Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsturbinenanlage in Verbindung mit einer Druckgaserzeugungsanlage. Die elektrische Energie wird bekanntlich zum überwiegenden Teil in Dampfkraftwer ken mittels von Dampfturbinen angetriebe nen Generatoren erzeugt. Derartige Dampf kraftwerke zeichnen sich einerseits durch einen verhältnismässig guten Gesamtwir kungsgrad aus, haben anderseits aber auch einen komplizierten und wenig übersichtli chen Aufbau, der auf den verwickelten Pro zess des Arbeitsmittels zurückzuführen ist.
Da das Arbeitsmittel (Wasserdampf) inner halb der Anlage mehrmals seinen Aggregat zustand ändern muss, sind ausser der eigent- 1'chen Kraftmaschine eine Vielzahl kost spieliger Apparate und Hilfsmaschinen, wie Wasserreinigungsanlage, Dampfkessel, Kon densatoren, Speisepumpen, Kondensatpum pen usw., erforderlich.
Man ist aus diesem Grunde seit langem bestrebt, an Stelle der Dampfturbinen Ver brennungsturbinen für den Antrieb der Stromerzeuger in Kraftwerken zu verwen den, da diese infolge des einfachen Prozesses des Arbeitsmittels auch einen einfachen Auf bau der gesamten Kraftwerksanlage herbei führen. Einer der hauptsächlichsten Hinde rungsgründe, der der allgemeinen Anwen dung der Verbrennungsturbinen entgegen steht, ist der, dass diese vorerst nur mit flüs sigen und gasförmigen Brennstoffen betrie ben werden können. Flüssige Brennstoffe scheiden aber dort aus, wo sie nur in be schränktem Umfange zur Verfügung stehen.
Aber auch bei der Verwendung geeigneter gasförmiger Brennstoffe stösst man auf Schwierigkeiten, da diese nur in Hüttenwer ken in Form von Gichtgas in genügend gro ssen Mengen billig anfallen. So war bisher die Anwendung von Gasturbogeneratoren im wesentlichen auf die elektrische Energiever sorgung von Hüttenwerken beschränkt.
Um nun der Verbrennungsturbine in die ser Hinsicht ein grösseres Anwendungsgebiet zu sichern, ist es erforderlich, geeignete Gas erzeugungsanlagen für die Erzeugung des Brenngases heranzuziehen. Die bekannten unter atmosphärischem Druck arbeitenden Gaserzeuger sind ungeeignet, da sie bei den grossen zu verarbeitenden Gasmengen, wie sie für moderne Kraftwerksanlagen in Frage kommen, viel zu umfangreich ausfallen. Es liegt daher nahe, die neuerdings entwickelten, unter Druck arbeitenden Gaserzeuger zu ver wenden.
Aber auch hierbei stösst man auf Schwierigkeiten, da der wirtschaftliche Be triebsdruck derartiger Druckgaserzeuger mit Rücksicht auf die Abmessungen der Druck gaserzeugungsanlage einerseits und den Ma terialaufwand (Wandstärke) anderseits bei etwa 20 atü liegt.
Dieser wirtschaftliche Be triebsdruck von etwa. 20 atü, mit dem das Brenngas den Gaserzeuger verlässt, liegt viel höher als der wirtschaftliche Druck zur Be- aufschlagung der Brennkammer einer ein bezw. der Hochdruckbrennkammer einer mehrstufigen Gasturbinenanlage. Nun be- nötigt aber die Gaserzeugungsanlage für die Verbrennung des festen Brennstoffes (Stein- oder Braunkohle) auf den Betriebsdruck, also auf etwa 20 atü, verdichtete Verbrennungsluft.
