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Mit aus festem Brennstoff erzeugtem Treibgas betriebene Wärmekraftanlage
Gasturbinen werden bis jetzt nur mitausflüssigen und gasförmigen Bremistoften erzeugten
Treibgasen betriebdn. Da aber der Brennstoff auf der Erde hauptsächlich in Form
von Kohle vorkommt, wird versucht, die Gasturbine auch für den Betrieb mit aus Kohle
gewonnenen Verbrennungsgasen zu entwickeln. Bei Verwendung von Kohlenstaubbrennern
leidet die Gasturbine unter Erosion durch Asche, weil es sehr schwierig ist, den
feinen Staub aus den durch die Turbine strömenden großen Gasmengen von hoher Temperatur
zu entfernen. Außerdem ist eine solche Staubabscheidung nicht ohne erhebliche Druck-
und Wirkungsgradverluste durchzuführen. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die
Kohle in einem Gaserzeuger unter Druck zu vergasen, wobei die Asche bis auf kleine
Reste aus dem Gaserzeuger in fester oder geschmolzener Form entfernt werden könnte.
Das erzeugte Gas sollte hierauf mit Druckluft, die von einem Kompressor geliefert
wird, in einem Brennraum verbrannt und das Verbrennungsgas sollte mit so viel Mischluft
gekühlt «-erden, daß die Treibgastemperatur den durch die verfügbaren Baumaterialien
bedingten Höchstwert nicht überschreiten würde. Die dieser als zulässig erachteten
Höchsttemperatur unterworfenen Bauteile würden etwa bis zu dunkler Rotglut erhitzt.
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Eine Gaserzeugeranlage dieser Art arbeitet aber nicht verlustlos.
Es entstehen Verluste durch Unverbranntes in der Asche, durch Wärmeverluste infolge
Strahlung und Kühlung, durch Druckabfall und Wärmeverluste bei der Gasreinigung
sowie
bei den meisten X'ergasungsprozessen auch durch Einblasen
von Wasserdampf in den Gaserzeuger, indem dieser Dampf mit den Abgasen am Auslaß
der Gasturbine in den Kamin entweicht, wobei sein Wärmeinhalt mit der ganzen Verdampfungswärme
verlorengeht. Es hat sich leider gezeigt, daß dieser Verluste wegen sowie infolge
der Einbuße an Wirkungsgrad, die durch den Betrieb der Gasturbine mit Treibgas von
verhältnismäßig niedriger Temperatur, das durch große Mischluftmengen abgekühlt
wurde, bedingt ist, eine für die Verwertung fester Brennstoffe gebaute Wärmekraftanlage
der herkömmlichen Bauart, bestehend aus Gaserzeuger und Gasturbinenanlage, wirtschaftlich
einer gewöhnlichen Dampfkraftanlage mit Dampfkessel und Dampfturbine unterlegen
ist und deshalb nicht ausgeführt werden wird.
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Die vorliegende Erfindung zeigt nun den Weg, eine Wärmekraftanlage
für Betrieb mit Verbrennungsgasen aus festen Brennstoffen zu bauen, deren Wirkungsgrad
bedeutend höher ist als derjenige einer einfachen Dampfkraftanlage, und die außerdem
hinsichtlich Platzbedarf und Erstellungskosten günstiger sein wird. Nach der Erfindung
wird eine mit aus festem Brennstoff erzeugtem Treibgas betriebene Wärmekraftanlage
für große Leistung so gebaut, daß eine unter Druck arbeitende Treibgaserzeugeranlage
mit einer Gasturbinenanlage und einer Dampfturbinenanlage kombiniert wird, wobei
das erzeugte Treibgas vor der Gasturbine eine Temperatur von mindestens iooo° C
aufweist, weshalb alle Apparate, Maschinen und Rohrleitungen durch Wasser und den
daraus entstehenden gesättigten Dampf gekühlt werden, bis die Gase durch Explosion
so weit abgekühlt sind, daß ungekühlte Teile möglich sind, und wobei der in den
Kühlvorrichtungen der erwähnten Apparate, Maschinen und Rohrleitungen erzeugte Dampf
in der Dampfturbinenanlage ausgenutzt wird. Mit Vorteil wird zwischen dem Gaserzeuger
und dem Brennraum der Treibgaserzeugungsanlage ein Staubabscheider in den Gasstrom
eingeschaltet, in dem das Gas ohne Abkühlung, oder höchstens soweit sie sich durch
die notwendige Wandkühlung ergibt, gereinigt wird.
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In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
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In der unter Druck arbeitenden Anlage für die Vergasung und vollständige
Verbrennung des festen Brennstoffes wird im Gaserzeuger i der Brennstoff zuerst
vergast, und zwar unter Zuführung einer Luftmenge, die für die Vergasung gerade
ausreicht oder die doch nicht wesentlich größer ist. Da bei der Erzeugung von Treibgas
für eine Gasturbine die Zusammensetzung des im Gaserzeuger als Zwischenprodukt erhaltenen
Brenngases unwesentlich ist und es lediglich darauf ankommt, die in der Kohle chemisch
gebundene Wärme durch die Vergasung und nachherige Verbrennung vollständig in fühlbare
Wärme umzuwandeln, muß man dem Vergasungsprozeß keine besondere Aufmerksamkeit schenken.
