Gaserhitzer. Die Erfindung bezieht sich auf einen Gas erhitzer, in welchem mittels eines Verbren nungsgases durch Wärmeaustausch ein an deres Gas erhitzt wird und eine Vorrichtung zur selbsttätigen Einstellung der Brennstoff menge in Abhängigkeit vom Druck der Ver brennungsgase vorgesehen ist, insbesondere für Gasturbinenanlagen, bei denen nur ein Teil des Treibgases einen Kreislauf ausführt und an geeigneten Stellen Gas in den erfor derlichen Mengen zu- bezw. abgeführt wird.
Die Erfindung besteht darin, dass die Vor richtung zur Einstellung der Brennstoff menge die Menge des zugeführten Brenn stoffes in Abhängigkeit vom veränderlichen Druck der Verbrennungsgase bei steigendem Druck vergrössert und bei fallendem Druck verkleinert.
Zweckmässig stellt die Regelvorrichtung die Menge des Brennstoffes mindestens ange nähert proportional dem Druck der Verbren nungsgase ein. Es kann ferner eine zusätz liche Regelvorrichtung vorgesehen sein, wel che die Menge des zugeführten Brennstoffes weiter noch in Abhängigkeit von der Menge des zu erhitzenden Gases regelt. Zweckmässig beeinflusst diese zusätzliche Regelvorrichtung nur dann die Menge des zugeführten Brenn stoffes, wenn die Menge des zu erhitzenden Gases sich nicht proportional zum Druck der Verbrennungsgase ändert. Die zusätzliche Regelvorrichtung kann zum Beispiel in Ab hängigkeit vom Druckabfall der zu erhitzen den Gase während der Strömung durch den Gaserhitzer beeinflusst werden.
Eine Korrekturvorrichtung kann vorgese hen sein, um die zusätzliche Regelvorrichtung noch nach Massgabe der Temperatur zu beein flussen; sie wird zweckmässig derart auf die in Abhängigkeit vom Druckabfall beeinflusste zusätzliche Regelvorrichtung abgestimmt, dass der vereinigte Impuls beider Vorrichtungen ein Mass für die Menge des zu erhitzenden Gases darstellt. Ausserdem kann noch eine Temperaturregelvorrichtung vorgesehen sein, welche mit verzögerter Wirkung die Menge des zugeführten Brennstoffes derart zusätz lich beeinflusst, dass im Beharrungszustand das Gas mindestens angenähert auf gleich bleibende Temperatur erhitzt wird.
Durch eine besondere Vorrichtung kann noch die zur Tiefhaltung der Temperatur der Verbrennungsgase vorgesehene Verbrennungs- gasumwälzung regelbar sein. Zweckmässig wird hierzu die Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl des die Verbrennungsgase umwäl zenden Gebläses mit der Regelvorrichtung für die Menge des zugeführten Brennstoffes gekuppelt.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Gasturbinenanlage, bei der nur ein Teil des Gases einen Kreislauf aus führt und an geeigneten Stellen Gas in den erforderlichen Mengen zu- bezw. abgeführt, wird; Fig.2 veranschaulicht die Einzelheiter eines Gaserhitzers und seiner Regelvorrich tung einer Anlage nach Fig.1.
Das als Arbeitsmittel verwendete Gas, zum Beispiel Luft, wird zunächst in einem Verdichter 1 unter Zwischenkühlung durch einen Zwischenkühler 2 verdichtet, gelangt dann in den Rekuperator 3 und wird anschlie ssend an die Vorwärmung im Rekuperator in einem Gaserhitzer 4 weiter erhitzt. Das er hitzte Gas strömt zunächst in eine Turbine a-, aus der es in einen zweiten Gaserhitzer 6 ge langt; das darin wieder erhitzte Gas leistet in der Turbine 7 Arbeit, strömt zum grösseren Teil durch die Leitung 8 in den Rekuperator 3 und tritt nach Kühlung im Kühler 9 wie der in den Verdichter 1.
An der Stelle 10 wird ein Teil der im Kreislauf umströmenden Luft abgeführt und zu den Brennern 11 der beiden Gaserhitzer 4 und 6 geleitet. Die in den Gaserhitzern ent stehenden Verbrennungsgase strömen durch den Rekuperator in eine Turbine 12 und ge langen aus dieser ins Freie. Die Turbine 12 treibt einen Verdichter 13 an, welcher die dem Kreislauf entnommene Luft wieder er gänzt. Diese wird in vorverdichtetem Zustand durch den Kühler 14 in den Verdichter 1 ein geführt. Ein Motor 15 dient zum Ausgleich der Leistungsdifferenz zwischen Turbine 12 und Kompressor 13. Die nutzbare Arbeit wird durch den Generator 16 abgenommen.
