Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens. Gasturbinen-Kreisprozesse mit geschlos senem Kreisprozess gestatten den Prozess bei gegebenem Druckverhältnis unter hohem Druckniveau durcbzuführen und dadurch bei gegebener Nutzleistung die Dimensionen der Turbinen und Kompressoren zu verringern.
Der Nachteil eines solchen geschlossenen Pro zesses besteht aber darin, dass die Wärme beim obern Kreislaufdruek durch eine Wand auf das im Kreislauf strömende Arbeitsmittel übertragen werden muss, wobei sieh sehr grosse Apparate ergeben, die dazu wegen des hohen obern Kreislaufdruckes aus teurem, warm- fcsten Material gebaut sein müssen, und die ausserdem wegen möglichen, örtlichen Über hitzungen im Betriebe gefährdet sind.
U m die grossen Nachteile dieser Wärme- ibertragungsapparate für die Einführung der Wärme in den Kreislauf zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, die im Kreis lauf strömenden Gase durch eine Flamme zu erhitzen, deren Verbrennungsluft durch einen Kompressor aus dem Freien angesaugt und dem Brenner unter Druck zugeführt wird. wobei durch diese Verbrennungsluft gleieh- zeitig der Kreislauf auf das gewünschte höhere Druckniveau gebracht wird.
Die der Brennluft entsprechende Gasmenge muss dann aus dem Kreisprozess wieder entnommen wer den, wobei sie in einer mit dem Brennluft- konpressor gekuppelten Turbine auf Atmo sphärendruck entspannt wird. Es entsteht suf diese Weise ein Gasturbinenprozess, in den ein Teil des Arbeitsmittels einen Kreislauf be schreibt, und zwar von der Brennkammer durch die Hauptturbine, durch einen Wärme- austauscher, einen Gaskühler, durch einen meist mit Zwischenkühler versehenen Kom pressor, durch den Wärmeaustauscher zurück in die Brennkammer, wo sie von der Flamme wieder erhitzt werden.
Solche Verbrennungsgase enthalten aber immer Asche, Unverbranntes, Wasserdampf und bei Ölfeuerung auch Schwefelverbindun gen. Die Asche verunreinigt die Gaswege und die D:iaschinen des Kreislaufes; die Schwefel verbindungen sind gefährlich, sobald sie mit dem Wasserdampf kondensiert werden, weil sich Schwefelsäure bildet, was in einem Küh ler nicht zu vermeiden ist. Durch diese freie Säure werden die üblieherweise verwendeten Kühlapparate zerstört, so dass dieser an und für sich sehr zweckmässige Gasturbinenprozess bisher nicht verwirklicht werden konnte.
Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie die Verunreinigung und die zerstörende Wir kung der Schwefelsäure verhütet werden kön nen, so dass der oben skizzierte Kreisprozess ohne Lufterhitzer möglich wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage, bei der ein Teil des Arbeitsmittels einen Kreislauf be schreibt, mit Wärmezufuhr durch eine Flamme, mit Zuführung .der Verbrennungs luft iur Flamme unter Druck und Abfuhr der entsprechenden Menge von Arbeitsmittel mit Expansion zur Gewinnung der Energie für die Verdichtung der Brennluft und besteht darin, dass die im Kreislauf zirkulierende Ar beitsmittelmenge mit Einspritzwasser gerei nigt wird, derart, dass Säure auf ein unge fährliches Mass verdünnt und Unreinigkeiten weggeschwemmt werden.
Eine Einrichtung zur Ausübung diese Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass eine Waschvorrichtung angeordnet ist, um die im Kreislauf zirkulierende Arbeitsmittel menge beim tiefsten Druck des Kreisprozesses auf die tiefste Temperatur zu bringen, die gleichzeitig als Kühler dient, in welchem die nicht in Arbeit verwandelte Wärme aus dem Kreisprozess abgeführt wird. Da auch hier bei die Wärme nicht durch eine Wand ins Kühlwasser übertragen werden muss, erreicht man gleichzeitig ein grösseres nützliches Tem peraturgefälle und einen besseren Wirkungs- gvad der Anlage als bei einem Oberflächen kühler.
Der Einbau der Waschvorrichtung an einer Stelle des tiefsten Druckes hat auch den Vorteil, dass das Wasch- und Kühlwasser nur auf einen kleinen Druck gefördert wer den muss, wodurch die Pumpenarbeit klein wird. Diese Pumpenarbeit kann übrigens vor teilhaft dadurch weiter verringert werden, dass das aus der Wasch- und Kühlvorrichtung aus tretende Wasser durch eine Wasserturbine geleitet wird, die die Pumpe antreibt und einen Teil der Pumpenarbeit aufbringt. Was serpumpe und -turbine führen zweckmässiger weise eine Wassermenge, die proportional der Gasmenge ist. Sie sollen dabei vorteilhaft wie die Gruppe für die Verdichtung der Brenn- luft mit veränderlicher Drehzahl laufen.
