DE952755C - Gasturbine fuer Hochofenbetrieb - Google Patents

Gasturbine fuer Hochofenbetrieb

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Publication number
DE952755C
DE952755C DEH21456A DEH0021456A DE952755C DE 952755 C DE952755 C DE 952755C DE H21456 A DEH21456 A DE H21456A DE H0021456 A DEH0021456 A DE H0021456A DE 952755 C DE952755 C DE 952755C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
turbine
compressor
blast furnace
wind
gas turbine
Prior art date
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Expired
Application number
DEH21456A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Alfred Schuette
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henschel and Sohn GmbH
Original Assignee
Henschel and Sohn GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Henschel and Sohn GmbH filed Critical Henschel and Sohn GmbH
Priority to DEH21456A priority Critical patent/DE952755C/de
Application granted granted Critical
Publication of DE952755C publication Critical patent/DE952755C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/22Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00Pumping installations or systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Gasturbine für Hochofenbetrieb Die im Hochofenbetrieb benötigte Druckluft, gewöhnlich als Wind bezeichnet, wird bisher in von Großgasmaschinen angetriebenen Kolbenverdichtern oder in von Dampfturbinen angetriebenen Zentrifugalverdichtern erzeugt. Die Großgasmaschinen haben einerseits einen guten Wirkungsgrad, andererseits sind sie aber sehr schwer und umfangreich und daher auch teuer. Sie beanspruchen viel Raum und setzen eine weitgehende Reinigung des als Brennstoff verwendeten Gichtgases voraus. Die Dampfturbinenanlage mit Zentrifugalverdichter wird einfacher und billiger. Außerdem kann man bei der VeTbremnung der Gichtgase im Dampfkessel auf eine besondere Reinigung der Gichtgase verzichten. Der Wirkungsgrad der Dampfanlage ist aber schlechter als der einer Großgasmaschine.
  • In neuerer Zeit ist nun noch eine andere Antriebsmaschine verwendet worden, die sich ganz besonders für die Winderzeugung eignet, und die gute Aussichten hat, sich hier eine Vorrangstellung zu schaffen, nämlich die Gasturbine. Sie ist wesentlich einfacher und raumsparender und damit auch billiger als die Großgasmaschine. Auch gegenüber einer Dampfanlage hat sie in dieser Beziehung noch Vorteile. Im Brennstoffverbrauch ist sie der Dampfanlage überlegen.
  • Der Verdichter der Gasturbinenanlage. wird zweckmäßig so ausgebildet; daß er außer der Luft für die Gasturbine noch die für den Hochofenbetrieb benötigte Luft mitverdichtet. Da die Gasturbinenluft im allgemeinen einen höheren Druck hat als der Hochofenwind, wird dieser einer früheren Stufe des gemeinsamen Verdichters entnommen.
  • Nun treten im Hochofenbetrieb besondere Betriebsbedingungen auf. Beim sogenannten Hängen des Hochofens wird eine bedeutende Erhöhung des Luftdruckes erforderlich bei gleichzeitiger Verringerung der Fördermenge. Bei den dampfgetriebenen Zentrifugalverdichtern hat man dieser Forderung dadurch Rechnung getragen, daß man den Verdichter doppelfiutig ausgebildet hat. Im normalen Betrieb arbeiten die beiden Seiten des Verdichters parallel. Tritt nun ein Hängen des Hochofens ein, dann werden die beiden Seiten hintereinander geschaltet, so daß nur die Hälfte der Luftmenge angesaugt,. aber auf einen wesentlich höheren Druck verdichtet wird. Diese Maßnahme könnte man natürlich auch bei einer Gasturbine anwenden, sie erschwert aber eine Verbindung des Windverdichters mit dem Gasturbinenverdichter. Bei dieser Ausführung hat man außerdem noch den Nachteil, daß man die Fördermenge und den Druck nicht beliebig zwischen den beiden Grenzwerten variieren kann.
