DE1106784B

DE1106784B - Verfahren und Einrichtung zum Temperaturausgleich vor Kaltgasturbinen

Info

Publication number: DE1106784B
Application number: DEG29466A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Becker
Original assignee: ZWEIGNIEDERLASSUNG HOELLRIEGEL; Gesellschaft fuer Lindes Eismaschinen AG
Current assignee: ZWEIGNIEDERLASSUNG HOELLRIEGEL; Linde GmbH
Priority date: 1960-04-14
Filing date: 1960-04-14
Publication date: 1961-05-18
Also published as: CH385900A

Description

Verfahren und Einrichtung zum Temperaturausgleich vor Kaltgasturbinen Die Erfind ng betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zurr Ausgleich von Temperaturschwankungen eines von-ugsweise aus einem warmen und einem kalten Teilstrom gemischten, arbeitsleistend zu entspannenden Gasstroms.
Es ist bekannt, in Tieftemperatur-Gaszerlegungsanlagen nach L i n d e-F r ä n k 1 zur Kälteerzeugung ein Gas, bei der Luftzerlegung vorzugsweise Luft oder Stickstoff, zunächst abzukühlen, es dabei zu reinigen und in Expansionsturbinen arbeitsleistend zu entspannen. Das zu entspannende Gas besteht meist aus zwei Anteilen: einem Teil, der vorher angewärmt wird, und dem Rest, der unmittelbar der Drucksäule entnommen wird.
Besonders beim Schalten der Regeneratoren können Flüssigkeitstropfen in die Turbine mitgerissen werden. Diese Tropfen werden, obwohl sie in einen warmen Gasstrom eintreten, offenbar nicht verdampft und führen zu Zerstörungen -an den Turbinenschaufeln. Diese Gefahr ist besonders groß, wenn beim Kaltfahren die Drucksäule umgangen wird und der kalte Luftstrom aus den Regeneratoren direkt zur Turbine gelangt.
Dem Gegenstand der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, in dem zur Turbine gehenden Luftstrom einen Temperaturausgleich zu schaffen und eventuell mitgerissene Tröpfchen noch vor der Turbine mit Sicherheit zu verdampfen.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Gasstrom vor der Entspannung so lange umgelenkt, vorzugsweise verwirbelt und mit wärmespeicherndem Material in Berührung gebracht wird, bis Temperatur- und Phasenunterschiede ausgeglichen sind. Das Wort Phase ist hierbei im thermodynamischen Sinne zu verstehen.
Das Umlenken oder Verwirbeln des Gasstroms zum Zwecke des Temperaturausgleichs läßt sich in mannigfacher Weise durchführen. So ist es beispielsweise möglich, den Gasstrom gegen Prallplatten, Netze od. dgl. strömen zu lassen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung wird als Temperaturausgleichvorrichtung ein Behälter verwendet, der mit einer Wärmespeichermasse vorzugsweise großer Oberfläche gefüllt ist und mit einem kleinen Regenerator verglichen werden kann. In ihm wird der vorzugsweise aus zwei Gasströmen verschiedener Temperatur gemischte und gegebenenfalls noch Flüssigkeitströpfchen enthaltende, zu entspannende Gasstrom durchmischt und in Wärmekontakt mit der Speichermasse gebracht. Eventuell enthaltene Flüssigkeitströpfchen werden an den warmen Oberflächen des Füllmaterials verdampft, und der Gasstrom erhält eine gleichmäßige Temperatur, die wegen der Wärmekapazität des Füllmaterials nur geringen Schwankungen unterworfen ist, auch wenn die ,Menge der im Gas enthaltenen Flüssigkeit variiert.
Als Füllmaterial für den Temperaturausgleicher kann jedes von den Regeneratoren her bekannte Material verwendet werden. Insbesondere kann die Füllung aus Horden, Stahlsand, Aluminiumgranulat, Ouarzitriesel oder ähnlichen Massen bestehen.
w Die vorliegende Erfindung verhindert zuverlässig, daß Flüssigkeitströpfchen in die Turbine gelangen und dort Zerstörungen hervorrufen können.
Es ist nicht notwendig, den warmen Teilstrom mit Hilfe von in die Regeneratoren eingelegten Rohrschlangen zu erzeugen. Ein warmer Gasstrom kann auch normalen Regeneratoren an einer Zwischenstelle entnommen werden. Dabei besteht die Möglichkeit, einen bereits gereinigten Gasstrom durch den kalten Teil eines Regenerators zurückzuführen und ihn angewärmt zu entnehmen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung wird einem Regenerator ein warmer, noch nicht vollständig gereinigter erster Teilstrom entnommen und einem vorzugsweise mit dem Temperaturausgleicher zusammengebauten Abscheideraum zugeleitet. In diesem wird ihm ein Teil der am kalten Ende aus dem Regenerator austretenden, vollständig gereinigten und bis auf Verflüssigungstemperatur abgekühlten Gasmenge als zweiter Teilstrom zugemischt. Dabei fällt aus dem ersten Teilstrom Kohlendioxyd und gegebenenfalls Wasser aus und lagert sich im Abscheideraum ab. Der aus den beiden Teilströmen entstandene Mischstrom wird durch den Temperaturausgleicher zur Turbine geführt und dort entspannt. Die abgelagerten Verunreinigungen werden von Zeit zu Zeit, vorzugsweise durch Einleiten eines warmen Gases, aufgetaut und abgelassen. Dies ist möglich, ohne die Zerlegungsanlage abzuschalten,wennbeispielsweisezwei parallel geschaltete Temperaturausgleicher vorgesehen .sind, die wechselweise betrieben werden.
