CH250478A - Gasturbinenanlage in Verbindung mit mindestens einem Druckgaserzeuger. - Google Patents

Description

      Gasturbinenanlage    in Verbindung mit mindestens einem     Druckgaserzeuger.            Gasturbinenanlagen    in     Verbindung    mit  mindestens einem     Druckgaserzeuger,    der der  Brennkammer der Gasturbine vorgeschaltet  ist,     sind    bekannt. Die     Schwierigkeit    liegt  dabei     vorzugsweise    im Bau     eines    für einen  solchen Zweck geeigneten Gaserzeugers. Die  Leistung eines Gaserzeugers ist im allgemei  nen begrenzt durch die höchste     Geschwindig-          keit    des Vergasungsmittels, bei der das  Brennstoffbett gerade noch stabil bleibt.

   In  den meisten Fällen liegt jedoch die praktisch       erreichbare,    Höchstleistung noch viel tiefer,  da schon lange vorher der     Flugstaubgehalt     im Gas unzulässig hohe     Werte    annimmt.  Ferner wird durch den     Aschenerweichungs-          punkt    der zulässigen Wärmebelastung eine  Grenze gezogen.  



  Es sind mannigfache Wege beschritten  worden, um die     Leistung    der bestehenden  Gaserzeuger zu steigern. Überragende Be  deutung kommt dieser Frage jedoch     erst    dann  zu, wenn der Gaserzeuger dazu bestimmt ist,  den gasförmigen Brennstoff z. B. für eine       Gasturbinenanlage    zu liefern. Die besondere  Eignung der     Gasturbinenanlage    für die  Mehrzahl ihrer Verwendungszwecke liegt  eben gerade in ihrer äusserst kompakten Bau  weise.

   Es: muss also unter allen Umständen       angestrebt    werden, die Gaserzeuger möglichst  zu     verkleinern,    damit diese, was Platzbedarf,       Aufstellungsort    und     Regulierbarkeit    an  belangt,     organisch    mit der     Gasturbinenanlage     verbunden werden können.

   Um dies zu er  reichen, ist     beispielsweise    vorgeschlagen wor-    den, die     Gaserzeugeranlage    gegenüber dem  Arbeitsdruck der     Brennkammer    der Gas  turbinenanlage höher aufzuladen und dazu  eine eigene Ladegruppe anzuordnen, deren       Antrieb        aus        einer    von den     Brenngasen    des  aufgeladenen     Gaserzeugers        angetriebenen     Gasturbine besteht, während das für die       Aufladung    des Gaserzeugers dienende Ge  bläse die Luft bereits in vorverdichtetem Zu  stand von dem Hauptverdichter der Gas  turbinenanlage empfängt.

      Die vorliegende Erfindung beschäftigt  sich     ebenfalls    mit einer     Gasturbinenanlage    in       Verbindung    mit     mindestens    einem Druckgas  erzeuger, der der Brennkammer der Gas  turbine vorgeschaltet ist.

   Sie besteht aber       entgegengesetzt    zur     bisherigen    Druckerzeu  gung im     Gaserzeuger    darin, dass der Druck  gaserzeuger mit überhitztem Wasserdampf       gespeist        und        Wassergas    von höherem Druck  als dem     Brennkammerdruck    erzeugt     wird.     Dadurch fällt die     Verdichterarbeit    für das  im Gaserzeuger verbrauchte     Veigasungsmit-          tel    weg und     wird    durch die unbedeutende       Speisepumpenarbeit    ersetzt.

