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DE4413202A1 - Verfahren und Anordnung zur Vermeidung des Anhaftens von in einem Heißgas geführten Partikeln an einem vom Heißgas beaufschlagten Anlagenteil, insbesondere an den Schaufeln einer Gasturbine - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Vermeidung des Anhaftens von in einem Heißgas geführten Partikeln an einem vom Heißgas beaufschlagten Anlagenteil, insbesondere an den Schaufeln einer Gasturbine

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DE4413202A1 DE19944413202 DE4413202A DE4413202A1 DE 4413202 A1 DE4413202 A1 DE 4413202A1 DE 19944413202 DE19944413202 DE 19944413202 DE 4413202 A DE4413202 A DE 4413202A DE 4413202 A1 DE4413202 A1 DE 4413202A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Vermeidung des Anhaftens von in einem Heißgas geführten Partikeln an einem vom Heißgas beaufschlagten Anlagenteil, insbesondere an den Schaufeln einer Gasturbine.
Bei der Erzeugung von Heißgas in einer Wirbelschichtfeuerung oder einer Wirbelschichtvergasung enthält trotz Zyklon-Abscheidung und Heißgasfilter-Reinigung das Heißgas Partikel, die insbesondere an den Schaufeln von Gasturbinen zu Anhaftungen und zu Korrosionsschäden, aber vor allem zu einer Wirkungsgrad-Verminderung führen und die Nutzungsdauer der Turbine einschränken.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, diese Nachteile zu vermeiden.
So ist es bekannt, Partikel durch Präzisionsfilter oder Mehrfachfilter auszuhalten, (DE 30 31 923, 35 06 102, durch Additivzugabe auszufällen (DE 42 30 482, 24 21 927), durch Agglomeration abzuscheiden (DE 42 30 482, 36 40 743), durch Konditionierung abzuscheiden (DE 27 01 498, 36 16 805, DE 42 22 870), durch Schutzschichtausbildung auszutragen (DE 32 11 583, 39 26 479), durch Reinigungstechnologien wegzuspülen, durch Auslässe an den Gasturbinen auszu­ schleusen (DE 20 33 353, 27 32 344, 30 36 525, 38 05 961) oder durch Veränderung der charakteristischen Kenngrößen zu neutralisieren (DE 22 12 255, 30 24 474).
Diese Maßnahmen sind jedoch nur mit erheblichen technischen und technologischen Aufwendungen durchzuführen und verlangen einen erheblichen Eingriff in das zu betrachtende System, wobei zumeist die angestrebten Vorteile überhaupt nicht erreichbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Partikel so zu konditionieren, daß diese nicht zu Anhaftungen neigen.
Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß das Heißgas mit einem elektrischen, piezoelektrischen, magnetischen, Schall-, Ultraschall, Stoßwellen-, Laser- oder Mikrowellen-Feld beaufschlagt wird und die Partikel durch die auf die Partikel wirkenden sowie vom Feld ausgeübten Kräfte zerkleinert werden.
Zur Realisierung ist erfindungsgemäß an die Heißgasleitung vor Anlagenteil ein Felderzeuger gekoppelt.
Durch die Erfindung wird gewährleistet, daß durch die Feinstzerkleinerung der Partikel diese aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichtes (geringe Massenträgheit) mit dem Heißgasstrom mitgerissen werden und damit nicht an das vom Heißgas beaufschlagten Anlagenteil gelangen, so daß keine oder nur unwesentliche Anhaftungen eintreten.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt:
Fig. 1 die Anordnung der Partikelzerkleinerung im Prinzip für ein Kombikraftwerk
Fig. 2 die Anordnung von Schallerzeugern an den Kanalabschnitt.
Die Wirbelschichtfeuerung oder die Wirbelschichtvergasung 1 weist die Primärluftleitung 2, die Brennstoffzuführung 3, die Feststoffrückführung 4 und den Heißgaskanal 5 auf (Fig. 1).
Der Heißgaskanal 5 ist in den Zyklon 6 eingebunden. Der Zyklon 6 ist über den Rohgaskanal 7 mit dem Heißgasfilter 8 verbunden. Der Reingaskanal 9 ist in die Gasturbine 10 eingebunden, die mit dem Verdichter 11 gekoppelt ist. Der Verdichter 11 weist den Lufteinlaß 12 und die Abluftleitung 13 auf, die mit der Primärluftleitung 2 verbunden ist.
Die Gasturbine 10 ist über den Abgaskanal 14 mit dem Abhitzekessel 15 verbunden. Der Reingaskanal 9 weist vor Eintritt in die Gasturbine 10 den angekoppelten Schallerzeuger 16 auf.
Der Reingaskanal 9 weist den Kanalabschnitt 22 mit der Länge L auf, an dessen Wandung die Schallerzeuger 16. 1; 16. 2; 16. 3 angekoppelt sind (Fig. 2).
Die Wirkungsweise ist folgende:
Das durch Verbrennung oder Vergasung von Braunkohle 17 in der Wirbelschichtfeuerung oder Wirbelschichtvergasung 1 erzeugte Heißgas 19 weist bedingt durch die Braunkohle 17, die rückgeführten Feststoffe 18 und die mit der Braunkohle 17 eingebrachten Additive Feststoffe auf, die in einem breiten Körnungsband mit unterschiedlicher Zusammensetzung im Heißgas 19 enthalten sind. Im Zyklon 6 werden die Feststoffe mit einem groben Körnungsband abgeschieden und zurückgeführt. Das Rohgas 20 wird im Heißgasfilter 8 derart gereinigt, daß die Feststoffe mit einem feinem Körnungsband abgeschieden werden. Im Reingas 21 sind dagegen noch Partikel mit einem feinsten Körnungsband vorhanden, die ein unterschiedliches Massenspektrum, eine unterschiedliche stoffliche Zusammensetzung und unterschiedliche Bindungskräfte aufweisen. Diese Eigenschaften sind abhängig von den eingesetzten Brennstoffen und Additiven, sowie dem Verbrennungsverfahren und der Reinigungsqualität des Heißgasfilters.
Damit die Partikel in den Schaufeln der Gasturbine 11 nicht zu Anhaftungen führen wird das Reingas 21 mit dem Schall-Feld des Schall-Erzeugers 16 beaufschlagt.
Mittels des Schall-Feldes werden in den Partikeln im Reingas 21 Schwingungen erzeugt, die bei Überschreitung der Bindungsenergie zur Zerstörung der inneren Struktur und damit zum Zerfall der Partikel führen.
Die zerkleinerten Partikel werden mit dem Strom des behandelten Reingases 23 durch die Schaufeln der Gasturbine 10 geführt, ohne daß diese an den Schaufeln zu wesentlichen Anhaftungen führen.
Der Schall-Erzeuger 16 (Fig. 2) wird an der Wandung des Kanalabschnittes 22 so angekoppelt, daß der Schall-Erzeuger 16. 1 in Förderrichtung des Reingases 21 mit einer tiefen Frequenz f1, der Schall-Erzeuger 16.2 mit einer mittleren Frequenz f2 und der Schall-Erzeuger 16.3 mit einer hohen Frequenz f3 betrieben wird, wobei die Frequenzen mit f1 < f2 < f3 eingestellt sind.
Die Frequenzen f1; f2; f3 werden experimentiell bestimmt und sind von den genannten Eigenschaften abhängig. Mit der Frequenz f1 werden Teilchen großer Korngröße mit sehr unterschiedlicher stofflicher Zusammensetzung und kleinen Bindungskräften zerkleinert.
Mit der Frequenz f3 werden Teilchen kleinster Korngröße einheitlicher stofflicher Zusammensetzung und großen Bindungskräften zerkleinert, so daß das behandelte Reingas 23 ansteht.
Die Länge L des Kanalabschnittes 22 und/oder die Anzahl der Schall-Erzeuger 16.1; 16.2; 16.3 . . . 16.n ist abhängig von Fördergeschwindigkeit des Reingases 21 sowie von der Güte des Resonanzverhaltens der Teilchen und ist ebenfalls experimentiell zu bestimmen.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:
  • 1. Verlängerung der Lebensdauer der Gasturbine
  • 2. Verlängerung der Instandhaltungsintervalle
  • 3. Trotz gleichbleibender Staubmenge wird aufgrund des veränderten Kornspektrums und die Erhöhung des Feinkornanteils die Neigung zur Bildung von Anhaftungen vermindert.
Bezugszeichenliste
1 Wirbelschichtfeuerung
2 Primärluftleitung
3 Brennstoffzuführung
4 Feststoffrückführung
5 Heißgaskanal
6 Zyklon
7 Rohgaskanal
8 Heißgasfilter
9 Reingaskanal
10 Gasturbine
11 Verdichter
12 Lufteinlaß
13 Abluftleitung
14 Abgaskanal
15 Abhitzekessel
16 Ultraschallerzeuger
16.1 Ultraschallerzeuger f1
16.2 Ultraschallerzeuger f2
16.3 Ultraschallerzeuger f3
17 Braunkohle
18 Feststoff
19 Heißgas
20 Rohgas
21 Reingas
22 Kanalabschnitt
23 behandeltes Reingas
24 Luft

