DE2155335A1 - PROCEDURE FOR THE OPERATION OF GAS TURBINE SYSTEMS FOR SHIP OPERATIONS - Google Patents
PROCEDURE FOR THE OPERATION OF GAS TURBINE SYSTEMS FOR SHIP OPERATIONSInfo
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Description
DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANNDR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN
DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT 2155335DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT 2155335
W. 24 980/71 4/JäW. 24 980/71 4 / year
Howaldtswerke-Deutsche Werft Aktiengesellschaft Hamburg und Kiel, Hamburg.Howaldtswerke-Deutsche Werft Aktiengesellschaft Hamburg and Kiel, Hamburg.
Verfahren zum Betrieb von Gasturbinenanlagen für den Schiffsbetrieb.Method for operating gas turbine systems for the ship operation.
Die Erfindung bezieht sich auf "Verfahren zum Betrieb von Gasturbinen und von Gasturbinenanlagen im offenen Kreislauf für Schiffe aller Art.The invention relates to "methods of operation of gas turbines and gas turbine systems in the open circuit for ships of all kinds.
In der Technik sind zwei Hauptkategorien von Gasturbinen bekannt, die als leichte Gasturbinen und als schwere Gasturbinen bezeichnet werden. Leichte Gasturbinen sind für die Flugzeugindustrie entwickelt worden und' werden in erster Linie für den Antrieb von Flugzeugen verwendet. Schwere Gasturbinen sind für die Landindustrie entwickelt worden, und sie werden in erster Linie in stationären Anlagen, z.B. Kraftwerken, verwendet.Two main categories of gas turbines are known in the art, light gas turbines and heavy gas Gas turbines are referred to. Light gas turbines have been and are being developed for the aircraft industry in the first place Line used for propulsion of aircraft. Heavy gas turbines have been developed for the agricultural industry, and they are primarily used in stationary systems, e.g. power plants.
Leichte Gasturbinen sind vom Konzept her materialsparend konstruiert, um die Antriebsaggregate für die Flugzeugindustrie so leicht wie möglich zu gestalten. KurzeThe concept of light gas turbines is designed to save material in order to provide the drive units for the aircraft industry to make it as light as possible. Short
') U iJ ά 2 I / 0 0 J 5') U iJ ά 2 I / 0 0 J 5
Überholzeiten und .Austausch kompletter Aggregate nach bestimmten Betriebsstunden sind hier akzeptabel und geläufig» Leichte Gasturbinen stellen hohe Anforderungen an die Brennstoffqualität.Overtaking times and replacement of complete units certain operating hours are acceptable and common here » Light gas turbines place high demands on fuel quality.
Schwere Gasturbinen sind robuster konstruiert und bieten längere Standzeiten. Sie fügen sich hier in den Heigen der konkurrierenden Antriebsanlagen wie Kesselanlagen mit Dampfturbinen oder Dieselmotoren-Anlag en· Die Anforderungen an die Brennstoffqualität sind nicht so hoch wie für leichte Gasturbinen, jedoch höher als für Dieselmotoren und Kesselanlagen, die grundsätzlich heute mit Schweröl bzw» Bunker-C-Öl gefahren werden.Heavy gas turbines are designed to be more robust and offer longer service lives. They fit into the Heigen of the competing drive systems such as boiler systems with steam turbines or diesel engine systems · The The fuel quality requirements are not as high as for light gas turbines, but higher than for Diesel engines and boiler systems, which today are basically driven with heavy oil or »Bunker C oil.
Gasturbinen beider Gattungen bemühen sich seit Jahren in die Schiffahrt einzudringen als Haupt- und Hilfsantriebe. Gas turbines of both types have been trying to penetrate shipping as main and auxiliary drives for years.
Als Antriebsanlage für Kriegsmarine-Fahrzeuge hat die leichte Gasturbine fußgefaßt. Hier ist die Gewichtsersparnis, die Raumersparnis und die schnelle Start- und Manövrierfähigkeit gegenüber konventionellen Anlagen attraktiv. Wirtschaftlichkeit und Brennstoffqualität und damit Betriebskosten spielen hier eine untergeordnete Rolle. Ganz andere Anforderungen an die Gasturbine stellt die Handelsschiffahrt. Hier sind Robustheit, lange Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit die Grundforderungen.The light gas turbine has gained a foothold as a drive system for navy vehicles. Here is the weight saving the space savings and the quick start and maneuverability compared to conventional systems attractive. Economy and fuel quality and thus operating costs play a subordinate role here Role. Makes completely different demands on the gas turbine merchant shipping. Robustness, long service life and economy are the basic requirements here.
