DE1601602A1 - Einrichtung zur Vorwaermung der Ansaugluft bei einer Gasturbinenanlage mit Abgaskamin - Google Patents

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH 6 Frankfurt 70, Theodor-Stern-Kai 1

Crüger/ja P 16 01 602.7-1 3

16.10.1970

Einrichtung zur Vorwärmung der Ansaugluft bei einer Gasturbinenanlage mit Abgaskamin

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Vorwärmung der Ansaugluft bei einer Gasturbinenanlage mit Abgaskamin, wobei die Luft über in einem Filterhaus angeordnete Filter angesaugt wird.

Für Gasturbinenanlagen, die in kalten Klimazonen betrieben werden, besteht die Gefahr der Vereisung der Filtereinrichtungen für die Ansaugluft. Die in einem Filterhaus angeordneten Filter befinden sich vor den Lufteintrittsöffnungen des Filterhauses und sind somit unmittelbar den Einwirkungen des Vetters ausgesetzt. Niederschläge in grossen Mengen, insbesondere Schnee, und Sturm in Verbindung mit diesen Niederschlagen können Zerstörungen an den Filtern anrichten oder diese z.B. mit Schnee so verstopfen, dass die Anlage nicht mehr betriebsfähig ist.

Aufgabe gemäss der Erfindung ist, für eine obengenannte Gasturbinenanlage auch bei extrem ungünstigen Wetterbedingungen einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Die Erfindung

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bestellt darin, dass die Ansaugluft in einem vor den Filtern liegenden besonderen Raum, dem Filtervorraum, mittels eines vom Abgaskamin abgezweigten Abgasstromes durch Vermischen mit diesem oder über einen von diesem durchströmten Wärmetauscher vorgewärmt wird. Damit wird eine Vereisung, Zerstörung oder Verstopfung der Ansaugluft-Filtereinrichtungen vermieden. Die in den Filtervorraum eintretende Ansaugluft wird also bei Eintritt in diesen Raum entweder mit dem abgezweigten Abgas-Teilstrom vermischt, d.h.. direkt durch den Abgas-Teilstrom vorgewärmt, oder durch den Wärmetauscher geleitet, d.h. indirekt durch den Abgas-Teilstrom vorgewärmt.

Die Einrichtung ist vorzugsweise je nach Bedarf ein- oder abschaltbar, wobei die Ein- bzw. Abschaltung vorteilhaft mittels an sich bekannter Meßsonden und/oder -verfahren automatisch erfolgt. Die Einrichtung wird z.B. in Betrieb gesetzt, sobald die Gefahr der Vereisung droht, und so lange in Betrieb gehalten, wie diese Gefahr andauert. Die Gasturbinenanlage kann auch unter extremen klimatischen Bedingungen in Betrieb gehalten werden, ohne dass von Fall zu Fall besondere Massnahmen des Bedienungspersonals erforderlich sind. Dadurch wird insbesondere der ferngesteuerte, automatische Betrieb der Anlage ermöglicht.

Der Filtervorraum weist vorzugsweise mindestens eine Lufteintrittsöffnung auf, wobei am Rand dieser Öffnung Anschlussstutzen vorgesehen sind, die über eine Rohrleitung mit dem Abgaskamin der Gasturbinenanlage verbunden sind. Um schon in der Ebene der Eintrittsöffnungen eine möglichst gute Durchmischung mit der einströmenden Frischluft zu erzielen, sind in der Querschnittsebene der Lufteintrittsöffnung mit den Anschluß s tut ζ en verbundene Abgasdüsen vorgesehen, deren Strahlrichtung vorzugsweise quer zur Strömungsrichtung der Ansaugluft gerichtet ist. Anzahl und Anordnung der Abgasdüsen sind so gewählt, dass die Eindringtiefe der Abgasstrahlen zur Erzielung des gewünschten Effektes ausreicht.

