EP0995038A1 - Gasturbine und verfahren zum betreiben derselben - Google Patents

Gasturbine und verfahren zum betreiben derselben

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EP0995038A1
EP0995038A1 EP98943724A EP98943724A EP0995038A1 EP 0995038 A1 EP0995038 A1 EP 0995038A1 EP 98943724 A EP98943724 A EP 98943724A EP 98943724 A EP98943724 A EP 98943724A EP 0995038 A1 EP0995038 A1 EP 0995038A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine
working gas
gas
water
compressor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98943724A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen CIESIELSKI
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.)
GE Energy Products Germany GmbH
Original Assignee
GE Energy Products Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19732268A external-priority patent/DE19732268C2/de
Application filed by GE Energy Products Germany GmbH filed Critical GE Energy Products Germany GmbH
Publication of EP0995038A1 publication Critical patent/EP0995038A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/006—Open cycle gas-turbine in which the working fluid is expanded to a pressure below the atmospheric pressure and then compressed to atmospheric pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-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
    • F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
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    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • F02C7/1435—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages by water injection

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a gas turbine and a gas turbine according to the preamble of claims 1 and 5 respectively.
  • Gas turbines of the type mentioned above are thermal fluid-flow engines in which the thermal energy is converted from heated working gas into mechanical energy, so-called shaft power.
  • a compressor with possibly several compressor stages compresses atmospheric air as working gas and conveys it into one or more combustion chambers, where fuel is sprayed and ignited.
  • the high-energy, outflowing working gas is then expanded in a (utility) turbine at least to such an extent that the compressor output to be applied is generated and the compressor is thus driven.
  • Working gas or the enthalpy difference can be converted into said shaft power by said turbine or, in the case of multi-shaft construction, by further turbines or turbine stages. Examples of such gas turbines are shown in the prospectus "With energy from gas turbines into the future", edition 03.97 D, and “Gas turbines for mechanical drives", edition 03.96 D.
  • the gas turbines work with an open cycle of the working gas. This is to be understood as a demarcation from a closed cycle in which the working gas is recirculated. Accordingly, can be more open
  • thermodynamic working process of a conventional gas turbine consists of compression, heat supply and relaxation. This process is also referred to as the Joule process and is explained in more detail, for example, in "Encyclopedia of Natural Science and Technology", Verlag Moderne Industrie, 1981, under the keyword “Turbine (gas turbine)".
  • the efficiency is better, the higher the temperature of the heated working gas entering the turbine and the lower the temperature of the ins Free flowing relaxed working gas is.
  • the efficiency of a gas turbine depends on the pressure ratio between the upstream and downstream sides of the turbine. A high pressure ratio generally enables high efficiency.
  • Gas turbine arrangements are known from DE-A-11 49 573 and US-A-4,414,805 in which a high pressure ratio between the upstream and downstream sides of the turbine is obtained by depressurizing the working gas on the downstream side of the turbine.
  • the turbine is driven by a further drive machine
  • the external energy for heating the working gas is often provided by burning gaseous or liquid fuels.
  • Higher combustion temperatures, i.e. higher heating temperatures of the working gas - usually the combustion air - are conducive to high efficiency, but the working gas temperature is limited by the properties of the materials used, usually around 1100 ° C.
  • the relaxed working gas emerging from the turbine at a temperature of, for example, 500 to 600 ° C. for preheating the working gas heated to, for example, 300 ° C.
  • a heat exchanger is connected between the compressor and a subsequent combustion system for heating the working gas. Because of the comparatively small temperature difference of only 200 to 300 ° C between the relaxed working gas emerging from the turbine and that from compression heated, yet to be heated working gas, the relaxed working gas leaving the heat exchanger is still at a relatively high temperature and thus still considerable thermal energy which is not used.
  • Gas turbines can also be used to drive compressors, for example to maintain sufficient pressure in long gas pipelines.
  • the thermal energy of the relaxed working gas emerging from the turbine is not used in these compression processes. Accordingly, the efficiency of these compressors, measured in terms of the total energy used, is relatively low.
  • JP-A-59-120721 which forms the starting point, discloses a gas turbine system in which the exhaust gases from an industrial furnace are fed to a turbine at approximately atmospheric pressure.
  • the exhaust gases are expanded to a negative pressure in the turbine and then passed through a heat exchanger and a downstream compressor, which compresses the exhaust gases back to atmospheric pressure and allows them to escape to the outside.
  • the turbine drives the compressor and a blower, which supplies ambient air to the industrial furnace, the ambient air in the heat exchanger being preheated by the exhaust gases expanded to negative pressure.
  • the present invention is based on the object of specifying a method for operating a gas turbine and a gas turbine which enable the realization of an efficiency which is higher than that of the prior art.
  • An essential aspect of the present invention is to generate a pressure drop on the downstream side of the turbine instead of increasing the inlet pressure of the working gas. This makes it possible to at least reduce the compression and the associated increase in temperature of the working gas before heating and subsequent introduction into the turbine, or to eliminate it entirely. As a result, the temperature difference between the working gas emerging from the turbine and expanded to negative pressure and the working gas to be preheated before the heating is increased. The increased temperature difference enables better feedback of thermal energy during heat exchange and thus a significantly higher efficiency of the gas turbine.
  • a very effective heat feedback is preferably achieved in that the heat exchanger is designed as a counterflow heat exchanger, in particular in the form of a recuperator.
  • a basic idea of the present invention is to separate water from the working gas which has been expanded to negative pressure before compression. Since a significant proportion of the working gas, especially when burning fuel in ambient air, consists of water, the volume and mass flow of the working gas still to be compressed and thus the power required for this can be reduced significantly.
  • the compression of the separated water to ambient pressure or a pressure above it is comparatively less energy-intensive and is more than compensated for by the reduction in the compressor output required, so that overall an optimization of the efficiency is made possible.
