CH311371A - Gasturbinenanlage zur Verwertung von in einem intermittierend anfallenden Wärmeträger, insbesondere in Abgasen, enthaltener Wärme. - Google Patents

Description

      Gasturbinenanlage        zur        Verwertung    von in einem     intermittierend    anfallenden Wärm     \\@ltäg     insbesondere in Abgasen, enthaltener Wärme.    Die Erfindung betrifft eine Gasturbinen  anlage zur Verwertung von in einem     inter-          mit.t.ierend    anfallenden Wärmeträger, insbe  sondere in Abgasen, enthaltener Wärme.  



  Bei     industriellen    Anlagen, beispielsweise  im Gebiete der Stahlerzeugung, kann es vor  kommen, dass im Gefolge eines periodisch sich  abspielenden Prozesses heisse Abgase     int.er-          mittierend    anfallen.     Wird    das Arbeitsmittel  einer Gasturbine mit solchen Abgasen beheizt-,  so genügt im allgemeinen die Wärmespeicher  fähigkeit der Erhitzer und Wärmeaustausch  a.pparate nicht, um den Betrieb auch in den  Arbeitspausen aufrechtzuerhalten.

   Beim     LTn          terbruch    der Heizgaslieferung sinkt die Tem  peratur des     Arbeitsmittels    rasch, was nicht  nur einen raschen Abfall der Leistungsab  gabe, sondern auch ungünstige thermische  Beanspruchung der Baustoffe der Turbine  zur Folge hat.  



  Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile  zu beheben, und dies wird bei einer     Gasturbi-          nenanl:age    der eingangs erwähnten Gattung da  durch erreicht, dass der Wärmeträger die ab  zugebende Wärmemenge in einem Erhitzer  durch feste     Wärmeaustauschwände    an das  Arbeitsmittel der     Gasturhinenanlage    über  trägt, und dass zwischen dem Eintritt des  Arbeitsmittels in den Erhitzer und dem Ein  tritt des     Arbeitsmittels    in die Turbine stän  dig mit.

   dem Arbeitsmittel in     Wärmeaustausch     stehende, wärmespeichernde Mittel vorhanden  sind, durch welche während der Zeit des Aus-    Betzens des Wärmeträgers die zum Betrieb  der     Gasturbinenanlage    erforderliche Wärme  an das Arbeitsmittel abgegeben wird.  



  Diese wärmespeichernden Mittel können       beispielsweise    im Erhitzer zwischen dem       Wärmeträger    und dem Arbeitsmittel angeord  net sein. Eine zweckmässige Ausbildung der       Gasturbinenanlage    besteht auch darin, dass  zwischen Erhitzer und Turbine     ein    vom Ar  beitsmittel durchströmter Wärmespeicher am  geordnet wird.  



       In    der beiliegenden     Zeichnung        sind        zwei          Ausführungsbeispiele    des Erfindungsgegen  standes in vereinfachter Darstellungsweise  veranschaulicht. Es zeigen:     -          Fig.    1 eine     Gasturbinenanlage    mit einem  besonderen Wärmespeicher und       Fig.    2     eine        Gasturbinenanlage        mit    zusätz  lichen wärmespeichernden Mitteln im Er  hitzer.  



  Bei den in den     Fig.    1     und    2 dargestellten       Gasturhinenanlagen    beschreibt das Arbeits  mittel     einen.    Kreislauf.     Das    verdichtete und  erhitzte Arbeitsmittel entspannt in     einer    Tur  bine 1, durchströmt hernach einen     Wärme-          austauscher    2 und einen Kühler 3     und    wird  in einem Verdichter 4 wieder auf erhöhten  Druck gebracht. Im     Wärmeaustauscher    2 wird  sodann das verdichtete     Arbeitsmittel    durch  das die Turbine 1 verlassende Arbeitsmittel  vorgewärmt.

