Gasturbinenanlage mit einer Vorrichtung zur Kühlung des Arbeitsmittels. Die Erfindung bezieht sich auf eine Gas turbinenanlage mit einer Vorrichtung zur Kühlung des Arbeitsmittels mittels eines Kühlmittels. Die Erfindung besteht darin, class eine Wärmezufuhrvorrichtung vorgese hen ist, welche unabhängig von der Kühl leistung die Verwendung des Kühlmittels zix Fleizzwecken erlaubt.
Es kann eine Regelvorrichtung vorgesehen sein, welche durch Beeinflussung der Wärme zufuhrvorrichtung die Temperatur des zu den Verbrauchsstellen strömenden Kühlmittels auf unveränderliche Höhe einstellt. Vörteil- hafterweise weist die Vorrichtung zur Zu fuhr von Wärme einen Brenner auf, welchem das noch Sauerstoff enthaltende Abgas der Gasturbinenanlage zugeführt wird. In der Wärmezufuhrvorrichtung kann zum Beispiel ein Wärmeträger erhitzt werden, welcher mit dem aus der Kühlvorrichtung anfallenden Kühlmittel gemischt wird.
Zweckmässig wird die Menge des Kühlmittels automatisch so geregelt, dass die Austrittstemperatur aus dem Kühler auf unveränderlicher Höhe bleibt. Ausserdem kann eine Regelvorrichtung vor- gesehen sein, welche nicht nur die Tempera tur des in der Wärmezufuhrvorrichtung er hitzten Mittels auf die Höhe der Kühlmittel- temperatur, sondern auch dessen Menge der an den Verbrauchsstellen verlangten Wärme menge entsprechend einstellt. Es empfiehlt sich, als Wärmeträger für die Wärmezufuhr vorrichtung und als Kühlmittel für die Kühl vorrichtung das gleiche Mittel zu verwenden. Das Kühlmittel kann zur Verwendung ausser halb der Anlage aus der Gasturbinenanlage abgeführt werden.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Das im Verdichter 1 auf den höchsten Be triebsdruck der Anlage verdichtete Arbeits mittel wird anschliessend im Wärmeaus- tauscher 2. vorgewärmt. Am Austritt aus dem Wärmeaustauscher wird der Arbeitsmittel Strom aufgeteilt.
Ein Teil gelangt durch die Leitung $0- in den Gaserhitzer ss und wird bei der Umströmung der Wärmeaustauschrohre auf die höchste Betriebstemperatur gebmcht. Das verdichtete und erhitzte Arbeitsmit tel gelangt in die Turbine 4, wird dort ent spannt und strömt dann in den die Wärme austauschrohre des Wärmeaustauschers 2 um gebenden Raum, wo es einen Teil seiner Rest wärme an das aus dem Verdichter 1 kom mende Arbeitsmittel abgibt.
Ein weiterer Teil der Restwiirme wird im Kühler 5 an ein Kühlmittel abgeführt, worauf das Arbeits mittel dem Niederdruckv erdiehter 1 wieder zuströmt und den Kreislauf von neuem be ginnt.
Ein zweiter Teil des am Austritt aus dem Wärmeaustauscher 2 aufgeteilten Arbeits- mittelstromes wird dem Kreislauf entnommen und durch die Leitung 31 als Verbrennungs hifi dein Brenner des Gaserhitzers 3 zu geführt. Die Verbrennungsgase strömen durch die Wärmeaustausehrohre und gelangen dann in die Turbine 7, aus der sie nach Entspan nung an eine weitere Verbrauchsstelle ab geführt werden.
Denn Kreislauf wird durch den Verdichter 6 als Ersatz für die entnommene Teilmenge ständig Luft aus der Atmosphäre zugeführt. Diese Ersatzmenge wird an einer Stelle in den Kreislauf eingeführt, an der das Arbeits mittel nahezu den niedrigsten Ki-eislaiifdrucli# und ungefähr die gleiche Temperatur wie die Ersatzmenge aufweist.
Die vom Arbeitsmittelstrom des Kreis laufes beaufschlagte Turbine 4 treibt die Verdichter 1 und 6, während die durch die entnommene Teilnierige beaufschlagte Tur bine 7 den Stromerzeuger 8 antreibt und da- init die Nutzleistung der Anlage erzeugt.
Das für den Kühler 5 bestimmte Kühl mittel wird mit Hilfe der Pumpe 9 durch die Leitung 10 in den Kühler eingeführt. Nach der Wärmeaufnalinie strömt dieses Kühlmit tel durch die Leitung 11 in einen Vorrats behälter 14, aus dem es durch die Leitung 15 zu nicht gezeichneten Wärmeverbrauchsstel- len weiterströmt. Ein allfälliger Überschuss an erwärmtem Kühlmittel wird durch die Ab laufleitung 16 fortgeführt.
An die Leitung 11 ist ein Wärmefühler 12 angeschlossen, welcher das Regelorgan 13 in der Zuführungs- leitung 10 so steuert, dass die Austrittstempe ratur des Kühlmittels aus dem Kühler 5 un- gefähr auf unveränderlicher Höhe bleibt.