  • a further optimization of the efficiency is made possible by the fact that separated water is at least partially reintroduced into the working gas before it is expanded in the turbine, in particular injected. In this way, the mass flow of the working gas through the turbine is increased, so that more thermal energy is supplied to the turbine at the same working gas temperature. In this way, the efficiency can be further optimized.
  • separated water can be injected into the heat exchanger, which is preferably designed as a recuperator, for manipulating the heat capacity of the heat-exchanging gases, thereby making it possible to optimize the heat exchange between the working gas which is still to be heated and the working gas which has been depressurized.
  • the pollutant content, in particular the NO x content, in the exhaust gas can be reduced.
  • the efficiency can be increased by increasing the temperature of the working gas that can be supplied to the turbine. This is made possible by cooling blades of the turbine, at least blades arranged on the inlet side. This blade cooling can be achieved by separated water which is supplied to blades provided with corresponding channels.
  • the compressor works as a suction pump on the outflow side in order to maintain the negative pressure on the outflow side of the turbine. Compression of the working gas to be preheated or the ambient air drawn in can be completely eliminated or at least reduced.
  • ambient air is used as the working gas and a fuel, in particular natural gas or petroleum, is burned in the working gas for heating. So with minimal constructive
  • Efficient heating of the working gas can be achieved. Achieving a high degree of efficiency is further supported by the fact that the working gas expanded to negative pressure after the heat exchange, in which it is recooled, for example, from 700 ° C. to 75 ° C., is cooled further before compression, in particular when or for separating water is to minimize the required compressor power and thus the power to be applied by the turbine, taking into account the power required for further cooling.
  • Underpressure in the sense of the present invention can generally also be a pressure above ambient or atmospheric pressure, provided that it is below the inlet pressure of the working gas into the open circuit or into the gas turbine.
  • a very good efficiency can be achieved in that a negative pressure of less than 50 kPa, preferably essentially 30 kPa, can be generated and that the heat exchanger, the working gas to be preheated, preferably ambient air, can be supplied essentially at ambient temperature, in particular without prior compression .
  • Fig. 1 shows a schematic structure of a proposed gas turbine
  • Fig. 2 is a greatly simplified enlargement of a turbine with blade cooling by ambient air.
  • the proposed gas turbine 1 shown in FIG. 1 comprises, corresponding to known gas turbines, a compressor 2, a combustion system 3 for heating a working gas, a (utility) turbine 4 which can be driven with the heated working gas, and a heat exchanger 5 which preheats the gas from the Combustion system 3 to be heated working gas with the aid of the still relatively hot working gas flowing out of the turbine 4.
  • the compressor 2 is designed, for example, as a paddle wheel compressor and can be driven by the turbine 4 via a common shaft 6.
  • the working gas formed by the ambient air sucked in is not or only at least comparatively compressed, for example to 200 kPa, before preheating in the heat exchanger 5. Accordingly, the working gas can enter the heat exchanger 5 via an inlet 7 at a temperature corresponding at least substantially to the ambient temperature and preferably at approximately ambient pressure. The working gas is preheated in the heat exchanger 5 and is fed to the subsequent combustion system 3 via a line 8
  • the combustion system 3 for example, which burns gaseous or liquid fuels, then heats the working gas to, for example, approximately 1100 ° C.
  • the pressure of the working gas is essentially not increased. It therefore still corresponds approximately to the ambient pressure or the inlet pressure of the working gas into the open circuit at inlet 7.
  • the heated working gas is then fed to the turbine 4 via a line 9.
  • the turbine 4 the thermal energy of the working gas is partially converted into mechanical energy, which on the one hand is transmitted to the compressor 2 via the shaft 6 and on the other hand is made available as so-called shaft power.
  • the heated working gas is expanded to a vacuum which is present on the outflow side of the turbine 4 and is preferably less than 50 kPa and in particular 30 kPa or less, with the pressure emerging from the turbine 4 or via a line 10 to the heat exchanger 5 outflowing working gas in turbine 4, for example, has cooled to about 700 ° C.
  • the optimal vacuum for maximum efficiency depends on the technologically achievable or realized turbine inlet temperature.
  • the working gas expanded to negative pressure gives off heat energy in the heat exchanger 5 to the working gas still to be heated in the combustion system 3.
  • An effective heat exchange is preferably achieved in that the heat exchanger 5 is designed as a recuperator operating in countercurrent. Due to the high temperature difference of approximately 700 ° C between the working gas relaxed to negative pressure and the working gas to be preheated and then heated, a relatively large amount of thermal energy can be transferred.
  • the working gas expanded to negative pressure is cooled by the heat exchanger 5, for example, to about 75 ° C. and then passed on via lines 11 and 12 to the compressor 2 driven by the turbine 4.
  • the compressor 2 then compresses the working gas expanded to negative pressure back to ambient pressure and allows it to escape to the outside via an outlet 13.
  • the gas turbine 1 thus has an open circuit for the working gas.
  • the compressor 2 does not serve to increase the pressure of the working gas above the ambient pressure, but rather to maintain the negative pressure on the outflow side of the turbine 4.
  • the compressor 2 operates, so to speak, as a vacuum pump, which is arranged at the end of the flow path of the working gas. Calculations have shown that the gas turbine 1 according to the illustrated embodiment can achieve an efficiency of 50% or more (mechanical energy or shaft power output in relation to the fuel energy used).
  • an intermediate cooler 14 is preferably arranged in the flow path of the working gas expanded to negative pressure between the heat exchanger 5 and the compressor 2, which serves to further reduce the temperature of the working gas which has been pre-cooled by the heat exchanger 5 and expanded to negative pressure before compression .
  • a water separator 15 is connected between the lines 11 and 12, that is to say upstream of the compressor 2, in order to separate water present in the working gas which has been released to negative pressure before the working gas is compressed. This significantly reduces the required compressor output.
  • the intercooler 14 and the water separator 15 can optionally also be designed as a structural unit, so that the dew point of the working gas expanded to negative pressure in the intercooler 14 is undershot and the water which has condensed out is immediately removed.
