Gasturbinenanlage. Die Erfindung bezieht sich auf Turbinen anlagen derjenigen Art, bei denen ein gasför miges Arbeitsmedium in einem oder mehreren Kompressoren auf einen über dem atmosphä rischen Druck liegenden Druck gebracht, dann erhitzt und hernach in einer oder meh reren Turbinen expandiert wird, welche den oder die vorerwähnten Kompressoren antrei ben und/oder ihre Leistung nach aussen ab geben.
Das Arbeitsmedium kann bei solchen An lagen direkt beheizt werden, d. h. durch Ver brennung von Brennstoff im Arbeitsmedium oder auch durch indirekte Heizung, d. h. das Medium erhält die Wärme durch die Wan dung der Kanäle, durch die es fliesst. Diese Kanäle werden durch die Verbrennungspro dukte des Brennstoffes erwärmt. Wenn das gasförmige Arbeitsmedium indirekt beheizt wird, können Schwierigkeiten auftreten, und zwar infolge der geringen Dichte und der geringen spezifischen Wärme des Arbeits mediums sowie der davon herrührenden Schwierigkeit, die Aussenseite der Heizröhren, durch welche es strömt, kühl genug zu halten, um an der Aussenseite dieser Röhren eine Schlackenbildung zu verhindern, wenn ein Brennstoff wie Kohle zur Wärmeerzeugung verwendet wird.
Der Zweck der Erfindung liegt darin, eine Anlage zu schaffen, mittels welcher diese Schwierigkeiten behoben oder auf ein Mini mum reduziert werden können.
Die erfindungsgemässe Gasturbinenanlage ist derart ausgeführt, dass das Arbeitsmedium teilweise indirekt durch die Verbrennungs produkte eines Brennstoffes und teilweisse in direkt durch ein zusätzliches Fluidum, das Wärme ebenfalls von diesen Verbrennungs produkten erhält, erhitzt wird.
Die beim Verbrennen des Brennstoffes freiwerdende Wärme wird somit dem Arbeits medium in zwei Stufen zugeführt. Zweekmä- ssigerweise wird in der ersten Stufe das Ar beitsmedium durch das zusätzliche Fluidum erhitzt, das vorteilhaft eine grössere Dichte und/oder eine grössere spezifische Wärme als das Arbeitsmedium besitzt und die von den Verbrennungsprodukten aufgenommene Wärme in einem Wärmeaustauscher an das Arbeitsmedium abgibt.
Nachdem den Ver brennungsprodukten durch das zusätzliche Fluidum ein Teil der Wärme entzogen ist, um dessen Temperatur auf einen geeigneten Wert zu erniedrigen, beispielsweise auf den Schmelzpunkt der Asche, wenn Kohle als Wärmequelle verwendet wird, geben diese Verbrennungsprodukte weitere Wärme an das Arbeitsmedium ab, indem sie es in einem zweiten Wärmeaustauscher erwärmen.
Das Arbeitsmedium kann Luft sein, der Brennstoff Kohle und das zusätzliche Flui- dum Wasser, Dampf oder eine Mischung von Dampf und Wasser.
In der Figur der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform mit geschlos senem Arbeitsprozess fördert ein Luftkom pressor a Luft zu einem Wärmeaustauscher c. Bei ihrem Durchgang vom Kompressor a zum Wärmeaustauscher c kann die Luft ganz oder teilweise durch einen Wärmeaustauscher b geführt werden, wo sie vom entspannten, von der Turbine f abströmenden, aber noch wär meren Arbeitsmedium Wärme aufnimmt. Im Wärmeaustauscher c erhält das Arbeits medium Wärme von einem zusätzlichen Flui dum beispielsweise Wasser, das eine grössere spezifische Wärme und/oder Dichte als Luft besitzt. Dieses zusätzliche Fluidum erhält sei nerseits die Wärme von den Verbrennungs produkten in einem Wärmeaustauscher e, der durch Verbrennung von festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen geheizt wird.
Die das Arbeitsmedium bildende Luft wird nach dem Durchströmen des Wärmeaustau sehers c weiter durch den Wärmeaustauscher d erhitzt, und zwar durch diese Verbren nungsprodukte, nachdem diese letzteren wie vorerwähnt an das zusätzliche Fluidum Wärme abgegeben haben.