Dem Gaserhitzer nach Fig. 2 - welcher als Gaserhitzer 4 oder 6 der Anlage nach Fig. 1 verwendet werden kann - wird durch dei Leitung 20 Verbrennungsluft zugeführt. Die Verbrennungsgase strömen durch die Leitung 21 zu ihrem Bestimmungsort. Zur Erniedrigung der Temperatur der Verbren nungsgase wird durch ein Umwälzgebläse 22 eine Teilmenge der Verbrennungsgase dem Brenner wieder zugeführt. In der Brennstoff leitung 23 ist ein Regelorgan 24 vorgesehen. Die Drehzahl der Umwälzgebläse 22 kann durch den Regler 25 beeinflusst werden.
Das zu erhitzende Gas, zum Beispiel die Luft, wird durch die Leitung 26 dem Gas erhitzer zugeführt und in einer Anzahl von hintereinander liegenden Rohrschlangen 27 erhitzt. Das erhitzte Gas strömt durch die Leitung 28 an seinen Bestimmungsort.
Mit Hilfe der Regelvorrichtung 29 wird die Menge des zugeführten Brennstoffes in Abhängigkeit vom Druck der Verbrennungs gase im Gaserhitzer geregelt. Eine Leitung 31 übermittelt den Druck aus der Brennkam- mer bezw. dem Rohrbündelraum 30 in den Balg 32. Eine Erhöhung des Druckes im Brennraum verursacht die Zufuhr von Steuer mittel in den untern Teil des Steuerzylinders der Regelvorrichtung 29. Dadurch wird der Kolben 33 angehoben. so dass durch Über tragung des Gestänges 34, 35 und 36 und der zwischengeschalteten Hebel 37 und 38 der Winkelhebel 39 nach links gedreht wird, wodurch die Brennstoffmenge vergrössert wird. Eine Erniedrigung des Druckes in der Brennkammer 30 leitet den umgekehrten Re gelvorgang ein.
Das Gestänge senkt sich und der Winkelhebel dreht sich nach rechts, wo durch die Brennstoffmenge vermindert wird.
Die Regelbewegungen des Winkelhebels 39 werden durch das Gestänge 40 auf den Hebel 41 des Reglers 25 übertragen, so dass zusätzlich noch die Drehzahl des Umwälz- gebläses 22 beeinflusst wird, beispielsweise so, dass bei Vermehrung der Brennstoffzufuhr ein kleinerer Prozentsatz des Verbrennungs gases, bei Verminderung der Brennstoff zufuhr aber ein grösserer Prozentsatz umge wälzt wird.
Zweckmässig erfolgt die Beeinflussung der Brennstoffmenge derart, dass sie bei Ver änderungen des Druckes im Brennraum 30 sich proportional mit diesem Druck ändert. Eine zusätzliche Regelvorrichtung 42 kann die Menge des zugeführten Brennstoffes noch zusätzlich in Abhängigkeit von der Menge des zu erhitzenden Gases beeinflussen. Zu diesem Zweck führt aus der Zuführungslei tung 26 und aus der Abführungsleitung 28 je eine Leitung 43 bezw. 44 zum Druckdiffe- renzmesser 45.
Bei Erhöhung der zu erhit zenden Gasmenge wird der Kolben 46 nach unten gedrückt und umgekehrt bei Verklei nerung der zu erhitzenden Gasmenge nach oben gedrückt. Es wird somit durch Über tragung der Gestänge 47, 35, 36 und der zwi schengeschalteten Hebel 37 und 38 bei zu nehmender Gasmenge die Brennstoffmenge vergrössert und bei abnehmender iasmenge die Brennstoffmenge verkleinert. Durch die Übertragung mittels des Gestänges 40 wird auch die Rauchgasumwälzung bezw. die Dreh zahl des Umwälzgebläses 22 in gleicher Weise beeinflusst.
Durch geeignete Bemessung des Hebels 37 kann erreicht werden, dass die zusätzliche Be einflussung des Regelorganes 24 in Abhän gigkeit von der Menge des zu erhitzenden Gases nur dann erfolgt, wenn die Menge des zu erhitzenden Gases sich nicht proportional zum Druck der Verbrennungsgase ändert.
