WO2008064660A2 - Method and device for the operation of a generator by means of a hot gas steam turbine - Google Patents

Method and device for the operation of a generator by means of a hot gas steam turbine Download PDF

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Hermann Berthold
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Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for operating a generator by means of a hot gas steam turbine for use in energy harvesting and waste recycling plants.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a device o. Specify genus that work safely, have high efficiency and are optimally suitable for installation or for incorporation into a waste treatment plant, or can serve.
  • a waste gas hot gas upstream of the turbine ie immediately before the turbine inlet water vapor (high-pressure steam) introduced or generated, and so in that this steam enters the turbine immediately upstream of the turbine inlet at high pressure, together with the hot gas and at the same time mixing with it.
  • This hot gas-steam mixture is then introduced at very high density and high velocity over the turbine inlet tapering relative to the last section of the gas inlet, after which this mixture is first expanded through the twin rotor of the turbine and thereafter recompressed, thereby providing a pre-reaction in the Mixture takes place.
  • the hot gas-vapor mixture from the one small diameter portion, similar to that at the entrance of the housing opening, in an expanding diffusion portion of the subsequent drain pipe, after which the mixture expands again, while in the drain pipe, a negative pressure prevails.
  • HGDG hot gas steam generator
  • Another advantage is that for the production of high-pressure steam purified and thus lime-free process water is introduced centrally into the turbine inlet, the z. B. is supplied from the water purification device of the waste recycling plant.
  • This lime-free water is vaporized by the hot gas, after which hot and raw gases are mixed with the water vapor and brought into pre-reaction.
  • This can be done in an advantageous manner in that the water is placed in a concentrically in the balloon-like extended inlet, pear-shaped opening to the turbine inlet high-pressure vessel, which is surrounded by the hot gas.
  • the resulting in the container high-pressure steam exits at high speed near the turbine inlet, mixes with the outside flowing past him hot gas and enters at high speed in the turbine, in further mixing of the hot gas with the water vapor and thereby taking place pre-reaction.
  • the driven by the energy of the hot gas-steam mixture turbine then further drives the generator via its drive shaft, preferably a permanent magnet generator.
  • This generator can preferably be configured in multiple stages, that is, for different torques, corresponding switchable or switchable, according to the torque received from the turbine.
  • the generator generated direct current is preferably used, inter alia, for physical separation with electrolytic decomposition of the contaminated water (process water) of a waste recycling plant.
  • the surplus oxygen and hydrogen thus generated is used for further use in the plant, preferably fed to the support burner of the carburettor or to an internal combustion engine for the corresponding generation of energy (increase of the primary energy).
  • a part of the generator current to supply the system eg. B. of their pumps serve.
  • the inventive device for carrying out the method described above is characterized in that in the inlet of the turbine, a balloon-shaped or pear-shaped housing is connected or between a turbine inlet and inlet pipe in comparison to the inlet tube and the turbine inlet balloon-shaped or pear-shaped extended housing is interposed.
  • a substantially pear-shaped high-pressure container is concentrically arranged so that it faces with its narrowed outlet opening to the turbine inlet and is in its immediate vicinity.
  • the high pressure container is connected to a water inlet, said water inlet preferably opens centrally / axially into the container.
  • the high-pressure container outside flushing hot gases heat the container accordingly, whereby the water introduced into the container evaporates explosively and this steam enters with appropriate high pressure from the high-pressure vessel in the immediately following turbine opening.
  • the flue gas passing by is mixed and mixed in, with subsequent optimal mixing and pre-reaction of the gas-vapor mixture taking place due to the different pressure and speed ratios during expansion, compression and renewed expansion.
  • a distributor disc may be provided, which is supported in the water guide tube via a so-called water storage and on which the axially incident from the water flowing through the water storage and is discharged radially.
  • the distributor disc By provided on the inflow side of the distributor disc tangential or spiral elevations as water supply edges, the distributor disc is rotated, whereby the impinging water additionally undergoes a rotational movement and is ejected tangentially, in the direction of the hot container inner wall. If a three-point water bearing is then also provided, with two bearings in front of and one behind the distributor disk, then the distributor disk is kept stable, so that tumbling is not possible. In this case, the exiting amount of water according to the pending form of the feed pump before and after the disc itself automatically. As a result, the amount of steam to be mixed into the hot gas can be controlled in a simple manner.
  • the drainpipe on the turbine side has a diffusion section widening in the direction of flow, whereby the positive effects resulting from successive compressions and depressurizations of the gas passed through are reinforced or continued.
  • This drain pipe is subsequently connected to a gas purification stage, through the suction fan in the drain pipe, a negative pressure is present, which has an effect on the entire function of the device according to the invention, but in particular also optimizes its continued functioning.
  • no backflow in the system via the turbine up to the carburetor can take place, at the same time relieving the gasification process.
  • outgassing in particular of the housing seals and thus leaks in the flange connections, in particular in the turbine inlet and turbine housing is avoided.
  • the device according to the invention is incorporated in an energy production and waste treatment plant, with its inlet is connected to the garbage (melt gasifier) and leads there produced crude / hot gas.
  • the sequence of the device or the turbine of the device is connected to a gas cleaning device whose fan generates the negative pressure in the inlet, as described above.
  • the output shaft (king shaft) of the turbine with a generator, preferably a permanent magnet generator is connected, the preferably has a plurality of stages for selectively operating depending on transmitted received torque, so that always a correspondingly optimal function is possible.
  • the generator is in turn (electrically) in connection with a physical separation device for the contaminated water, in particular accumulating in the refuse silo waste water, the DC power of the generator is used for the electrolytic decomposition of the water.
  • the resulting excess oxygen and hydrogen is then used in each case as a primary energy in the system on the one hand in the support burner of the carburetor (the oxygen O 2 ) and on the other hand in the engine of the system (the hydrogen H).
  • the water inlet of the pressure vessel of the hot gas steam generator is connected to a water tank, is introduced in the purified process water from the water storage of the water purification system of the system and the condensed water in the turbine. Since the process water from the system's purification of water is virtually cleaned of all impurities and also of calcium, no deposits take place in the high-pressure vessel and also subsequently in the turbine, which contributes to increasing the service life and reducing any maintenance work that may be required.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a section through the device, with simultaneous representation of the connections to a hot water tank and a physical separator
  • Fig. 2 a partial section through the steam generator of the device
  • Fig. 3 a detail III of Fig. 1, the water distributor closer representing
  • Fig. 4 a view according to arrow IV of Fig. 3 on the distributor disc.
  • the device according to the invention ie the hot gas steam generator 1 as concise parts, seen in succession, a steam generator 2, a turbine 3 and a generator 4.
  • the steam generator 2 has a balloon-like housing 6, on the one hand via its inlet opening 7 with one
  • the housing 6 is connected via its drain opening 10 with the inlet opening 11 of a likewise approximately balloon-shaped, a double turbine rotor 13 containing turbine housing 12 of the turbine 3, preferably also via a flange 9.
  • the turbine housing 12 is connected to the outlet side or at its outlet opening 14 with a drain pipe 15 and indeed via a flange 9.
  • the drain pipe 15 is provided at its turbine end with a flared diffuser section 16, after which Drain pipe 15 further has a constant cross-section or diameter and with further existing facilities of z. As a waste treatment plant, and different gas cleaning equipment or facilities is connected.
  • a high-pressure vessel 18 which has the shape of a pear substantially and with its everted or axially extended opening end 19 is formed and arranged in total, that it is close to its drain opening and
  • the drain opening 10 of the housing 6 and thus the inlet opening 11 of the turbine 3 is or ends.
  • a distributor 20 is provided, which is explained in more detail in connection with FIGS. 3 and 4.
  • the distributor 20 opens into the interior of the container and on the other hand is connected to a water container 22 via a supply line 21, a pump 23 in the line 21 conveying the purified process water located in the water container to the distributor 20.
  • the purified service water located in the container 22 is predominantly introduced via a line 24, which comes from a water purification of the system or the system or is supplied from the corresponding water storage as needed.
  • water which has been conditioned out of the turbine 3 is introduced into the water tank 22 via a line 25.
  • a double-turbine rotor 13 is concentrically arranged, which is formed substantially or in the broadest sense mirror image of the housing center and the rotor itself, also substantially dimensional or Diameter extension and then according to the diameter or dimensional reduction has or has.
  • the rotor input is close to the inlet opening 11 of the turbine and thus simultaneously near the opening end 19 of the high pressure vessel 18.