Claims (6)

1. Verfahren zur Vermeidung des Anhaftens von in einem Heißgas geführten Partikeln an einem vom Heißgas beaufschlagten Anlagenteil, insbesondere an den Schaufeln einer Gasturbine, gekennzeichnet dadurch, daß das Heißgas mit einem elektrischen, piezoelektrischen, magnetischen, Schall-, Ultraschall, Stoßwellen-, Laser- oder Mikrowellen-Feld beaufschlagt wird und die Partikel durch die auf die Partikel wirkenden sowie vom Feld ausgeübten Kräfte zerkleinert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Heißgas mit dem Feld einer Frequenz entsprechend der Eigenfrequenz der Partikel beaufschlagt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Heißgas in Strömungsrichtung beginnend mit tiefen bis höheren Frequenzen f1; f2; f3 . . . fn beaufschlagt wird, wobei die Frequenzen f1 < f2 < f3 . . . < fn eingestellt werden.
4. Anordnung zur Vermeidung des Anhaftens von in einer Heißgasleitung geführten Partikeln an einem vom Heißgas beaufschlagten Anlagenteil, insbesondere an den Schaufeln einer Gasturbine, gekennzeichnet dadurch, daß an die Heißgasleitung vor Anlagenteil ein Felderzeuger, z. B. eine elektrische Entladungseinrichtung, ein Wanderfeldgenerator, ein Wechselfeldgenerator, eine piezoelektrische Einrichtung, ein Stoßwellengenerator, ein Mikrowellengenerator, ein Ultraschallerzeuger oder ein Lasererzeuger gekoppelt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Felderzeuger an einer definierten Beaufschlagungsstrecke der Heißgasleitung angekoppelt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß mit unterschiedlich einstellbaren Frequenzen versehene Felderzeuger an der Beaufschlagungsstrecke angekoppelt sind.
DE19944413202 1994-03-09 1994-04-13 Verfahren und Anordnung zur Vermeidung des Anhaftens von in einem Heißgas geführten Partikeln an einem vom Heißgas beaufschlagten Anlagenteil, insbesondere an den Schaufeln einer Gasturbine Expired - Fee Related DE4413202C2 (de)

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