Man kann deshalb die Pumpe allein oder mit einer Wasserturbine zusammen direkt oder über ein Zahnradvorgelege mit der Gruppe für die Verdichtung der Brennluft kuppeln. Vorteil haft wird der Waschvorrichtung ein Ab seheider nachgeschaltet, worin das erwärmte und verunreinigte Kühlwasser vom Gas ab geschieden wird.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbei spiel eine Gasturbinenanlage, die nach dem Verfahren gemäss der Erfindung arbeitet, in Fig. 1 im Aufriss, teilweise im Schnitt, teil weise in Ansicht, schematisch dargestellt, mit einer Variante eines Teils der Einrichtung in Fig. 2. An Hand dieses Ausführungsbei spiels wird nachfolgend auch das Verfahren gemäss der Erfindung beispielsweise erläutert.
Das Verbrennungsgas strömt durch den Niederdruclk-Kompressor 1, den Einspritz- Zwisehenkühler 2 mit unterer Abscheidevor richtung und den Hochdruckkompressor 3, in Schlangenlinie durch den Oberflächen-Wärme austauseher 4 an dessen Rohren vorbei, zur Brennkammer 5, wo die Gase durch eine Flamme 6 erhitzt werden, zur Nutzleistungs- turbine 7 und durch die Rohre des Wärme- austauschers 4 in die Wasch- und Kühlvor richtung 8, die unten als Wasserabscheider 10 ausgebildet ist und infolge der Leitschaufeln 9 eine Cyklonwirkung ausübt, so dass eine Trennung von Wasser und Gas stattfindet.
Das Gas tritt hier in das Kompressor-Sauo;- rohr 11 und beginnt den Kreislauf von neuem, während das Wasser in die Wasserturbine 12 strömt, die den Motor 13 zum Antrieb der Einspritzpumpe 14 der Waschvorrichtung R unterstützt. Ein Generator 15 ist mit der Turbine 7 und den Kompressoren 1 und 3 direkt gekuppelt.
Die für die Flamme nötige Verbrennungsluft wird aus der Atmo sphäre bei 16 angesaugt, in den Brennluft- kompressoren 17, 18, die mit einem Ober flächen-Zwischenkühler 19 versehen sind, auf den Brennkammerdruck verdichtet und dem Brenner 20 zugeführt. Die daraus entstehen den Verbrennungsgase strömen mit den Gasen cles Kreislaufes zur Turbine 7, aus der sie nach teilweiser Expansion durch Leitung 21 zur Turbine 22, die zum Antrieb des Brenn luftverdichters dient, und dann ins Freie strömen.
Ein Motor 23 dient zum Anlassen der Hilfsgruppe 17, 18, 22, bis die Turbine 22 den Antrieb übernehmen kann, worauf er abgeschaltet oder als Generator verwendet -wird. Desgleichen sitzt auf der Welle der Hauptgruppe, links vom Generator 15 ein Anlassmotor 24 und eine Erregermaschine 25.
Man kann auch die Maschinen 12, 14 mit der Hilfsgruppe kuppeln, in welchem Falle
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Somit kann die vom Generator 15 erzeugte Leistung dlurch Verändern der Drehzahl der Hilfs gruppe nacb Bedarf eingestellt werden. Die Wärme wird in der Brennkammer 5 durch eine Flamme in den Kreisprozess eingeführt, und der nicht in Arbeit umgewandelte Teil beim untern Druck durch die Kühl- und Wasclhvorriehtung 8 abgeführt. Alle Ma schinen und Apparate, mit Ausnahme der Konpressoren 17, 18 führen Verbrennungs gase, die durch Asche, Unverbranntes und Sclwefelsäure verunreinigt sind. Während bei Verwendung von Oberflächenkiihlern, die sich kondensierende Schwefelsäure die Küb- ler zerstört, werden die Gase nach vorliegen dem Verfahren in der Waschvorrichtung 8 mit viel Wasser gereinigt und gleichzeitig gekühlt.
Die Säure wird hier bis zur Un- schidlichkeit verdünnt und mit dem Kühl wasser abgeführt. Gleichzeitig werden aber alle übrigen Unreinigkeiten, wie Asche und Unverbranntes, webgeschwemmt, so dass das Gas in gereinigtem Zustand zu den Kompres soren 1 und 3 zurückkehrt. Der Einspritz- kühler 8 kann in irgendeiner der bekannten Bauarten ausgeführt werden. Es ist aber wiebtig, das Kühlwasser nach dem Kühler mögliclhst vollständig aus dem Gase abzu scheiden, was in diesemin Beispiel durch einen Cyklonabscheider, wie bei 9, 10 angedeutet und ollen erwähnt, geschehen kann. Die Zwi- schenlkiillung zwischen zwei oder mehreren Kompressorstufen, z.
B. 1 und 3, kann, da. die Gase nun bereinigt sind, in gewöhnlicher Art mit Oberflächenlküllern durchgeführt w er- dlen. Man kann aber auch hier Einspritz-Zwi- schenkübler mit Cyklonabscheider verwenden. wie in der Zeichnung als Bauart des Zwi schenkühlers 2 dargestellt ist.