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Brennkraftturbinen-Anlage Die Erfindung bezieht sich auf eine: Brennkraftturbinen-Anlage,
bei welcher der vom Luftverdichter geförderten Druckkluft vor ihrer Erwärmung durch:
Abgase durch Verdunsten von in den Kühlwasserräumen der Brennkraftturbino, des Luftverdichters,
dessen Zwischenkühlern oder durch Abgase erwärmten: Kühlwassers. Wasserdämpfe zugeführt
sind. Bei den bekannten, Brennkraftturbinen-Anlagerr dieser Art dient gasförmiger,
flüssiger oder staubförmiger fester Brennstoff, der in: die erzeugte Druckluft eingeführt
wird, zur Erhitzung der Druckluft. Es ist auch bekannt, festen Brennstoff mittels
DrucIduft zu verbrennen.
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Wird ein brennbares Gas zur Erhitzung der Druckluft benutzt, so wird
bei den bekannten Anlagen die Gaserzeugeranlage für sich betrieben. und hängt mit
der Turbinenanlage nur dadurch, zusammen, daB das erzeugte Gas dem Brennraum der
Turbinenanlage zugeführt wird. Bei solchen; Anlagen sind. Gasreiniger
erforderlich,
durch die der größte Teil der fühlbaren Wärme des Gases verlorengeht. Andererseits
ist eine Anlage vorgeschlagen, bei der einem Raum mit festem Brennstoff durch Turbinenabgase
vorgewärmte Druckluft zugeführt und der der glühenden Brennstoffschicht entweichende
brennbare Gasteil durch ebenfalls durch Turbinenabgase vorgewärmte Druckluft verbrannt
wird. Das dabei der glühenden Brennstoffschicht entweichende Gas hat, wegen des
Fehlens von Wasserdampf in der Druckluft eine hohe Temperatur und enthält nur einen
kleinen Teil brennbarer Gase.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Einrichtungen liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, den mit festem Brennstoff zu beschickenden Gaserzeuger so
in die Brennkraftturbinen-Anlage einzufügen, daß Wärmemengen. welche in den Kühlräumen
der Turbine, des Luftverdichters, dessen Zwischenkühlern und gegebenenfalls in Abgaskühlern
in das Kühlwasser gelangen, wieder nutzbar ,.macht werden, daß ein gut brauchbares
Gas von nicht zu hoher Temperatur erzeugt wird und besondere Reinigungs- und Kühlanlagen
sowie Fördervorrichtungen für das brennbare Gas entbehrlich werden. Erreicht wird
dieses bei einer Brennkraftturbinen-Anlage, bei welcher der vom Luftverdichter geförderten
Druckluft vor ihrer Erwärmung durch Abgase durch Verdunsten von in den Kühlwasserräumen
der Brennkraftturbine, des Luftverdichters, dessen Zwischenkühlern oder durch Abgase
erwärmten Kühlwasser Wasserdämpfe zugeführt sind, erfindungsgemäß in erster Linie-
dadurch. daß in den Weg zur Brennkammer eines Teiles der auf diese Weise mit Wasserdämpfen
angereicherten und erwärmten Druckluft ein mit festem Brennstoff heschickter Gaserzeuger
eingeschaltet ist.
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Die Zeichnung stellt die Erfindung an verschiedenen Beispielen dar.
Die Abb. i und 2 zeigen Ausführungen. bei denen der Gaserzeuger in den
Weg der Druckluft zur Turbine eingeschaltet ist und unter der vollen Spannung
dieser Druckluft steht. Die Kammer, in welcher das erzeugte Gas mit einem Teil der
Druckluft verbrannt wird, liegt dabei vor der Turbine. Bei der Abb. 3 dagegen tritt
die in der Turbine bereits entspannte Luft in den Gaserzeuger ein und die Kammer.
in welcher das erzeugte Gas verbrannt wird, ist WärmesFeichern vorgeschaltet, die
von den hocherhitzten Gasen beheizt dazu dienen, um die der Turbine zugeführte Druckluft
zu erhitzen.
