DE660359C - Einrichtung zur Inbetriebsetzung von Anlagen, bei denen zur Leistungserhoehung hohe Druecke verwendet werden, die durch gasturbinengetriebene Verdichter geliefert werden - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Inbetriebsetzung von Anlagen, bei denen zur Leistungserhöhung hohe Drücke verwendet werden, die durch gasturbinengetriebene Verdichter geliefert werden Die bei druckgefeuerten Dampferzeugern, z. B. Veloxdampferzeugern, bewährte Anwendung hoher Brennkammerdrücke, hoher Heizgasgeschwindigkeiten und einer Gasturbine zum Antrieb des Verdichters hat sich auch für andere Vorrichtungen, bei denen Wärme frei gemacht, gebunden oder übertragen wird, als zweckmäßig erwiesen. Als derartige Vorrichtungen kommen in Betracht z. B. Öfen, in denen chemische Umsätze ausgeführt werden, oder Heizvorrichtungen, die zur Erhitzung eines zweiten Stoffes dienen. Durch die Erhöhung des Druckes oder des Druckes und der Geschwindigkeit werden die Umsätze beschleunigt und die Wärmeübergänge erhöht; es lassen sich somit die Umsatzräume, die Wärmeaustauschflächen und gasführenden Kanäle wesentlich verkleinern. Es sinken die Abmessungen dieser Anlagen und damit auch ihre Anschaffungs- und Betriebskosten.
• Da diese Vorrichtungen ihre volle Leistungsfähigkeit aber nur unter dem erhöhten Druck entwickeln können, ist es von Bedeutung, daß dieser sich rasch und mit billigen Mitteln einstellt, mit anderen Worten, daß die Inbetriebsetzungszeit möglichst abgekürzt wird. Nun können diese Vorrichtungen trotz ihrer Verkleinerung durch Druck und Geschwindigkeit doch noch so große Massen haben, daß für ihre Aufheizung große Wärmemengen erforderlich sind. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß die Leistung der Gasturbine während des Aufheizens nur gering sein kann, da Druck und Temperatur des Gases, das als Treibmiftel für die Gasturbine dient, während des Aufheizens nur langsam ansteigen, die volle, vom Verdichter zu liefernde Stoffmenge also je nach den aufzuwärmenden Massen verhältnismäßig spät erreicht wird. Viele Vorgänge sind unter den während des Anlassens herrschenden Zuständen aber überhaupt nicht durchführbar. Es ist somit nötig, neben der Gasturbine noch einen Anlaßmotor von verhältnismäßig großer Leistung vorzusehen, damit Gasturbine und Verdichter sofort auf nahezu volle Drehzahl gebracht und die während des normalen, gleichmäßig verlaufenden Betriebes -vorherrschenden Betriebsverhältnisse raschestens ,erreicht werden. Anlaßmotore kleiner Leistung, wie solche verschiedentlich zum Anlassen und Hochfahren von Brennkraftmaschinen verwendet werden, können allein die Forderung einer raschen Inbetriebsetzung der eingangs erwähnten Anlagen nicht erfüllen.
• Vorliegende Erfindung betrifft nun eine Einrichtung, durch welche das Anlassen von Anlagen, bei denen zur Leistungserhöhung hohe Drücke verwendet werden, die durch Gasturbinen getriebene Verdichter geliefert werden, erleichtert und große Anlaßmotore und große Fremdenergieverbräuche vermieden werden. Sie besteht aus einem kleinen Anlaßmotor, durch welchen die Ladegruppe angeworfen wird, und einer zum Hauptwärmev erbraucher parallel geschalteten Hilfsbrennkammer, durch welche das Treibmittel der Gasturbine so lange erzeugt wird, bis die Ladegruppe auf volle Drehzahl beschleunigt ist. Da die Massen der Brennkammer und der Verbindungsleitungen nur klein sind, erfolgt ihre Aufheizung fast unmittelbar. Es stehen also sofort Gase mit hohem.Wärmegefälle zur Verfügung, die in der Gasturbine Arbeit leisten und die rasche Beschleunigung der Ladegruppe auf ihre volle Drehzahl herbeiführen. Ist die Ladegruppe aber auf voller oder nahezu voller Drehzahl und Leistung, so kann ihre Umschaltung auf die Heizanlage erfolgen und diese wegen den nun zur Verfügung stehenden großen Drücken und Wärmemengen selbst rasch in Betrieb genommen werden.