In den Zeichnungen sind Anlagen zur Durchführung des Verfahrens schematisch und am Beispiel der Luftzerlegung dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf diese Anwendung beschränkt. Sie läßt sich auch bei anderen Gaszerlegungen vorteilhaft anwenden. Auch kann statt des unierlegten Gasgemisches ein Zerlegungsprodukt oder eine Mischung aus beiden arbeitsleistend entspannt werden.
Fig. 1 zeigt eine Anlage, bei der die mit den Bezugszeichen 1, 2, 3 und 4 bezeichneten Regeneratoren im kalten Teil Anwärmspiralen a enthalten. 6 ist die Druckstufe und 5 die Niederdruckstufe eines Zweisäulen-Rektifikationsapparates. Die Entspannungsturbine ist mit 7 bezeichnet, der Temperaturausgleicher trägt die Bezugsziffer B. Die Schaltventile an den Regeneratoren und andere für den Fachmann selbstverständliche, nicht zur Erfindung gehörige Teile sind nicht dargestellt.
In der dargestellten Schaltphase der Regeneratoren strömt die zu zerlegende Luft durch die Leitungen 9 in die Regeneratoren 1 und 3, kühlt sich in diesen ab und wird durch die Leitung 10 in die Druckstufe 6 des Rektifikationsapparates geführt. Ein großer Teil der Luft wird in dieser Säule in bekannter Weise zerlegt. Das mit Sauerstoff angereicherte Produkt wird durch die Leitung 11, der Stickstoff durch die Leitung 12 entnommen und der Niederdruckstufe 5 an einer entsprechenden Stelle zugeführt. Durch die Leitung 13 wird der Druckstufe 6 unierlegte Luft entnommen, von der ein Teil in allen oder einem Teil der in die Regeneratoren eingelegten Rohrschlangen 1a bis 4a angewärmt wird und durch die Leitung 14 zum Temperaturausgleicher 8 strömt. Diesem angewärmten Gas wird eine durch das Ventil 15 regelbare Menge kalter Luft aus der Leitung 13 direkt zugemischt. Im Temperaturausgleicher 8 werden eventuell vorhandene Flüssigkeitströpfchen verdampft, und das zu entspannende Gas erhält eine gleichmäßige Temperatur, bevor es in der Turbine 7 entspannt und durch die Leitung 16 der Niederdruckstufe 5 an einer entsprechenden Stelle zugeführt wird. Der vom Kopf der Niederdruckstufe 5 durch die Leitung 17 abgenommene Stickstoff verläßt durch den Regenerator 2, der vom Fuß dieser Stufe durch die Leitung 18 abgezogene Sauerstoff durch den Regenerator 4 die Anlage.
Fig. 2 zeigt eine Anlage, bei der die Regeneratoren 21, 22 und 23 keine Anwärmspiralen enthalten. Der warme Teilstrom wird den Regeneratoren an einer Zwischenstelle a entnommen. In der dargestellten Schaltphase wird die zu zerlegende Luft durch die Leitung 24 in den Regenerator 21 geleitet, in diesem abgekühlt und durch die Leitung 10 in die Druckstufe 6 der Rektifikationsanordnung geführt. An der Stelle 21 a wird diesem Regenerator ein warmer, noch nicht vollständig gereinigter und durch das Ventil 25 regelbarer Gasstrom entnommen und in den Abscheideraum 26 geführt, der unter dem Temperaturausgleicher 8 angeordnet und mit diesem zu einer Baueinheit vereinigt ist. Mit der Leitung 27 wird ein Teil des vollständig gereinigten Gasstroms von der Leitung 10 abgezweigt und ebenfalls in diesen Abscheideraum geleitet. Der warme, nicht vollständig gereinigte -asstrom wird dabei abgekühlt und die in ihm enthaltenen Verunreinigungen, insbesondere Kohlendioxyd und Wasser, kondensieren aus und lagern sich am Boden des Abscheideraumes ab. Der Mischstrom geht dann durch den Temperaturausgleicher 8 und die Leitung 34 zur Turbine 7, wird in dieser entspannt und durch die Leitung 16 in die Niederdruckstufe 5 eingeführt. Durch die Leitung 19 wird gasförmiger Stickstoff vom Kopf dieser Stufe abgezogen und nach Anwärmung im Regenerator 22 abgeführt. Durch die Leitung 18 verläßt gasförmiger Sauerstoff die Stufe und wird im Regenerator 23 angewärmt.
Um beim Auftauen der im Abscheideraum 26 und eventuell auch in der Speichermasse des Temperaturausgleichers 8 abgelagerten Verunreinigungen die Anlage weiter betreiben zu können, ist ein weiterer Temperaturausgleicher 8a mit Abscheideraum 26a vorgesehen, der mit Hilfe der Ventile wechselweise eingeschaltet werden kann. In der dargestellten Phase ist eine Ventilstellung angenommen, in der das zu entspannende Gas durch den linken Temperaturausgleicher 8 strömt. Die Ventile 28, 29, 30 sind offen, 31 und 33 geschlossen. Der rechte Temperaturausgleicher 8 a wird gleichzeitig aufgetaut und gereinigt. Hierzu wird durch die Leitung 32 ein warmer Gasstrom zugeführt, durch das Ventil 31 a in den Temperaturausgleicher 8a mit dem Abscheider 26a geleitet und zusammen mit den Verunreinigungen durch das Ventil 33a. und die Leitung 35 abgeführt. Die Ventile 28 a, 29 a 30 a sind geschlossen.