  • the axially opposing outlet 28 of the turbine rotor 13 is located correspondingly close to the drain opening 14 of the turbine or the turbine housing 12 and so with the entry of Diffuser portion 16 of the drain pipe 15. It can be seen that at the same time the maximum diameter of the turbine runner is arranged in its central maximum circumference or its crown 27 corresponding to corresponding with the zone of the largest diameter of the housing 12.
  • the turbine rotor 13 is connected via its output shaft 29 (king shaft) with the permanent magnet generator 4.
  • This generator 4 has three stages 31, which are automatically switched according to need or depending on the applied torque accordingly.
  • two DC power lines 33 and 34 lead to the electrodes 36 and 37 of a separator 35.
  • the dirty water from the garbage silo a waste recycling plant. Due to the electrolytic reactions or splits, the impurities settle as sludge on the container bottom of the device 35 and are discharged via a line 39.
  • the physically purified water is withdrawn via a line 39 for further treatment, while the surplus of originated oxygen and hydrogen is forwarded to the support burner of the gasifier of the waste recycling plant or to an internal combustion engine, via the lines 40 and 41st
  • FIG. 2 From Fig. 2 it can be seen how arranged on the concentric housing 6 of the steam generator 2 high-pressure tank 18, the distributor 20 is protected, the inflow side is protected by a cone 47, the same time entering the housing 6 of the steam generator 2 gas flow uniformly on the lateral surface the container 18 divides.
  • Fig. 3 shows in detail how the manifold 20 consists of a protruding into the interior of the container 18 guide tube 28 which is connected via a flange 49 with seal 50 on Container 18 is attached and on the outside of the supply line 21 is connected with intermediate seal 51.
  • a distributor disc 55 is concentrically arranged at a small spacing, which has a bearing tube 54 which projects axially into the bore 53 of the guide tube 48 so that an annular water guide 56 is formed between the two tubes.
  • a ring pocket 57 and 58 are provided in the bore 53 of the guide tube 48, respectively to the end of the tube corresponding to the bearing tube 54, in which the water flowing past is dammed and thereby assumes the role of a water store.
  • a chamfer 59 which widens the bore 53, is also provided, whereby the water flow occurring from the water guide 56 is diverted to the outside in a broadened manner and strikes the contact surface 30 of the distributor disc 55 in a more diversified manner.
  • axially projecting spiral water guide edges 61 are provided on the inflow surface 60, on which the water flow emerging from the water guide presses, thereby rotating the distributor disk.
  • the bearing tube 54 has an inner water guide 63, in whose end-side extension a ring pocket 64 is present.
  • a conical bearing cone 65 protrudes slightly challenged, so that 63 water flowing through the water guide occurs on the bearing cone 65 and forms by backwater in the ring pocket 64 a water storage.
  • the bearing cone 65 is held axially displaceable via a threaded pin 66 with lock nut 67 on a bracket 68 which is fixed to the flange 49.
  • a three-point water bearing (57, 58, 64) that the distributor disc 55 keeps stable and free of tumble.
  • the distributor 20 forms a compact unit, which can be inserted as such from the outside and thus easily replaceable over the flange 49 on the container 18 z. B. is fastened by screws. In case of disturbances or necessary changes in the adjustment of the axial position of the bearing cone 65 or even complete replacement of the distributor unit are thus only to solve some screw connections to perform the required work easily.
  • the device 1 according to the invention that is to say the hot gas steam generator, operates as follows:
  • the steam 44 exits the container 18 at a relatively high pressure and high speed and enters the inlet opening 11 of the turbine.
  • the hot gas 43 also exits concentrically from the housing 6 and into the inlet opening 11 of the turbine, whereupon the steam 44 and the hot gas 43 mix, in particular when they enter the turbine rotor rotating under the action of hot gas and steam. It entseht thereby a hot gas-steam mixture, which pulls expanding through the first half of the turbine rotor and is then performed compressively in the second half and flows to e über over a substantially equal to the inlet opening 11 outlet opening 14 of the turbine.
  • the hot gas / vapor mixture which was additionally subjected to the rotational movements by the turbine runner after compression, expansion and recompression, has experienced different pressure and velocity states and has been correspondingly strongly mixed, so that a pre-reaction in the mixture has taken place.
  • this prereacted mixture will re-expand upon entry into the diffuser section 16 of the drain pipe 15, whereby still another mixing and reaction step takes place.
  • a negative pressure is present, z. B. by the suction fan of a subsequent gas purification stage, the flow of hot gas and water vapor or the hot gas-steam mixture 45 takes place optimally, without any backflow, as is usually the case with conventional turbines and there known then the high efficiency losses.

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Abstract

Disclosed are a method and a device for operating a generator (4) by means of hot gas, particularly hot gas obtained from the gasifier of a waste reprocessing plant, said hot gas being conducted across a double turbine rotor (13). In said method and device, steam (44) is introduced or generated upstream of the turbine (3) such that a hot gas-steam mixture (45) is introduced via a tapering turbine inlet (11) at an elevated density and a high speed, causing a preliminary reaction in the mixture. The hot gas-steam mixture (45) is then first expanded and once again compressed by means of the double turbine rotor (13) and is introduced in an expanding manner into a widening diffuser section (16) of the discharge pipe (15) in which a negative pressure prevails.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Generators mittels Heißgasdampfturbine Method and device for operating a generator by means of hot gas steam turbine
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Generators mittels Heißgasdampfturbine zur Verwendung in Energiegewin-nungs- und Müllverwertungsanlagen.The invention relates to a method and an apparatus for operating a generator by means of a hot gas steam turbine for use in energy harvesting and waste recycling plants.
Es ist bekannt (DE 3944 991 A1), dass Heißgas- oder Dampfturbinen zum Betreiben von Generatoren verwendet werden. Dabei wird z. B. von einem Rauch- bzw. Heißgas oder Wasserdampf führenden Zulauf das entsprechende Medium über die Turbinenläufer geführt, wodurch der mit der Abtriebswelle der Turbine verbundene Generator in Bewegung gesetzt und so Strom erzeugt wird. Der Wirkungsgrad dieser bekannten Vorrichtungen lässt aber zu wünschen übrig.It is known (DE 3944 991 A1) that hot gas or steam turbines are used for operating generators. This z. B. led by a smoke or hot gas or water vapor inlet the corresponding medium through the turbine rotor, whereby the generator connected to the output shaft of the turbine is set in motion and so power is generated. The efficiency of these known devices leaves much to be desired.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung o. g. Gattung anzugeben, die sicher arbeiten, einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und zum Einbau bzw. zur Eingliederung in eine Müllverwertungsanlage optimal geeignet sind, bzw. dienen können.The object of the invention is therefore to provide a method and a device o. Specify genus that work safely, have high efficiency and are optimally suitable for installation or for incorporation into a waste treatment plant, or can serve.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst sowie durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 6.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device having the characterizing features of claim 6.
Dem gemäß wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Generators durch über einen Doppel-Turbinenläufer geführtes, vorzugsweise vom Vergaser (Schmelzvergaser) einer Müllverwertungsanlage erhaltenes Heißgas, der Turbine vorgeschaltet, also unmittelbar vor dem Turbineneingang Wasserdampf (Hochdruckheißdampf) eingebracht bzw. erzeugt, und zwar so, dass dieser Wasserdampf unmittelbar vor dem Turbineneingang mit hohem Druck, zusammen mit dem Heißgas und gleichzeitig sich mit diesen vermischend, in die Turbine eintritt. Dieses Heißgas- Dampf-Gemisch wird dann mit sehr hoher Dichte und hoher Geschwindigkeit über die sich im Verhältnis zum letzten Abschnitt des Gaszulaufes sich verengenden Turbinenzulauf eingebracht, wonach dieses Gemisch über den Doppelläufer der Turbine zuerst expandiert und danach wieder verdichtet wird, wodurch insgesamt eine Vorreaktion im Gemisch vonstatten geht. Danach tritt das Heißgas-Dampf-Gemisch aus dem einen geringen Durchmesserabschnitt, ähnlich demjenigen beim Eintritt der Gehäuseöffnung, in einen sich erweiternden Diffusionsabschnitt des nachfolgenden Ablaufrohres, wonach das Gemisch erneut expandiert, während im Ablaufrohr ein Unterdruck herrscht.Accordingly, in the method according to the invention for operating a generator through a double turbine runner, preferably from the gasifier (melt gasifier) obtained a waste gas hot gas upstream of the turbine, ie immediately before the turbine inlet water vapor (high-pressure steam) introduced or generated, and so in that this steam enters the turbine immediately upstream of the turbine inlet at high pressure, together with the hot gas and at the same time mixing with it. This hot gas-steam mixture is then introduced at very high density and high velocity over the turbine inlet tapering relative to the last section of the gas inlet, after which this mixture is first expanded through the twin rotor of the turbine and thereafter recompressed, thereby providing a pre-reaction in the Mixture takes place. Thereafter, the hot gas-vapor mixture from the one small diameter portion, similar to that at the entrance of the housing opening, in an expanding diffusion portion of the subsequent drain pipe, after which the mixture expands again, while in the drain pipe, a negative pressure prevails.