  • Nach der Erfindung wird nun die Anlage so ausgebildet, daß der Windverdichter mit dem Gasturbinen-Verdichter vereinigt- ist, wobei der Wind einer früheren Stufe des Gasturbinen-Verdichters entnommen wird:. Ferner ist unabhängig von der Gasturbinenanlage noch ein Hilfsturbinen-Verdichtersatz aufgestellt. Wird nun ein höherer Winddruck bei verringerter Windmenge verlangt, dann wird ein Teil des Windes abgezweigt und über eine Brennkammer der Turbine des zusätzlichen Turbinen-Verdichtersatzes zugeführt. Gleichzeitig wird die gesamte Windmenge in den Verdichter des Turbinen-Verdichtersatzes geleitet und dort weiterverdichtet. Je -mehr Luft man nun der Brennkammer des Hilfssatzes zuführt, desto geringer wird die Windmenge und desto schneller läuft der Turbinen-Verdichtersatz. Mit zunehmender Drehzahl wird aber auch die Ansaugmenge des Verdichters vergrößert, was dem beabsichtigten Zweck entgegenläuft. Erfindungsgemäß wird daher der Verdichter mit einer sehr flachen Kennlinie und tiefliegender Pumpgrenze ausgeführt. Für extreme Fälle kann man nach der Erfindung den Verdichter auch in mehrere parallel arbeitende kleinere Verdichter unterteilen, wobei die einzelnen durch abschaltbare Kupplungen, beispielsweise Flüssigkeitskupplungen, miteinander verbunden sind. Wird z. B. eine sehr kleine Windmenge bei sehr hohem Druck verlangt, dann werden ein oder mehrere Verdichter abgeschaltet, so daß das angesaugte Volumen sehr klein und der Druck sehr hoch ist.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird der Leitapparat der Turbine des Turbinen-Verdichtersatzes verstellbar ausgeführt; so daß man die die Turbine beaufschlagende Verbrennungsgasmenge und damit die Drehzahl regulieren kann. Durch eine Beeinflussung der Gastemperatur hat man eine weitere Möglichkeit der Regulierung der Turbine in der Hand.
  • Nun ist noch ein wichtiger Punkt zu beachten. Die Umschaltung, d. h. die Verringerung der Windmenge und. de Erhöhung des Winddruckes, muß schnell durchgeführt werden. Da der Turbinen-Verdichtersatz, der diese Aufgabe übernimmt, normalerweise außer Betrieb ist, muß dieses Aggregat in kürzester Zeit aus dem Stillstand auf Vollast hochgefahren werden. Ein derartig schnelles Anfahren kann sehr leicht zu Störungen und ernsthaften Schäden Anlaß geben.
  • Um diese Störquellen zu beseitigen, werden in Weiterbildung der Erfindung die Abgase der Hauptturbine ganz oder teilweise in einen die Hilfsturbine umgebenden Mantel und von dort weiter ztfm Wärmeaustauscher geleitet. Dadurch wird die Hilfsturbine dauernd in betriebswarmem Zustand gehalten, so daß ein schnelles Anfahren ermöglicht wird, ohne daß ein Verziehen oder unzulässige Wärmespannungen auftreten.
  • Man kann erfindungsgemäß auch einen kleinen Teil der Abgase der Hauptturbine dauernd oder zeitweise unmittelbar in die Hilfsturbine und von dort unter Umgehung des Wärmeaustauschers in die Atmosphäre leiten. Dadurch wird ein noch besseres Aufwärmen der Hilfsturbine und ihr langsames Drehen erreicht.
  • Der Anfahrvorgang des Turbinen-Verdichtersatzes gestaltet sich nun folgendermaßen. Bei Hängen des Hochofens wird zunächst ein Teil der Windmenge abgezweigt und in die Brennkammer der Hilfsturbine geleitet unter gleichzeitiger Verbrennung von Gas. Die Gasmenge kann dabei so bemessen werden,. daß für den Anfahrvorgang die Temperatur der Verbrennungsgase beim Eintritt in die Hilfsturbine den für Dauerbetrieb zulässigen Wert überschreitet, um das Hochfahren zu beschleunigen. Unmittelbar darauf- wird die gesamte Windmenge auf den Hilfsverdichter geschaltet, wobei gleichzeitig die Drehzahl der Hauptturbine durch Erhöhung der Gaseintrittstemperatur kurzzeitig gesteigert werden kann, um den durch das Umschalten der Windmenge auf den unter Umständen noch nicht mit seiner Normaldrehzahl laufenden Hilfsverdichter hervorgerufenen kurzzeitigen Druckabfall auszugleichen.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Der Verdichter i saugt durch das Rohr 2 aus der Atmosphäre Luft an und verdichtet sie auf den für den Hochofen erforderlichen Druck. Die verdichtete Luft wird zum Teil durch die Leitung 3 dem Hochofen zugeführt, während der restliche Teil abgezweigt und über einen Zwischenkühler 4 dem Verdichter 5 zugeleitet wird. Hier wird die Luft weiterverdichtet und über die Leitung 6, den Wärmeaustauscher 7 und die Leitung 8 zur Brennkammer g gefördert. Durch Verbrennung von Gichtgas, das in einem nicht dargestellten Verdichter auf den für die Verbrennung in der Brennkammer erforderlichen Druck verdichtet ist, und das von der Hauptleiturig 23 durch die Zweigleitung 2¢ der Brennkammer 9 zugeführt wird, werden Verbrennungsgase erzeugt, die die Hauptturbine io beauf-?chlagen. Nach Entspannung in der Turbine gelangen die Abgase in einen die Hilfsturbine i i umgebenden Mantel 12 und weiter durch die Leitung 13 zum Wärmeaustauscher 7 und anschließend durch die Leitung 14 in die Atmosphäre.