Allen drei Forderungen kann die schwere Gasturbine besser gerecht werden als die leichte Gasturbine. Hier gilt as die Robustheit, Standzeiten und Wirtschaftlichkeit von Dieselmotoren-Anlag en und Dampfkessel-Turbinen-Anlagen zu erreichen oder zu überbieten.The heavy gas turbine can meet all three requirements better than the light gas turbine. here The same applies to the robustness, service life and economy of diesel engine systems and steam boiler turbine systems to achieve or to outbid.
Beide Gattungen der Gasturbinen bieten gegenüber Dieselmotoren- und Dampf turbinen-Anlag en Gewichtsersparnis und Raumersparnis in der Gesamtanlage. Die Simplification der Gesamtanlage im VergLeieh zu einer Dampfturbinen-Antriebsanlagfi ist bedeutend: PortfaLL der Kesse!anlage, Fortfall aLler Dampf-, Speisewasser-, Kondensat- und Kühl-Both types of gas turbines offer weight savings compared to diesel engines and steam turbine systems and space savings in the overall system. The simplification the entire system in comparison to a steam turbine drive system IS IMPORTANT: PORTFOLIO OF THE KESSE! SYSTEM, Elimination of all steam, feed water, condensate and cooling
') 0 U 8 2 1 / 0 0 3 5') 0 U 8 2 1/0 0 3 5
wassersysteme mit allen Wärmetauschern, Rohrleitungen und Armaturen mit Regelkreisen.)water systems with all heat exchangers, pipelines and valves with control loops.)
Die Wirkungsgrade von Gasturbinenanlagen, verwendet man die herkömmlichen Aggregate aus der Flugzeug-Industrie und der Landindustrie, sind zunächst schlechter als die . Wirkungsgrade konventioneller Schiffsantriebsanlagen. Diese Anlagen-Wirkungsgrade sind aber verbesserungsfähig durch die Einschaltung von Rekuperatoren (Abga-Luftvorwärmer) zur Ausnutzung der großen Abgaswärme hinter den Turbinen und durch eine Zwischenkühlung der Luft, die einen Gewinn an Arbeitsfläche bei den Kompressoren bringt. Diese Möglichkeiten sind nur sehr beschränkt anwendbar bei leichten Gasturbinen, jedoch sehr erschöpfend anwendbar bei schweren Gasturbinen. Die zu erreichenden Wirkungsgrade und spezifischen Brennstoffverbräuche sind besser als die von Dampfturbinenanlagen und vergleichbar mit denen von Dieselmotoren-Anlagen. The efficiency of gas turbine systems, one uses the conventional units from the aircraft industry and the agricultural industry, are initially worse than that. Efficiency of conventional ship propulsion systems. However, these system efficiencies can be improved by the activation of recuperators (exhaust air preheaters) to utilize the large exhaust gas heat behind the turbines and by intercooling the air, which increases the working area for the compressors. These possibilities can only be used to a very limited extent in the case of light gas turbines, but can be used very exhaustively in the case of heavy ones Gas turbines. The efficiencies and specific fuel consumption levels to be achieved are better than those of Steam turbine systems and comparable to those of diesel engine systems.
Als schwerwiegendes Problem beim Gasturbinen-Antrieb muß die Brennstofffrage erachtet werden. Die Verbrennung von billigem Schweröl wie beim Sieseimotor oder schwerem Heizöl wie beim Kessel ist wegen der darin enthaltenen Asehe- und Säurebildner nicht ohne vorherige teure und komplizierte Aufbereitung möglich/Durch die Aufbereitungsanlage verliert der Gasturbinenantrieb seine Einfachheit, sichere Handhabung und bei Störungen eventuell sogar seine Lebensdauer.As a serious problem with gas turbine propulsion the fuel issue must be considered. The combustion of cheap heavy oil, like in a Sieseimotor or a heavy one Heating oil, as in the case of the boiler, is not without previous expensive and because of the ash and acid formers it contains Complicated processing possible / The gas turbine drive loses its simplicity due to the processing system, safe handling and, in the event of malfunctions, possibly even its service life.
Die Gasturbinen-Hersteller betreiben umfangreiche Untersuchungen, um durch Materialänderungen (Verbesserungen) auf der einen Seite noch höhere Gaseintrittstemperaturen an den Turbinen fahren zu können und damit die Leistung bzw. den Wirkungsgrad und damit den spezifischen Brennstoffverbrauch weiter zu verbessern und auf der anderen Seite die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber schädlichen Bestandteilen der schlechten Brennstoffe zu erhöhen.The gas turbine manufacturers conduct extensive investigations in order to be able to use material changes (improvements) on the one hand, to be able to drive even higher gas inlet temperatures at the turbines and thus the performance or to further improve the efficiency and thus the specific fuel consumption and on the other Side increases the resistance of the material to the harmful components of the bad fuels raise.