Durch den im Hochdruckbehälter der Vorrichtung (im Weiteren als Heißgas-Dampf- Generator bezeichnet, abgekürzt HGDG), d. h. des Heißdampfgenerators erzeugten Hochdruck-Heißdampf wird somit ein doppelflutiger Radialverdichter (bekannt als Turbineneffekt aus der Triebwerkstechnik) angetrieben, wobei durch den Unterdruck beim Ausgang aus der Turbine ein Sog auftritt und kein Rückströmen möglich ist. Durch diesen Unterdruck in der Ableitung findet auch kein Rückstau im System statt, bis hin zum Vergaser. Dadurch wird gleichzeitig auch der Vergaser im Prozess entlastet und dadurch erfolgt auch kein Ausgasen mit der Folge von Undichtigkeiten der Flanschverbindungen, insbesondere im Turbinenzulauf und dem Turbinengehäuse.By in the high pressure vessel of the device (hereinafter referred to as hot gas steam generator, abbreviated HGDG), d. H. Thus, a high-pressure superheated steam generated by the superheated steam generator is driven by a double-flow centrifugal compressor (known as a turbine effect from engine technology), whereby a suction occurs due to the negative pressure at the outlet from the turbine and no backflow is possible. Due to this negative pressure in the discharge also no backflow takes place in the system, up to the carburettor. As a result, the carburetor is also relieved in the process at the same time and thus there is no outgassing with the result of leaks in the flange connections, especially in the turbine inlet and the turbine housing.
Von Vorteil ist auch, dass zur Erzeugung des Hochdruck-Wasserdampfes gereinigtes und somit kalkfreies Brauchwasser in den Turbinenzulauf zentrisch eingebracht wird, das z. B. von der Wasserreinigungseinrichtung der Müllverwertungsanlage zugeleitet wird. Dieses kalkfreie Wasser wird durch das Heißgas zum Verdampfen gebracht, wonach sich Heiß- und Rohgase mit dem Wasserdampf mischen und in Vorreaktion gebracht werden. Dies kann in vorteilhafter weise dadurch erfolgen, dass das Wasser in einen konzentrisch im ballonartig erweiterten Zulauf befindlichen, birnenförmig zum Turbinenzulauf sich öffnenden Hochdruckbehälter eingebracht wird, der vom Heißgas umspült wird. Dabei tritt der im Behälter entstehende Hochdruck-Dampf unter großer Geschwindigkeit nahe dem Turbineneingang aus, mischt sich mit dem außen an ihm vorbeiströmenden Heißgas und tritt unter hoher Geschwindigkeit in die Turbine ein, in weiterer Vermischung des Heißgases mit dem Wasserdampf und hierdurch stattfindender Vorreaktion.Another advantage is that for the production of high-pressure steam purified and thus lime-free process water is introduced centrally into the turbine inlet, the z. B. is supplied from the water purification device of the waste recycling plant. This lime-free water is vaporized by the hot gas, after which hot and raw gases are mixed with the water vapor and brought into pre-reaction. This can be done in an advantageous manner in that the water is placed in a concentrically in the balloon-like extended inlet, pear-shaped opening to the turbine inlet high-pressure vessel, which is surrounded by the hot gas. In this case, the resulting in the container high-pressure steam exits at high speed near the turbine inlet, mixes with the outside flowing past him hot gas and enters at high speed in the turbine, in further mixing of the hot gas with the water vapor and thereby taking place pre-reaction.
Die durch die Energie des Heißgas-Dampf-Gemisches angetriebene Turbine treibt dann im Weiteren über ihre Antriebswelle den Generator, vorzugsweise einen Permanentmagnet-Generator an. Dieser Generator kann vorzugsweise mehrstufig ausgebildet sein, also für unterschiedliche Drehmomente, entsprechend zuschaltbar bzw. umschaltbar, entsprechend des von der Turbine erhaltenen Drehmoments. Der vom Ge- nerator erzeugte Gleichstrom wird vorzugsweise u. a. zur physikalischen Trennung mit elektrolytischen Zerlegung des verunreinigten Wassers (Prozesswasser) einer Müllverwertungsanlage verwendet. Dabei wird der so erzeugte überschüssige Sauerstoff und Wasserstoff zur weiteren Verwendung in der Anlage verwendet, vorzugsweise dem Stützbrenner des Vergasers bzw. einem Verbrennungsmotor zur entsprechenden Energieerzeugung zugeführt (Steigerung der Primärenergie). Selbstverständlich kann ein Teil des Generatorstromes auch zur Versorgung des Systems, z. B. von deren Pumpen dienen.The driven by the energy of the hot gas-steam mixture turbine then further drives the generator via its drive shaft, preferably a permanent magnet generator. This generator can preferably be configured in multiple stages, that is, for different torques, corresponding switchable or switchable, according to the torque received from the turbine. The generator generated direct current is preferably used, inter alia, for physical separation with electrolytic decomposition of the contaminated water (process water) of a waste recycling plant. In this case, the surplus oxygen and hydrogen thus generated is used for further use in the plant, preferably fed to the support burner of the carburettor or to an internal combustion engine for the corresponding generation of energy (increase of the primary energy). Of course, a part of the generator current to supply the system, eg. B. of their pumps serve.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des vorbeschriebenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass im Zulauf der Turbine ein ballonförmiges bzw. birnenförmiges Gehäuse vorgeschaltet ist bzw. zwischen Turbineneintritt und Zulaufrohr ein im Vergleich zum Zulaufrohr und dem Turbineneintritt ballonförmig bzw. birnenförmig erweitertes Gehäuse zwischengeschaltet ist. In diesem Gehäuse ist konzentrisch eine im wesentlichen birnenförmiger Hochdruckbehälter so angeordnet, dass er mit seiner verengten Austrittsöffnung zum Turbineneintritt weist und sich in dessen unmittelbarer Nähe befindet. Dabei ist der Hochdruckbehälter mit einem Wasserzulauf verbunden, wobei dieser Wasserzulauf vorzugsweise zentrisch/axial in den Behälter einmündet. Die Hochdruckbehälter außen umspülenden Heißgase heizen den Behälter entsprechend auf, wodurch das in den Behälter eingebrachte Wasser explosionsartig verdampft und dieser Dampf mit entsprechendem Hochdruck aus dem Hochdruckbehälter in die unmittelbar nachfolgende Turbinenöffnung eintritt. Dabei wird das vorbeiströmende Rauchgas vermischt und eingemischt, wobei nachfolgend durch die unterschiedlichen Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse beim Expandieren, Komprimieren und erneutes Expandieren eine optimale Vermischung und Vorreaktion des Gas-Dampf-Gemisches stattfindet.The inventive device for carrying out the method described above is characterized in that in the inlet of the turbine, a balloon-shaped or pear-shaped housing is connected or between a turbine inlet and inlet pipe in comparison to the inlet tube and the turbine inlet balloon-shaped or pear-shaped extended housing is interposed. In this case, a substantially pear-shaped high-pressure container is concentrically arranged so that it faces with its narrowed outlet opening to the turbine inlet and is in its immediate vicinity. In this case, the high pressure container is connected to a water inlet, said water inlet preferably opens centrally / axially into the container. The high-pressure container outside flushing hot gases heat the container accordingly, whereby the water introduced into the container evaporates explosively and this steam enters with appropriate high pressure from the high-pressure vessel in the immediately following turbine opening. In this case, the flue gas passing by is mixed and mixed in, with subsequent optimal mixing and pre-reaction of the gas-vapor mixture taking place due to the different pressure and speed ratios during expansion, compression and renewed expansion.