  • Bei Hängen des Hochofens wird ein regelbarer Teil des Windes von der Leitung 3 abgezweigt und über das Ventil 15 der Brennkammer 16 der Hilfsturbine ii zugeführt. In der Brennkammer werden durch Verbrennung von Gichtgas, das durch die Leitung 25 von der "Hauptleitung 23 zur Brennkammer 16 gelangt, Verbrennungsgase erzeugt, die die Turbine i i beaüfschlagen. Nach ihrer Entspannung werden die Abgase durch die Leitung 17 in die Abgasleitung 13 der Hauptturbine io geleitet und gelangen mit den Abgasen der Hauptturbine gemeinsam in den Wärmeaustauscher 7. Der Wind wird durch das Ventil 18 in die Leitung 19 und. weiter zum Hilfsverdichter 2o geführt, der von der Hilfsturbine i i angetrieben wird. Im Verdichter 2o wird der Wind weiter verdichtet und durch die Leitung 21 zum Ventil 22 gefördert, welches ihn in die Leitung 3 zum Hochofen leitet. hängiger Turbinen-Verdichtersatz vorgesehen ist, dessen Turbine bei Hängen des Hochofens mit Verbrennungsgasen, die mit einem Teil des Hoehofenwindes in einer besonderen Brennkammer erzeugt werden, beaufschlagt wird, während der zugehörige Verdichter den für den Hochofen verbleibenden Rest des Windes weiter verdichtet.
  • 2. Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine des Turbinen-Verdichtersatzes mit einem regelbaren Eintrittsquerschnitt versehen ist.
  • 3. Gasturbinenanlage nach Anspruch i; dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine des Turbinen-Verdiohtersatzes mit einem Mantel umgeben ist, durch den die Abgase der Hauptturbine. ganz oder teilweise hindurch geleitet werden.
  • q.. Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein geringer Teil der Abgase der Hauptturbine dauernd oder zeitweise in die Turbine des Turbinen-Verdichter-Satzes eingeleitet und nach Austritt aus ihr unter Umgehung des Wärmeaustauschers in die Atmosphäre abgeleitet wird.
  • 5. Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase des Turbinen-Verdichtersatzes in den Wärmeaustauscher der Hauptturbine mit eingeleitet werden.
  • 6. Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter des Turbinen-Verdichtersatzes in mehrere parällel geschaltete Gruppen unterteilt ist, die durch abschaltbare Kupplungen miteinander verbunden sind.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbinenanlage zur Erzeugung von Hochofenwind mit einem einzigen oder finit einem in mehrere Gruppen unterteilten Verdichter zur Erzeugung des Eigenbedarfes an Luft für den Gasturbinenbetrieb und des Hochofenwindes, wobei der Hochofenwind an einer seinem Druck entsprechenden Stelle entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein unab-
DEH21456A 1954-09-11 1954-09-11 Gasturbine fuer Hochofenbetrieb Expired DE952755C (de)

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DE (1) DE952755C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1023178B (de) * 1957-02-01 1958-01-23 Escher Wyss Gmbh Einrichtung zur Verbesserung des Teillastbetriebes einer Turboverdichteranlage
EP1162373A3 (de) * 2000-06-10 2005-09-07 E.ON Ruhrgas AG Verfahren und Anordnung zum Erzeugen eines Hochdruckfluids

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1023178B (de) * 1957-02-01 1958-01-23 Escher Wyss Gmbh Einrichtung zur Verbesserung des Teillastbetriebes einer Turboverdichteranlage
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