• Auf Abb. i ist eine derartige Anlage beispielsweise dargestellt. Es ist i eine Anlage zur Erzeugung und Abgabe von Wärme, bei der z. B. in der Kammer 2 Wärme durch Verbrennung oder ähnliche Umsätze eines unter hohem Drucke stehenden Mittels entwickelt und in den Wärmeaustauschern 3 an einen anderen Stoff abgegeben wird. Die Wärmeabgabe ist keine völlige, die Verbrennungs-oder Enderzeugnisse des Umsatzes gelangen vielmehr mit einer hohen Temperatur zur Gasturbine q., wo sie infolge ihres Druckes und ihrer Temperatur Arbeit leisten. Diese-Arbeit dient dazu, einen Verdichter 5 anzutreiben, durch den der in Kammer 2 zur Beschleunigung der Umsätze verlangte Druck und die zur Erhöhung der Wärmeübergänge in den Wärmeaustauschern 3 vorgesehene Geschwindigkeit erzeugt wird. Würde diese Anlage nun dadurch in Betrieb gesetzt, daß man mit einem Anlaßmotor 6 die Ladegruppe q., 5 anwirft und z. B. in Kammer 2 ein Feuer entfacht, so würde die Gasturbine q. nur langsam auf Drehzahl kommen, da die großen Massen der Vorrichtung i die bei kleiner Verdichterdrehza.hl entwickelbare Wärme vollständig aufbrauchen und die Gase stark abgekühlt zur Gasturbine gelangen würden. Erfindungsgemäß wird nun die Vorrichtung i durch eine -,Verbindungsleitung 7 überbrückt und in diese Verbindungsleitung eine Hilfsbrennkaminer 8 eingebaut. Es genügt nun wenig Brennluft, um die Verbrennung in der Hilfsbrennkammer 8 einzuleiten und heiße Gase für den Betrieb der Gasturbine zu erhalten. Durch den Hilfsmotor 6 und die rasch zunehmende Leistungsabgabe der Gasturbine infolge der Zunahme der Luft- und Brennstofflieferung (durch Düse 9) wird die Ladegruppe in wenigen Sekunden hochgefahren. Noch bevor die volle Drehzahl erreicht ist, wird der Motor 6 abgeschaltet, entweder von Hand oder selbsttätig, wenn die Kupplung io als überholkupplung gebaut ist. Da der Motor, der z. B-ein Elektromotor oder eine kleine Dieselmaschine sein kann, nur für das erste Anfahren benötigt wird, wird er so bemessen, daß seine höchste Drehzahl bereits bei einer Drehzahl der Ladegruppe erreicht wird, die ungefähr der Drehzahl entspricht, die der Verdichter hat, wenn seine Leistungsaufnahme ungefähr gleich der Höchstleistung des Motors ist. Als Höchstleistung des Motors genügen etwa ä% der höchsten Leistungsaufnahme des Verdichters.
• Ist dien Ladegruppe auf volle oder nahezu volle Drehzahl gebracht, so wird sie mittels Ventilen oder Schiebern i i auf die Vorrichtung i umgeschaltet. Diese erreicht nun infolge der sofort verfügbaren großen Wärm.-mengen in kürzester Zeit ihren normalen Betriebszustand.