Die Dampfbildung im Hochdruckbehälter wird noch entsprechend optimiert, wenn das zentrisch in den Hochdruckbehälter eingebrachte Wasser so eingedüst bzw. eingebracht wird, dass es im wesentlichen radial gleichmäßig fein-verteilt wird, so dass auch der durch die große Hitzeeinwirkung entstehende Wasserdampf im Verhältnis zum Behälterquerschnitt relativ konstant entsteht und somit auch die Druckbelastung relativ gleichförmig gehalten werden kann. Hierfür kann eine Verteilerscheibe vorgesehen sein, die im Wasserführungsrohr über eine sogenannte Wasserlagerung abgestützt ist und auf die das aus der durch die Wasserlagerung einströmende Wasser axial auftrifft und radial abgeleitet wird. Durch auf der Anströmseite der Verteilerscheibe vorgesehene tangentiale oder spiralförmige Erhebungen als Wasserführungskanten wird die Verteilerscheibe in Rotation versetzt, wodurch das auftreffende Wasser zusätzlich eine Drehbewegung erfährt und tangential ausgeschleudert wird, in Richtung auf die heiße Behälter-Innenwandung. Ist dann auch noch ein Drei-Punkt-Wasserlager vorgesehen, mit zwei Lagern vor und einem hinter der Verteilerscheibe, dann wird die Verteilerscheibe stabil gehalten, so dass ein taumeln nicht möglich ist. Dabei stellt sich die austretende Wassermenge entsprechend dem anstehenden Vordruck der Förderpumpe vor und nach der Scheibe automatisch selber ein. Hierdurch wird in einfacher Weise die in das Heißgas einzumischende Dampfmenge steuerbar.The formation of steam in the high pressure vessel is still optimized accordingly when the centric introduced into the high pressure water tank is injected or introduced so that it is substantially evenly distributed radially evenly, so that even the resulting from the high heat of steam relative to the container cross-section relative Constant arises and thus the pressure load can be kept relatively uniform. For this purpose, a distributor disc may be provided, which is supported in the water guide tube via a so-called water storage and on which the axially incident from the water flowing through the water storage and is discharged radially. By provided on the inflow side of the distributor disc tangential or spiral elevations as water supply edges, the distributor disc is rotated, whereby the impinging water additionally undergoes a rotational movement and is ejected tangentially, in the direction of the hot container inner wall. If a three-point water bearing is then also provided, with two bearings in front of and one behind the distributor disk, then the distributor disk is kept stable, so that tumbling is not possible. In this case, the exiting amount of water according to the pending form of the feed pump before and after the disc itself automatically. As a result, the amount of steam to be mixed into the hot gas can be controlled in a simple manner.
Von Vorteil ist des weiteren, wenn das Ablaufrohr turbinenseitig einen sich in Ablaufrichtung erweiternden Diffusionsabschnitt besitzt, wodurch die positiv auswirkenden Effekte durch aufeinanderfolgende Komprimierungen und Entspannungen des hindurchgeführten Gases noch verstärkt bzw. weitergeführt werden. Dieses Ablaufrohr ist nachfolgend mit einer Gasreinigungsstufe verbunden, durch deren Saug-Gebläse im Ablaufrohr ein Unterdruck ansteht, der sich auf die gesamte Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung auswirkt, insbesondere aber auch dessen andauernde Funktionsfähigkeit optimiert. Dadurch kann nämlich einerseits kein Rückstau im System über die Turbine bis hin zum Vergaser stattfinden, gleichzeitig den Vergasungsprozess entlastend. Andererseits wird ein Ausgasen insbesondere der Gehäusedichtungen und somit Undichtigkeiten der Flanschverbindungen, insbesondere im Turbinenzulauf und Turbinengehäuse, vermieden.Furthermore, it is advantageous if the drainpipe on the turbine side has a diffusion section widening in the direction of flow, whereby the positive effects resulting from successive compressions and depressurizations of the gas passed through are reinforced or continued. This drain pipe is subsequently connected to a gas purification stage, through the suction fan in the drain pipe, a negative pressure is present, which has an effect on the entire function of the device according to the invention, but in particular also optimizes its continued functioning. As a result, on the one hand, no backflow in the system via the turbine up to the carburetor can take place, at the same time relieving the gasification process. On the other hand, outgassing in particular of the housing seals and thus leaks in the flange connections, in particular in the turbine inlet and turbine housing, is avoided.
Besonders zweckmäßig ist, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Energieproduktions- und Müllverwertungsanlage eingegliedert ist, wobei ihr Zulauf mit dem Müllvergaser (Schmelzvergaser) verbunden ist und das dort erzeugte Roh-/Heißgas führt. Der Ablauf der Vorrichtung bzw. der Turbine der Vorrichtung ist dabei mit einer Gasreinigungsvorrichtung verbunden, deren Gebläse im Zulauf den Unterdruck erzeugt, wie vorbeschrieben. Dabei ist die Abtriebswelle (Königswelle) der Turbine mit einem Generator, vorzugsweise einem Permanentmagnet-Generator verbunden, der vorzugsweise mehrere Stufen zum wahlweisen Betreiben je nach übertragen erhaltenem Drehmoment besitzt, so dass immer eine entsprechend optimale Funktion möglich ist. Der Generator steht seinerseits (elektrisch) in Verbindung mit einer physikalischen Trenneinrichtung für das verunreinigte Wasser, insbesondere das im Müllsilo anfallende Schmutzwasser, wobei der Gleichstrom des Generators zur elektrolytischen Zerlegung des Wassers dient. Der dabei erhaltene überschüssige Sauerstoff und Wasserstoff wird danach jeweils als Primärenergie im System weiter verwendet und zwar einerseits im Stützbrenner des Vergasers (der Sauerstoff O2) und andererseits im Verbrennungsmotor der Anlage (der Wasserstoff H).It is particularly useful when the device according to the invention is incorporated in an energy production and waste treatment plant, with its inlet is connected to the garbage (melt gasifier) and leads there produced crude / hot gas. The sequence of the device or the turbine of the device is connected to a gas cleaning device whose fan generates the negative pressure in the inlet, as described above. In this case, the output shaft (king shaft) of the turbine with a generator, preferably a permanent magnet generator is connected, the preferably has a plurality of stages for selectively operating depending on transmitted received torque, so that always a correspondingly optimal function is possible. The generator is in turn (electrically) in connection with a physical separation device for the contaminated water, in particular accumulating in the refuse silo waste water, the DC power of the generator is used for the electrolytic decomposition of the water. The resulting excess oxygen and hydrogen is then used in each case as a primary energy in the system on the one hand in the support burner of the carburetor (the oxygen O 2 ) and on the other hand in the engine of the system (the hydrogen H).
Schließlich ist auch besonders vorteilhaft, wenn der Wasserzulauf des Druckbehälters des Heißgasdampfgenerators mit einem Wasserbehälter verbunden ist, in dem gereinigtes Brauchwasser vom Wasserspeicher des Wasserreinigungssystems der Anlage sowie das in der Turbine abkondensierte Wasser eingebracht ist. Da das aus der Wasserreinigung des Systems stammende Brauchwasser praktisch von sämtlichen Verunreinigungen und auch von Calcium gesäubert ist, finden keine Ablagerungen im Hochdruckbehälter und auch nachfolgend in der Turbine statt, was zur Erhöhung der Lebensdauer und zur Reduzierung etwa anfallender Wartungsarbeiten beiträgt.Finally, it is also particularly advantageous if the water inlet of the pressure vessel of the hot gas steam generator is connected to a water tank, is introduced in the purified process water from the water storage of the water purification system of the system and the condensed water in the turbine. Since the process water from the system's purification of water is virtually cleaned of all impurities and also of calcium, no deposits take place in the high-pressure vessel and also subsequently in the turbine, which contributes to increasing the service life and reducing any maintenance work that may be required.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Schnittes durch die Vorrichtung, unter gleichzeitiger Darstellung der Anbindungen an einen Brauchwasserbehälter und eine physikalische Trenneinrichtung,1 shows a schematic representation of a section through the device, with simultaneous representation of the connections to a hot water tank and a physical separator,
Fig. 2: einen teilweisen Schnitt durch den Dampferzeuger der Vorrichtung, Fig. 3: ein Detail III aus Fig. 1 , den Wasserverteiler näher darstellend, und Fig. 4: eine Ansicht gemäß Pfeil IV aus Fig. 3 auf die Verteilerscheibe.Fig. 2: a partial section through the steam generator of the device, Fig. 3: a detail III of Fig. 1, the water distributor closer representing, and Fig. 4: a view according to arrow IV of Fig. 3 on the distributor disc.
Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung, also der Heißgasdampfgenerator 1 als prägnante Teile, in Aufeinanderfolge gesehen, einen Dampferzeuger 2, eine Turbine 3 und einen Generator 4. Der Dampferzeuger 2 hat ein ballonartiges Gehäuse 6, das einerseits über seine Zulauföffnung 7 mit einem Rohgas bzw. Heißgas vom Vergaser führenden Zulaufrohr 19 verbunden ist, vorzugsweise über eine Flanschverbindung 9. Andererseits ist das Gehäuse 6 über seine Ablauföffnung 10 mit der Zulauföffnung 11 eines ebenfalls annähernd ballonförmigen, einen Doppel-Turbinenläufer 13 enthaltendes Turbinengehäuse 12 der Turbine 3 verbunden, vorzugsweise ebenfalls über eine Flanschverbindung 9. Das Turbinengehäuse 12 ist auslaufseitig bzw. an seiner Auslauföffnung 14 mit einem Ablaufrohr 15 verbunden und zwar ebenfalls über eine Flanschverbindung 9. Das Ablaufrohr 15 ist an seinem turbinenseitigen Ende mit einem sich erweiternden Diffusor- Abschnitt 16 versehen, wonach das Ablaufrohr 15 weiterführend einen konstanten Querschnitt bzw. Durchmesser aufweist und mit weiteren vorhanden Einrichtungen von z. B. einer Müllverwertungsanlage, sowie unterschiedlichen Gasreinigungsgeräten bzw. -Einrichtungen verbunden ist.As can be seen from the drawing, the device according to the invention, ie the hot gas steam generator 1 as concise parts, seen in succession, a steam generator 2, a turbine 3 and a generator 4. The steam generator 2 has a balloon-like housing 6, on the one hand via its inlet opening 7 with one On the other hand, the housing 6 is connected via its drain opening 10 with the inlet opening 11 of a likewise approximately balloon-shaped, a double turbine rotor 13 containing turbine housing 12 of the turbine 3, preferably also via a flange 9. The turbine housing 12 is connected to the outlet side or at its outlet opening 14 with a drain pipe 15 and indeed via a flange 9. The drain pipe 15 is provided at its turbine end with a flared diffuser section 16, after which Drain pipe 15 further has a constant cross-section or diameter and with further existing facilities of z. As a waste treatment plant, and different gas cleaning equipment or facilities is connected.
Im Ballon-Gehäuse 6 befindet sich konzentrisch angeordnet und im wesentlichen auch ausgebildet ein Hochdruckbehälter 18, der im wesentlichen die Form einer Birne aufweist und mit seinem ausgestülpten bzw. axial ausgezogen Öffnungsende 19 so ausgebildet und insgesamt angeordnet ist, dass es bis nahe seiner Ablauföffnung und damit der Ablauföffnung 10 des Gehäuses 6 und damit der Zulauföffnung 11 der Turbine 3 steht bzw. endet.In the balloon housing 6 is concentrically arranged and substantially also formed a high-pressure vessel 18 which has the shape of a pear substantially and with its everted or axially extended opening end 19 is formed and arranged in total, that it is close to its drain opening and Thus, the drain opening 10 of the housing 6 and thus the inlet opening 11 of the turbine 3 is or ends.
An dem geschlossenen zulaufseitigen Ende des Hochdruckbehälters 18, also praktisch an dessen Bodenseite, ist ein Verteiler 20 vorgesehen, der im Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 näher erläutert wird.At the closed inlet-side end of the high-pressure container 18, that is to say practically at its bottom side, a distributor 20 is provided, which is explained in more detail in connection with FIGS. 3 and 4.
Der Verteiler 20 öffnet einerseits in das Behälterinnere und ist andererseits über eine Zulaufleitung 21 mit einem Wasserbehälter 22 verbunden, wobei eine Pumpe 23 in der Leitung 21 das im Wasserbehälter befindliche gereinigte Brauchwasser zum Verteiler 20 befördert. Das im Behälter 22 befindliche gereinigte Brauchwasser wird ganz überwiegend über eine Leitung 24 eingebracht, die aus einer Wasserreinigung des Systems bzw. der Anlage stammt bzw. aus dem entsprechenden Wasserspeicher bedarfsweise zugeleitet wird. Zudem wird über eine Leitung 25 auskondendsiertes Wasser aus der Turbine 3 in den Wasserbehälter 22 eingebracht.On the one hand, the distributor 20 opens into the interior of the container and on the other hand is connected to a water container 22 via a supply line 21, a pump 23 in the line 21 conveying the purified process water located in the water container to the distributor 20. The purified service water located in the container 22 is predominantly introduced via a line 24, which comes from a water purification of the system or the system or is supplied from the corresponding water storage as needed. In addition, water which has been conditioned out of the turbine 3 is introduced into the water tank 22 via a line 25.
Im Gehäuse 12 der Turbine 3 ist ein Doppel-Turbinenläufer 13 konzentrisch angeordnet, der im wesentlichen bzw. im weitesten Sinne spiegelbildlich zur Gehäusemitte und zum Läufer selbst ausgebildet ist, im wesentlichen ebenfalls Dimensions- bzw. Durchmessererweiterung und danach entsprechend die Durchmesser- bzw. Dimensionsverringerung besitzt bzw. aufweist. Dabei befindet sich der Läufereingang nahe der Zulauföffnung 11 der Turbine und somit gleichzeitig nahe dem Öffnungsende 19 des Hochdruckbehälters 18. Der axial gegensinnige Austritt 28 des Turbinenläufers 13 befindet sich entsprechend nahe der Ablauföffnung 14 der Turbine bzw. des Turbinengehäuses 12 und so mit dem Eintritt des Diffusorabschnitts 16 des Ablaufrohres 15. Es ist ersichtlich, dass gleichzeitig der maximale Durchmesser des Turbinenläufers in seinem mittigen maximalen Umfang bzw. seiner Krone 27 entsprechend korrespondierend mit der Zone mit größtem Durchmesser des Gehäuses 12 angeordnet ist.In the housing 12 of the turbine 3, a double-turbine rotor 13 is concentrically arranged, which is formed substantially or in the broadest sense mirror image of the housing center and the rotor itself, also substantially dimensional or Diameter extension and then according to the diameter or dimensional reduction has or has. In this case, the rotor input is close to the inlet opening 11 of the turbine and thus simultaneously near the opening end 19 of the high pressure vessel 18. The axially opposing outlet 28 of the turbine rotor 13 is located correspondingly close to the drain opening 14 of the turbine or the turbine housing 12 and so with the entry of Diffuser portion 16 of the drain pipe 15. It can be seen that at the same time the maximum diameter of the turbine runner is arranged in its central maximum circumference or its crown 27 corresponding to corresponding with the zone of the largest diameter of the housing 12.
Der Turbinenläufer 13 ist dabei über seine Abtriebswelle 29 (Königswelle) mit dem Permanentmagnet-Generator 4 verbunden. Dieser Generator 4 besitzt drei Stufen 31 , die je nach Bedarf bzw. je nach anliegendem Drehmoment, entsprechend selbsttätig zugeschaltet werden. Von dem Generator 4 führen zwei Gleichstromleitungen 33 und 34 zu den Elektroden 36 und 37 einer Trenneinrichtung 35. In dieser Einrichtung 35 erfolgt die physikalische Trennung von über eine Leitung 38 angebrachtes Schmutzwasser, z. B. des Schmutzwassers aus dem Müll-Silo einer Müllverwertungsanlage. Durch die elektrolytischen Reaktionen bzw. Aufspaltungen setzen sich die Verunreinigungen als Schlamm am Behälterboden der Einrichtung 35 ab und werden über eine Leitung 39 ausgebracht. Das physikalisch gereinigte Wasser wird über eine Leitung 39 zur Weiterbehandlung abgezogen, während der Überschuss an entstandenem Sauerstoff und Wasserstoff zum Stützbrenner des Vergasers der Müllverwertungsanlage bzw. zu einem Verbrennungsmotor weitergeleitet wird, über die Leitungen 40 bzw. 41.The turbine rotor 13 is connected via its output shaft 29 (king shaft) with the permanent magnet generator 4. This generator 4 has three stages 31, which are automatically switched according to need or depending on the applied torque accordingly. From the generator 4, two DC power lines 33 and 34 lead to the electrodes 36 and 37 of a separator 35. In this device 35, the physical separation of via a line 38 attached dirty water, z. As the dirty water from the garbage silo a waste recycling plant. Due to the electrolytic reactions or splits, the impurities settle as sludge on the container bottom of the device 35 and are discharged via a line 39. The physically purified water is withdrawn via a line 39 for further treatment, while the surplus of originated oxygen and hydrogen is forwarded to the support burner of the gasifier of the waste recycling plant or to an internal combustion engine, via the lines 40 and 41st
Aus Fig. 2 ist zu erkennen, wie am konzentrischen Gehäuse 6 des Dampferzeugers 2 angeordneten Hochdruckbehälter 18 der Verteiler 20 angeordnet ist, dessen Einströmseite durch einen Kegel 47 geschützt ist, der gleichzeitig den in das Gehäuse 6 des Dampferzeugers 2 eintretenden Gasstrom gleichmäßig auf die Mantelfläche des Behälters 18 aufteilt.From Fig. 2 it can be seen how arranged on the concentric housing 6 of the steam generator 2 high-pressure tank 18, the distributor 20 is protected, the inflow side is protected by a cone 47, the same time entering the housing 6 of the steam generator 2 gas flow uniformly on the lateral surface the container 18 divides.