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Für den Fall, dass die Beimischung von Abgas zur Ansaugluft zu unerwünscht schneller Korrosion von beaufschlagten Anlagenteilen führen würde, was insbesondere bei hohem Schwefelgehalt des Grasturbinenbrennstoffes zu befürchten ist, sind entsprechende Vorkehrungen zu treffen. Es kann dazu z.B. im Filtervorraum ein Kondensatabscheider zwischen Lufteintrittsöffnungen und Filter vorgesehen sein. Da die Abgasbeimischung nur bei kaltfeuchtem Wetter eingeschaltet wird, sind in dem Ansaugluftstrom auch günstige Bedingungen für Kondensation gegeben. Dei* z.B. als Lamellengitter mit ein- oder mehrfacher Umlenkung ausgebildete Abscheider sorgt dann dafür, dass sich die in der Ansaugluft enthaltenen korrosiven Stoffe, die sich vornehmlich in den Kondensattröpfchen befinden, zum grössten Teil an den Wänden des Lamellengitters niederschlagen und zusammen mit dem ablaufenden Kondensat in unschädlicher Weise abgeführt werden können. Das Lamellengitter besteht in der Regel aus einem schwefelkorrosionsbeständigen Metall, aus Metall wegen der Wärmeleiteigenschaften, die für Kondensation 'und Niederschlagsbildung auf der Oberfläche erforderlich sind. Die Ablaufkanäle bestehen vorteilhafterweise aus Kunststoff bzw. sind mit Kunststoff ausgekleidet .

Falls der Schwefelsäuregehalt in der Ansaugmischluft die Grenze überschreitet, die trotz Kondensatabscheidung den Filtern und der Maschine selbst zugemutet werden kann, wird der Abgasteilstrom nicht der Ansaugluft beigemischt, sondern seine Wärme wird über entsprechende Wärmetauscherflächen an den Ansaugluftstrom übertragen. Dies geschieht vorzugsweise so, dass der obengenannte Wärmetauscher in dem Querschnitt der Lufteintrittsöffnung angeordnet und mit den Anschlussstutzen für den abgezweigten Abgasstrom verbunden wird. Durch diesen Wärmetauscher wird der Abgas-Teilstrom hindurchgeleitet und in genügender Entfernung ausgeblasen.

Für einen unbeschränkten Normalbetrieb der Anlage können noch zusätzliche, mit steuerbaren Klappen ausgerüstete

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Öffnungen parallel zum abgasbeheizten Wärmetauscher oder parallel zum Kondensatabscheider angeordnet werden, um zu hohen Druckabfall in der Ansaugströmung zu vermeiden.

Zur Förderung des zur Vorwärmung aus dem Abgaskamin abgezogenen (Deilstromes kann in der dafür vorgesehenen Rohrleitung, ein Gebläse vorgesehen sein. In anderen Fällen könnte aber auch eine vorhandene Druckdifferenz zwischen der Abgasentnahmestelle im Kamin und den Abgasdüsen in dem Frischlufteintrittsquerschnitt für diesen Zweck genügen.

Zur Regelung des Abgas-Ieilstromes kann an passender Stelle im Ansaugkanal der Gasturbine mittels entsprechender Messgeräte der Zustand der Luft gemessen und als Regelsignal für den Gebläseantrieb und/oder für ein Drosselorgan in der Abgasentnahmeleitung verwendet werden.

In der Zeichnung ist in der Fig. 1 in Form eines Schaltbildes ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes gemäss der Erfindung bei einer Gasturbinenanlage dargestellt, Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten der Anlage.

Gemäss Fig. 1 weist die Gasturbinenanlage einen Kompressor 10, eine Brennkammer 11, eine Gasturbine 12 und einen Abgaskamin 13 auf. Mit 14- ist eine Einrichtung zur Vorwärmung der Ansaugluft, die vom Kompressor 10 über einen Ansaugkanal 15 angesaugt wird, bezeichnet. Die Einrichtung 14 weist ein Filterhaus 16 mit Filtern I7 auf, das von einem besonderen Raum, dem Filtervorraum 18, umgeben ist. Im Filtervorraum ist eine Luftansaugöffnung 19 vorgesehen, an deren Rand Anschlußstutzen 20 angeordnet sind. Die Anschlußstutzen 20 sind über eine Rohrleitung 21 und Zuleitungen 22 mit dem Abgaskamin 13 der Gasturbinenanlage verbunden. Im Zuge der Rohrleitung 21 liegt ein' Fördergebläse 23. An die in der Querschnittsebene der Lufteintrittsöffnung 19 liegenden Anschlussstutzen 20 sind Abgasdüsen 24 angeschlossen, deren Ausströmung 25 quer zur Lufteintrittsströmung 26 gerichtet ist.