Nach dem Verlassen des Wärmeaustau- schers d gelangt die Luft zur Turbine f und nach der Expansion in dieser, wird sie ganz oder teilweise durch den Wärmeaustauscher b zu einem Kühler g geleitet und von dort zum Eintritt des Kompressors.
Wenn Luft oder ein anderes ähnliches Arbeitsmittel durch die Röhren des Wärme- austauschers e geführt wird, müsste die Ge schwindigkeit der Luft oder eines andern Arbeitsmittels extrem hoch sein, um den Wärmeübergang von den Verbrennungs- gasen in diesem Wärmeaustauscher in solch einem Betrage zu gewährleisten, dass die Temperatur an den Röhren unter den Schmelzpunkt der Asche fällt. Wenn jedoch eine Flüssigkeit mit grösserer spezifischer Wärme, wie z. B. Wasser, durch die Röhren geführt wird, kann der notwendige Wärme übergang zwischen den Gasen und dem Wasser viel besser erfolgen. So kann die Schlackenbildung an den Rohren des Wärme- austauschers c auf ein Minimum reduziert werden.
Die oben erwähnte Ausbildung der An lage ist gleicherweise für offene Arbeitspro zesse geeignet, bei denen vom Kompressor dauernd frische Luft oder ein anderes Ar beitsmedium angesaugt wird.
Gas turbine plant. The invention relates to turbine systems of the type in which a gaseous working medium is brought in one or more compressors to a pressure above atmospheric pressure, then heated and then expanded in one or more turbines, which the or the aforementioned Drive compressors and / or output their power to the outside world.
The working medium can be directly heated in such systems, d. H. by burning fuel in the working medium or by indirect heating, d. H. the medium receives its heat through the walls of the channels through which it flows. These channels are heated by the combustion products of the fuel. If the gaseous working medium is indirectly heated, difficulties can arise due to the low density and the low specific heat of the working medium and the resulting difficulty in keeping the outside of the heating tubes through which it flows cool enough to be able to Outside of these tubes to prevent slagging when a fuel such as coal is used to generate heat.
The purpose of the invention is to create a system by means of which these difficulties can be eliminated or reduced to a minimum.
The gas turbine system according to the invention is designed in such a way that the working medium is partially heated indirectly by the combustion products of a fuel and partially directly by an additional fluid which also receives heat from these combustion products.
The heat released when the fuel is burned is thus fed to the working medium in two stages. In the first stage, the working medium is heated by the additional fluid, which advantageously has a greater density and / or greater specific heat than the working medium and emits the heat absorbed by the combustion products to the working medium in a heat exchanger.
After some of the heat is removed from the combustion products by the additional fluid in order to lower its temperature to a suitable value, for example to the melting point of the ash if coal is used as a heat source, these combustion products give off more heat to the working medium by they heat it up in a second heat exchanger.
The working medium can be air, the fuel coal and the additional fluid water, steam or a mixture of steam and water.
In the figure of the accompanying drawing, an embodiment of the subject invention is shown.
In this embodiment with a closed working process, an air compressor promotes a air to a heat exchanger c. During its passage from the compressor a to the heat exchanger c, the air can be wholly or partially passed through a heat exchanger b, where it absorbs heat from the relaxed working medium flowing out of the turbine f, but still warmer working medium. In the heat exchanger c, the working medium receives heat from an additional fluid, for example water, which has a greater specific heat and / or density than air. This additional fluid in turn receives the heat from the combustion products in a heat exchanger e, which is heated by burning solid, liquid or gaseous fuels.
The air forming the working medium is further heated by the heat exchanger d after flowing through the heat exchanger c, namely by these combustion products after the latter have given off heat to the additional fluid as mentioned above.
After leaving the heat exchanger d, the air reaches the turbine f and after expansion in this, it is wholly or partially passed through the heat exchanger b to a cooler g and from there to the inlet of the compressor.
If air or another similar working medium is passed through the tubes of the heat exchanger e, the speed of the air or another working medium would have to be extremely high in order to ensure the heat transfer from the combustion gases in this heat exchanger in such an amount, that the temperature on the tubes falls below the melting point of the ash. However, if a liquid with greater specific heat, such as. B. water, is passed through the tubes, the necessary heat transfer between the gases and the water can take place much better. In this way, the formation of slag on the tubes of the heat exchanger c can be reduced to a minimum.
The above-mentioned design of the system is equally suitable for open work processes in which fresh air or another work medium is constantly sucked in by the compressor.