Dem Rohrsvstem der Wärmezufuhrvor- richtung 23 wird mit Hilfe der Pumpe 18 als Wärmeträger das gleiche Mittel zugeführt wie dem Kühler 5 durch die Pumpe 9. Nach Erwärmung wird der Wärmeträger durch die Leitung 19 gleichfalls in den Vorratsbehälter 14 geführt. Dem Brenner der Wärmezufuhr- vorrichtung 2$ wird das noch Sauerstoff ent haltende Abgas der Gasturbine 7 zugeführt. Wird dem Brenner kein Brennstoff zugeführt, so wird nur die Restwärme der Abgase auf den Wärmeträger übertragen.
Wird Brenn stoff dem Brenner zugeführt, so genügt der Sauerstoffrest. der Abgase zur Verbrennung des Brennstoffes.
Das Regelorgan 20 in der Leitung 19 des Wärmeträgers und das Regelorgan 22 in der Brennstoffleitung des Brenners werden durch den an die Leitung 19 angeschlossenen Wärmefühler 21 so gesteuert, dass der Wärme träger mit der gleichen Temperatur aus der Wärmezufuhrvorriehtung 23 in den Vorrats behälter 14 einströmt wie das Kühlmittel aus dein Kühler 5. Das Regelorgan 20 steht ausser dem noch unter dem Einfluss des an den Vor- rs.tsbeliälter 1.1 angeschlossenen Druckfühlers 17, der ein Unterschreiten eines festgelegten Mindestvorrates im Behälter verhindert.
Ist der Wärmebedarf der durch die Lei tung 15 mit Wärme versorgten Verbrauchs stellen kleiner als die Wärmeabgabe des Arbeitsmittels im Kühler 5 und des Abgases in der Wärmezufuhrvorrichtung 23, so wird sich im Behälter 14 die Vorratsmenge ver- t;rössern, bis der Spiegel die Höhe der Ab laufleitung 16 erreicht und der Überschuss fortgeführt wird. Ist umgekehrt der Wärme bedarf der Verbrauchsstellen grösser als die Wärmezufuhr aus dem Arbeitsmittel und dem Abgas, dann wird der Spiegel im Vorrats behälter 14 sinken. Der Druckfühler 17 wird hierbei von einem abnehmenden Druck beein flusst.
Ist der Spiegel unter die dem fest gelegten Mindestvorrat des Behälters 14 ent sprechende Höhe abgesunken, wird durch den Druckfühler 17 der Durchflussquerschnitt des Regelorganes 20 unabhängig vom Tempe raturfühler 21 vergrössert. Dadurch wird eine vermehrte Wärmeträgermenge durch die Wärmezufuhrvorrichtung 23 geführt, die von dem Abgas allein nicht mehr genügend er wärmt wird.
Infolge der hierdurch abfallen den Temperatur steuert der Temperaturfühler 21 das Regelorgan 22 in der Brennstofflei tung so, dass dem Brenner genügend Brenn stoff zugeführt wird, um die verlangte Tem peratur des Wärmeträgers wieder herzustel len. Die Zündung des Brennstoffes im Bren ner kann auf irgendeine bekannte Weise ein geleitet werden. Wenn das Kühlmittel aus dem Kühler 5 mit veränderlicher Temperatur durch die Leitung 11 anfällt, so empfiehlt es sich, an die Leitung 15 einen Wärmefühler anzuschliessen und durch denselben das Regel organ 22 zu steuern.
Der durch die Leitung 19 zugeführte Wärmeträger wird dann so viel Wärme in den Behälter 14 einführen, dass das erwärmte Kühlmittel mit einer unver änderlichen Temperatur durch die Leitung 15 an die Verbrauchsstellen strömt.
Die Kühlvorrichtung und die Wärme zufuhrvorrichtung können auch unmittelbar miteinander vereinigt sein, zum Beispiel in der Weise, dass in einen besonderen Teil des Kühlers ein Brenner eingebaut ist. Sofern noch weitere Kühler in der Anlage vorhanden sind, zum Beispiel Zwischenkühler der Ver dichter, kann auch deren Abwärme zur Be- heizung eines Wärmeträgers herangezogen werden. Als Wärmeträger lassen sich Flüs sigkeiten oder Gase verwenden. Vorteilhafter weise wird Wasser als Wärmeträger verwen det, in andern Fällen könnte aber auch zum Beispiel Ö:1 zum Transport der Wärme an gewendet werden.
Gas turbine system with a device for cooling the working fluid. The invention relates to a gas turbine system with a device for cooling the working medium by means of a coolant. The invention consists in that a heat supply device is provided which allows the coolant to be used for meat purposes regardless of the cooling capacity.
A control device can be provided which, by influencing the heat supply device, sets the temperature of the coolant flowing to the consumption points to an unchangeable level. Advantageously, the device for supplying heat has a burner, to which the exhaust gas from the gas turbine system, which still contains oxygen, is supplied. For example, a heat transfer medium can be heated in the heat supply device, which is mixed with the coolant obtained from the cooling device.