  • a pump 16 is connected to the water separator 15, which at least brings the separated water back to ambient pressure, so that the separated water can be released to the environment, for example via an outlet 17.
  • the separated water is preferably partly returned to the working gas before flowing through the turbine 4.
  • separated water is introduced, for example, into the combustion system 3 or into a combustion chamber thereof.
  • the NO x portion of the combustion air can be reduced and, on the other hand, the mass flow of the working gas flowing through the turbine 4 can be increased.
  • the efficiency of the gas turbine 1 can be increased further by increasing the mass flow.
  • the required power of the pump is 16 Bring separated water back to ambient pressure or a pressure above it or compress it negligibly low.
  • separated water can also be introduced into the working gas before or after flowing through the combustion system 3, for example in the area of the line 8 or 9.
  • separated water can be introduced, in particular injected, into the flow path of the working gas through the heat exchanger 5 from the inlet 7 to the line 8. In this way, on the one hand, an increase in the mass flow of the working gas supplied to the turbine 4 can be brought about and, on the other hand, an optimization of the heat capacity or the temperature dependence of the heat capacity of the working gas flowing through the heat exchanger 5 and then still to be heated can be achieved to maximize the heat exchange taking place in the heat exchanger 5 .
  • water separated from the water separator 15 can be used to cool the blades of the turbine 4, so that the permissible turbine inlet temperature, i. H. the temperature of the working gas entering the turbine 4 can be increased, whereby an improvement in efficiency can also be achieved.
  • blade cooling is provided not by separated water but by ambient air.
  • the greatly simplified partial enlargement of the turbine 4 according to FIG. 2 illustrates such a blade cooling.
  • the turbine 4 has a number of rows of non-rotating guide vanes 19 arranged one behind the other and a number of rows one behind the other, some lying between them, of rotor blades 20 carried by the rotatable shaft 6.
  • heated working gas enters the turbine 4 according to arrows 21 and exits from it according to arrows 22.
  • the guide vanes 19 and rotor blades 20 are the two rows closest to the inlet side and the shaft 6 hollow at least in the area of these blades 20, so that ambient air flows into the hollow guide vanes 19 on the one hand according to arrows 23 and into the hollow guide vanes 20 on the other hand according to arrows 24 and in each case through outlet openings arranged in particular in the outflow side into the turbine interior, i.e. into the working gas according to arrows 25 can flow out.
  • the optional blade cooling is made possible by suction of air, in particular by the expansion of the working gas in the turbine 4 to negative pressure.
  • this blade cooling can be implemented independently of the separation of water from the working gas expanded to negative pressure, that is to say even if no water separator 15 is provided, in order to make it possible to increase the efficiency of the gas turbine system or gas turbine 1 by increasing the turbine inlet temperature.
  • the inlet 7 of the heat exchanger 5 for the working gas to be preheated is not preceded by a compressor for the working gas.
  • a device for supplying working gas upstream of the inlet 7, which is driven, for example, by the turbine 4 and increases the inlet pressure of the working gas if the temperature of the working gas is relatively small.
  • the gas turbine 1 is single-shaft.
  • the gas turbine 1 can of course also be designed with multiple shafts, in particular with two shafts.
  • the multi-shaft design of the gas turbine 1 is particularly suitable for the use of the gas turbine 1 as a mechanical drive, for example for driving a compressor for pipeline compressor stations.

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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine und eine Gasturbine (1) vorgeschlagen, wobei ein in der Turbine (4) der Gasturbine (1) entspanntes Arbeitsgas zur Vorwärmung des zu erhitzenden Arbeitsgases verwendet wird. Ein höherer Wirkungsgrad ist dadurch erreichbar, dass ein Verdichter (2) anstelle einer Erhöhung des Eingangsdrucks des Arbeitsgases eine Druckabsenkung auf der Abströmseite der Turbine (4) erzeugt und Wasser aus dem entspannten Arbeitsgas vor dem Verdichten abgeschieden wird.

Description

Gasturbine und Verfahren zum Betreiben derselben
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine sowie eine Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 5.
Gasturbinen der oben genannten Art stellen thermische Strömungs-Kraftmaschinen dar, bei denen die thermische Energie von erhitztem Arbeitsgas in mechanische Energie, sogenannte Wellenleistung, umgewandelt wird. Im Normalfall komprimiert ein Verdichter mit ggf. mehreren Verdichterstufen atmosphärische Luft als Arbeitsgas und fördert dieses in eine oder mehrere Brennkammern, wo Brennstoff eingesprüht und entzündet wird. Das energiereiche, abströmende Arbeitsgas wird anschließend in einer (Nutz-)Turbine zumindest soweit entspannt, daß die aufzubringende Verdichterleistung er- zeugt und so der Verdichter angetrieben wird. Die verbleibende Energie des
Arbeitsgases bzw. die Enthalpiedifferenz kann durch die genannte Turbine oder bei mehrwelliger Ausbildung durch weitere Turbinen bzw. Turbinenstufen in die genannte Wellenleistung umgewandelt werden. Beispiele derartiger Gasturbinen zeigen die Prospekte "Mit Energie aus Gasturbinen in die Zukunft", Auflage 03.97 D, und "Gasturbinen für mechanische Antriebe", Auflage 03.96 D, der Anmelderin.
Die Gasturbinen arbeiten mit einem offenen Kreislauf des Arbeitsgases. Dies ist als Abgrenzung gegenüber einem geschlossenen Kreislauf, bei dem das Arbeitsgas rezirkuliert wird, zu verstehen. Dementsprechend kann als offener
Kreislauf jeder das Arbeitsgas nicht rezirkulierende Kreislauf, also auch eine Zu- und Abführung des Arbeitsgases in Leitungen, verstanden werden.
