CH427411A - Gasturbinenaggregat - Google Patents

Description

      Gasturbinenaggregat       Bei der     Bewetterung    von Kohlengruben werden  grosse Mengen Luft mit einem kleinen Gehalt von  Grubengas (Methan) abgesaugt. Aus Sicherheitsgrün  den wird in der aus den Gruben abgesaugten Luft       eine        Methankonzentration        von        0,6-1%        gehalten.     Theoretisch ist für die Ausnützung des Grubengases  die Anwendung von Gasturbinen sehr     vorteilhaft,     was aber mit grossen Schwierigkeiten verbunden ist,  wenn die gesamte     Methanmenge    ausgenützt werden  soll,

   die in der aus den     Gruben    abgesaugten Luft     ent-          halten        ist,        obwohl        in        dieser        Luft        50-100        %        des        für     den Normalbetrieb der Gasturbine benötigten Brenn  stoffes (Methan) ,enthalten sein kann.  



  Auch unter der Voraussetzung, dass :die gesamte  Menge des Arbeitsmediums der Gasturbine -die Luft  bildet, die aus den Kohlengruben mit kleinem Me  thangehalt abgesaugt wird, ermöglichen die     Gasturbi-          nenbrennkammern    normalerweise nicht die volle  Ausnützung des Methangehaltes.

   Durch den eigentli  chen     Brennraum,    in dem die Verbrennung des Me  thans vorausgesetzt werden kann,     gelangt    nämlich nur       etwa        30        %        der        gesamten        Luftmenge,        wogegen        die     restliche Luft den     Brennraum    umströmt und sich mit  den heissen Verbrennungsprodukten erst am Ende  ,der     Brennkammer    vermischt, wo bei einer verhältnis  mässig niedrigen Temperatur (600-800  C) das in  kleiner Konzentration in der Luft enthaltene Methan  nicht mehr verbrennt.  



  Die Ausnützung des Methans in der Gasturbine  wäre so     verhältnismässig    klein. Z. B. bei einer  Gasturbine, die mit einer Temperatur von 675  C vor  ,der Turbine arbeitet und die einen gesamten     Wärme-          wirkungsgrad        von        16,2        %        (ohne        Regeneration)        beim     Ansaugen reiner Luft hat, würde sich der     Wirkungs-          grad        auf        19,

  1%        beim        Ansaugen        einer        Luft        mit     1     Vol.%        Methan        vergrössern.        Dies        bedeutet        eine       Verminderung des erforderlichen Brennstoffes um       nur        15        %        der        ursprünglichen        Gesamtmenge.     



  Bei Anwendung spezieller Brennkammern mit  keramischer     Ausmauerung    ist es möglich, eine  höhere Ausnützung des in der     Grubenluft    enthaltenen  Methans zu erreichen. Diese Brennkammern :besitzen  aber eine Reihe von nachteiligen Eigenschaften vom  Standpunkt der Regelung und der Sicherheit des Tur  binenbetriebes usw.  



  In dem oben angeführten Beispiel einer Gastur  bine werden für ihren Betrieb insgesamt 2,03     V01. /0     Methan benötigt, bezogen auf .die Gesamtmenge der  angesaugten Luft. Bei 1     Vol.o/o    Methan in der ange  saugten Luft würde seine hundertprozentige     Ausnüt-          zung    eine fünfzigprozentige Ersparnis der     ursprüng-          lich    benötigten Brennstoffmenge bringen.     Mit    Erhö  hung des zulässigen Methangehaltes in der Gruben  luft (bei     hunderprozentiger    Ausnützung) wäre es  möglich, die Menge des erforderlichen     zusätzlichen     Brennstoffes weiter zu vermindern.  



  Der Erfindung     liegt    nun die Aufgabe zugrunde,  die angeführten Erfordernisse zu erfüllen. Bei dem       erfindungsgemässen        Gasturbinenaggregat    geschieht  dies dadurch, dass im     Kreisprozess    der Gasturbine  ein die Brennkammer ersetzender katalytischer  Reaktor angeordnet ist.  



  Zwecks     Vorwärmung    des     Gasgemisches    kann vor  dem katalytischen Reaktor ein regenerativer     Wärme-          austauscher    angeordnet sein. Vor dem katalytischen  Reaktor kann auch eine     Hilfsbrennkammer    angeord  net sein. Der regenerative     Wärmeaustauscher    kann  ferner mit einer Umleitung mit     Hilfsbrennkammer     für das Anfahren versehen sein.

   Auf der Saugseite  des Verdichters kann zudem ein Drosselorgan ange  ordnet sein, .das vom Regelsystem des Aggregats für  das Ansaugen der reinen Luft gesteuert     wird.    Auf      diese Weise kann die Regelung des Methangehaltes       im    Arbeitsmedium der Gasturbine vor dessen Ansau  gen durch den     Kreisprozessverdichter        ermöglicht     werden.  



       Beispielsweise        Ausführungsformen    des Erfin  dungsgegenstandes sollen     anhand    der Zeichnung  nachfolgend     näher        erläutert    werden.

