Brenn stoffen, wie Kohle, Koks. Braunkohle, Torf und dergleichen, oder such von minderwerti- gen flüssigen Brennstoffen, wie Heizöl, Teer, Pech und Asphalt.
Als Folge neuerer Entwicklungen von Luftkraftanlagen, insbesondere Luftturbinen anlagen, und der damit erfolgten Erhöhung der Lufttemperaturen am Turbineneintritt, ergaben sich auch höhere Austrittstempera turen der die Turbinen verlassenden ent spannten Luft. Diese ist heute im allgemeinen zu heiss, um direkt als Brennluft für Roste, Stoker oder dergleichen zu dienen aus Grün den mechanischer, metallurgischer. und be trieblicher Art. Selbst in Anlagen, in denen der Brennstoff in Staubform verbrannt wird, ist so heisse Luft wegen der Explosionsgefahr nicht immer zulässig.
Der Hauptzweck dieser Erfindung liegt in der Vermeidung dieser Nachteile, und das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass ein Teil der entspannten und durch Oberflächen-Wärmeübertragung an die verdichtete Luft abgekühlten Luft als Brennluft für die obgenannte Verbrennung in für aschenhaltige Brennstoffe gebauten Feuerung anlagen verwendet wird, und die Verbrennungsgase aus dieser Verbrennung nach Abgabe eines Teils ihrer Wärme in einem Erhitzer im selben Wärmeaustauscher, wo die verdichtete Luft durch entspannte Lufterwärmt wird,
durch Wärmeabgabe an die verdichtete Luft weiter abgekühlt und hierauf mindestens zum Teil in die Umge bungsluft ausgestossen werden. ' Die beigefügte schematische Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung. Mg. 1 ist eine Anordnung für Verwertung vom. Kohle auf Wanderrosten in zwei Brenn- kammern.
Fig. 2 zeigt eine andere Anordnung für Verwendung von Staubkohle in einer Brenn.- kam.mer, wobei eine Luft-Abgasmischung dlie Verbrennung aufrecht erhält.
Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Anordnung mit zweimaliger Lufterhitzung und Abzwei- gung der Turbinenabluft zur Brennkammer innerhalb des Lüftvorwärmers.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung für Verwer tung von Staubkohle, wobei die Brennluft in Teilströmen verschiedener Temperatur zu geführt wird.
Fig. 5 stellt eine weitere Variante dar mit Verwendung von Brennstoff teils auf einem Rost und teils in Staubform und Zuführung der Brennluft ebenfalls in Teilströmen ver schiedener Temperatur.
In dem in Fix. 1 dargestellten Beispiel tritt Luft bei 11 in den Kompressor 12, wird nach Verdichtung in dem Zwischenkühler 13 gekühlt. dann im zweiten Kompressor 14 weiter verdichtet und gelängt dann in den Wärmeaustausscher 15. Die vorgewärmte Luft strömt anschliessend über Rohr 16 in das Heiz rohrsystem 17, das in der Brennkammer 18 angeordnet ist; hiernach strömt die verdick- tete Luft durch Rohr 19 in die Luftturbine 20.
Nach teilweiser Expansion in letzterer strömt die Luft durch ein zweites Heizrohr system 17', das in einer zweiten Brennkam- mer 18' angeordnet ist, und weiter zu einer zweiten Luftturbine 20', in welcher sie bis zu einem niedrigeren Druck entspannt wird, der im allgemeinen nur wenig vom Atmo sphärendruck der Umgebungsluft abweicht. Die entspannte Luft verlässt die Turbine 20' noch recht heiss durch Rohr 22, um durch die Heizseite 15' des Wärmeaustauschers 15 zu strömen, wie durch punktierte Linie ange deutet, und hernach bei 23 in die Umgebungs luft Vor dem Austritt in die Atmosphäre ist das Rohr 25 mit Drosselklappe 24 abgezweigt, von welchem die unter den Wanderrosten 26 und 26' endenden. Rohre 25' und 25'' abge zweigt sind. Diese Roste werden aus den Bun kern 27 und 27' mik Kohle versorgt.