   Die Entspan  nung des mit hoher     Temperatur    anfallenden  Wassergases erfolgt zweckmässig     in.        einer          Brenngas-Varschaltturbine        bis    auf den     Druck     der     Brennkammer    der     Gasturbinenanlage.       Die     Fig.    1     zeigt    das Wesen der Erfin  dung in einem vereinfachten Schema.;

   die       Fig.    2 und 3 zeigen     schematisch        Ausfüh-          rungsbeispiele    der     Erfindung.         In     Fig.    1     ist    1     ein        Wassergaserzeuger    für       Wechselbetrieb    während der Gasperiode, 2  der     Luftverdichter    der     Gasturbinenanlage,     3     die        Hauptturbine,    die den Verdichter an  treibt und deren Überschuss als Nutzenergie,

         beispielsweise        im    elektrischen Stromerzeuger  14, zur     Verfügung    steht. Die Abgase der  Turbine     erwärmen    die Druckluft des Ver  dichters im     Wärmeaustauscher    4 und wer  den weiter abgekühlt im Verdampfer des       Vergasungswassers,    dem     Abhitzekessel    5.

    Der     Sattdampf    aus dem Verdampfer 5, "wel  cher von der Speisepumpe 8     gespiesen        wird,     gelangt     in    die     Kühlwandung    des Gaserzeu  gers     und        wird    dort möglichst hoch überhitzt,

    bevor er     in    die Retorte eingeblasen     wird.     Das     entstehende        Hochdruckwassergas    wird  in der     Brenngas-Vorschaltturbine    6     auf    den  ungefähren     Arbeitsdruck    der Gasturbinen  anlage     entspannt.    Dort gelangt das Brenngas  in die     Brennkammer    7     und    verbrennt mit der       Arbeitsluft,    wobei die Treibgase     auf    die Be  triebstemperatur der Hauptturbine gebracht  werden.  



  Für die Schaltung des Gaserzeugers selbst  ergeben sich die verschiedensten Möglichkei  ten.     Fig.    2     stellt        eine    Anordnung dar, bei  der die Retorte des Gaserzeugers durch den       Treibgasstrom,    und zwar von     aussen    beheizt  wird.     Das        Hochdruckwassergas    wird wie in       Fig.    1     zunächst    in einer     Vorschalt-Brenngas-          turbine    6 auf den Arbeitsdruck der     Gas-          turbinenanlage    entspannt.

       In    der Brenn  kammer 7 verbrennt das Gas mit der Arbeits  luft und     wird    durch     Mischung    mit Kühlluft  auf eine Temperatur gebracht, die gerade  ausreicht, den Wärmebedarf des Gaserzeu  gers zu decken. Nach     Durchströmen    des     Heiz-          mantels    des Gaserzeugers treten die Feuer  gase mit der     richtigen        Arbeitstemperatur    in  die     Hauptturbine    3 ein.  



  An Stelle des ganzen     Arbeitsgasstromes     kann auch nur     ein    Teilstrom für die     Be-          heizung    des Gaserzeugers herangezogen wer  den, welcher Teilstrom dann auf eine entspre  chend höhere Temperatur vorzuwärmen ist.  Das     notwendige    Druckgefälle kann in einer  Zusatzstufe des     Hauptverdichters    oder durch    einen Hilfsverdichter aufgebracht werden,  oder es wird dieser     Teilgasstrom        in    eine Zwi  schenstufe der Hauptturbine geführt, wobei  er gleichzeitig dazu dienen kann, den Haupt  gasstrom wieder auf volle Temperatur zu       bringen.     



  An Stelle der besonderen     Brennkammer    7  kann auch der     Heizmantel    der     Retorte    als       Brennkammer        ausgebildet    werden.  



  Bei diesen Anlagen nach     Fig.    1 oder 2  muss überhaupt keine Luft auf den Lade  druck     des    Gaserzeugers verdichtet werden.  Das volle Arbeitsäquivalent der     Vorsehalt-          Wassergasturbine    (nach Abzug der     Speise-          pumpenleistung)        steht    als Nutzenergie zur       Verfügung    und erhöht den     Anlagewirkungs-          grad.    Der an die     Vorschaltturbine    6 gekup  pelte     elektrische        Stromerzeuger    15 erzeugt  also jeweils noch Energie.  