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Fei der Anlage nach Abb. i wird die vom Verdichter I" angesaugte Außenluft.
von diesem in mehreren Stufen auf höhere Spannung gebracht, wobei sich zwischen
den einzelnen Stufen in üblicher Weise Oberflächenzwischenkühler 2, 3 und q. befinden,
in denen die Luft die in der voraufgegangenen Verdichtungsstufe aufgenommene Wärme
wieder abgeben kann. Diese Oberflächenkühler «-erden vom Kühlwasser durchflossen,
«-elches die Pumpe 5 durch sie hindurchdrückt. Das auf diese eise erwärmte Wasser
gelangt durch die Leitung 6 oben auf die Rieselschicht 7 des Sättigers S, in welchen
die endverdichtete Luft des )Terdichters f' durch die Leitung 8 eintritt, um dann
die Rieselschicht ; von unten nach oben, dem niederrieselnden Wasser entgegen. zu
durchströmen, wobei sich diese Druckluft mit Wasserdampf sättigt und gleichzeitig
das Nasser abkühlt, «-elches auf diese Weise aufs neue befähigt wird, in den Oberflächenkühlern
2, 3 und .I Wärme aufzunehmen. Außer in den Zwischenkühlern 2, 3 und. kann das Kühlwasser
auch noch «lärme in Kühlräumen des Verdichters selbst sowie in Kühlräumen der Turbine.
was in dieser Abbildung nicht dargestellt ist und auch im Abgaskühler 23 aufnehmen,
um dann in der beschriebenen Weise im Sättiger S zurückgekühlt zu werden, damit
es entsprechend abgekühlt seinen Kreislauf aufs neue antreten kann. Das derart in
der Rieselschicht 7 verdunstete Wasser wird durch einen Schwimmerregler g ersetzt.
Dieses Zusatzwasser, welches durch die Leitung io zugeführt wird, durchströmt zuvor
den Oberflächenwärmeaustauscher i i, der von den Verbrennungsgasen vor ihrem Austritt
ins Freie beheizt wird.
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Die mit den Wasserdämpfen angereicherte Luft, «-elche den Sättiger
S durch die 1 xitUng 12 verläßt, gelangt durch eine oder mehrere parallel geschaltete
Kammern des vorher von den Verbrennungsgasen aufgeheizten Wärmespeichers R und dann
durch die Leitung 13 in bereits erheblich vorgewärmtem Zustand teils in den Gaserzeuger
G und teils zur Brennkammer B, wo sie das im Gaserzeuger G erzeugte und durch die
Leitung 1 5 zuströmende brennbare Gas verbrennt.
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Im Gaserzeuger G wird aus festem Brennstoff in üblicher Weise, jedoch
unter Spannun' der verdichteten Luft, infolge ihres Gehalte: an Wasserdämpfen ein
gut brennbares Kraftgas erzeugt, welches, ohne daß es vorher gereinigt oder abgekühlt
zu werden brauchte, durch die Leitung 15 der Brennkammer B zugeführt wrd. Wegen
des Überdruckes im Gaserzeugungsraum muß der feste Brennstoff durch eine am oberen
Teil des iiaserzeugers vorgesehene Schleuse, ohne daß nennenswerte Gasmengen entweichen
können, zugeführt werden. In gleicher Weise muß durch eine Schleuse, um einen ununterbrochenen
Betrieb aufrechterhalten zu können, aus dem unteren Teil Asche und Schlacke abgeführt
werden,
was der Einfachheit wegen in der schematisch gehaltenen Abb. i nicht dargestellt
ist.
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Aus der Brennkammer B gelangen die hocherhitzten Treibgase zur Turbine,
in welcher sie entspannt und dadurch erheblich abgekühlt werden. In diesem Zustand
gelangen sie durch die Leitung 14 zum Wärmespeicher R, um dort eine oder mehrere
Kammern aufzuheizen und sich dadurch weiter abzukühlen. Die restliche Wärme wird
den Abgasen dann in den Oberflächenwärmeaustausrhern 23 und i i, wie bereits oben
erwähnt worden ist, entzogen. Die verschiedenen Kammern des Wärmespeichers R werden
nach entsprechender Aufheizung der Reihe nach umgeschaltet, um dann die darin aufgespeicherte
Wärme an die verdichtete und mit Wasserdämpfen angereicherte Luft abzugeben., worauf
nach entsprechender Abkühlung wieder die Umschaltung auf die wärmeabgebenden Abgase
der Turbine erfolgt.