Die Brennkammern 18 und 18' haben eine ge meinsame Auslassleitung 28 für die Verbren nungsgase, die zu dem Wärmeaustauscher 15 führt, und zwar zu dessen oberer Heizseite 15'' wie durch punktierte Linie angedeutet. Die Verbrennungsgase verlassen die obere Heizseite 15'' durch Rohr 29 und werden durch den Sauglüfter 29' in den Schornstein 30 geblasen. Wie aus der Zeichnung er sicht lich, ist die Luftturbine 20 mit dem elek trischen Generator gekuppelt, während die Kompressoren 12 und 14 zusammen mit Luft turbine 20' auf einer getrennten Wedle ange- ordnot sind.
Offensichtlich wird die durch Rohr 25 ab gezweigte Luft im Wärmeaustauscher 15 durch Wärmeabgabe an die vom Kompressor 14 kommende verdichtete Luft stark abge kühlt. Sie kann also als primäre Brennluft unter den Rosten verwendet werden. Die in den Brennkammern 18 und 18' aufwärtsströ menden Verbrennungsgase geben zuerst Wärme an die Rohrsysteme 17 und 17' ab, und werden nachher im Wärmeaustauscher 15 weiter nutzbar abgekühlt. Es ist nahelie gend, die Brennkammer 18' und das Heiz rohrsystem 17' wegzulassen, das heisst ohne Zwischenerhitzung der Luft, zu arbeiten.
In dem Beispiel nasch Fig. 2 verläuft der Prozess der Arbeitsluft grundsätzlich in glei cher Weisse wie in Fig. 1 mit dem Unter schied, dass auf der Heizseite des Wärmeaus- tausclhens 31 keine Scheidewand vorgesehen ist. Der Durchfluss der Heizgase ist mit punktierter Linie angedeutet. Die gashaltige Brennluft wird hinter Wärmeaustauscher 31 .durch Rohr 32 abgezweigt und über Regel klappe 33, Gebläse 34 zuUn Brenner 35 ge leitet.
Ein Teil der Brennluft wird über Re gelklappe 38' und Rohr 38 unmittelbar in dlie Brennkammer 18 eingeblasen. Der- Brenner erhält Kohlenstaub von einer verfügbaren Quelle durch Rohr<B>36</B> mit Ventil 37.
Die gas- haltige, durch Rohr 32 abgezweigte Brenn luft enthält ausreichend Sauerstoff zur Ver brennung :des zugeführten Kohlenstaubes.
Ein weiteres besonderes Merkmal des Bei- sp!iels nach Fig. 2 ist :die zusätzliche Brenn- kammer 39, -die in das Rohr 19 eingeschaltet ist, geeignet zur Verbrennung von zusätz lichem flüssigem Brennstoff. Solcher wird aus dem Behälter 40 über Brennstoffpumpe 41, Rohr 42 und Ventil 43 in die .Kammer 39 gespeist.
In dieser Welise kann ein Teil der Wärme durch festen Brennstoff, der Rest durch flüssigen Brennstoff geliefert werden.. E in solcher Betrieb ist bei Überlast günstig, um hohe Arbeitstemperaturen vor der Tur bine 20 zu erzielen. Kammer 39 kann auch zum Anlassen der Anlage benützt werden sowie für sehr kleine Lasten.
Der Prozess in dem Beispiel naeh Fig. 3 ist derselbe wie der in Fig. 1. An Stelle des Rostes send Staubbrenner 44 und 44' vorge sehen. Da solche Brenner im allgemeinen hö here Brennlufttemperaturen vertragen als Roste oder Stoker, wird diese Luft aus dem Primärlufterhitzer 15 an einer Stelle 45 zwi- sohen dem Ein- und Auslass der entspannten Luft abgezweigt und durch Gebläse 46 in die Brennkammern, teilweise über die Brenner, und teilweise unmittelbar oberhalb der Bren ner eingeblasen. Die Leitungen 47, 48 und 49 mit Klappen 48' und 49' und die Leitun gen 50 und 51 mit Klappen 50' und 51' die nen diesem Zwecke. Der Wärmeaustauscher 15 ist identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten. Die Brenner erhalten Kohlenstaub durch Rohre 52 und 53 mit Ventilen 52' und 53'.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel mit Brennluft- versorgung in mehreren Teilströmen verschie dener Temperaturen, die an einer Mehrzahl von Stellen entlang dem Pfad der entspann ten Luft vom Austritt aus ebner Luftturbine zum Austritt aus dem Wärmeaustauscher ab gezweigt werden.