Das thermodynamische Arbeitsverfahren einer herkömmlichen Gasturbine besteht aus Verdichtung, Wärmezufuhr und Entspannung. Dieser Ablauf wird auch als Joule-Prozeß bezeichnet und ist beispielsweise in "Enzyklopädie Naturwissenschaft und Technik", Verlag Moderne Industrie, 1981, unter dem Stichwort "Turbine (Gasturbine)" näher erläutert. Der Wirkungsgrad ist dabei um so besser, je höher die Temperatur des in die Turbine eintretenden erhitzten Arbeitsgases und je niedriger die Temperatur des üblicherweise ins Freie ausströmenden entspannten Arbeitsgases ist. Des weiteren hängt der Wirkungsgrad einer Gasturbine von dem Druckverhältnis zwischen Anströmseite und Abströmseite der Turbine ab. Ein hohes Druckverhältnis ermöglicht im allgemeinen einen hohen Wirkungsgrad.
Aus der DE - A - 11 49 573 und der US - A - 4,414,805 sind Gasturbinenanordnungen bekannt, bei denen ein hohes Druckverhältnis zwischen Anströmseite und Abströmseite der Turbine dadurch erhalten wird, daß das Arbeitsgas auf der Abströmseite der Turbine auf Unterdruck entspannt wird. Hierzu ist der Turbine ein von einer weiteren Antriebsmaschine angetriebener
Verdichter nachgeordnet.
Die Fremdenergie zur Erhitzung des Arbeitsgases wird häufig durch Verbrennen von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen bereitgestellt. Höhere Verbrennungstemperaturen, also höhere Erhitzungstemperaturen des Arbeitsgases - üblicherweise die Verbrennungsluft -, sind zwar einem hohen Wirkungsgrad zuträglich, jedoch ist die Arbeitsgastemperatur durch die Eigenschaften der verwendeten Materialien begrenzt, normalerweise auf ungefähr 1100°C.
Um möglichst hohe Arbeitsgastemperaturen realisieren zu können, ist bei Gasturbinen bereits eine Kühlung von Turbinenschaufeln vorgeschlagen worden. Dies kann bei hohler Ausbildung der Turbinenschaufeln dadurch erreicht werden, daß Luft durch die Turbinenschaufeln geleitet wird. In der Praxis ist es erforderlich, die Luft beträchtlich zu komprimieren, um zur Erreichung einer ausreichenden Kühlung den erforderlichen Luftstrom zu erzeugen.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist es weiter bekannt, das aus der Turbine austretende, entspannte Arbeitsgas mit einer Temperatur von beispielsweise 500 bis 600°C zur Vorwärmung des beim Verdichten auf beispielsweise 300°C erwärmten Arbeitsgases zu verwenden. Hierzu wird ein Wärmetauscher zwischen den Verdichter und ein sich anschließendes Verbrennungssystem zur Erhitzung des Arbeitsgases geschaltet. Aufgrund der verhältnismä- ßig geringen Temperaturdifferenz von nur 200 bis 300°C zwischen dem aus der Turbine austretenden, entspannten Arbeitsgas und dem vom Verdichten erwärmten, noch zu erhitzenden Arbeitsgas hat das den Wärmetauscher verlassende entspannte Arbeitsgas noch eine verhältnismäßig hohe Temperatur und damit noch eine beträchtliche thermische Energie, die nicht genutzt wird.
Mit Gasturbinen der vorgenannten Art sind ohne Entspannung des Arbeitsgases auf Unterdruck bisher Wirkungsgrade von höchstens 40 % (Wellenleistung zu eingesetzter Brennstoffenergie pro Zeiteinheit) erreichbar.
Gasturbinen können auch zum Antrieb von Verdichtern eingesetzt werden, um beispielsweise einen ausreichenden Druck in langen Gaspipelines aufrechtzuerhalten. Die bei den Gasturbinen anfallende Wärmeenergie des aus der Turbine austretenden, entspannten Arbeitsgases wird bei diesen Verdichtungsprozessen nicht genutzt. Dementsprechend ist der Wirkungsgrad dieser Verdichter, gemessen an der insgesamt eingesamt eingesetzten Energie, ver- hältnismäßig gering.
Die den Ausgangspunkt bildende JP - A - 59- 120721 offenbart eine Gasturbinenanlage, bei der die Abgase eines Industrieofens einer Turbine bei etwa Atmosphärendruck zugeführt werden. Die Abgase werden in der Tur- bine auf einen Unterdruck entspannt und anschließend durch einen Wärmetauscher sowie einen nachgeordneten Kompressor geleitet, der die Abgase wieder auf Atmosphärendruck komprimiert und ins Freie entweichen läßt. Die Turbine treibt den Kompressor sowie ein Gebläse an, das Umgebungsluft dem Industrieofen zuführt, wobei die Umgebungsluft in dem Wärmetauscher von den auf Unterdruck entspannten Abgasen vorgewärmt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine und eine Gasturbine anzugeben, die die Realisierung eines gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Wirkungsgrades er- möglichen.
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Gasturbine gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, anstelle den Eingangsdruck des Arbeitsgases zu erhöhen, eine Druckabsenkung auf der Abströmseite der Turbine zu erzeugen. Dies ermöglicht es, die Verdichtung und die damit einhergehende Temperaturerhöhung des Arbeitsgases vor dem Erhitzen und der sich anschließenden Einleitung in die Turbine zumindest zu reduzieren oder ganz entfallen zu lassen. Hierdurch wird die Temperaturdifferenz zwischen dem aus der Turbine austretenden, auf Unterdruck entspannten Arbeitsgas und dem vor der Erhitzung vorzuwärmenden Arbeitsgas vergrößert. Die erhöhte Temperaturdifferenz ermöglicht eine bessere Rückkopp- lung von thermischer Energie beim Wärmeaustausch und damit einen wesentlich höheren Wirkungsgrad der Gasturbine.
Eine sehr wirksame Wärmerückkopplung wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der Wärmetauscher als Gegenstromwärmetauscher, insbesondere in Form eines Rekuperators, ausgebildet ist.
