Verfahren zur Verminderung der schädlichen Wirkungen von Bestandteilen im Arbeitsmedium einer Gasturbinenanlage und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung der seliädlielien Wirkungen von Bestandteilen im Arbeitsmedium einer Gasturbinenanlage und auf eine Vorriehtung zur Durehführung des Verfahrens.
In Gasturbinenanlagen, die nach einem offenen oder gemischten Prozess arbeiten, wird der verwendete Brennstoff direkt. in Luft verbrannt, die auf einen passenden Druck über dem Atmosphä.rendruek kompri- iniert. ist, und die entstehenden Verbren nungsprodukte bilden zusammen mit zusätz licher Verdünnungsluft das Arbeitsmedium, das sieh in einer oder mehreren Turbinen iiusdehirt und Nutzenergie liefert.
In solchen Prozessen, im Unterschied zu geschlossenen Prozessen, in welchen nur Luft oder ein an deres passendes Gas zirkuliert und sich in der oder den Turbinen ausdehnt, müssen die Verbrennungsprodukte für die Turbine und andere damit verbundene Bestandteile un schädlich sein, d. h. sie sollten z. B. keine Bestandteile enthalten, die beim Absetzen auf den Turbinenschaufeln oder andern Teilen der Anlage die Schaufelkanäle bzw. andern Teile teilweise oder ganz verstopfen, noch sollten sie die Materialien, aus denen die Tur bine und andere Bestandteile bestehen, ehe- miseh angreifen.
Solche schädlichen Bestandteile in den Verbrennungsprodukten entstehen in erster Linie bei der vollständigen oder teilweisen Verbrennung von gewissen Bestandteilen, die im verwendeten Brennstoff oder in der Luft, die zu dessen Verbrennung gebraucht wird, enthalten sind. Solche Bestandteile sind leider oft in den billigen Brennstoffen enthalten, deren Verwendung vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit aus betrachtet erwünscht wäre. Ihre schädlichen Auswirkungen können jedoch gänzlich oder teilweise von ihrer Tem peratur abhängen.
Zum Beispiel können im Verbrennungsablauf gewisse Produkte einer vollständigen oder unvollständigen Verbren nung in der Form eines Gases oder einer Flüssigkeit auftreten und in dieser Form im Arbeitsmedium am Ausgang des Verbren nungsraumes oder am Eingang zur Turbine erhalten bleiben; mit dem Sinken der Tempe ratur des Arbeitsmediums wegen Wärmever lusten oder bei der Umwandlung von Wärme in mechanische Energie können sie ihre Form aus dem gasförmigen in den flüssigen oder aus dem flüssigen in den zähflüssigen oder festen Zustand ändern.
Während nun im gasförmigen oder auch noch im flüssigen Zu stand solche Bestandteile ohne weiteres durch die Turbinenanlage fliessen, können sie im zähflüssigen oder festen Zustand auf den Oberflächen niedergeschlagen werden und eine gänzliche oder teilweise Verstopfung der Kanäle verursachen, was einen Verlust in der Leistung und/oder dem Wirkungsgrad zur Folge hat.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, die schädlichen Wirkungen von Bestandteilen im Arbeitsmedium, die bei der Verbrennung des Brennstoffes entstehen oder die von der Verbrennungs- und/oder Kühlluft mit gebracht werden, zu verhindern oder abzu- sch-#väehen.
Gemäss dem Verfahren nach der Erfin dung wird mindestens ein Abscheider verwen det, um Bestandteile des Arbeitsmediums, die sich in der Turbinenanlage ablagern und diese chemisch angreifen würden, aus einem Strom des Arbeitsmittels nach dessen Ver brennung in einer Brennkammer und vor dessen Eintritt. in eine zweite Brennkammer abzuseheiden, von welch letzterer das Ar beitsmedium in die Turbine gelangt.
In der beiliegenden Zeichnung sind Aus führungsbeispiele der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, wobei Fig. 1 sehematiseh die Anordnung eines Abscheiders in einet einfachen Gasturbinen anlage und Fig. 2 eine andere Anordnung zeigt.. Fig. 3, 4 und 5 zeigen drei Beispiele von Abscheidern.
Nachfolgend wird auch das Verfahren nach der Erfindung beispielsweise erläutert. Bei der Anlage gemäss Fig. 1 strömt die Luft. von einem Kompressor C durch einen Wärmeaustauscher II, wo sie von den Aus puffgasen der Turbine T Wärme aufnimmt. ?Nach der Verbrennung eines minderwertigen Brennstoffes in einer Brennkammer CCI. strömen die Verbrennungsprodukte durch den Abscheider E, wo die schädlichen Be standteile, welche sieh auf den Turbinen schaufeln oder andern Teilen, wie z.
B. dem Wärmeaustauscher, ablagern lind diese Teile chemisch angreifen würden, auf den Oberflä chen des genannten Abscheiders abgelagert werden. Die so gereinigten Verbrennungspro- dukte werden zu der Brennhammer CCy2 ge leitet.