Fig. 3 zeigt im Detail, wie der Verteiler 20 aus einem in das Innere des Behälters 18 ragenden Führungsrohr 28 besteht, der über einen Flansch 49 mit Dichtung 50 am Behälter 18 befestigt ist und an dem außen die Zulaufleitung 21 mit zwischenliegender Dichtung 51 angeschlossen ist.Fig. 3 shows in detail how the manifold 20 consists of a protruding into the interior of the container 18 guide tube 28 which is connected via a flange 49 with seal 50 on Container 18 is attached and on the outside of the supply line 21 is connected with intermediate seal 51.
An der Stirnseite des Führungsrohres 48 ist in geringer Beabstandung eine Verteilerscheibe 55 konzentrisch angeordnet, die ein Lagerrohr 54 besitzt, das axial in die Bohrung 53 des Führungsrohres 48 so hineinragt, dass zwischen den beiden Rohren eine ringförmige Wasserführung 56 gebildet wird. Zudem sind in der Bohrung 53 des Führungsrohres 48, jeweils zum Ende des mit dem Lagerrohr 54 korrespondierenden Rohrabschnittes, je eine Ringtasche 57 und 58 vorgesehen, in denen das vorbeiströmende Wasser aufgestaut wird und dadurch die Rolle eines Wasserlagers übernimmt. An der Stirnseite des Führungsrohres 48 ist zudem eine die Bohrung 53 erweiternde Ausschrägung 59 vorgesehen, wodurch der aus der Wasserführung 56 auftretende Wasserstrom verbreitert nach außen abgeleitet wird und breiter gefächert auf die An- stromfläche 30 der Verteilerscheibe 55 trifft.On the front side of the guide tube 48, a distributor disc 55 is concentrically arranged at a small spacing, which has a bearing tube 54 which projects axially into the bore 53 of the guide tube 48 so that an annular water guide 56 is formed between the two tubes. In addition, in each case a ring pocket 57 and 58 are provided in the bore 53 of the guide tube 48, respectively to the end of the tube corresponding to the bearing tube 54, in which the water flowing past is dammed and thereby assumes the role of a water store. On the front side of the guide tube 48, a chamfer 59, which widens the bore 53, is also provided, whereby the water flow occurring from the water guide 56 is diverted to the outside in a broadened manner and strikes the contact surface 30 of the distributor disc 55 in a more diversified manner.
Wie auch aus Fig. 4 erkennbar ist, sind auf der Anströmfläche 60 axial abstehende spiralförmige Wasserführungskanten 61 vorgesehen, auf weiche der aus der Wasserführung austretende Wasserstrom drückt und dadurch die Verteilerscheibe dreht.As can also be seen from FIG. 4, axially projecting spiral water guide edges 61 are provided on the inflow surface 60, on which the water flow emerging from the water guide presses, thereby rotating the distributor disk.
Aus Fig. 3 ist des weiteren zu erkennen, dass das Lagerrohr 54 eine innere Wasserführung 63 besitzt, in deren Stimseitiger Erweiterung eine Ringtasche 64 vorhanden ist. In diese ragt ein konischer Lagerkegel 65 geringfügig beanstandet hinein, so dass durch die Wasserführung 63 strömendes Wasser auf den Lagerkegel 65 auftritt und durch Rückstau in der Ringtasche 64 ein Wasserlager bildet. Der Lagerkegel 65 ist dabei über einen Gewindezapfen 66 mit Kontermutter 67 an einem Bügel 68 axial verschiebbar gehalten, der am Flansch 49 befestigt ist. Somit ist ein Drei-Punkt- Wasserlager vorhanden (57, 58, 64), dass die Verteilerscheibe 55 stabil und taumelfrei hält.From Fig. 3 it can be further seen that the bearing tube 54 has an inner water guide 63, in whose end-side extension a ring pocket 64 is present. In this a conical bearing cone 65 protrudes slightly challenged, so that 63 water flowing through the water guide occurs on the bearing cone 65 and forms by backwater in the ring pocket 64 a water storage. The bearing cone 65 is held axially displaceable via a threaded pin 66 with lock nut 67 on a bracket 68 which is fixed to the flange 49. Thus, there is a three-point water bearing (57, 58, 64) that the distributor disc 55 keeps stable and free of tumble.
Es ist somit insgesamt zu erkennen, dass der Verteiler 20 eine in sich kompakte Einheit bildet, die als solche von außen einschiebbar und dadurch leicht auswechselbar über den Flansch 49 am Behälter 18 z. B. über Schrauben befestigbar ist. Bei eventuellen Störungen oder notwendigen Änderungen der Einstellung der axialen Position des Lagerkegels 65 oder gar kompletten Austausch der Verteilereinheit sind somit nur einige Schraubverbindungen zu lösen, um die erforderlichen Arbeiten problemlos durchzuführen.It can thus be seen overall that the distributor 20 forms a compact unit, which can be inserted as such from the outside and thus easily replaceable over the flange 49 on the container 18 z. B. is fastened by screws. In case of disturbances or necessary changes in the adjustment of the axial position of the bearing cone 65 or even complete replacement of the distributor unit are thus only to solve some screw connections to perform the required work easily.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 , also der Heißgasdampfgenerator, arbeitet folgendermaßen:The device 1 according to the invention, that is to say the hot gas steam generator, operates as follows:
Das über das Zulaufrohr 8 z. B. von einem Müllvergaser eingebrachte bzw. einfließende Heißgas 43 tritt mit einer Temperatur von ca. 400° C bis 500° C über die Zulauföffnung 7 in das Gehäuse 6 ein und umspült den Hochdruckbehälter 18. Es ist ersichtlich, dass dabei beim Eintritt zuerst eine wesentliche Querschnittserweiterung stattfindet, wonach in der Zone der Ablauföffnung 10 erneut eine Verengung des Querschnitts erfolgt, wodurch das Strömungsverhalten des Heißgases entsprechenden Änderungen unterworfen ist. Durch das Umströmen des Hochdruckbehälters mit dem Heißgas wird der Behälter entsprechend erhitzt, wodurch das über den Verteiler 20 eingesprühte Wasser sofort bzw. explosionsartig verdampft und in Richtung auf das Öffnungsende 19 des Behälters gedrückt bzw. ausgestoßen wird. Durch die entsprechenden Drucksituationen und auch die entsprechenden Querschnittsverringerungen tritt der Wasserdampf 44 mit unter relativ hohem Druck und hoher Geschwindigkeit aus dem Behälter 18 aus und in die Zulauföffnung 11 der Turbine ein. Dabei tritt gleichzeitig außen konzentrisch auch das Heißgas 43 aus dem Gehäuse 6 aus und in die Zulauföffnung 11 der Turbine ein, wonach der Wasserdampf 44 und das Heißgas 43 sich mischen, insbesondere bei deren Eintritt in die unter Einwirkung von Heißgas und Dampf sich drehenden Turbinenläufers. Es entseht dabei ein Heißgas- Dampf-Gemisch, das expandierend durch die erste Hälfte des Turbinenläufers zieht und danach komprimierend in dessen zweiten Hälfte geführt wird bzw. strömt, um ü- ber eine mit der Zulauföffnung 11 im wesentlichen gleichgroße Auslassöffnung 14 der Turbine auszuströmen. Das Heißgas-Dampf-Gemisch, das nach Kompression, Expansion und erneuter Kompression zusätzlich den Drehbewegungen durch den Turbinenläufer unterworfen war, hat unterschiedliche Druck- und Geschwind igkeitszustän- de erfahren und ist entsprechend stark vermischt worden, so dass eine Vorreaktion im Gemisch stattgefunden hat. Zudem wird dieses vorreagierte Gemisch bei Eintritt in den Diffusorabschnitt 16 des Ablaufrohres 15 erneut expandieren, wodurch noch ein weiterer Misch- und Reaktionsschritt stattfindet. Dadurch, dass im Ablaufrohr 15 ein Unterdruck vorhanden ist, verursacht z. B. durch das Saug-Gebläse einer nachfolgenden Gasreinigungsstufe, findet der Durchfluss des Heißgases und des Wasserdampfes bzw. des Heißgas-Dampf-Gemisches 45 optimal statt, ohne jeglichen Rückstau, wie dies bei üblichen Turbinen meist der Fall ist und wodurch dort dann bekanntlich die hohen Wirkungsgradverluste herrühren. Durch den Sog bzw. den Unterdruck im Ablaufrohr 15 arbeitet die Turbine 3 unter optimalsten Bedingungen, so dass deren Wirkungsgrad bisher einen bei diesen Dampfturbinen unerreicht hohen Wirkungsgrad erreicht bzw. erreichen kann. The over the inlet pipe 8 z. B. introduced by a refuse-gasifier or inflowing hot gas 43 enters at a temperature of about 400 ° C to 500 ° C via the inlet opening 7 in the housing 6 and flows around the high pressure vessel 18. It is apparent that while entering first substantial cross-sectional widening takes place, after which a narrowing of the cross-section takes place again in the zone of the discharge opening 10, whereby the flow behavior of the hot gas is subjected to corresponding changes. By circulating the high-pressure container with the hot gas, the container is heated accordingly, whereby the water sprayed via the distributor 20 is immediately or explosively evaporated and pushed toward the opening end 19 of the container. As a result of the corresponding pressure situations and also the corresponding reduction in cross-section, the steam 44 exits the container 18 at a relatively high pressure and