Eine grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, aus dem auf Unterdruck entspannten Arbeitsgas vor dem Verdichten Wasser abzuscheiden. Da ein wesentlicher Anteil des Arbeitsgases, gerade bei der Verbrennung von Brennstoff in Umgebungsluft, aus Wasser besteht, lassen sich so der Volumen- und Massenstrom des noch zu verdichtenden Arbeitsgases und damit die hierfür benötigte Leistung ganz wesentlich reduzieren. Das Komprimieren des abgeschiedenen Wassers auf Umgebungsdruck oder einen darüberlie- genden Druck ist vergleichsweise wenig energieaufwendig und wird durch die Verringerung der erforderlichen Verdichterleistung überkompensiert, so daß insgesamt eine Optimierung des Wirkungsgrades ermöglicht wird.
Eine weitere Optimierung des Wirkungsgrades wird dadurch ermöglicht, daß abgeschiedenes Wasser zumindest teilweise wieder in das Arbeitsgas vor dem Entspannen in der Turbine eingeleitet, insbesondere eingedüst, wird. Auf diese Weise wird der Massenstrom des Arbeitsgases durch die Turbine erhöht, so daß bei gleicher Arbeitsgastemperatur mehr Wärmeenergie der Turbine zugeführt wird. Auf diese Weise läßt sich der Wirkungsgrad weiter optimieren. Alternativ oder zusätzlich kann abgeschiedenes Wasser in den vorzugsweise als Rekuperator ausgebildeten Wärmetauscher zur Manipulation der Wärmekapazität der wärmeaustauschenden Gase eingedüst werden, wodurch eine Optimierung des Wärmeaustauschs zwischen dem noch zu erhitzenden Ar- beitsgas und dem auf Unterdruck entspannten Arbeitsgas ermöglicht wird.
Bei einer Eindüsung von Wasser in die Brennkammer läßt sich der Schadstoffanteil, insbesondere der NOx- Anteil, im Abgas verringern.
Zusätzlich oder alternativ kann der Wirkungsgrad durch Erhöhung der Temperatur des der Turbine zuführbaren Arbeitsgases erhöht werden. Dies wird durch eine Kühlung von Schaufeln der Turbine, zumindest eingangsseitig angeordneter Schaufeln, ermöglicht. Diese Schaufelkühlung kann durch abgeschiedenes Wasser, das mit entsprechenden Kanälen versehenen Schaufeln zugeführt wird, realisiert werden.
Darüber hinaus ist es zusätzlich oder unabhängig von dem Abscheiden von Wasser aus dem auf Unterdruck entspannten Arbeitsgas aufgrund des in der Turbine zur Abströmseite hin zunehmend herrschenden Unterdrucks möglich, eine Schaufelkühlung durch Ansaugen von Umgebungsluft durch hohl ausgebildete bzw. mit entsprechenden Kanälen versehene Schaufeln in die Turbine zu realisieren.
Wenn die Gasturbine mit Umgebungsluft als Arbeitsgas betrieben wird, ge- nügt es, daß das auf Unterdruck entspannte Arbeitsgas nach dem Abscheiden von Wasser wieder auf Umgebungsdruck oder den Eingangsdruck verdichtet wird. In diesem Fall arbeitet der Verdichter als Saugpumpe auf der Ausströmseite, um den Unterdruck auf der Abströmseite der Turbine aufrechtzuerhalten. Eine Verdichtung des vorzuwärmenden Arbeitsgases bzw. der an- gesaugten Umgebungsluft kann vollständig entfallen oder zumindest reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante wird Umgebungsluft als Arbeitsgas verwendet und zum Erhitzen ein Brennstoff, insbesondere Erdgas oder Erdöl, im Arbeitsgas verbrannt. So kann bei minimalem konstruktivem
Aufwand eine effiziente Erhitzung des Arbeitsgases erreicht werden. Das Erreichen eines hohen Wirkungsgrades wird weiter dadurch unterstützt, daß das auf Unterdruck entspannte Arbeitsgas nach dem Wärmeaustausch, bei dem es beispielsweise von 700°C auf 75°C rückgekühlt wird, noch vor dem Verdichten, insbesondere beim oder zum Abscheiden von Wasser, weiter abgekühlt wird, um die erforderliche Verdichterleistung und so die von der Turbine aufzubringende Leistung unter Berücksichtigung der für die weitere Abkühlung erforderlichen Leistung zu minimieren.
Unterdruck im Sinne der vorliegenden Erfindung kann generell auch ein über dem Umgebungs- oder Atmosphärendruck liegender Druck sein, sofern er unter dem Eingangsdruck des Arbeitsgases in den offenen Kreislauf bzw. in die Gasturbine liegt.
Ein sehr guter Wirkungsgrad läßt sich dadurch erreichen, daß ein Unterdruck von weniger als 50 kPa, vorzugsweise von im wesentlichen 30 kPa, erzeugbar ist und daß dem Wärmetauscher das vorzuwärmende Arbeitsgas, vorzugsweise Umgebungsluft, im wesentlichen bei Umgebungstemperatur, insbesondere ohne vorherige Verdichtung, zuführbar ist.
Berechnungen haben gezeigt, daß bei einer Entspannung des Arbeitsgases in der Turbine auf weniger als 50 kPa, vorzugsweise auf im wesentlichen 30 kPa, bei verhältnismäßig geringem apparativen Aufwand und bei Verwendung von Umgebungsluft als Arbeitsgas, das im wesentlichen bei Umge- bungsdruck ausgehend von der Umgebungstemperatur vorgewärmt und anschließend erhitzt wird, ein Wirkungsgrad von 50 % und mehr erreichbar ist.