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Die Anlage nach Abb. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Abb.
i dadurch, d'aß die vom Verdichter V gelieferte, Druckluft, die den Verdichter durch
die Leitung 8 verläßt, durch einen selbsttätigen oder von Hand einzustellenden Verteiler
16 auf die beiden Lei, tungen 8a und 8b verteilt wird, um auf diese Weise schon
an dieser Stelle die dem Gaserzenger G und der Brennkammer B zugeführten Druckluftteile
entsprechend einstellen zu können. Die für den Gaserzeuger G bestimmte Druckluft
durchströmt den Sättiger S1, nährend die für die Brennkammer B bestimmte Druckluft
den Sätti.ger S2 durchströmt. Die unteren Teile der beiden Sättiger, in denen sich
das rückgekühlte Wasser befindet, können durch ein U-Rohr 17 miteinander
verbunden sein, so daß für beide Sättiger ein Schwimmerregler 9 für die Zuführung
des, Zusatzwassers genügt.
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Für die Vorwärmung der vom Sättigger S1 zum Gaserzeuger G geführten,
mit Wasserdämpfen angereicherten Luft ist der Wärmespeicher R1 vorgesehen, während
der Wärmespeicher R2 für die Vorwärmung der mit Wasserdämpfen angereicherten Luft,
die vom Sättige, S2 der Brennkammer B zugeführt werden soll, dient. Beide Wärmespeicher
R1 und R2 werden in der Weise, wie es: in der Abb. i beschrieben wurdet' durch die
von der Turbine T kommenden, entspannten Verbrennungsgase aufgeheizt.
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Von den Anlagen nach Abb. i und 2 unterscheidet sich die Anlage nach
Abb. 3 dadurch, daß der Gaserzeuger nicht unter der Spannung der Druckluft, sondern,
unter einer die Spannung der Außenluft nur wenig übersteigenden Spannjung steht,
so d'aß er unter Verhältnissen: betrieben, wird, unter denen auch sonst im allgemeinen
solche Kraftgaserzeuger betrieben werden. Außerdem wird die Turbine T nicht von
den Verbrennungsgasen, sondern von hocherhitzter mit Wasserdämpfen angereicherter
Luft durchströmt.
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Die vom Verdichter h angesaugte und verdichtete Luft gelangt ebenso
wie bei der Anlage nach Abb..i durch die Leitung 8 zum Sättiger S, den sie, mit
Wasserdämpfen ange!-reichert, durch die Leitung i2 verläßt.
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Die Pumpe 5 fördert das aus dem unteren Teil des Sättigers S entnommene,
in ihm zurückgekühlte Kühlwasser durch die Zwischenkühler 4., 3 und 2 des Verdichters-,
strömt dann durch die schematisch angedeuteten Räume 18 der Turbine, T, kann
noch Wärme im Abgaskühler 23 aufnehmen und gelangt dann zur Wasserverteilung des
Sättigers S.
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Die aus dem Sättiger S oben abziehende, mit Wasserdämpfen angereicherte
Luft wird in einer oder mehreren Kammern des Wärmespeichers R hocherhitzt und gelangt
in diesem Zustand zur Turbine T durch die Leitung 13. Die in der Turbine T entspannte
wasserdampfhaltige Luft gelangt durch die Leitung 1q. zum Verteiler i9, um von hier
in regelbarer Menge teils dem Gaserzeuger G, teils. der Brennkammer B zugeführt
zu werden. In der Brennkammer B wird das im Gaserzeuger G erzeugte brennbare Gas,
unter einer die Spannung der Außenluft wenig übersteigenden Spannung verbrannt.