Der Prozess ist wie folgt: Luft wird bei 11 in den Kompressor 12 gesaugt, strömt dureh Zwischenkühler 13 mit Kühlsystem 13', von da in einen zweiten Kompressor 14 und in den Wärmeaustauscher 15. Eine Scheidewand 15a dient auch hier zur Trennung des Luft- und des Gasstronies. Die verdichtete Luft verlässt den Wärmeaustauscher 15 durch Rohr 16 und strömt durch das Rohrsystem 17, das in Brennkammer 18 angeordnet ist; hierauf durch Rohr 19 zur Luftturbine 20, in der die Luft unter Arbeitsleistung entspannt wird, so dass sie die Kompressoren und den elek trischen Generator 21 antreiben kann. Die Niederdruckseite der linken Abteilung des Wärmeaustauschers 15 ist mit dem Austritt aus der Luftturbine 20 verbunden.
Die ent spannte Luft strömt im Wärmeaustauscher 15 aufwärts und kann durch zwei Auslässe aus treten, nämlich durch das Rohr 54 und durch das Rohr 23 zur Atmosphäre. Die Rohre 23 und 54 sind durch ein Rohr 55 mit einem Ventil 55' verbunden; Rohr 54 ist über Ventil 54' mit der Saugseite des Gebläses 56' ver bunden, welches Luft in das Rohr 56, mit Ven til 56'', liefert. Das Rohr 56 mündet bei 65 am untern Ende der Brennkammer 18. Ein Rohr 57 zweigt vom Rohr 56 ab und führt über Ventil 57' zur Kohlenmühle 58. Ferner ist eine Verbindung hergestellt mischenden Rohren 22 und 57 durch Rohr 59, mit Ventil 59'.
Eine vom Rohr 22 abzweigende Leitung 60 ermöglicht je nach der Stellung der Klap pen 61' und 62' Primärluft zum Brenner 63 für Staubbrenuatoff und Sekundärluft zu den Auslässen 61 zu leiten. Mit 28 ist der Aus lasskanal der Brennkammer für die Ver brennungsgase bezeichnet, der wie ersichtlich mit der rechten Abteilung des Wärmeaus- tauschers verbunden ist. Die abgekühlten Verbrennungsgase gelangen über Austritts kanal 29. Gebläse 29' zum Schornstein 30. Rohr 64 mit Ventil 64' dient zum Transpört der Brennstaub-Luftmischung zum Brenner 63.
Wenn Kohle einer bestimmten Beschaffen heit verbrannt wird, arbeitet die Anlage wie folgt: Ventile 55' und 59' sind geschlossen. Heisse Luft strömt vom Turbinenauslass 22 über Lei tung 60 zu den Luftauslässen 61. Etwas käl tere Luft wird aus dem Wärmeaustausaher 15 über Rohr 54 entnommen. Ein Teil dieser Luft gelangt zu dem Auslass 65, um die Achse- und Schlaekenteilehen zu kühlen, be vor sie den Aschentrichter erreichen, während der Rest,der Kohlenmühle 58 über Rohr 57 zugeführt wird. Diese Luft dient zur Kohle- troleknung !in -der Mühle und, wie erwähnt, als: Trägerluft.
Durch geeignete Wahl der Ab- , zwesgstelle kann die Temperatur dieser Luft so gewählt werden, dass sie zum Trocknen warm genug ist, aber nicht zu warm, um Explosionsgefahr im .Staubsystem .auszu- s@chliess,en. - Wenn unter gewissen Lastb-e- , dingungen, oder bei Änderung der Kohlen- sorte (Feuchtigkeit usw.) die Temperatur im Rohr 57 zu hoch wird,
so kann Ventil 55' geöffnet werden und kältere Luft vom Rohr 23 mit der im Rohr 54 gemischt werden, mit dem Ergebnis, dass die Mühle kühlere Luft erhält. Es ist natürlich auch möglich, Ventil 54' völlig zu schliessen und die Trockenluft ganz aus dem Rohr 23 zu beziehen. - Bei sehr nasser Kohle kann es wünschenswert sein, heissere Trockenluft zu benützen. In diesem Falle wird Ventil 59' geöffnet und heissere Luft aus der Turbinenauslassleitung 22 mit der Luft im Rohr 54 gemischt; in ex tremen Fällen kann Ventil 57' völlig ge schlossen werden und alle Trockenluft aus der Türbinenauslassleitung 22 bezogen werden.