high speed and enters the inlet opening 11 of the turbine. At the same time, the hot gas 43 also exits concentrically from the housing 6 and into the inlet opening 11 of the turbine, whereupon the steam 44 and the hot gas 43 mix, in particular when they enter the turbine rotor rotating under the action of hot gas and steam. It entseht thereby a hot gas-steam mixture, which pulls expanding through the first half of the turbine rotor and is then performed compressively in the second half and flows to e über over a substantially equal to the inlet opening 11 outlet opening 14 of the turbine. The hot gas / vapor mixture, which was additionally subjected to the rotational movements by the turbine runner after compression, expansion and recompression, has experienced different pressure and velocity states and has been correspondingly strongly mixed, so that a pre-reaction in the mixture has taken place. In addition, this prereacted mixture will re-expand upon entry into the diffuser section 16 of the drain pipe 15, whereby still another mixing and reaction step takes place. The fact that in the drain pipe 15, a negative pressure is present, z. B. by the suction fan of a subsequent gas purification stage, the flow of hot gas and water vapor or the hot gas-steam mixture 45 takes place optimally, without any backflow, as is usually the case with conventional turbines and there known then the high efficiency losses. Due to the suction or the negative pressure in the discharge pipe 15, the turbine 3 operates under optimum conditions, so that their efficiency so far achieved or can reach a unachieved in these steam turbines high efficiency.
B e z u g s z e i c h e nS e c tio n s
1. Vorrichtung (HGDG) 33. Stromleitung1. Device (HGDG) 33. Power line
2. Dampferzeuger 34. Stromleitung2. Steam generator 34. Power line
3. Turbine 35. (Trenn-)Einrichtung3. Turbine 35. (Separation) device
4. Generator 36. Elektrode (Kathode)4. Generator 36. Electrode (cathode)
5. — 37. Elektrode (Anode)5th - 37th electrode (anode)
6. (Ballon-)Gehäuse 38. Leitung6. (Balloon) Housing 38. Conduction
7. Zulauföffnung 39. Leitung7. Inlet opening 39. line
8. Zulaufrohr 40. Leitung8. Inlet pipe 40th line
9. Flanschverbindung 41. Leitung9. Flange connection 41. pipe
10. Ablauföffnung 42. —10. drain opening 42. -
11. (Turbinen-)Zulauföffnung 43. Heißgas11. (Turbine) inlet opening 43. Hot gas
12. (Turbinen-)Gehäuse 44. Wasserdampf12. (Turbine) housing 44. Water vapor
13. (Doppel-)Turbinenläufer 45. Heißgas-Dampf-Gemisch13. (double) turbine runner 45. hot gas-steam mixture
14. Ablauföffnung 46. —14. drain opening 46. -
15. Ablaufrohr 47. Kegel15. Drainpipe 47. Cone
16. Diffosor-Abschnitt 48. Führungsrohr16. Diffuser section 48. Guide tube
17. — 49. Flansch17. - 49. Flange
18. Hochdruckbehälter 50. Dichtung18. High pressure tank 50. Seal
19. Öffnungsende 51. Dichtung19. Opening end of 51st seal
20. (Wasser-)Verteiler 52. —20. (water) distributor 52. -
21. Zulaufleitung 53. Bohrung21. Inlet pipe 53. Bore
22. Wasserbehälter 54. Lagerrohr22. Water tank 54. Lagerrohr
23. Pumpe 55. Verteilerscheibe23. Pump 55. Distributor disk
24. Zuleitung v. Wasserspeicher 56. Wasserführung, außen24. Supply line v. Water reservoir 56. Water supply, outside
25. Ableitung v. Turbine 57. Ringtasche25th derivative v. Turbine 57. Ring bag
26. Eintritt 58. Ringtasche26. Admission 58. Ring bag
27. Krone 59. Anschrägung27. Crown 59th Bevel
28. Austritt 60. Anströmfläche28. Outlet 60. inflow area
29. Abtriebswelle 61. Wasserführungskanten29. Output shaft 61. Water guide edges
30. — 62. —30. - 62. -
31. Stufen 63. Wasserführung, innen31. Steps 63. Water supply, inside
32. — 64. Ringtasche 65. Lagerkegel32nd - 64th ring bag 65. Bearing cone
66. Gewindezapfen66. Threaded pin
67. Kontermutter67. Locknut
68. Bügel 68th bracket

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Generators durch über einen Doppel- Turbinenläufer (doppelflutiger Radialverdichter) geführtes Heißgas, insbesondere vom Vergaser einer Müllverwertungsanlage erhaltenes Heißgas, bei dem1. A method for operating a generator by over a double turbine runner (double-flow centrifugal compressor) guided hot gas, in particular from the gasifier of a waste treatment plant received hot gas, in which
- der Turbine (3) vorgeschaltet Wasserdampf (Hochdruckheißdampf) (44) eingebracht bzw. erzeugt wird,- the turbine (3) upstream of water vapor (high-pressure hot steam) (44) is introduced or generated,
- so dass ein Heißgas-Dampf-Gemisch (45) in höherer Dichte und großer Geschwindigkeit über einen sich verengenden Turbinenzulauf (11) eingebracht wird, eine Vorreaktion im Gemisch veranlassend,so that a hot gas / vapor mixture (45) is introduced at a higher density and greater speed via a narrowing turbine inlet (11), causing a preliminary reaction in the mixture,
- das Heißgas-Dampf-Gemisch (45) dann über den Doppel-Turbinenläufer (13) zuerst expandiert und dann wieder verdichtet wird,the hot gas / vapor mixture (45) is then first expanded via the double turbine rotor (13) and then recompressed,
- dieses Gemisch beim Austritt (14) aus dem einen geringeren Durchmesser aufweißenden Turbinenläufer bzw. Turbinengehäuse (12) erneut expandiert in einen sich erweiternden Diffusorabschnitt (16) des Ablaufrohres (15),- This mixture at the outlet (14) from the turbine rotor or a turbine housing (12) which exhibits a smaller diameter expands again into an expanding diffuser section (16) of the discharge pipe (15),
- und im Ablaufrohr (15) ein Gas-Unterdruck herrscht.- And in the drain pipe (15), a gas negative pressure prevails.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Wasserdampfes (44) gereinigtes und somit kalkfreies Brauchwasser in den Turbinenzulauf zentrisch vorgeschaltet eingebracht wird, welches durch das vorbeiströmende Heißgas zum Verdampfen gebracht wird, wonach sich Heiß- bzw. Rohgase mit dem Wasserdampf mischen und in Vorreaktion gebracht werden.2. The method according to claim 1, characterized in that for generating the steam (44) purified and thus lime-free process water is introduced centrally upstream of the turbine inlet, which is brought to evaporate by the hot gas flowing past, after which hot or raw gases with the Mix water vapor and bring in pre-reaction.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Brauchwasser in einen konzentrisch im ballonartig erweiterten Zulauf oder zwischengeschalteten Gehäuse (6) befindlichen birnenförmig sich zum Turbinenzulauf (11) öffnenden Hochdruckbehälter (18) eingebracht wird, der vom Heißgas (43) umspült wird, wobei der im Behälter (18) entstehende Heißdampf (44) sich mit dem außen vorbeiströmenden Heißgas (43) in unmittelbarer Nähe des Turbineneintrittes (11) mischt und unter hoher Geschwindigkeit in die Turbine (3) eintritt, in weiterer Vermischung von Heißgas und Wasserdampf, ein Heißgas-Dampf-Gemisch bildend. 3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the process water in a concentric balloon-like extended inlet or intermediate housing (6) located pear-shaped to the turbine inlet (11) opening high-pressure vessel (18) is introduced, the hot gas from the (43) is rinsed, wherein in the container (18) resulting hot steam (44) mixes with the outside passing hot gas (43) in the immediate vicinity of the turbine inlet (11) and at high speed enters the turbine (3), in further mixing of hot gas and water vapor, forming a hot gas-steam mixture.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Brauchwasser im Hochdruckbehälter (18) axial in dessen Boden eingebracht und dann radial ausgedüst bzw. feinverströmt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the service water in the high-pressure vessel (18) is introduced axially into the bottom thereof and then radially emptied or feinverströmt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom von dem durch die Turbine (3) angetriebenen Generator (4) vorzugsweise unter anderem zu einer Einrichtung (35) zur physikalischen Trennung mit elektrolytischer Zerlegung des verunreinigten Wassers (Prozesswasser) z. B. einer Müllverwertungsanlage geleitet wird und der dabei erzeugte überschüssige Sauerstoff und Wasserstoff zur weiteren Verwendung in der Anlage, vorzugsweise in den Stützbrennern des Vergasers und/oder einem Verbrennungsmotor zur entsprechenden E- nergieerzeugung mit verwendet werden.5. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the direct current from the driven by the turbine (3) generator (4) preferably inter alia to a device (35) for physical separation with electrolytic decomposition of the contaminated water (process water) z. B. a waste recycling plant is passed and the excess oxygen and hydrogen generated for further use in the system, preferably in the support burners of the carburetor and / or an internal combustion engine for the corresponding E- nergieerzeugung be used.