Da jedoch die Temperatur des Arbeits mediums nach dem Durchströmen dureh den Abscheider entweder egen der zu kleinen Menge des verbrannten Brennstoffes oder we gen der Abkühlung beim Durchströmen durch den Abscheider ungenügend ist., um den nöti gen Wirkungsgrad. der Anlage zu gewährlei sten, ist eine zweite Brennkammer C("? vor gesehen, in welcher ein Brennstoff verbrannt wird, der frei ist.
von Bestandteilen, welehc Rüekstände hinterlassen oder ehemisehe An griffe verursachen, wenn sie durch die Tur bine oder die übrigen Anlageteile strömen. Auf diese Art kann die volle, für die Turbine erwünschte Temperatur erreicht. werden, ohne dein Arbeitsmedium in Form von Verbren nungsprodukten uneliviinsehte Bestandteile zuzufügen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, findet die Ver brennung in zwei Stufen statt, eine vor dem Abseheider in der Brennkammer CCl und die andere in der Brennkammer CC2 nach dein Abscheider. Darnaeh werden die Verbren nungsprodukte in der Turbine T expandiert und werden dann durch den Wäianeaustau- scher II zur Atmosphäre geleitet.
Der Prozess erlaubt, in der ersten Ver brennungsstufe billigere Brennstoffe zu ver wenden als in der zweiten Stufe, in welcher ein keine schädliehen Bestandteile in den Verbrennungsprodukten ergebender Brenn stoff verwendet wird.
Wenn es erwünseht ist, können zwei Ab seheider in einem gabelförmigen Auslass ans, der ersten Brennkammer ('Cl vorgesehen werden, und durch geeignete Ventile und Ver bindungen kann der Strom von der Brenn- kammer durch die eine oder die andere Gabelung des gabelförmigen Auslasses gelei tet werden, so da.ss der eine Abscheider ge reinigt oder repariert werden kann, während dem der andere in Funktion ist.
Wie in Fig. 2 gezeigt, kann das Arbeits medium beim Ausfluss aus der Brennkammer CCl entweder von A durch den Abscheider E1 nach E oder von C durch den Abseheider F.\) nach D strömen, -am so in jedem Fall durch die zweite Brennkammer CC2 zur Tur bine T zu gelangen.
Es ist. erwünscht, dass die Verbrennungs produkte innerhalb eines vorgeschriebenen Temperaturbereiches durch den Abscheider strömen; das kann dadurch erreicht werden, dass das Luft/Brennstoffverhältnis in der ersten Brennkammer entsprechend gewählt wird oder dass eine Kühlung des Abscheiders entsprechend eingestellt wird.
Der in der ersten Brennkammer ver brannte Brennstoff kann ein billiges Ab- fallöl. sein, während der Brennstoff für die zweite Brennkammer ein hochgradig destil liertes Brennöl sein sollte.
Das Mengenverhältnis zwischen dem in der ersten und dem in der zweiten Brenn kammer verwendeten Brennstoff hängt in der Praxis von den Heizwerten der Brennstoffe ab und von der Menge von schädlichen Stof fen im minderwertigen Brennstoff. Im weite reD hängt die Temperaturzone im Abscheider von der Natur der schädlichen Stoffe im Ar beitsmedium ab, insbesondere vom Punkt, bei welchem sie zähflüssig werden. Natrium- Pyrosulphat z. B. wird bei etwa 500 C zäh flüssig.
Unter normalen Umständen wird Kühl lift für den Abscheider nach dem Kompres sor C und vor dem Wärmeaustauseher H abgezapft und durch den Abscheider geleitet, wo sie Wärme aufnimmt; darnach kann die Kühlluft wieder dem Arbeitsmedium zuge führt werden, entweder vor oder unmittelbar nach dem Wärmeaustauscher H oder auch an einer Stelle zwischen der ersten Brennkam- mer und der Turbine, ohne dass dadurch ein Wirkungsgradverlust entsteht.
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen drei beispiels weise Ausführungsformen von Abscheidern. Im Abseheider nach Fig. 3 strömen die Ver brennungsprodukte zwischen den im Gehäuse b angeordneten hohlen Schaufeln a hindurch, welche ihrerseits gekühlt werden wie vorher beschrieben, und zwar durch Luft, die vom Kompressor abgezapft wird, oder durch Luft oder ein anderes Kühlmittel, welches von einer separaten Quelle kommt -Lind durch die hohlen Schaufeln fliesst.
Gemäss Pig. 4 weist der Abseheider ge krümmte Kanäle c auf, welche sich zwischen hohlen Wänden d befinden, welche die Strö mungsrichtung der Verbrennungsprodukte fortwährend ändert und nicht stufenweise wie gemäss Fig. 3.
Die erwähnten Wände d erlauben deren Kühlung durch Luft oder ein anderes Kühl mittel, welches durch sie hindurch fliesst.
In Fig. 5 wird ein Abscheider ähnlich demjenigen nach Fig. 4 gezeigt, jedoch ist er dabei in Form eines Zylindermantels aus gebildet, wobei durch die Kanäle c die Ver brennungsgase strömen, wie durch die Pfeile angedeutet ist.
Wie in Fig. 3 und 4, kann das Kühl mittel durch die hohlen Wandungen strömen, welche die Kanäle begrenzen, durch welche die Verbrennungsgase fliessen.
Unterbrochene Durchgänge so wie in Fig. 3 gezeigt könnten auch in zylinderman- telförmigen, in Fig. 5 gezeigten Abscheidern angewendet werden.
Wenn man die Abscheider so anordnet, dass sie leicht und schnell weggenommen und ersetzt werden können, können die Revisions zeiten reduziert werden.
Die \V#Tirksamkeit des Abscheiders hängt von den Verbrennungsprodukten und von der Temperatur derselben ab, die so zu wählen ist, dass die schädlichen Bestandteile an den Abscheiderwänden abgesetzt werden.