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DE4413202C2 - 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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DE4413202C2 DE19944413202 DE4413202A DE4413202C2 DE 4413202 C2 DE4413202 C2 DE 4413202C2 DE 19944413202 DE19944413202 DE 19944413202 DE 4413202 A DE4413202 A DE 4413202A DE 4413202 C2 DE4413202 C2 DE 4413202C2
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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 Wir­ belschichtvergasung enthält trotz Zyklon-Abscheidung und Heißgasfilter- Reinigung das Heißgas Partikel, die insbesondere an den Schaufeln von Ga­ sturbinen zu Anhaftungen und zu Korrosionsschäden, aber vor allem zu einer Wirkungsgrad-Verminderung führen und die Nutzungsdauer der Turbine ein­ schränken.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, diese Nachteile zu vermeiden. So ist es bekannt, Partikel durch Präzisionsfilter oder Mehrfachfilter auszu­ halten, (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, DE 42 22 870), durch Schutzschichtausbildung auszutragen (DE 32 11 583, 39 26 479), durch Reinigungstechnologien wegzuspülen, durch Auslässe an den Gasturbinen auszuschleusen (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).
Weiterhin ist es bekannt, einen Gas-(CO2)-Laser für die Reinigung von kohle­ gefeuerten Gasturbinen einzusetzen (T. E. Botts und J. R. Powell: "Laser-Particulate control for Open-Cycle, Coal-Fired Gas Turbines" in US-Z.: Mechanical Engineering, S. 26-29, März 1980).
Es wird mit einer fest eingestellten Frequenz gearbeitet. Das hat den Nachteil, daß mittels eines solchen fest eingestellten CO2-Lasers der größte Teil der ein­ getragenen Energie nicht zur Überwindung der Bindungskräfte im Feststoffpar­ tikel verwendet werden kann, sondern verlustreich das Rauchgas aufgeheizt wird. Dies tritt deshalb ein, da bekanntlich das Rauchgas aus kohlegefeuerten Kraftwerken hauptsächlich aus Wasserdampf und Kohlendioxid besteht, also genau jenen Stoffen, die Strahlung des Lasers besonders gut absorbieren. Die Zerkleinerung wird durch die indirekte Wirkung durch aufgeheiztes Rauchgas am Partikel erzielt. Eine Anregung des Partikels selbst erfolgt nicht, sondern nur eine Schockerhitzung des Rauchgases, das seine Wärme auf die Partikel überträgt.
Diese Maßnahmen sind jedoch nur mit erheblichen technischen und technologi­ schen Aufwendungen durchzuführen und verlangen einen erheblichen Eingriff in das zu betrachtende System, wobei zumeist die angestrebten Vorteile über­ haupt 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 elek­ trischen, piezoelektrischen, magnetischen, Schall-, Ultraschall, Stoßwellen-, Mikrowellen- oder einem an sich bekannten Laser-Feld einer Frequenz entspre­ chend der Eingenfrequenz der Partikel 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 mit unterschiedlich einstellbaren Frequenzen versehenet Felderzeuger, z. B. eine elektrische Entladungseinrichtung, ein Wanderfeldgenerator, ein Wech­ selfeldgenerator, eine piezoelektrische Einrichtung, ein Stoßwellengenerator, ein Mikrowellengenerator, ein Ultraschallerzeuger oder ein Lasererzeuger ge­ koppelt ist.
Durch die Erfindung wird gewährleistet, daß durch die Feinstzerkleinerung der Partikel diese aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichtes (geringe Massenträg­ heit) mit dem Heißgasstrom mitgerissen werden und damit nicht an das vom Heißgas beaufschlagten Anlagenteil gelangen, so daß keine oder nur unwe­ sentliche Anhaftungen eintreten.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die da­ zugehörige Zeichnung zeigt:
Fig. 1 die Anordnung der Partikelzerkleinerung im Prinzip für ein Kombikraft­ werk
Fig. 2 die Anordnung von Schallerzeugern an den Kanalabschnitt
Die Wirbelschichtfeuerung oder die Wirbelschichtvergasung 1 weist die Pri­ märluftleitung 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 ver­ bunden. Der Reingaskanal 9 weist vor Eintritt in die Gasturbine 10 den ange­ koppelten Schallerzeuger 16 auf.