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Die Einrichtung zur Vorwärmung der Ansaugluft wird in Betrieb gesetzt und geregelt durch eine im Ansaugkanal 15 angeordnete Meßsonde 27» die die Gefahr einer Vereisung anzeigt, und eine mit dem Fördergebläse 23 verbundene regelbare Antriebseinrichtung 28. Somit wird ein Abgasteilstrom aus dem Kamin 13 abgezweigt und über die Leitung 21 den Abgasdüsen 24 zugeführt. Hier erfolgt nun eine Vermischung der heissen Abgase mit dem kalten Frischluftstrom. Die so erwärmte Frischluft, deren Vermischung mit dem Abgasteilstrom im Kaum 18 stattfindet, tritt (siehe Pfeile 30) in die Filter 17 ein und wird danach über den Ansaugkanal 15 und Kompressor 10 der Brennkammer 11 zugeführt.

Ein Kondensatabscheider 31 dient notwendigenfalls zur Verhinderung der Korrosion von beaufschlagten Anlagenteilen, die insbesondere bei hohem Schwefelgehalt des Gasturbinenbrennstoffes auftreten kann.

Anstelle der Gasdüsen 24 kann in der Lufteintrittsöffnung auch ein in Fig. 2 dargestellter Wärmetauscher 32 vorgesehen sein, der mit seinen Anschlüssen 33 auf der Eintrittsseite an die Stutzen 20 angeschlossen werden kann. Der Wärmetauscher 32 besteht aus einem Gitter von Rohren, die Rippen aufweisen können. Um das Abgas in genügender Entfernung ausblasen zu können, ist die Rohrleitung 34 vorgesehen.

Anstelle des in der Rohrleitung 21 liegenden Gebläses 23 kann au..m ein Drosselorgan 35 vorgesehen sein (s. Fig. 3)» das ebenfalls über ein vom Zustand der Ansaugluft im Kanal I5 ebiiängiges Signal geregelt wird.

Zusätzlich zum abgasbeheizten Wärmetauscher 32 (Fig. 2) bzw. zum Kondensatabscheider 31 (Fig. 1) sind Öffnungen 36 in den Wänden des Filtervorraumes 18 vorgesehen, die einen unbeseferänkten Normalbetrieb der Anlage, wenn also die Einrichtung zur Vorwärmung nicht eingeschaltet ist, gestatten.

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Diese öffnungen 36 sind mit nicht dargestellten, steuerbaren Klappen versehen und sollen einen zu hohen Druckabfall in der Ansaugstromung vermeiden.

6 Seiten Beschreibung
12 Patentansprüche

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Claims (12)

Idcentia Patent-Verwaltungs-GmbH I bU 1 602 6 Frankfurt 70, Theodor-Stern-Kai 1 Grüger/da P 16 01 602.7-13 16.10.1970 Patentansprüche

1. Einrichtung zur Vorwärmung der Ansaugluft bei einer Gasturbinenanlage mit Abgaskamin, wobei die Luft über in einem Filterhaus angeordnete Filter angesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugluft in einem vor den Filtern (17) liegenden besonderen Raum, dem Filtervorraum (18), mittels eines vom Abgaskamin (13) abgezweigten Abgasstromes (29) durch Vermischen mit diesem (29) oder über einen von diesem durchströmten Wärmetauscher (32) vorgewärmt wird.'

2. Einrichtung.nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass sie je nach Bedarf ein- und abschaltbar ist..

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein ■ bzw. Abschaltung mittels an sich bekannter Meßsonden und/oder -verfahren (27> 28) automatisch erfolgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der FiZ ervorraum (18) mindestens eine LufteintrittsöffnunK (19) aufweist, wobei am Rand dieser Öffnung (19) Aiischlii-..stutzen (20) vorgesehen sind, die über eine Rohrleitung (21) mit dem Abgaskamin (13) der Gasturbinenanlage ■■ erblinden sind.

5. Einrieb -ung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Querschnittsebene der Lufteintrittsöffnungen (19; mit den Anschlußstutzen (2o) verbundene Abgasdüsen (24) vorgesehen Rind.

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6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (32) im Querschnitt der Lufteintrittsöffnung (19) angeordnet und auf seiner Eintrittsseite mit den Anschlußstutzen (20) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtung (25) der Abgasdüsen (24·) quer zur Strömungsrichtung (26) der Ansaugluft gerichtet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (32) aus einem Gitter aus berippten oder unberippten Rohren besteht.

9· Einrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rohrleitung (21) ein Gebläse (23) vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Messung des Zustandes der Ansaugluft geeignetes Messgerät (27) im Luftansaugkanal (15) vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensatabscheider (31) zwischen der Lufteintrittsöffnung (19) und den Filtern (17) vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem abgasbeheizten Wärmetauscher (32) bzw. parallel zum Kondensatabscheider (31) mit steuerbaren Klappen ausgerüstete öffnungen (36) angeordnet sind.

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