6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, mit:6. Apparatus for carrying out the method according to claims 1 to 4, comprising:
- einem Heiß- bzw. Rohgas führenden Zulaufrohr (8),a feed pipe (8) carrying hot or raw gas,
- einer Gasturbine (3), in deren Doppel-Turbinenläufer (13) das Heißgas (43) eingebracht wird,a gas turbine (3), in whose double turbine rotor (13) the hot gas (43) is introduced,
- einem Ablaufrohr (15) für das der Turbine (3) entströmende Gas,a discharge pipe (15) for the gas flowing out of the turbine (3),
- wobei die Turbine (3) einen Generator (4) antreibt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Zulauf (11) der Turbine (3) ein ballon- oder birnenförmiges Gehäuse (26) vorgeschaltet ist, in dem konzentrisch ein birnenförmiger Hochdruckbehälter (18) so angeordnet ist, dass er von den Heiß-Rohgasen (43) umspült und aufgeheizt wird und mit seiner verengten Austrittsöffnung (19) zum Turbinenläufer (13) weist, in dessen unmittelbarer Nähe er endet, wobei der Hochdruckbehälter (18) mit einer Wasserzulaufleitung (21) verbunden ist, über den das im Hochdruckbehälter (18) zu verdampfende Wasser eingebracht wird.- wherein the turbine (3) drives a generator (4), characterized in that the inlet (11) of the turbine (3) is preceded by a balloon or pear-shaped housing (26) in concentrically arranged a pear-shaped high-pressure vessel (18) is that it is surrounded by the hot raw gases (43) and heated and with its narrowed outlet opening (19) facing the turbine rotor (13), in the immediate vicinity he ends, the high-pressure vessel (18) with a water supply line (21) is connected, via which in the high pressure vessel (18) to be evaporated water is introduced.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserzulauf (21) gas-zulaufsseitig im Hochdruckbehälter (18) zentrisch/axial einmündet, wobei über einen Verteiler (20) das Reinwasser in dem Hochdruckbehälter (18) gleichmäßig radial fein verteilt eingebracht wird. 7. The device according to claim 5, characterized in that the water inlet (21) gas inlet side in the high pressure vessel (18) opens centrally / axially, via a manifold (20) the pure water in the high-pressure vessel (18) is evenly distributed radially finely ,
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Radialverteilung des axial eingebrachten Wassers koaxial ein Verteiler (20) am Boden des Behälters (6) in diesen hineinragend angeordnet ist, der eine koaxiale Verteilerscheibe (55) besitzt, auf welche das über ein Führungsrohr (48) axial einströmende Wasser trifft und radial fein verteilt wird.8. The device according to claim 7, characterized in that for the radial distribution of the axially introduced water coaxially a distributor (20) at the bottom of the container (6) is arranged projecting into this, which has a coaxial distributor disc (55) on which via a Guide tube (48) meets axially incoming water and is radially dispersed.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerscheibe (55) über ihr Lagerrohr (54) im Führungsrohr (48) über Wasserlager (57, 58) konzentrisch gehalten ist und an der Anströmfläche (60) der Verteilerscheibe (55) tangential oder spiralförmig ausgebildete Wasserführungskanten (61) vorgesehen sind, durch die eine Rotation der Scheibe verursacht wird.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the distributor disc (55) via its bearing tube (54) in the guide tube (48) via water bearings (57, 58) is held concentrically and tangentially to the inflow surface (60) of the distributor disc (55) or spirally formed water guide edges (61) are provided by which a rotation of the disc is caused.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial an der äußeren Stirnseite der Verteilerscheibe (55) ein axial einstellbarer Lagerkegel (65) vorgesehen ist, der in eine innere Wasserführung (63) des Lagerrohres (54) der Verteilerscheiben (55) hineinragt, wobei im erweiterten Ende der Wasserführung (63) eine Ringtasche (64) vorhanden ist, ein Wasserlager bildend.10. The device according to claim 9, characterized in that coaxially on the outer end side of the distributor disc (55) an axially adjustable bearing cone (65) is provided, which projects into an inner water guide (63) of the bearing tube (54) of the distributor discs (55) , wherein in the extended end of the water guide (63) a ring pocket (64) is present, forming a water storage.
11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablaufrohr (15) turbinenseitig einen sich in Ablaufrichtung erweiternden Dif- fusorabschnitt (16) besitzt und dass im Ablaufrohr (15) Unterdruck herrscht.11. The device according to claim 5, characterized in that the drain pipe (15) on the turbine side has a widening in the flow direction dif fusorabschnitt (16) and that in the drain pipe (15) there is negative pressure.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie Teil einer Müllverwertungsanlage ist, wobei ihr Gas-Zulaufrohr (8) mit einem Müll-Schmelzvergaser verbunden ist und das dort erzeugte Roh-Heißgas (43) führt, und dass dem Ablaufrohr (15) mit einer Gasreinigungseinrichtung verbunden ist, deren Gebläse den Unterdruck im Ablaufrohr (15) erzeugt.12. Device according to claims 5 to 8, characterized in that it is part of a refuse incineration plant, wherein its gas inlet pipe (8) is connected to a refuse-melt gasifier and the crude hot gas (43) produced there, and that the Drain pipe (15) is connected to a gas cleaning device, the blower generates the negative pressure in the drain pipe (15).
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasser-Zulaufleitung (21) mit einem Wasserbehälter (22) verbunden ist, in dem gereinigtes Brauchwasser vom Wasserspeicher eines Wasserreinigungssystems der Müllvergasungsanlage eingebracht ist. 13. Device according to claims 6 to 9, characterized in that the water supply line (21) is connected to a water tank (22) is introduced in the purified process water from the water tank of a water purification system of the garbage gasification plant.
14. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Abtriebswelle (29) (Königswelle) der Turbine (3) angetriebene Generator (4) ein Permanentmagnet-Generator ist, wobei der erzeugte Strom unter anderem zum Betrieb einer Einrichtung (35) zur physikalischen Trennung mit Oxidations- baugruppe (Elektrolyse) dient.14. The device according to claim 5, characterized in that of the output shaft (29) (king wave) of the turbine (3) driven generator (4) is a permanent magnet generator, wherein the generated power, inter alia, for operating a device (35) for physical separation with oxidation assembly (electrolysis).
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) mehrere Stufen (31), selbsttätig umschaltbar für unterschiedliche Drehmomentabnahmen, aufweist. 15. The apparatus according to claim 11, characterized in that the generator (4) has a plurality of stages (31), automatically switchable for different torque decreases.
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