Der Reingaskanal 9 weist den Kanalabschnitt 22 mit der Länge L auf, an des­ sen 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 Wirbel­ schichtfeuerung oder Wirbelschichtvergasung 1 erzeugte Heißgas 19 weist be­ dingt durch die Braunkohle 17, die rückgeführten Feststoffe 18 und die mit der Braunkohle 17 eingebrachten Additive Feststoffe auf, die in einem breiten Kör­ nungsband mit unterschiedlicher Zusammensetzung im Heißgas 19 enthalten sind. Im Zyklon 6 werden die Feststoffe mit einem groben Körnungsband abge­ schieden und zurückgeführt. Das Rohgas 20 wird im Heißgasfilter 8 derart ge­ reinigt, daß die Feststoffe mit einem feinem Körnungsband abgeschieden wer­ den. Im Reingas 21 sind dagegen noch Partikel mit einem feinsten Körnungs­ band vorhanden, die ein unterschiedliches Massenspektrum, eine unterschied­ liche stoffliche Zusammensetzung und unterschiedliche Bindungskräfte aufwei­ sen. 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 be­ aufschlagt.
Mittels des Schall-Feldes werden in den Partikeln im Reingas 21 Schwingungen erzeugt, die bei Überschreitung der Bindungsenergie zur Zerstörung der inne­ ren 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 Fre­ quenzen mit f1 < f2 < f3 eingestellt sind.
Die Frequenzen f1; f2; f3 werden experimentiell bestimmt und sind von den ge­ nannten 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 stoffli­ cher 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 För­ dergeschwindigkeit des Reingases 21 sowie von der Güte des Resonanzver­ haltens 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 Korn­ spektrums und die Erhöhung des Feinkornanteils die Neigung zur Bildung von Anhaftungen vermindert.
Die Kernaussagen der Erfindung sind:
  • - Es ist kein Hauptmedienstrom erforderlich, auf den eingewirkt werden muß, um die erfindungsgemäße Wirkung zu erreichen.
    Die Partikel, bei denen erfindungsgemäß die Zerkleinerungswirkung hervor­ gerufen werden soll, befinden sich in einem Gemisch verschiedener Haupt­ medien (z. B. Gemische aus Gasen), in dem sie nur als Spuren auftreten.
    Dieses Gemisch verschiedener Hauptmedien kann, muß aber nicht, Wasser enthalten. Für die erfindungsgemäße Wirkung ist das unerheblich.
  • - Es werden die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Hauptme­ dien nicht verändert, was Einwirkungsenergie spart.
  • - Diese Spurenpartikel, auf die erfindungsgemäß eingewirkt wird, können, müssen aber nicht, den chemischen und physikalischen Charakter von Sal­ zen haben. Die Wirkung ist also nicht auf Stoffe wie Salze, Kalk und Rost eingeschränkt. Die Wirkung wird auch nicht durch Wirkungen der Spuren­ partikel untereinander hervorgerufen. Damit kann einerseits sehr spezifisch und andererseits trotzdem auf ein breites Band von Partikeln unterschiedli­ chen chemischen und physikalischen Charakters eingewirkt werden.
  • - Zur Erzielung der Wirkung wird mit einem speziellen Frequenzband gear­ beitet.

Claims (4)

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-, Mikrowellen- oder einem an sich bekannten Laser-Feld mit einer Frequenz entsprechend der Eigenfrequenz der Partikel beauf­ schlagt 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 in Strömungsrichtung beginnend mit tiefen bis höheren Frequenzen f1; f2; f3. . .fn beaufschlagt wird, wobei die Frequenzen f1 < f2 < f3. . . < fn eingestellt wer­ den.
3. Anordnung zur Vermeidung des Anhaftens von in einer Heißgasleitung ge­ führten Partikeln an einem vom Heißgas beaufschlagten Anlagenteil, insbeson­ dere an den Schaufeln einer Gasturbine, gekennzeichnet dadurch, daß an die Heißgasleitung vor Anlagenteil ein mit unterschiedlich einstellbaren Frequenzen versehener Felderzeuger, z. B. eine elektrische Entladungsein­ richtung, ein Wanderfeldgenerator, ein Wechselfeldgenerator, eine piezoelektri­ sche Einrichtung, ein Stoßwellengenerator, ein Mikrowellengenerator, ein Ultra­ schallerzeuger oder ein Lasererzeuger gekoppelt ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Felderzeuger an einer definierten Beaufschlagungsstrecke der Heißgasleitung angekoppelt ist.
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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