Die Vergasungsluft wird bei 2 zugeführt, 3 ist der bewegliche Rost und .4 ist die
Brennstoffschleuse. Die Aschenschleuse ist mit 5 bezeichnet.
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Das bei der Vergasung entstehende Gas wird durch die Rohrleitung 9
dem Stauabscheider io zugeführt, von wo es durch die Rohrleitung i i dem Brennraum
12 zufließt. Diese Rohrleitungen und der Staubabscheider müssen gekühlt werden,
@venn der Vergasungsprozeß Gase mit einer Temperatur von über 6oo bis 70o° C ergibt.
Der größte Teil der in der Kohle enthaltenen Asche wurde bereis durch die Aschenschleuse
5 ausgeschieden. Die Einschaltung des Staubabscheiders io in den Gasstrom zwischen
dem Gaserzeuger i und dem Brennraum 12 bietet den Vorteil, daß das Volumen des den
Gaserzeuger verlassenden Brenngases noch bedeutend kleiner ist als das Volumen des
nachher im Brennraum 12 unter weiterer Luftzufuhr erzeugten Treibgases, weshalb
der Staubabscheider io für die Ausscheidung der mitgerissenen feinen Aschenteilchen
verhältnismäßig klein gebaut werden kann.
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Im Brennraum 12 wird das erzeugte Brenngas mit wenig Überschußbrennluft,
die bei 13 unter Druck in diesen eintritt und von einem Kompressor geliefert wird,
vollständig zu Treibgas verbrannt, das dann mindestens einer Gasturbine 14 zugeleitet
wird. Die Gasturbine kann den bei 17 schematisch angedeuteten elektrischen Generator
antreiben, oder sie kann auch einen nicht gezeichneten Kompressor für die Verdichtung
der Vergasungs- und Verbrennungsluft antreiben.
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Die hohen Temperaturen sowohl des erzeugten Brenngases wie auch des
durch dessen vollständige Verbrennung erhaltenen Treibgases machen es unbedingt
nötig, daß alleApparate, Rohrleitungen und Maschinen, soweit es für die Beständigkeit
ihrer Baumaterialien unumgänglich ist, mit Wasser und dem daraus entstehenden Sattdampf
gekühlt werden. Alle zu kühlenden Teile der erwähnten Apparate, Rohrleitungen und
1laschinen, mit Einschluß der Turbine 14 mit denn Rotor 15 und dem Gehäuse 16 samt
den zugehörigen Leit- und Laufschaufeln, sind deshalb mit Kühlräumen versehen, die
überall mit 6 bezeichnet sind. Bei 7 wird überall das Kühlwasser zugeführt, und
bei 8 wird der entstandene Sattdampf den Kühlräumen entnommen und einem Dampf- und
Wassersammler 22 zugeführt, aus welchem eine Umwälzpumpe 23 das angesammelte Kondenswasser
wieder den Kühlräumen 6 zuleitet, während der angesammelte Sattdampf nach Durchfluß
durch einen z. B. am Auslaß der Gasturbine 14 angeordneten Überhitzer 24 in derDampfturbine
18 mit Generator i9 verwertet wird. Das von der Kondensatpumpe 21 aus dem Kondensator
20 abgesaugte Kondensat kann bei 25 noch von den Abgasen der Gasturbine vorgewärmt
und dann wieder dem Dampf- und Wassersammler 22 zugeführt werden. Die weitgehend
abgekühlten Treibgase verlassen die Anlage bei 26 durch den Kamin. Diese Dampfanlage,
deren Teile nicht Gegenstand der Erfindung sind und deshalb auch nur sehr schematisch
gezeichnet sind, kann in irgendeiner der bekannten Anordnungen ausgeführt sein.
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Die Gasturbine einer Wärmekraftanlage gemäß
der Erfindung
gibt infolge der hohen Treibgastemperatur sehr viel Leistung ab. Dazu kommt die
Leistung der Dampfturbinenanlage, in welcher aus der Abfall- und Kühlwärme zusätzliche
Nutzleistung erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Kombination gestattet es also, trotz
den im Gaserzeuger entstehenden Verlusten und durch Verbesserung des sonst niedrigen
Wirkungsgrades der Gasturbine eine sehr wirtschaftliche Wärmekraftanlage für Betrieb
mit Treibgas aus festem Brennstoff zu schaffen.
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Weitere Maßnahmen zur Verbesserung des Wirkungsgrades und zur Vereinfachung
der Regelung einer solchen Wärmekraftanlage sind bereits bekannt; so könnte beispielsweise
die Dampfturbinenanlage noch mit Anzapfdampf-Speisewasservorwärmern versehen sein,
oder die Gasturbine könnte zweigehäusig gebaut sein, wobei eine Turbine einen Nutzleistungsgenerator
mit konstanter Drehzahl und die andere einen Luftkompressor mit veränderlicher Drehzahl
antreiben könnte. Solche Maßnahmen sind, weil bereits bekannt, in der Zeichnung
nicht dargestellt; sie gehören auch nicht zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.