Claims

PATENTANSPRVCHE: 1. Verfahren zum Ausgleich von Temperaturschwankungen eines vorzugsweise aus einem warmen und einem kalten Teilstrom gemischten, arbeitsleistend zu entspannenden Gasstroms, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom vor der Entspannung so lange umgelenkt, vorzugsweise verwirbelt und mit wärmespeicherndem Material in Berührung gebracht wird, bis Temperatur- und Phasenunterschiede ausgeglichen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Vermischung der Teilströme gegebenenfalls ausfallenden Stoffe abgeschieden werden, bevor der Gesamtgasstrotn mit dem wärmespeichernden Material in Berührung gebracht wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die zur Entspannungsturbine (7) führende Leitung ein Temperaturausgleicher (8, 8a) eingeschaltet ist, der Umlenkmittel für das Gas aus vorzugsweise wärmespeicherndem Material enthält.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturausgleicher (8, 8a) als Speichermasse Horden, Stahlsand, Aluminiumgranulat oder ähnliche, an -sich bekannte Massen enthält, wie sie auch für Regeneratoren verwendet werden.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Temperaturausgleicher (8, 8 a) ein Abscheideraum (26, 26 a) vorgeschaltet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Speichermasse enthal- Lende Temperaturausgleicher (8, 8a) über dem Abscheideraum (26, 26a) angeordnet und mit diesem zu einer Einheit verbunden ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB mindestens zwei Temperaturausgleicher (8, 8a) vorgesehen sind, die durch Ventile abwechselnd in den Gasstrom eingeschaltet werden können und Mittel zum Anwärmen aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1046 640.