   Es zeigen:       Fig.    1 eine schematische Darstellung der     Anlage     und       Fig.    2 eine     Ausführungsvariante    der     Anlage.     Gemäss     Fig.    1     wird        die        Luft    mit einem kleinen  Gehalt von Methan oder auch anderen brennbaren  Gasen oder ihren Gemischen     durch    einen Verdichter  2 über ein Filter 1 angesaugt.

   Nach     Verdichtung    im  Verdichter 2 geht die Luft durch einen regenerativen       Wärmeaustauscher    4, wo sie durch Abgase aus     einer     Turbine 6 auf die zur     katalytischen    Reaktion     benö-          tigte    Temperatur erhitzt wird. Aus dem     Wärmeaus-          tauscher    4 geht     die    Luft dann durch einen katalyti  schen Reaktor 5, wo sich die brennbaren Gase unter       Einfluss        eines    geeigneten Katalysators verbrennen.  Dadurch erhöht sich die Temperatur an die zur Ex  pansion in der Turbine 6 benötigte Höhe.

   Nach Ex  pansion     in    der Turbine 6 geht das Arbeitsmittel     in     Form von praktisch     heisser    Luft über den     Wärmeaus-          tauscher    4     in    einen     Auspuff    10 und so     in    die Atmo  sphäre. Die Turbine 6 treibt einen elektrischen Alter  nator 7 mit dem Erreger 8, oder aber andere Maschi  nen wie Verdichter, Pumpen usw. an. Das     Anfahren     der     Gasturbine    erfolgt mit einem     Anfahrmotor    9.  



  Für die Lufterhitzung auf die erforderliche Höhe  im Zeitpunkt des     Anfahrens    ist     parallel    mit dem       Wärmeaustauscher    4 eine     Hilfsbrennkammer    3 ange  ordnet.

   Die Menge des der     Hilfsbrennkammer    3 zu  geführten     zusätzlichen        Brennstoffes        wird    von einem  Regelorgan 12     gesteuert.        Ein.    Regelorgan 11     ermög-          licht    das     Ansaugen        reiner    Luft zu der     Grubenluft    mit  dem Methangehalt und so die     Änderung    des Methan  gehaltes im Arbeitsmittel vor dessen Ansaugen     in    den       Kreisprozessverdichter    2 und die Regelung bzw.

    Temperaturbegrenzung des     Arbeitsmittels    vor der  eigentlichen     Gasturbine.     



  Die     Ausführungsvariante    der Anlage     gemäss          Fig.    2 zeigt eine Gasturbine ohne Regeneration. Die  Funktion der     Gasturbine    ist analog der vorstehend  beschriebenen Ausführungsform. Die Luft     wird    aber  auch während des Betriebes vor     Eintritt    in den kataly  tischen Reaktor durch     eine        Hilfsbrennkammer    3  dauernd vorgewärmt. Diese     Hilfsbrennkammer    3  dient auch zum Anfahren     des    Aggregats.

   Die Be  zeichnungen und die Funktionen der     einzelnen    Teil  elemente sind analog     Fig.    1.    Die Lösung nach     Fig.    1     ermöglicht    den Betrieb  der Gasturbine ohne zusätzlichen Brennstoff auch bei  kleinerem Methangehalt in der abgesaugten Luft,     ist     aber sowohl     in    der Konstruktion als auch in der Dis  position     komplizierter.    Die Ausführungsform nach       Fig.    2 ist einfacher, setzt aber immer einen Bedarf an  einer     vorbestimmten    Menge zusätzlichen Brennstof  fes voraus.  



  Die Erfindung ist nicht auf die     angeführten    Bei  spiele der Anordnung von Kreisprozessen der  Gasturbinen beschränkt. Sie     kann    auch bei verschie  denen, komplizierteren Kreisprozessen der Gastur  binen Anwendung finden.  



  Für die Regelung des zusätzlichen Brennstoffes  kann das     ,Aggregat    mit     gebräuchlichen    Regelorganen,  etwa ein vom Servomotor gesteuertes Regelventil,  ausgestattet sein. Für die Regelung des Methangehal  tes im     Arbeitsmittel        wird    das Ansaugen reiner     Luft     zu der abgesaugten     Grubenluft    mit     Methangehalt    in  der Saugseite des     Kreisprozessverdichters    der     Gas-          turbine    vorausgesetzt.

   In beiden Fällen     kann    man  eine .automatische Regelung mittels     gebräuchlicher     Regelelemente des Aggregats versehen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Gasturbinenaggregat, dadurch gekennzeichnet, dass im Kreisprozess der Gasturbine ein die Brenn- kammer ersetzender katalytischer Reaktor (5) ange ordnet ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Gasturbinenaggregat nach Patentanspruch, da durch .gekennzeichnet, dass vor dem katalytischen Reaktor (5) ein regenerativer Wärmeaustauscher (4) zwecks Vorwärmung des Gasgemisches angeordnet ist.

   2. Gasturbinenaggregat nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass vor dem katalytischen Reaktor (5) eine Hilfsbrennkammer (3) angeordnet ist. 3. Gasturbinenaggregat nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der regenerative Wär- meaustauscher (4) mit einer Umleitung mit Hilfs- brennkammer (3) verbunden ist.

   4. Gasturbinenaggregat nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Saugseite des Verdichters (2) ein Drossel organ angeordnet ist, das vom Regelsystem des Aggregats für das Ansaugen der reinen Luft gesteuert wird.