Fig. 5 zeigt eine Alternativanordnung mit einem Prozess ähnlich Feig. 1, doch mit Rost feuerung in der ersten Brennkammer und Staubfeuerung in der zweiten Brennkammer. Der Wärmeaustauscher 45 ist hier ebenfalls mit einer Scheidewand 15a, wie beschrieben, ausgerüstet. Von der Turbinenauslassleitung 22 ist Rohr 65 mit Ventil 65' abgezweigt und mit der ersten Zonenkammer 66 des Wander rostes 67 verbunden; ein anderes Abzweig rohr 68 führt zum Gebläse 69, von welchem ein Rohr 70 mit Ventil 70' zur Brennkammer 18 über dem Rost führt. Ein drittes Abzweig rohr 71 führt über Ventil 71' zum Staubbren ner 72 und über Klappe 73' zu den Sekun- därluftauslässen 73 der zweiten Brennkammer 18'.
Rohre 74 und 75 mit Ventilen 74' und 75' entsprechen den gleichwertigen Teilen 54, 55, 54', 55' in Fig. 4 und dienen demselben Zwecke. Rohr 74 führt zur Saugseite des Gebläses 76, welches Luft in das Rohr 77 lie fert, von wo über Rohre 78 und 79 mit Ven tilen 78' und 79' Luft zu den Zonenkammern 80 und 81 des Rostes 67 gelangt.
Die Verbrennungsgase der Brennkammern 18 und 18' treten über Leitung 28 in den Wärmeaustauscher 15 über, strömen durch die rechte Abteilung, wie in Fig. 4, verlassen diese über Kanal 29 und gelangen über Lüf ter 29' in den Schornstein 30. Rohr 82 mit Ventil 82' bildet eine Querverbindung zwe- schen den Turbinenzufuhrleitungen 19, 19', wodurch Turbine 20 und Rohrsystem 17' um gangen werden können, wenn Ventil 82' ge öffnet wird. Das ist vorteilhaft während des An' assens und bei kleinen Teillasten, in wel chem Falle Brenner 72 ausser Betrieb gesetzt wird. Der Rost 67 erhält Kohle von Bunker 83, während der Brenner 72 mit Staub durch Rohr 84 mit Ventil 84' versorgt wird.
Die Quelle der Staubkohle kann eine Mühle wie in Fig. 4 sein, für welche eine ähnliche An- omdnung gewählt werden kann wie in Fig. 4. 85 ist ein Anlassmotor, welcher, wie bekannt, dazu dient, das Aggregat 12, 14, 20' wäh rend des Anlassens in Umdrehung zu ver setzen.
Die Brennluft wird wie folgt geliefert: Die erste Rost-Zonenkammer 66 erhält sehr heisse Luft aus Rohr 65. Die zweite und die dritte Zonenkammer 80 und 81 erhalten käl tere Luft entweder aus Leitung 75 oder Rohr 23, oder eine Mischung beider. Über denn Rost wird durch Leitung 70 sehr heisse Se kundärluft zugeführt. Staubbrenner und Se- kunrdärlufteinlass für die zweite Brennkammex erhalten heisse Luft durch Leitung 71, das heisst sehr heisse Luft.
Während, wie vorstehend auseinanderge setzt, Anordnungen möglich sind, in denen die Brennluft von den Abgasen getrennt oder gemischt mit denselben durch den Wärme- austauscher geschickt werden kann, ist die erste Methode vorzuziehen, weil die reine Ab luft aus dem Wärmeaustauscher für andere Zwecke ausserhalb der Kraftanlage wie für Raumheizung, Kohletrocknung, Wasserdestil lation usw. nutzbar verwendet werden kann.
Es isst für die Zwecke der vorliegenden Erfindung gleichgültig, was für Bauarten von Kompressoren, Expansionsmaschinen oder Kühlern verwendet werden und -wieder Pro zess der Arbeitsluft im einzelnen gerführt wird, :ob Zwischenkühlung und/oder mehr fache Lufterhitzung gewählt wird. Es;
ist ferner gleichgvlttig, ob -die Nutzleistung ab gebende Maschine einen Generator oder eine Arbeitsmazchine, wie z. B. einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft oder Druck- gasen, antreibt.