The amount of coolant is expediently regulated automatically in such a way that the outlet temperature from the cooler remains unchanged. In addition, a control device can be provided which not only adjusts the temperature of the medium heated in the heat supply device to the level of the coolant temperature, but also adjusts its amount corresponding to the amount of heat required at the consumption points. It is recommended to use the same means as a heat transfer medium for the heat supply device and as a coolant for the cooling device. The coolant can be discharged from the gas turbine system for use outside the system.
An embodiment of the subject invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The working medium compressed in compressor 1 to the highest operating pressure of the system is then preheated in heat exchanger 2. At the outlet from the heat exchanger, the working fluid flow is divided.
Part of it gets through the line $ 0- into the gas heater ss and is forced to the highest operating temperature when the flow around the heat exchange pipes. The compressed and heated Arbeitsmit tel enters the turbine 4, is there ent tensioned and then flows into the heat exchange tubes of the heat exchanger 2 to give space, where it gives off part of its residual heat to the coming from the compressor 1 working fluid.
Another part of the residual heat is discharged to a coolant in the cooler 5, whereupon the working medium flows back to the low-pressure device 1 and the cycle begins again.
A second part of the working medium flow divided at the outlet from the heat exchanger 2 is withdrawn from the circuit and fed to the burner of the gas heater 3 through the line 31 as a combustion hi-fi. The combustion gases flow through the heat exchange pipes and then get into the turbine 7, from which they are led to another point of consumption after relaxation.
Because the circuit is constantly supplied with air from the atmosphere by the compressor 6 as a substitute for the partial amount withdrawn. This replacement quantity is introduced into the circuit at a point where the working medium has almost the lowest Ki-eislaiifdrucli # and approximately the same temperature as the replacement quantity.
The turbine 4 acted upon by the working medium flow of the circuit drives the compressors 1 and 6, while the turbine 7 acted upon by the extracted part drives the power generator 8 and thus generates the useful power of the system.
The coolant intended for the cooler 5 is introduced into the cooler with the aid of the pump 9 through the line 10. After the heat absorption line, this coolant flows through line 11 into a storage container 14, from which it flows on through line 15 to heat consumption points (not shown). Any excess of heated coolant is continued through the discharge line 16.
A heat sensor 12 is connected to the line 11 and controls the regulating element 13 in the supply line 10 in such a way that the exit temperature of the coolant from the cooler 5 remains roughly unchanged.
The same agent is fed to the pipe system of the heat supply device 23 as a heat transfer medium as the cooler 5 is supplied by the pump 9 with the aid of the pump 18. After heating, the heat transfer medium is also fed through the line 19 into the storage container 14. The exhaust gas from the gas turbine 7 that still contains oxygen is fed to the burner of the heat supply device 2 $. If no fuel is fed to the burner, only the residual heat of the exhaust gases is transferred to the heat carrier.
If fuel is fed to the burner, the oxygen residue is sufficient. the exhaust gases to burn the fuel.
The control element 20 in the line 19 of the heat carrier and the control element 22 in the fuel line of the burner are controlled by the heat sensor 21 connected to the line 19 so that the heat carrier at the same temperature from the heat supply device 23 flows into the storage container 14 as the coolant from your radiator 5. The control element 20 is also still under the influence of the pressure sensor 17 connected to the storage tank 1.1, which prevents the tank from falling below a specified minimum level.
If the heat requirement of the consumption places supplied with heat through the line 15 is less than the heat output of the working medium in the cooler 5 and of the exhaust gas in the heat supply device 23, the storage volume in the container 14 increases until the level rises the discharge line 16 is reached and the excess is continued. Conversely, if the heat required by the points of consumption is greater than the supply of heat from the working fluid and the exhaust gas, then the level in the storage tank 14 will drop. The pressure sensor 17 is influenced by a decreasing pressure.
If the level has fallen below the fixed minimum supply of the container 14 ent speaking height, the flow cross section of the control element 20 is increased by the pressure sensor 17 independently of the temperature sensor 21. As a result, an increased amount of heat transfer medium is passed through the heat supply device 23, which is no longer sufficiently heated by the exhaust gas alone.
As a result of the drop in temperature, the temperature sensor 21 controls the control element 22 in the fuel line so that the burner is supplied with enough fuel to restore the required temperature of the heat transfer medium. The ignition of the fuel in the burner can be initiated in any known manner. If the coolant from the cooler 5 with a variable temperature is obtained through the line 11, it is advisable to connect a heat sensor to the line 15 and to control the regulating organ 22 through the same.
The heat transfer medium supplied through the line 19 will then introduce so much heat into the container 14 that the heated coolant flows through the line 15 to the consumption points at an unchangeable temperature.
The cooling device and the heat supply device can also be directly combined with one another, for example in such a way that a burner is built into a special part of the cooler. If there are other coolers in the system, for example intercoolers for the compressor, their waste heat can also be used to heat a heat transfer medium. Liquids or gases can be used as heat transfer media. Advantageously, water is used as a heat carrier, but in other cases, for example, Ö: 1 could also be used to transport the heat.