Die dort gebildeten hocherhitzten Verbrennungsgase beheizen eine oder mehrere Kammern
des Wärmespeichers R, werden hierin abgekühlt und durchströmen dann zur weiteren
Abkühlung die Oberflächenwärmeaustauscher 23 und i i, von wo. spie dann ins. Freie
entweichen,. Die einzelnen Kammern des Wärmespeichers. R werden abwechselnd so geschaltet,
daß sie von den wärmeabgebendenhocherhitz: ten Verbrennungsgasen und der zu erhitzen,
den, für die.Turbine T bestimmten Druckluft durchströmt werden. Die Brennkammer
B kann dabei in den einzelnen Kammern des Wärmespeichers R vorgesehen sein, wobei
sich dann jedesmal, wenn die Beheizung der betreffenden Kammer beginnt, die Zündung
einstellt, während die Flamme wieder erlischt, wenn auf Abkühlung der betreffenden
Kammer durch die zu erhitzende Druckluft umgeschaltet wird.
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Die Turbinenanlage sowohl wie die mehrstufige Luftverdichtung kann
in allen Fällen insofern beliebig gestaltet sein, als die Turbine- T den Luftverdichter
unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines übersetzungs.-getriebes antreiben
kann. Auch können mehrere Turbinen in Parallel- oder Hinterein,-anderschalt.ung
vorhanden sein, von denen einzelne Turbinen entweder nur gewisse Verdichtungsstufen
antreiben
oder außerdem auch noch die Nutzleistung abgeben. Bei den An, lagen nach den Abb.
i und a ist die Verbindung zwischen Turbine 7° und Verdichter 1' offen gelassen.
während bei der Anlage nach-Abb. 3 angenommen ist, daß die Turbine T sowohl den
Verdichter 1- als auch den Stromerzeuger D antreibt. Entscheidend für d°ii Gegenstand
der Erfindung ist in allen Fällen. daß die vom Verdichter I' geförderte Luft auf
ihrem Wege zum Gaserzeuger (7 mittels Wasserdämpfen gesättigt wird, die aus dem
in der Anlage erwärmten Kühlwasser durch Verdunstung sich bilden. Auf die Weise
wird die in den Dämpfen enthaltene Wärme, «-elche k in das Kühlwasser wanderte,
zur Gaserzeugung nutzbar gemacht. Hieraus folgt unter anderem, daß der Gaserzeuger
nicht mit einem Wassermantel versehen zu werden braucht, welcher die für die Gaserzeugung
erforderlichen Dämpfe liefert.
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Die Leitungen, besonders diejenigen für die heißen Gase, werden zweckmäßig,
um Wärmeverluste zu vermeiden, so kurz wie . möglich gehalten und gegen Wärmeabgabe
nach außen gut abgedämmt. Dieses gilt besonders für die Leitung, in welcher das
erzeugte brennbare Gas zur Brennkammer strömt, damit Teerabscheidungen vermieden
werden.
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Ein besonderer Vorteil der Anlagen nach der Erfindung ist es, daß
der Vergasungsvorgang insofern verhältnismäßig unempfindlich ist, als der Gaserzeuger
ohne Nachteil verhältnismäßig heiß gehen kann. Während es bei den üblichen Gaserzeugern,
bei denen eingereinigtes, kaltes, brennbares Gas erzeugt werden soll, von Nachteil
ist, wenn das im Gaserzeuger hergestellte Gas eine zu hohe Temperatur besitzt, weil
diese in den Wäschern nutzlos verlorengeht, ist bei einer Anlage nach der Erfindung
eine solche verhältnismäßig hohe Gastemperatur ohne Nachteil, weil sie der in der
Verbrennungskammer erzeugten Temperatur der Verbrennungsgase voll zugute kommt.
In Hinblick hierauf brauchen die Gaserzeuger auch nicht unbedingt die gebräuchliche
Form zu haben, sondern können beispielsweise unter '#ler%vendung \-oii Is,ettenrosten
für die Abführung der Asch.- und der Schlacke sich weitgehend den wit solchen Kettenrosten
ausgerüsteten Feuerangen nähern.