       Fig.    3 stellt eine Anordnung für perio  dische     innere        Aufheizung    mit     mindestens     zwei     gesteuerten,    umschaltbaren Gaserzeu  gern     1-.        und    1B dar. Die übrigen     Apparate     sind wieder dieselben wie     in        Fig.    1.  



  Der Gaserzeuger     1A    ist     unter    Hochdruck       stehend    gezeichnet mitten in der Gas  periode und     arbeitet    auf die     Vorschalt-          brennga:sturbine    6.

   Die     Ventilstellung        ist     folgende:       F1        E'inlassventil    für Wasserdampf: offen       p2        Einlassventil    für Luft: geschlossen       Tr3        Auslassventil    für Brenngas: offen       Y,        Auslassventil    für Rauchgas: geschlossen.  Der Gaserzeuger 1B steht unter dem       Brennkammerdruck    der Anlage     in    der Heiz  periode     und        arbeitet    auf die     Hauptturbine    3.

    Die     Ventilstellung    ist dann - die     umgekehrte.     Beide     Turbinen    geben ihren     Leistungsüber-          schuss    als Nutzleistung an irgendeinen Ver  braucher, z. B. an die elektrischen Strom  erzeuger 14 und 15, ab. Durch die     Vorschalt-          turbine    wird eine     nennenswerte        Erhöhung     des Anlagewirkungsgrades erreicht.  



  Die Abgase     aus    dem     Gaserzeuger    der  Heizperiode können ebenfalls der Brennkam  mer 7     zugeführt    werden,     anstatt    sie direkt in  die Hauptturbine 3 zu führen. Dadurch     wird     ein vollständiger     Temperaturausgleich    zwi-      sehen Arbeitsgas und Abgas bewirkt     und     zugleich erhalten CO- und HZ-Spuren, die  andernfalls verloren wären, Gelegenheit,  ebenfalls mit     auszubrennen.        Anstatt    zwei  können auch     drei    und mehr Gaserzeuger  einen Zyklus bilden.

   Dies kann besonders  deshalb     vorteälhaft        sein,        weil    Gasperioden  und     Blaszeiten    nicht gleich lang sein wer  den. Zudem wird die     Belastung    der Vor  schaltturbine     gleichförmiger.    Das an sich  umständlichere und für den Gasturbinen  antrieb     komplizierte        Wechselverfahren    hat  den     Vorteil,    dass es keine besonderen Anfor  derungen an temperaturfeste     Wandungen     stellt.

   Die:     normalerweise    grossen Wärme- und  Gasverluste während der     Blasperiode    kön  nen im     Gasturbinenbetrieb    voll ausgenützt  werden.         Sämtliche    hier beschriebenen Anlagen  bieten insbesondere folgende     Vorteile:     1.

   Durch die Substitution des Mischgases  eines     normalen    Gaserzeugers, welches den  ganzen     Stickstoffballast        enthält,    durch reines  Wassergas     entsteht        eine    beträchtliche Ver  kleinerung des Volumens, bezogen auf glei  chen     Heizwert    der     Brenngase.        Diese    Ver  besserung des     Brenngases    (gleichwertig einer  höheren     Belastung    des     Ga=serzeugerquer-          schnittes)

      wird noch verstärkt durch die Ver  schiebung des     Wassergasgleichgewichtes    nach  der     Methanseite    beim     Druckwassergas.     



  2. Der     Wassergasprozess    ermöglicht viel  höhere     Betriebsdrüeke        bei    kleineren     Ver-          lusten    als der     gewöhnliche        Mischgas.prozess,     da sowohl bei     Aussenbeheizung    als auch bei       Innenbeheizung    während der     Gasperiode    nur  die     notwendige    Wassermenge in einer Speise  pumpe auf die     erforderliche    Druckhöhe ge  bracht werden     muss.    Die     Verdichtungsarbeit     für Vergasungsluft fällt jedoch fort.