Die Korrekturvorrichtung 48 beeinflusst noch die Regelung zusätzlich nach Massgabe der Temperatur der erhitzten Gase. In einer geschlossenen Dose 49 ist eine Flüssigkeit vorhanden, deren Siededruck den Balg 50 be einflusst. Eine Erhöhung der Temperatur in der Leitung 28 verursacht ein Ansteigen des Kolbens 51. Durch Übertragen dieser Be wegung über das Gestänge 52, den Hebel 38 und das Gestänge 36 wird die Brennstoff menge verkleinert. Umgekehrt wird bei sin- kender Temperatur der Kolben 51 nach unten gedrückt, so dass eine Vermehrung der Brenn stoffmenge eintritt.
Zweckmässig sind die in Abhängigkeit vom Druckabfall beeinflusste zusätzliche Re gelvorrichtung 42 und die in Abhängigkeit von der Temperatur beeinflusste Korrektur vorrichtung 48 derart aufeinander abge stimmt, dass ihre gemeinsame Einwirkung nach Massgabe des Gewichtes des zu erhitzen den Gases erfolgt.
Endlich kann eine Temperaturregelvor- richtung 53 mit verzögerter Wirkung vor gesehen sein. Ein als Stab ausgebildeter, vom erhitzten Gas der Leitung 28 beeinflusster Temperaturfühler 54 beeinflusst die Regel vorrichtung 53 derart, dass bei Erhöhung der Temperatur die Brennstoffmenge reduziert und die Drehzahl des Umwälzgebläses 22 ver grössert und umgekehrt hei Erniedrigung der Temperatur die Brennstoffmenge vergrössert und die Drehzahl des Umwälzgebläses ver mindert werden.
Der Gaserhitzer kann auch zwei oder mehrere Gruppen von Rohrbündeln aufwei sen, von denen eine Gruppe zum Beispiel zur Erhitzung von Gasen höheren Druckes und die zweite Gruppe zur Erhitzung von Gasen niedrigeren Druckes dienen. So können zum Beispiel die beiden Gaserhitzer 4 und 6 der Fig. 1 zu einem einzigen Gaserhitzer ver einigt werden. Ferner können auch im Gegen satz zum gezeigten Beispiel die Brennstoff menge und die umgewälzte Verbrennungs- gasmenge unabhängig voneinander geregelt werden.
Gas heater. The invention relates to a gas heater in which a combustion gas is heated by heat exchange by means of another gas and a device for automatic adjustment of the fuel amount is provided depending on the pressure of the combustion gases, especially for gas turbine systems in which only one Part of the propellant gas executes a cycle and gas in the required amounts zu- BEZW at suitable points. is discharged.
The invention consists in that the device for adjusting the amount of fuel increases the amount of fuel supplied as a function of the variable pressure of the combustion gases with increasing pressure and decreases with decreasing pressure.
The control device expediently adjusts the amount of fuel at least proportionally to the pressure of the combustion gases. Furthermore, an additional control device can be provided, which further regulates the amount of fuel fed in as a function of the amount of gas to be heated. This additional control device expediently only influences the amount of fuel supplied when the amount of gas to be heated does not change proportionally to the pressure of the combustion gases. The additional control device can be influenced, for example, as a function of the pressure drop of the gases to be heated during the flow through the gas heater.
A correction device can be provided in order to influence the additional control device according to the temperature; it is expediently matched to the additional control device, which is influenced as a function of the pressure drop, in such a way that the combined impulse of both devices represents a measure of the amount of gas to be heated. In addition, a temperature control device can also be provided which, with a delayed effect, influences the amount of fuel supplied in such a way that the gas is heated to at least approximately the same temperature in the steady state.
The combustion gas circulation provided for keeping the temperature of the combustion gases low can also be regulated by a special device. For this purpose, the device for regulating the speed of the fan circulating the combustion gases is expediently coupled to the regulating device for the amount of fuel supplied.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
1 shows a gas turbine system in which only part of the gas is circulated and gas is added or added at suitable points in the required quantities. is discharged; Fig.2 illustrates the details of a gas heater and its Regelvorrich device of a system according to Fig.1.
The gas used as the working medium, for example air, is first compressed in a compressor 1 with intercooling by an intercooler 2, then enters the recuperator 3 and is then further heated in a gas heater 4 after being preheated in the recuperator. He heated gas first flows into a turbine a, from which it reached ge in a second gas heater 6; the gas that is reheated therein does work in the turbine 7, flows for the most part through the line 8 into the recuperator 3 and, after cooling, enters the cooler 9 like the one in the compressor 1.