   Die Nutzleistung wird an einen  Generator 5 abgegeben.      Bei der in     Fig.    1 dargestellten Anlage tritt  das verdichtete und vorgewärmte Arbeits  mittel an einer Stelle 6 in einen Erhitzer 7  und     wird    in Rohrschlangen 8 durch einen       intermittierend    anfallenden Wärmeträger,  beispielsweise durch Abgase, erhitzt, welche  durch einen Stutzen 9 in den Erhitzer ein  treten     i-md    diesen durch einen Stutzen 10 ver  lassen. Der Wärmeträger überträgt die abzu  gebende Wärme durch feste     'VV        ärmeaus-          tauschwände,    nämlich durch die Wandung  der Rohrschlangen 8, an das Arbeitsmittel.  



       Zwischen    der     Eintrittsstelle    6 des     Arbeits-          mittel's    in den Erhitzer     und    dessen Eintritt  in die Turbine 1 sind wärmespeichernde Mit  tel     vorhanden.    Diese bestehen in einem     7wi-          sehen    Erhitzer 7 und     Turbine    1 angeordneten       Wärmespeicher    11, in welchem wärmespei  cherndes Material 12 mit vom Arbeitsmittel.       durchströmten    Kanälen 13 durchsetzt. ist.  



  In jenem Zeitraum, in dem der Erhitzer 7  vom Wärmeträger     durchströmt    ist, wird das  Arbeitsmittel aufgeheizt. Bevor es aber in die       Turbine    1 eintritt, gibt es im     Wä.rmespeieher     11 einen Teil seiner Wärme an das     Speicher-          niaterial    ab. Während der Zeit des     Aussetzens     des Wärmeträgers     wird    dagegen vom Spei  chermaterial umgekehrt die zum Betrieb der       Gasturbinenanlage    erforderliche Wärme an  das     Arbeitsmittel    abgegeben.

   Bei     entspre-          ehend    grosser Bemessung     des.Speichers    ist es  möglich, die     Temperaturschwankung    des Ar  beitsmittels am Eintritt in die Turbine ver  hältnismässig niedrig zu halten, beispielsweise  auf weniger als 50 . Die Anlage kann dann       beispielsweise    so     ausgelegt    werden,     @dass    die  Turbine mit einer nur im Bereich     zwischen     625 und 675  C schwankenden Eintrittstem  peratur arbeitet.  



  Der Wärmespeicher kann auch in irgend  einer andern zweckdienlichen Weise     gebaut          sein.    So können beispielsweise auch vom Ar  beitsmittel die Zwischenräume von lose     ge-          schiclhtetem    Material, etwa einer Steinfül  lung, durchströmt werden. Die wärmespei  chernden Mittel können auch in hitzebestän  digen Metallteilen bestehen.

      In     Fig.    1 sind ferner noch Mittel darge  stellt, durch welche der     Druckpegel    des Ar  beitsmittelkreislaufes verändert werden     kann.     Diesem Zwecke dient einerseits ein von einem  Motor 14 angetriebener Verdichter 15,

   durch  welchen über eine     Leituno@    16 aus der Atmo  sphäre     angesaugte    Luft durch eine Leitung  17 mit     Rüekschlagv        entii   <B>18</B> und eine Leitung  19 an einer Stelle 20 zwecks     Hebung    des  Druckpegels in den Kreislauf gefördert wer  den     kann.    Eine     Senktin-    des     Di-Liekpegels     -wird umgekehrt durch     Auslass    von Luft durch  eine von einem Ventil 21     beherr        sehte    Leitung  22     erreicht.    Durch diese Mittel ist es möglich,

    den Druckpegel des Kreislaufes so zu     re-u-          lieren,    dass die     Leistungsabgabe    der Anlage  trotz sehwankender     Arbeitsmitteltemperatur     konstant bleibt. Bei sinkender     Temperatur     ist dabei der Druckpegel zu erhöhen und um  gekehrt bei steigender Temperatur zu ernied  rigen.  



  Der Ein- oder     Auslass    von Arbeitsmittel       kann    hierbei auch selbsttätig- in Funktion der  Temperatur des Arbeitsmittels gesteuert. wer  den, in der Weise, dass eine bestimmte Zu  ordnung zwischen Druckpegel und Tempera  tur hergestellt wird. Anderseits kann aber  auch direkt ein die Leistungsabgabe der An  lage messendes Gerät auf die Regelung des  Druckpegels einwirken. Es besteht auch die  Möglichkeit, beide Regelungsarten zu kombi  nieren, wobei beispielsweise die     eiste    zur  Grobeinstellung und die zweite zur Feinrege  lung dienen kann.  



