DE804625C - Thermal power plant operated with propellant gas produced from solid fuel - Google Patents

Description

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.Thermal power plant operated with propellant gas produced from solid fuel Up to now, gas turbines have only been produced with liquefied and gaseous brine fuels Propellant gases. But since the fuel on earth is mainly in the form of coal occurs, an attempt is made to also operate the gas turbine with coal to develop obtained combustion gases. When using pulverized coal burners the gas turbine suffers from ash erosion because it is very difficult to obtain the fine dust from the large amounts of high temperature gas flowing through the turbine to remove. In addition, such a dust separation is not without considerable pressure and perform efficiency losses. It has therefore already been suggested that the To gasify coal in a gas generator under pressure, with the ashes down to small ones Residues could be removed from the gas generator in solid or molten form. The generated gas should then be combined with compressed air supplied by a compressor is burned in a combustion chamber and the combustion gas should be mixed with as much air cooled «-erden that the propellant gas temperature is due to the available building materials would not exceed the conditional maximum value. Which these considered admissible Components subject to the highest temperature would be heated to a dark red heat.

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.However, a gas generating system of this type does not work without losses. Losses occur through unburned matter in the ashes, through heat losses as a result Radiation and cooling, due to pressure drop and heat loss during gas cleaning as in most of the gasification processes also by blowing in of water vapor in the gas generator by adding this vapor with the exhaust gases at the outlet the gas turbine escapes into the chimney, its heat content with all the heat of vaporization get lost. Unfortunately, it has been shown that these losses are due to and as a result the loss of efficiency caused by the operation of the gas turbine with propellant gas of relatively low temperature, which is cooled by large amounts of mixed air was, conditionally, a thermal power plant built for the recovery of solid fuels of the conventional design, consisting of gas generator and gas turbine system, economical inferior to an ordinary steam power plant with steam boiler and steam turbine and will therefore not be executed.

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.The present invention now shows the way, a thermal power plant for operation with combustion gases from solid fuels to build their efficiency is significantly higher than that of a simple steam power plant, and that too will be cheaper in terms of space requirements and construction costs. According to the invention is a thermal power plant powered by propellant gas produced from solid fuel built for high performance in such a way that a propellant gas generator system working under pressure is combined with a gas turbine system and a steam turbine system, wherein the propellant gas produced in front of the gas turbine has a temperature of at least 100 ° C has, which is why all apparatus, machines and pipelines through water and the the resulting saturated steam is cooled until the gases explode are cooled so far that uncooled parts are possible, and the in the Cooling devices for the aforementioned apparatus, machines and pipelines generated steam is exploited in the steam turbine plant. It is advantageous between the gas generator and a dust collector in the gas flow in the combustion chamber of the propellant gas generation system switched on, in which the gas without cooling, or at most as far as it can go through the necessary wall cooling results, is cleaned.

In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.The drawing shows, for example, an embodiment of the subject matter of the invention shown schematically.

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.In the pressurized plant for gasification and complete Combustion of the solid fuel becomes the fuel first in the gas generator i gasified, with the supply of an amount of air that is just necessary for the gasification sufficient or which is not much larger. As in the production of propellant gas for a gas turbine, the composition of that obtained as an intermediate product in the gas generator Fuel gas is insignificant and it only depends on the chemical in the coal Bound heat through gasification and subsequent combustion is completely converted into sensible To convert heat, one does not have to pay special attention to the gasification process. The gasification air is supplied at 2, 3 is the movable grate and .4 is the Fuel lock. The ash lock is labeled 5.

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.The gas produced during the gasification is conveyed through the pipe 9 the damming separator io, from where it is fed through the pipeline i i to the combustion chamber 12 flows in. These pipes and the dust collector must be cooled If the gasification process produces gases with a temperature of over 600 to 70o ° C. Most of the ash contained in the coal has already passed through the ash sluice 5 eliminated. The activation of the dust separator io in the gas flow between the gas generator i and the combustion chamber 12 has the advantage that the volume of the Gas generator leaving fuel gas is still significantly smaller than the volume of the propellant gas subsequently generated in the combustion chamber 12 with further air supply, which is why the dust separator io for separating the fine ash particles that have been carried along can be built relatively small.