At point 10, part of the air flowing around the circuit is discharged and directed to the burners 11 of the two gas heaters 4 and 6. The combustion gases arising in the gas heaters flow through the recuperator into a turbine 12 and from there into the open air. The turbine 12 drives a compressor 13 which supplements the air removed from the circuit. In a pre-compressed state, this is passed through the cooler 14 into the compressor 1. A motor 15 is used to compensate for the power difference between the turbine 12 and the compressor 13. The usable work is taken off by the generator 16.
The gas heater according to FIG. 2 - which can be used as gas heater 4 or 6 of the system according to FIG. 1 - is supplied through line 20 with combustion air. The combustion gases flow through line 21 to their destination. To lower the temperature of the combustion gases, a portion of the combustion gases is fed back to the burner by means of a circulation fan 22. In the fuel line 23, a control member 24 is provided. The speed of the circulating fan 22 can be influenced by the controller 25.
The gas to be heated, for example the air, is fed through the line 26 to the gas heater and heated in a number of coils 27 one behind the other. The heated gas flows through line 28 to its destination.
With the help of the control device 29, the amount of fuel supplied is controlled depending on the pressure of the combustion gases in the gas heater. A line 31 transmits the pressure from the combustion chamber respectively. the tube bundle space 30 in the bellows 32. An increase in the pressure in the combustion chamber causes the supply of control medium in the lower part of the control cylinder of the control device 29. As a result, the piston 33 is raised. so that by transferring the linkage 34, 35 and 36 and the intermediate levers 37 and 38, the angle lever 39 is rotated to the left, whereby the amount of fuel is increased. A decrease in the pressure in the combustion chamber 30 initiates the reverse Re gel process.
The linkage lowers and the angle lever turns to the right, which is reduced by the amount of fuel.
The control movements of the angle lever 39 are transmitted by the linkage 40 to the lever 41 of the controller 25, so that the speed of the circulating fan 22 is also influenced, for example so that when the fuel supply is increased, a smaller percentage of the combustion gas is reduced the fuel supply, however, a larger percentage is rolled over.
The fuel quantity is expediently influenced in such a way that, when the pressure in the combustion chamber 30 changes, it changes proportionally with this pressure. An additional control device 42 can also influence the amount of fuel fed in as a function of the amount of gas to be heated. For this purpose leads from the Zuführungslei device 26 and from the discharge line 28 each a line 43 respectively. 44 to differential pressure meter 45.
When increasing the amount of gas to be heated, the piston 46 is pushed down and, conversely, when the amount of gas to be heated is reduced, the amount of gas to be heated is pushed up. It is thus increased by transferring the linkage 47, 35, 36 and the interposed levers 37 and 38 with the amount of gas to be taken, the amount of fuel and reduced with a decreasing amount of gas, the amount of fuel. Through the transmission by means of the rod 40 and the smoke gas circulation is BEZW. the speed of the circulating fan 22 influenced in the same way.
By appropriately dimensioning the lever 37 it can be achieved that the additional influence of the control element 24 in dependence on the amount of the gas to be heated only takes place when the amount of the gas to be heated does not change proportionally to the pressure of the combustion gases.
The correction device 48 also influences the regulation in accordance with the temperature of the heated gases. In a closed can 49 there is a liquid whose boiling pressure influences the bellows 50. An increase in the temperature in the line 28 causes the piston 51 to rise. By transmitting this movement via the linkage 52, the lever 38 and the linkage 36, the amount of fuel is reduced. Conversely, when the temperature drops, the piston 51 is pressed down, so that the amount of fuel increases.
The additional control device 42, which is influenced as a function of the pressure drop, and the correction device 48, which is influenced as a function of the temperature, are expediently matched to one another in such a way that their joint action takes place according to the weight of the gas to be heated.
Finally, a temperature control device 53 with a delayed effect can be provided. A temperature sensor 54 designed as a rod and influenced by the heated gas in the line 28 influences the control device 53 in such a way that when the temperature increases, the amount of fuel is reduced and the speed of the circulating fan 22 increases and, conversely, when the temperature is lowered, the amount of fuel increases and the speed of the Circulating fan are reduced.
The gas heater can also have two or more groups of tube bundles, of which one group is used, for example, for heating gases of higher pressure and the second group for heating gases of lower pressure. For example, the two gas heaters 4 and 6 of FIG. 1 can be combined into a single gas heater. Furthermore, in contrast to the example shown, the amount of fuel and the amount of combustion gas circulated can be regulated independently of one another.