Zur Verringerung der insgesamt erforderlichen Leistung zum Verdichten des auf Unterdruck entspannten Arbeitsgases auf Atmosphärendruck, also beim Aufrechterhalten des Unterdrucks auf der Abströmseite der Turbine, sind vorzugsweise ein Zwischenkühler und ein Wasserabscheider zwischen dem Wärmetauscher und dem Verdichter zur Kühlung bzw. Wasserabscheidung vor dem Verdichten des unter Unterdruck stehenden Arbeitsgases angeordnet. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer vorschlagsgemäßen Gastur- bine und
Fig. 2 eine stark vereinfachte Vergrößerung einer Turbine mit Schaufelkühlung durch Umgebungsluft.
Die in Fig. 1 dargestellte, vorschlagsgemäße Gasturbine 1 umfaßt korrespondierend zu bekannten Gasturbinen einen Verdichter 2, ein Verbrennungssystem 3 zur Erhitzung eines Arbeitsgases, eine mit dem erhitzten Arbeitsgas antreibbare (Nutz-)Turbine 4 sowie einen Wärmetauscher 5, der einer Vorwärmung des von dem Verbrennungssystem 3 zu erhitzenden Arbeitsgases mit Hilfe des aus der Turbine 4 abströmenden, noch verhältnismäßig heißen Arbeitsgases dient. Der Verdichter 2 ist beispielsweise als Schaufelradverdichter ausgebildet und von der Turbine 4 über eine gemeinsame Welle 6 antreibbar.
Bei der vorschlagsgemäßen Gasturbine 1 wird das durch angesaugte Umgebungsluft gebildete Arbeitsgas vor der Vorwärmung im Wärmetauscher 5 nicht oder allenfalls nur verhältnismäßig gering, beispielsweise auf 200 kPa, verdichtet. Dementsprechend kann das Arbeitsgas mit einer zumindest im wesentlichen der Umgebungstemperatur entsprechenden Temperatur und vorzugsweise bei etwa Umgebungsdruck über einen Einlaß 7 in den Wärmetauscher 5 eintreten. Im Wärmetauscher 5 wird das Arbeitsgas vorgewärmt und über eine Leitung 8 dem sich anschließenden Verbrennungssystem 3 zu¬
Das beispielsweise gasförmige oder flüssige Brennstoffe verfeuernde Verbrennungssystem 3 erhitzt dann das Arbeitsgas auf beispielsweise etwa 1100°C. Hierbei wird der Druck des Arbeitsgases im wesentlichen nicht erhöht. Er entspricht also immer noch ungefähr dem Umgebungsdruck bzw. dem Eingangsdruck des Arbeitsgases in den offenen Kreislauf am Einlaß 7. Anschließend wird das erhitzte Arbeitsgas über eine Leitung 9 der Turbine 4 zugeführt. In der Turbine 4 wird die thermische Energie des Arbeitsgases teilweise in mechanische Energie umgesetzt, die über die Welle 6 einerseits auf den Verdichter 2 übertragen und andererseits als sogenannte Wellenlei- stung zur Verfügung gestellt wird. In der Turbine 4 wird das erhitzte Arbeitsgas auf einen an der Abströmseite der Turbine 4 anstehenden Unterdruck von vorzugsweise weniger als 50 kPa und insbesondere von 30 kPa oder weniger entspannt, wobei sich das aus der Turbine 4 austretende bzw. über eine Leitung 10 zum Wärmetauscher 5 abströmende Arbeitsgas in der Tur- bine 4 beispielsweise auf etwa 700°C abgekühlt hat. Der für einen maximalen Wirkungsgrad optimale Unterdruck ist von der technologisch erreichbaren bzw. verwirklichten Turbineneintrittstemperatur abhängig.
Das auf Unterdruck entspannte Arbeitsgas gibt im Wärmetauscher 5 Wärme- energie an das noch im Verbrennungssystem 3 zu erhitzende Arbeitsgas ab. Ein effektiver Wärmeaustausch wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der Wärmetauscher 5 als ein im Gegenstrom arbeitender Rekuperator ausgebildet ist. Aufgrund der hohen Temperaturdifferenz von ungefähr 700°C zwischen dem auf Unterdruck entspannten Arbeitsgas und dem vorzuwärmenden und anschließend noch zu erhitzenden Arbeitsgas ist verhältnismäßig viel Wärmeenergie übertragbar. So wird das auf Unterdruck entspannte Arbeitsgas vom Wärmetauscher 5 beispielsweise bis auf ca. 75°C abgekühlt und anschließend über Leitungen 11 und 12 an den von der Turbine 4 angetriebenen Verdichter 2 weitergeleitet.
Der Verdichter 2 verdichtet das auf Unterdruck entspannte Arbeitsgas dann wieder auf Umgebungsdruck und läßt es über einen Auslaß 13 ins Freie entweichen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Gasturbine 1 also einen offenen Kreislauf für das Arbeitsgas auf.
Der Verdichter 2 dient hier nicht einer Erhöhung des Druckes des Arbeitsgases über den Umgebungsdruck hinaus, sondern einer Aufrechterhaltung des Unterdrucks auf der Abströmseite der Turbine 4. Der Verdichter 2 arbeitet sozusagen als Unterdruckpumpe, die am Ende des Strömungsweges des Ar- beitsgases angeordnet ist. Berechnungen haben gezeigt, daß mit der Gasturbine 1 gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Wirkungsgrad von 50 % oder mehr (abgegebene mechanische Energie bzw. Wellenleistung zu eingesetzter Brennstoffenergie) erreichbar ist.
Zur Verminderung der erforderlichen Verdichterleistung ist vorzugsweise in dem Strömungsweg des auf Unterdruck entspannten Arbeitsgases zwischen dem Wärmetauscher 5 und dem Verdichter 2 ein Zwischenkühler 14 angeordnet, der einer weiteren Absenkung der Temperatur des vom Wärmetau- scher 5 vorgekühlten, auf Unterdruck entspannten Arbeitsgases vor dem Verdichten dient.