   Es kön  nen     beträchtlich    höhere Ladedrücke der Gas  erzeuger angewendet werden,     als    der wirt  schaftliche Betriebsdruck der Arbeitsma  schine beträgt. Bei     Wechselbetrieb        und    bei       Wälzgasheizung    genügt die Verdichtung  einer     kleineren        Luftmenge    als beim Mischgas  prozess.    3. Mit     höherem    Ladedruck de Gaserzeu  gers . nimmt das     spezifische    Volumen     des     Gases und damit seine     Geschwindigkeit    ab.

    Trotz der zufolge     steigender    Dichte zu  nehmenden Schleppkraft kann also die Be  lastung     gesteigert    werden, ohne dass die Ge  fahr des     MitreiBens    von     Brennstoffteilchen          bestehen    würde.  



  4. Der     Wassergasprozess    umgeht leichter  die Schwierigkeiten, die     durch        das        Schmelzen     und Zusammenbacken der     Brennstoffasche     entstehen.  



  Bei allen beschriebenen Anlagen ist es  vorteilhaft, wenn die     Verdampfung    der not  wendigen     Wassermenge    in     einem        Abhitz-          kessel    durch     Wärme    aus den Abgasen er  folgt. Zur Kühlung der     Gas"erzeugerwandung     oder der     Wandung    des     Heizmantels        kann          Sattdampf    oder Luft oder beides     verwendet     werden.

   Es kann auch     ein        Teil        des    Speise  wassers in     einem        Kühlmantel    des Gaserzeu  gers verdampft     werden.    Das kann     dort    von       Vorteil        sein,    wo infolge direkter Verbren  nung     einer        Teilluftmenge    im     Kohlenbett    ört  liche hohe     Schachttemperaturen    zu erwarten  sind.

   Ein solches Vorgehen ermöglicht über  dies die volle Ausnutzung aller     Vorteile    eines       gasförmigen        Brennstoffes,    indem der Luft  vorwärmer vollständig durch einen Ver  dampfer     ers        tzt    wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Gasturbinenanlage in Verbindung mit mindestens einem Druckgaserzeuger, der der Brennkammer der Gasturbine vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck gaserzeuger mit überhitztem Wasserdampf gespeist und Wassergas von höherem Druck als dem Brennkammerdruck erzeugt wird.

   UNTERANSPRüCHE 1. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass das an fallende Wassergas in einer Brenngas-Vor- schaltturbine bis auf den Druck der Brenn- kammer der Gasturbinenanlage entspannt wird. 2.

   Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Re- tone des Druckgaserzeugers durch den Treib gasstrom von aussen beheizt ist. 3. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Re- tone des Druckgaserzeugers durch einen Teilstrom des Arbeitsgasstromes beheizt ist.

   4. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizmantel der Retorte des. Druckgaserzeu- gers zugleich als Brennkammer ausgebildet ist. 5.

   Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass min- destens zwei gesteuerte und umschaltbare Druckgaeerzeuger für periodische innere Aufheizung vorgesehen sind.

   6. Gasturbinenanlage nach Unteran spruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass um schaltbare Ventile angeordnet sind, durch deren Stellung jew eile ein Druckgaserzeuger auf Gasperiode, der andere auf Heizperiode geschaltet werden kann.

   7. Gaoturbinenanlage nach Unteran sprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Druckgaserzeuger vorge sehen sind, deren Gas- und Heizperioden un- gleich lang sind:. B. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verdampfung der notwendigen Speisewasser menge ein Abhitzekessel angeordnet ist; der von den Abgasen der Gasturbinenanlage be strichen wird.

   9. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass ' die Wandung des Druckgaserzeugers von einem Kühlmantel umgeben ist. 10. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizmantel des Druckgaserzeugers von einem Kühlmantel umgeben ist.

   11. Gasturbinenanlage nach Patentan spruch und Unteranspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Teil des Speisewassers in einem Kühlmantel de' Gaserzeugers ver dampft wird.