Dieser Druck der Verbrennungsluft für den Gaserzeuger liegt damit in entsprechender Weise höher als der Druck der der Brenn- kammer der Gasturbinenanlage zuzuführen den Verbrennungsluft, die im allgemeinen in von Gasturbinen angetriebenen Gebläsen er zeugt wird, so dass die Luft für den Gas erzeuger dem Gebläse der Gasturbine nicht ohne weiteres entnommen werden kann.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu grunde, die geschilderten Schwierigkeiten zu beseitigen, die dem wirtschaftlichen Be trieb einer Gasturbinenanlage, insbesondere für den Antrieb elektrischer Stromerzeuger in Kraftwerken, in Verbindung mit einer Druckgaserzeugungsanlage entgegenstehen.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem die Ver brennungsluft für den Druckgaserzeuger nach ihrer Verdichtung auf den höchsten Druck des Gasturbinenprozesses in einem von einer Gasturbine angetriebenen Gebläse der Gasturbinenanlage entnommen und in einem nachgeschalteten Verdichter auf den Druck des Gaserzeugers gebracht wird, wobei dieser Verdichter von einer Entspannungs turbine angetrieben wird, die Brenngas vom Druck des Gaserzeugers auf denjenigen einer Brennkammer entspannt.
Die Einrichtung zur Ausübung des Ver- fahrens besteht darin, dass zur Aufladung des Gaserzeugers eine Ladegruppe angeord net ist, die eine von Brenngasen des Gas erzeugers angetriebene Gasturbine und einen der Gasturbinenanlage nachgeschalteten Ver dichter aufweist.
An Hand der Fig. 1 bis 3, die Ausfüh rungsbeispiele der Einrichtung zur Durch- führung des Verfahrens nach der Erfindung darstellen, wird das Verfahren beispielsweise erläutert.
In Fig. 1 ist c die Gasturbine, d der Verdichter, 7n der Luftvorwärmer, f das Ge triebe, e der Generator und g der Anwurf- motor, l die Brennkammer und q der Gas erzeuger. Die Maschinengruppe n und u ist die eigentliche Ladegruppe. Der Gaserzeuger wird durch das Gebläse n aufgeladen, das durch die Gasturbine u, in welcher die Brenngase entspannt werden, angetrieben wird. x ist eine elektrische Maschine, die je nach dem Arbeitszustand der Ladegruppe n, u als Motor Zusatzleistung an diese ab gibt oder als Generator Überschussleistung von der Gruppe aufnimmt.
Der Arbeitsprozess ist dergestalt, dass die Verbrennungsluft für den aufgeladenen Gas erzeuger q dem von der Gasturbine c ange triebenen Verdichter d an der Stelle höch sten Druckes entnommen und in einem nach geschalteten Verdichter n auf den Druck des Gaserzeugers q verdichtet wird, wobei die ser Verdichter n von einer Entspannungs turbine u angetrieben ist, die das Brenngas von dem hohen Druck des Gaserzeugers q auf denjenigen der Brennkammer l ent spannt.
Die mit der vom Verdichter d kom menden und durch den Vorwärmer m vor gewärmten Luft gemischten und in der Brennkammer l entzündeten Treibgase trei ben die Gasturbine c an, deren Abgase durch den Luftvorwärmer m streichen und dann ins Freie abströmen.
In Fig. 2 ist die Erfindung an dem Bei spiel einer zweistufigen Gasturbinenanlagu erläutert. In dem dargestellten Schaltschem < < bedeutet I die Niederdruckstufe der Ver- brennungsturbinenanlage mit der Gasturbine a und dem von dieser angetriebenen zwei- gehäusig ausgeführten Gebläse b,, b,
und 1.I die Hochdruckstufe der Gasturbinen- i anlag -e mit der Gasturbine c und dem von dieser angetriebenen Gebläse d und dem Ge nerator e für die Erzeugung der Nutzleistung, der über das Getriebe f ebenfalls von der Turbine c angetrieben wird.