Jedenfalls ist ein Wasserabscheider 15 zwischen die Leitungen 1 1 und 12, also vor den Verdichter 2, geschaltet, um in dem auf Unterdruck entspannten Arbeitsgas vorhandenes Wasser vor dem Verdichten des Arbeitsgases abzuscheiden. Hierdurch wird die erforderliche Verdichterleistung wesentlich verringert.
Bei vorgesehenem Zwischenkühler 14 können der Zwischenkühler 14 und der Wasserabscheider 15 gegebenenfalls auch als eine Baueinheit ausgeführt sein, so daß der Taupunkt des auf Unterdruck entspannten Arbeitsgases im Zwischenkühler 14 unterschritten und das dabei auskondensierte Wasser unmittelbar abgeführt wird.
An den Wasserabscheider 15 ist eine Pumpe 16 angeschlossen, die das abgeschiedene Wasser zumindest wieder auf Umgebungsdruck bringt, so daß das abgeschiedene Wasser beispielsweise über einen Auslaß 17 an die Umgebung abgegeben werden kann. Vorzugsweise wird das abgeschiedene Wasser jedoch zum Teil wieder dem Arbeitsgas vor dem Durchströmen der Turbine 4 zugeführt. Wie durch Leitung 18 angedeutet, wird abgeschiedenes Wasser beispielsweise in das Verbrennungssystem 3 bzw. in eine Brennkammer desselben eingeleitet, insbesondere eingedüst. So können einerseits der NOx- Anteil der Verbrennungsluft verringert und andererseits der Massenstrom des durch die Turbine 4 strömenden Arbeitsgases erhöht werden. Durch die Er- höhung des Massenstroms läßt sich der Wirkungsgrad der Gasturbine 1 weiter erhöhen. Demgegenüber ist die erforderliche Leistung der Pumpe 16, um abgeschiedenes Wasser wieder auf Umgebungsdruck oder einen darüberlie- genden Druck zu bringen bzw. zu komprimieren vernachlässigbar gering.
Alternativ oder zusätzlich kann abgeschiedenes Wasser auch in das Arbeits- gas vor oder nach Durchströmen des Verbrennungssystems 3 eingeleitet, beispielsweise im Bereich der Leitung 8 oder 9 eingedüst werden. Des weiteren kann zusätzlich oder alternativ abgeschiedenes Wasser in den Strömungsweg des Arbeitsgases durch den Wärmetauscher 5 vom Einlaß 7 zur Leitung 8 eingeleitet, insbesondere eingedüst, werden. Hierdurch kann einerseits wiederum eine Erhöhung des Massenstroms des der Turbine 4 zugeführten Arbeitsgases herbeigeführt und andererseits eine Optimierung der Wärmekapazität bzw. der Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität des den Wärmetauscher 5 durchströmenden, anschließend noch zu erhitzenden Arbeitsgases zur Maximierung des im Wärmetauscher 5 stattfindenden Wärmeaus- tauschs erreicht werden.
Außerdem kann vom Wasserabscheider 15 abgeschiedenes Wasser zur Kühlung von Schaufeln der Turbine 4 eingesetzt werden, so daß die zulässige Turbineneintrittstemperatur, d. h. die Temperatur des in die Turbine 4 eintre- tenden Arbeitsgases, erhöht werden kann, wodurch ebenfalls eine Verbesserung des Wirkungsgrades erreichbar ist.
Insbesondere ist jedoch eine Schaufelkühlung nicht durch abgeschiedenes Wasser, sondern durch Umgebungsluft vorgesehen. Die stark vereinfachte auschnittsweise Vergrößerung der Turbine 4 gemäß Fig. 2 verdeutlicht eine derartige Schaufelkühlung.
Die Turbine 4 weist im Darstellungsbeispiel mehrere hintereinander angeordnete Reihen von nicht rotierenden Leitschaufeln 19 und mehrere hinterein- ander liegende, teilweise zwischen diesen liegende Reihen von von der drehbaren Welle 6 getragenen Laufschaufeln 20 auf.
Bei dem vereinfachten Darstellungsbeispiel gemäß Fig. 2 tritt erhitztes Arbeitsgas gemäß Pfeilen 21 in die Turbine 4 ein und gemäß Pfeilen 22 aus die- ser aus. Beim Darstellungsbeispiel sind die Leitschaufeln 19 und Laufschaufeln 20 der beiden der Eintrittsseite nächstliegenden Reihen und die Welle 6 zumindest im Bereich dieser Laufschaufeln 20 hohl ausgebildet, so daß Umgebungsluft einerseits gemäß Pfeilen 23 in die hohlen Leitschaufeln 19 und andererseits gemäß Pfeilen 24 in die hohlen Leitschaufeln 20 einströmen und jeweils durch insbesondere abströmsei tig angeordnete Austrittsöffnungen in das Turbineninnere, also in das Arbeitsgas gemäß Pfeilen 25 ausströmen kann. Je nach Lage der Ausströmöffnungen und in Abhängigkeit von den Druck- und Strömungs Verhältnissen in der Turbine 4 wird Umgebungsluft in die Turbine 4 gesaugt, ohne daß ein Kompressor, wie sonst üblich, eingesetzt werden muß. Dementsprechend kann die durch einen Kompressor ansonsten verursachte Temperaturerhöhung vermieden und die Kühlleistung optimiert werden. Des weiteren ist hier der apparative Aufwand geringer.