• Abb. 2 zeigt die Bauweise einer einfachen Hilfsbrennkammer, wie sie sich für den vorliegenden Fall als besonders zweckmäßig erwiesen hat. Sie besteht aus einem z. B. aus hochhitzebeständigem Blech hergestellten Zylinder 2o und dem diesen konzentrisch umgebenden Rohr 2i. Der Zylinder 2o ist auf einer Seite abgeschlossen und an dieser mit einer Brennstoffdüse 22 und Schlitzen 23 versehen, durch welche regelbar die zur Verbrennung nötige Luft zugeführt wird. Weitere Luft wird durch den Ringraum zwischen Brennkammer und Rohrwand hindurchgeleitet, die sich teilweise noch innerhalb des Zylinders 2o, hauptsächlich aber nach diesem mit den heißen Verbrennungsgasen mischt. Diese Trennung von Brennluft und überschußluft ermöglicht es, daß die Verbrennung im günstigsten Mischungsverhältnis stattfindet, sich die Endtemperatur der zur Gasturbine gehenden Gase aber weitgehend regeln läßt, ferner daß durch die überschußluft die Zylinderwand der eigentlichen Brennkammer gekühlt, die hohen Gastemperaturen von der druckfesten Rohrwand aber ganz abgehalten werden. Das Rohr 2 i kann die unmittelbar vom Verdichter zur Gasturbine führende Umgehungsleitung ; (Abb. i) selbst sein. Die Regeleinrichtungen 24 für den Brennstoff 22 und für die Luft 23 können von Hand oder auch selbsttätig, z. B. in Abhängigkeit von der Temperatur vor der Gasturbine, -eingestellt werden.
• Bei großen Anlagen und guten Wirkungsgraden von Gasturbine und Gebläse kann die Leistung der Gasturbine den Leistungsbedarf des Verdichters übertreffen. Diese Überschußarbeit kann von einem Stromerzeuger 12 aufgenommen und an ein elektrisches Netz zurückgeliefert werden. Dieser Stromerzeuger läßt sich dann meist auch an Stelle des Hilfsmotors 6 zum Anfahren verwenden. Für das Hochfahren der Ladegruppe bleibt unverändert die Hilfsbrennkammer.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Inbetriebsetzung von Anlagen, bei denen zur Leistungserhöhung Drücke verwendet werden, die durch gasturbinengetriebene Verdichter geliefert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einem Anlaßmotor und einer zum Hauptwärmeverbraucher parallel geschalteten Hilfsbrennkammer besteht, wobei der Anlaßmotor zur Ingangsetzung der Ladegruppe und der Hilfsbrennkammer, die Hilfsbrennkammer dagegen zur Herstellung des .zum Hochfahren der Ladegruppe erforderlichen Wärmegefälles dient.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaßmotor, dessen Höchstleistung nur einen Bruchteil (etwa 20'0) des Vollastarbeitsbedarfes des Verdichters beträgt, seine volle Drehzahl bereits bei der Drehzahl erreicht, die der Verdichter hat, wenn seine Leistungsaufnahme ungefähr gleich der Höchstleistung des Motors ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit einer Kupplung versehen ist, die den Motor selbsttätig abschaltet, sobald die Drehzahl der Ladegruppe höher ist als die Höchstdrehzahl des Motors.
4. Einrichtung nach Anspruch i. bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichteraustritt und der Gasturbineneintritt mit einer direkten Umgehungsleitung und den erforderlichen Umschaltventilen (-schiebern) versehen ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbrennkammer in die Umgehungsleitung eingebaut ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsbrennkammer aus der eigentlichen, aus einem hochhitzebeständigen Blechzylinder hergestellten Brennkamm-er, in der der Brennstoff (z. B. Gas, flüssiger Brennstoff oder Kohlenstaub) mit geringem Luftüberschuß verbrannt wird, und einem druckfesten Rohr besteht, das die eigentliche Brennkammer konzentrisch umgibt, und der Raum zwischen Brennkammer- und Rohrwand vorn der restlichen Luft durchflossen wird, die zunächst zur Kühlung der Brennkammerwand und dann zur Mischung mit den Verbrennungsgasen dient *und diese auf die für den Betrieb in der Gasturbine erforderliche Temperatur kühlt.