Wie aus dem Schaltschema ohne weiteres hervorgeht, sind die beiden Stufen der Gasturbinenanlage so ausgelegt, dass die Niederdruckturbine ca lediglich die Leistung für das Niederdruck- gebläse b,, b2 aufzubringen hat, während die Hochdruckgasturbine c ausser der Nutz- leistung noch die Antriebsleistung für das Hochdruckgebläse d abzugeben hat. Mit g und lt sind Motoren bezeichnet, die zum An werfen der Anlage aus dem Stillstand die nen.
Zum besseren Verständnis der Wirkungs weise der ganzen Anlage wird zunächst der Weg der Luft und anschliessend daran der Weg des Brenngases beschrieben. Die Luft wird zunächst von Teil b1 des Niederdruek- gebläses aus dem Freien angesaugt, in die sem verdichtet und nach Abführung der Kompressionswärme in einem Luftkühler i dem Teil b2 des Niederdruckgebläses zuge führt, in der die Luft weiter verdichtet wird. Nach Abführung der Kompressionswärme in einem zweiten Luftkühler k tritt die Ver brennungsluft in das Hochdruckgebläse d ein, in dem sie auf den Druck der Brennkam- rner der Hochdruckstufe der Gasturbinen anlage verdichtet wird.
Aus dem Gebläse d wird ein Teil der so verdichteten Luft in einem Luftvorwärmer m, in welchem sie mit den Abgasen der Niederdruckturbine a in Wärmeaustausch steht, vorgewärmt. Die den Luftvorwärmer m verlassende Luft wird der Hochdruckbrennkammer d zugeführt, der aludere Teil der im Hochdruckgebläse d ver dichteten Luft wird dem Verdichter n zu- beführt und in ihm auf den Druck der Gas erzeugungsanlage A verdichtet, der nach dem Vorhergesagten etwa 20 atü beträgt. Die Gaserzeugungsanlage A besteht im wesent lichen aus dem Kohlenbunker o, der Kohlen schleuse p, dem eigentlichen Gaserzeuger q und der Aschenschleuse r.
Die in dem Ver dichter a auf den Enddruck verdichtete Luft wird, wie aus dem Schaltbild ersichtlich, dem Gaserzeuger q zugeführt, in welchem unter Verbrennung eines festen Brennstof fes (Steinkohle oder Braunkohle) und unter Zuführung von Wasserdampf das für den Betrieb der Gasturbinenanlage erforderliche Brenngas erzeugt wird Letzteres wird nach dem Verlassen des Gaserzeugers q in einem Gaskühler s vorgekühlt, anschliessend in einem Gaswäscher t gereinigt und sodann in den Entspannungsturbinen u und v auf die Betriebsdrücke der Hochdruckbrennkammer l und der Niederdruckbrennkammer w ent- spaunt. Der in der Entspannungsturbine u entspannte Teil des Brenngases wird der Hochdruckbrennkammer l zugeführt,
wäh rend der restliche in der Entspannungs turbine v auf den entsprechenden Gegendruck entspannte Teil des Brenngases der Nieder- druckbrennkammer w zugeführt wird. Die Masehinen n, u und v können so ausgelegt werden, dass die durch die Entspannungs turbinen u und v freiwerdende mechanische Energie gerade zur Deckung des Leistungs bedarfes des Verdichters n ausreicht, das heisst die Gesamtleistung und damit der Ge samtwirkungsgrad der Anlage nicht verrin gert wird.
Die Ladegruppe n, u und v kann aber auch so ausgelegt werden, dass sie eine beträchtliche Übersehussleistung, die bis zu etwa 10% der Generatorleistung des Haupt- generators e beträgt, an die als Hilfsgenera tor arbeitende elektrische Maschine x abgibt. Diese Nutzleistung kann auch dadurch ver wertet werden, da.ss diese Ladegruppe direkt mit einer der Ga.sturbinengruppen gekuppelt wird, und zwar je nach der Schaltung mit dem Hochdruck- oder Niederdruckteil.