Aus der voranstehenden Erläuterung ergibt sich, daß die optionale Schaufelkühlung durch Ansaugen von Luft insbesondere durch die Entspannung des Arbeitsgases in der Turbine 4 auf Unterdruck ermöglicht wird. Zudem kann diese Schaufelkühlung unabhängig von der Abscheidung von Wasser aus dem auf Unterdruck entspannten Arbeitsgas, also auch wenn kein Wasserabscheider 15 vorgesehen ist, realisiert werden, um durch Erhöhung der Turbineneintrittstemperatur eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Gasturbinen- anläge bzw. Gasturbine 1 zu ermöglichen.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem Einlaß 7 des Wärmetauschers 5 für das vorzuwärmende Arbeitsgas kein Verdichter für das Arbeitsgas vorgeschaltet. In alternativer Ausführung ist es jedoch auch möglich, eine Ein- richtung zur Zuführung von Arbeitsgas dem Einlaß 7 vorzuschalten, die beispielsweise von der Turbine 4 angetrieben wird und bei allenfalls verhältnismäßig geringer Erhöhung der Temperatur des Arbeitsgases dessen Einlaßdruck erhöht.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gasturbine 1 einwellig ausgebildet. Je nach Bedarf kann die Gasturbine 1 selbstverständlich auch mehrwellig, insbesondere zweiwellig, ausgebildet sein.
Die mehrwellige Ausbildung des Gasturbine 1 ist besonders für die Verwen- düng der Gasturbine 1 als mechanischer Antrieb, beispielsweise zum Antrieb eines Verdichters für Pipeline- Verdichter-Stationen, geeignet.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine mit einer von erhitztem Arbeitsgas in einem offenen Kreislauf antreibbaren Turbine, bei dem das Arbeitsgas vor der Erhitzung durch Fremdenergie durch Wärmeaustausch mit in der Turbine entspanntem Arbeitsgas vorgewärmt wird und bei dem das Arbeitsgas in der Turbine auf einen unter dem Eingangsdruck des Arbeitsgases in den offenen Kreislauf liegenden Unterdruck entspannt und erst nach dem Wärmeaustausch wieder verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem auf Unterdruck entspannten Arbeitsgas vor dem Verdichten Wasser abgeschieden und mindestens auf Umgebungsdruck ge- bracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abgeschiedenes Wasser zumindest teilweise in das Arbeitsgas vor dem Entspannen in der Turbine, insbesondere beim und/oder vor dem Erhitzen, ein- geleitet, insbesondere eingedüst, wird.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Unterdruck entspannte Arbeitsgas nach dem Wärmeaustausch und vor oder zum Abscheiden von Wasser gekühlt wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Umgebungsluft durch hohle Schaufeln der Turbine zur Kühlung dieser Schaufeln in die Turbine gesaugt wird.
5. Gasturbine (1) mit einem Verdichter (2), mit einem Verbrennungssystem (3) zur Erhitzung eines Arbeitsgases, mit einer vom erhitzten Arbeitsgas in einem offenen Kreislauf antreibbaren Turbine (4) zur Erzeugung mechanischer Energie und zum Antrieb des Verdichters (2) und mit einem Wärmetauscher (5) zur Vorwärmung von zu erhitzendem Arbeitsgas durch Wärmeaustausch mit in der Turbine (4) entspanntem Arbeitsgas, wobei der Verdichter (2) der Turbine (4) und dem Wärmetauscher (5) derart nachgeschaltet ist, daß an der Turbine (4) abströmseitig ein unter dem Eingangsdruck des Arbeitsgases in den offenen Kreislauf liegender Unterdruck für das Arbeitsgas erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmetauscher (5) und dem Verdichter (2) ein Wasserabscheider (15) zur Abscheidung von Wasser aus dem auf Unterdruck entspannten Arbeitsgas angeordnet ist.
6. Gasturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserabscheider (15) eine Pumpe (16) zugeordnet ist, um abgeschiedenes Wasser zumindest auf Umgebungsdruck zu bringen.
7. Gasturbine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine (1) so ausgebildet ist, daß abgeschiedenes Wasser zumindest teilweise in das Arbeitsgas vor der Entspannung in der Turbine (4) einleitbar, insbesondere eindüsbar, ist.
8. Gasturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß abgeschiedenes Wasser in dem Verbrennungssystem (3) und/oder dem Wärmetauscher (5) in das Arbeitsgas einleitbar ist.
9. Gasturbine nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmetauscher (5) und dem Wasserabscheider (15) ein Zwischenkühler (14) zur Kühlung des unter Unterdruck stehenden Arbeitsgases vor oder zu dem Abscheiden von Wasser angeordnet ist.
10. Gasturbine nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Schaufeln (19, 20) der Turbine (4) hohl und Zu- und Ableitungskanäle ausgebildet sind, so daß zur Kühlung der Schaufeln (19, 20) Umgebungsluft durch die Schaufeln (19, 20) in die Turbine (4) saugbar ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2351776A (en) * 1999-07-03 2001-01-10 Rolls Royce Plc A gas turbine engine
CN113758968B (zh) * 2021-09-30 2022-08-05 西安交通大学 一种用于测量透平动叶叶顶换热系数的实验***和稳态实验方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE624459A (de) *
FR1166419A (fr) * 1955-07-08 1958-11-12 Procédé et moyens de mise en oeuvre pour tirer de l'énergie mécanique de la chaleur sensible d'une masse gazeuse chaude, sensiblement à la pression atmosphérique ambiante, et application aux turbines à gaz
GB905663A (en) 1959-06-01 1962-09-12 Havilland Engine Co Ltd Power plant including a gas turbine
US4414805A (en) 1981-11-27 1983-11-15 General Motors Corporation Hybrid gas turbine engine and flywheel propulsion system
JPS59120721A (ja) 1982-12-27 1984-07-12 Osaka Gas Co Ltd 排熱回収装置
DE3345027A1 (de) * 1983-12-13 1985-06-13 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zur aufbereitung von synthesegasen
GB2216191B (en) * 1988-03-31 1992-08-12 Aisin Seiki Gas turbine cogeneration apparatus for the production of domestic heat and power
EP0596143A4 (de) * 1992-05-25 1994-12-07 Aktsionernoe Obschestvo Kryoko Gas-verteileranlage mit energierückgewinnung.
RU2095634C1 (ru) * 1995-12-28 1997-11-10 Акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров Комбинированный газоперекачивающий агрегат

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9904170A1 *

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