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.In the combustion chamber 12, the fuel gas generated is mixed with a little excess combustion air, which enters this under pressure at 13 and is supplied by a compressor, completely burned to propellant gas, which is then fed to at least one gas turbine 14 will. The gas turbine can have the electrical generator indicated schematically at 17 drive, or it can also use a compressor (not shown) for compression the gasification and combustion air.

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.The high temperatures of both the fuel gas produced and the propellant gas obtained by its complete combustion make it imperative necessary that all apparatus, pipelines and machines, as far as it is necessary for the resistance of their building materials is indispensable, with water and the resulting saturated steam be cooled. All parts of the mentioned apparatus, pipes and pipelines to be cooled 1 machines, including the turbine 14 with the rotor 15 and the housing 16 together the associated guide and rotor blades are therefore provided with cooling spaces that are denoted everywhere with 6. At 7 the cooling water is supplied everywhere, and at 8, the resulting saturated steam is removed from the cold rooms and a steam and Water collector 22 supplied, from which a circulating pump 23 removes the accumulated condensation again the cooling chambers 6, while the accumulated saturated steam after flow by a z. B. arranged at the outlet of the gas turbine 14 superheater 24 in the steam turbine 18 is used with generator i9. That of the condensate pump 21 from the condenser 20 condensate sucked off can still be preheated at 25 by the exhaust gases from the gas turbine and then fed back to the steam and water collector 22. The largely Cooled propellant gases leave the system at 26 through the chimney. This steam system, the parts of which are not the subject of the invention and are therefore only very schematic may be implemented in any of the known arrangements.

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.The gas turbine of a thermal power plant according to the invention emits a lot of power due to the high propellant gas temperature. Then there is the Power of the steam turbine system, in which additional heat from waste and cooling Useful power is generated. The combination according to the invention allows it, despite the losses occurring in the gas generator and by improving the otherwise low Efficiency of the gas turbine a very economical thermal power plant for operation to create with propellant gas from solid fuel.

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.Further measures to improve efficiency and simplification the regulation of such a thermal power plant are already known; for example the steam turbine system must still be provided with bleed steam feed water preheaters, or the gas turbine could be built in two cases, with one turbine being a useful power generator constant speed and the other a variable speed air compressor could drive. Such measures are, because they are already known, in the drawing not shown; they also do not form part of the subject matter of the present invention.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: i. Mit aus festem Brennstoff erzeugtemTreibgas betriebene Wärmekraftanlage für große Leistung, gekennzeichnet durch die Kombination einer unter Druck arbeitenden wassergekühlten Gaserzeugungsanlage mit einer wassergekühlten, für eine Treibmitteltemperatur von mindestens iooo° C gebaute Gasturbinenanlage und mit einer Dampfturbinenanlage, deren Dampfturbine durch Rohrleitungen mit den Kühlvorrichtungen der gekühlten Apparate, Maschinen und Rohrleitungen der Gaserzeugungsanlage und der Gasturbinenanlage verbunden ist. a. Wärmekraftanlage nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Gaserzeuger und dem Brennraum der Gasturbinenanlage angeordneten wassergekühlten Staubabscheider. PATENT CLAIMS: i. With propellant gas produced from solid fuel for high performance, characterized by the combination of a water-cooled gas generation system working under pressure with a water-cooled gas turbine system built for a propellant temperature of at least 100 ° C and with a steam turbine system, the steam turbine of which runs through pipes with the cooling devices of the cooled apparatus , Machines and pipelines of the gas generation plant and the gas turbine plant is connected. a. Thermal power plant according to Claim i, characterized by a water-cooled dust separator arranged between the gas generator and the combustion chamber of the gas turbine plant.