  Bei der in     Fig.    2 dargestellten Anlage  tritt. das verdichtete und vorgewärmte Ar  beitsmittel an einer Stelle 23 in einen Erhitzer       24.    In diesem Erhitzer durchströmt es Rohre  25, welche in eine     wärmespeichernde    Masse  26 eingebettet sind..  



  Der     intermit.tierend    anfallende Wärmeträ  ger tritt von oben durch     einen    Stutzen 27 in  den Erhitzer,     durehströnit    hierauf Kanäle 28,  welche die     wä.rmespeiehernde    Masse durch  setzen, und verlässt den Erhitzer durch einen  Stutzen 29. Die wärmespeichernden Mittel 26  sind somit zwischen dem in den Kanälen 28  strömenden Wärmeträger und dem in den      Rohren 25 strömenden Arbeitsmittel ange  ordnet.  



  Der Wärmeträger     überträgt    die abzuge  bende Wärme durch die Speichermasse 26  und die Wandung der Rohre 25 an das Ar  beitsmittel. Ein Teil der Wärmemenge wird  in der Heizperiode von der Speichermasse  zurückbehalten und in der Zeit des     Ausset-          zens    des     Wärmeträgers    an das Arbeitsmittel  abgegeben, so dass dieses auch dann die zum  Betrieb der     Crasturbinenanlage        erforderliche     Wärme erhält.  



  Bei geschlossenem     Arbeitsmittelprozess     kann die Gasturbine in bekannter     Weise    mit  Luft oder mit irgendeinem andern Gas betrie  ben werden. Die erfindungsgemässe     Ga.sturbi-          nenanlage    kann aber auch     als    offene     Luft-          turbi,nenanlage    ausgebildet sein, wobei der       Verdieliter    Luft von der Atmosphäre ansaugt  und die verdichtete Luft, gegebenenfalls nach       Vorwä.rmung    in einem     Wäinneaustauscher,    in  einem Erhitzer unter Wärmeübertragung       chireb    feste Wände durch den Wärmeträger  erhitzt. wird.

       1Vach    Entspannung in der Tur  bine wird dann die Luft. entweder unmittel  bar oder nach     Durchströmen    des Wä.rmeaus  tauehers, wenn ein solcher vorhanden ist, in  die Atmosphäre ausgestossen. In beiden Fäl  len bleibt der Vorteil     gewahrt.,    dass die An  lageteile von einem reinen Arbeitsmittel  durchflossen sind.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Casturbinenanlage zur Verwertung von in einem intermittierend anfallenden Wärme- träger, insbesondere in Abgasen, enthaltener Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger die abzugebende Wärme in einem Erhitzer durch feste Wärmeaustauseh- wände an das Arbeitsmittel der Gasturbinen anlage überträgt,

   und dass zwischen dem Ein tritt des Arbeitsmittels in den Erhitzer und dein Eintritt des Arbeitsmittels in die Tur bine ständig finit dem Arbeitsmittel in Wärme austausch stehende, wärmespeichernde Mittel vorhanden sind, durch welche während der Zeit des Aussetzens des Wärmeträgers die zum Betrieb der Gasturbinenanlage erforder liche Wärme an das Arbeitsmittel abgegeben wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmespei chernden Mittel im Erhitzer zwischen dem Wärmeträger und dem Arbeitsmittel angeord net sind. " 2. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Erhit zer und Turbine ein vom Arbeitsmittel durch strömter Wärmespeicher angeordnet ist. 3. Gasturbinenanla.ge nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmit- tel einen Kreislauf beschreibt.

   4. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass Mittel vorhanden sind, durch welche der Druckpegel des Arbeitsmittelkreislaufes so reguliert wird, dass die Leistungsabgabe der Anlage konstant bleibt.