Wie erwähnt, wird das in der Entspan nungsturbine ia auf den Betriebsdruck der Hochdruckbrennkammer 1 entspannte Brenn- gas letzterer zugeführt und in. dieser zusam men mit der erforderlichen Verbrennungsluft verbrannt. -Die Energie der so erzeugten heissen Brenngase wird nun in der Hoch druckgasturbine c in mechanische Arbeit um gesetzt, die neben dem Antrieb des Gebläses d im wesentlichen als Antriebsenergie für den Stromerzeuger e verwendet wird.
Die die Hochdruckturbine c verlassenden Abgase werden zusammen mit den aus der Entspan nungsturbine v kommenden Brenngasmengen der Niederdruckbrennkammer w zugeführt. in dieser in entsprechender Weise verbrannt und anschliessend der Niederdruckgasturbine (z zugeführt, die die Antriebsleistung für die Gebläse b1 und b2 abgibt. Infolge des gro ssen, in die Brennkammer l eingeführten Luftüberschusses ist die Zuführung neuer Verbrennungsluft in die Brennkammer w nicht notwendig.
Die die Niederdruckgastur bine a verlassenden Abgase werden nach Ausnutzung der ihnen noch innewohnenden Wärmeenergie in dem Luftvorwärmer m durch den Schornstein y ins Freie abge führt.
Indem Beispiel der Fig. 3 ist eine zwei stufige Anlage gezeigt, bei der die Verbren nungsluft für den Druckgaserzeuger q hinter dem Hochdruckverdichter d an der Stelle 4 der Luftleitung entnommen und über den Verdichter n der Ladegruppe u, n dem Gas erzeuger q zugeführt wird. Der andere Teil der Verbrennungsluft strömt durch den Vor wärmer m in die Brennkammer l des Hoch druckteils c, d.
Die Brennkammer l wird durch eine Anzapfung an der Stelle 34 der dem Gaserzeuger q nachgeschalteten Gas turbine u mit Brenngas von hohem Druck gespeist. Die Gasturbine c der Hochdruck gruppe liefert durch ihr Arbeiten unter hohem Luftüberschuss die weitere Verbren nungsluft für die Brennkammer w des Nie derdruckteils a, b, die ihrerseits von der Gasturbine u der Ladegruppe bereits dort entspanntes Brenngas empfängt.
Die durch die Erfindung erbrachten Vor teile bestehen in erster Linie darin, dass der zur Erzeugung des Brenngases für die Gas turbinenanlage vorgesehene Gaserzeuger q mit seinem wirtschaftlichsten Druck betrie ben werden kann und hiefür lediglich ein verhältnismässig kleines Maschinenaggregat, nämlich die Ladegruppe n, u, x, erforderlich ist, das zudem für die Gesamtanlage leistungs mässig wenig in Erscheinung tritt.
Die er forderlichen Hilfsmaschinen n, u und x fal len auch kostenmässig kaum ins Gewicht, da ihre Anschaffungskosten nur einen Bruch teil der Kosten für die Gaserzeugungsanlage betragen und vor allem völlig belanglos sind, wenn man die durch die Erfindung gekenn zeichnete Anlage mit einer solchen Anlage vergleicht, bei der, wie es zunächst naheliegt, die Gaserzeugungsanlage nur mit dem Ar- beitsdruckder Brennkammer betrieben wird. Weitere Vorteile der erfindungsgemässen An- ordnung sind darauf zurückzuführen, dass die Verbrennungsluft für die Gaserzeugungs anlage der Hochdruckstufe des von einer Gasturbine angetriebenen grossen Gebläses entnommen wird.
Hierdurch wird der Ar beitsaufwand für die Erzeugung der hoch verdichteten Luft für den Gaserzeuger am geringsten, da der Verdichtungsvorgang in einem Verdichter, vorzugsweise einem um laufenden Verdichter, mit grosser Ansaug menge erfolgt. Anderseits ist der Material aufwand für den Verdichter der Ladegruppe verhältnismässig gering, da die auf den Druck des Gaserzeugers zu verdichtende Luft bereits stark vorverdichtet in den Ver dichter eintritt.