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Um mit einer höheren Eintrittstemperatur den inneren Wirkungsgrad zu verbessern, müssen neue Materialgattungen verwendet werden, die allerdings erst vereinzelt in Laboratorien erzeugt werden können, ohne daß im Augenblick an eine technische Auswertung zu denken ist (z.B. Whiskers, Einkristallfasern).In order to improve the internal efficiency with a higher inlet temperature, new types of material are required can be used, which, however, can only be produced occasionally in laboratories without being started at the moment a technical evaluation is to be considered (e.g. whiskers, single crystal fibers).
Versuche mit gekühlten Schaufeln erlauben aber keine entscheidende Temperaturerhöhung und damit Wirkungsgradverbesserung. Auch wird ein Vorteil der Gasturbine, die ^ Einfachheit in der Fertigung und die Sicherheit im Betrieb Ψ eingebüßt.However, experiments with cooled blades do not allow a decisive increase in temperature and thus an improvement in efficiency. An advantage of the gas turbine, the ^ simplicity in manufacture and safety in operation, is also forfeited .
Als letztes entscheidet die Abgas-Endtemperatur(Schornsteintemperatur) über die Grenze des Wirkungsgrades. Diese ist wie in Dampfkesselanlagen durch die Rauchgastaupunkttemperatur bestimmt. Oft wird, um die Abgaswärme auszunutzen, ein Dampfkreislauf nachgeschaltet, in dem nicht nur Heiz- und Wirtschaftsdampf sondern Dampf als Antriebsenergie oder Hilfsenergie (Stromerzeugung) erzeugt wird. Dieses widerspricht dem Leitgedanken der Gasturbinenanlage, nämlich einfaches Gesamtkonzept, wie zuvor bereits beschriebeneThe last thing that decides is the flue gas end temperature (chimney temperature) beyond the limit of efficiency. As in steam boiler systems, this is due to the smoke gas dew point temperature certainly. Often, in order to utilize the exhaust gas heat, a steam cycle is connected in which not only Heating and commercial steam, but steam as the drive energy or auxiliary energy (power generation) is generated. This contradicts the main idea of the gas turbine system, namely simple overall concept, as already described above
Mit der Erschließung großer Erdgasvorkommen und der Beherrschung des Tranports von Erdgas im flüssigen Zustand ergeben sich günstige Verwendungsmöglichkeiten für den Gasturbinenantrieb.With the development of large natural gas reserves and the mastery of the transport of natural gas in the liquid state there are favorable uses for the gas turbine drive.
Gasturbinen in der Landindustrie werden, in Gebieten wo Erdgar zur Verfugung steht, bereits seit längerem mit Erdgas betrieben.Gas turbines in the agricultural industry have been used for a long time in areas where Erdgar is available Natural gas operated.
In den speziell für den Transport von Flüssiggas eingerichteten Gastankern löst sich eine ständige Verdampfungsrate aus dem Flüssiggas in den Ladetanks. Ihre Größe wird durch den Wärmefluß durch die Tankisolierung bestimmt. Dieses Gas aus der Verdampfungsrate wird heute entweder in die Atmosphäre geleitet, abgefackelt oder bei Dampfturbinenanlagen in den Dampfkesseln zusammen mit flüssigen Kraftstoffen oder Heizölen verbrannt. Die Regelung diesesA constant rate of evaporation occurs in the gas tankers specially set up for the transport of liquefied gas from the liquefied petroleum gas in the cargo tanks. Their size is determined by the heat flow through the tank insulation. This gas from the evaporation rate is now either discharged into the atmosphere, flared or in steam turbine systems burned in the steam boilers together with liquid fuels or heating oils. The scheme of this
Zweistoffsystems solcher Anlagen ist kompliziert, es wird aus kesselbaulichen und feuerungstechnischen Gründen stets mit einem bestimmten Prozentsatz flüssigen Kraftstoff gefahren, bei Manöverfahrt wird überhaupt kein Flüssiggas verbrannt. Dadurch ist man wieder über den gesamten Bereich an flüssigem Brennstoff mit seinen oben beschriebenne Problemen gebunden.The binary system of such plants is complicated, it is always with a certain percentage of liquid fuel for boiler construction and combustion reasons driven, no liquefied gas is burned during maneuvers. This puts you back over the whole Liquid fuel range as described above Problems bound.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Verfahren zum Betrieb von Gasturbinen und Gasturbinenanlagen für den Schiffsbetrieb, insbesondere als Hauptantriebsanlagen von Schiffen, zu schaffen, die in der Gesamtanlage möglichst einfach ausgebildet sind und trotzdem einen maximalen Gesamtwirkungsgrad erreichen.The object of the invention is to provide methods for Operation of gas turbines and gas turbine systems for ship operation, in particular as main propulsion systems for Ships that are designed to be as simple as possible in the overall system and still achieve maximum overall efficiency reach.
Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Betrieb von Gasturbinen und von Gasturbinenanlagen für den Schiffsbetrieb aus, und gemäß der Erfindung wird als Energieträger zur Erzeugung des Verbrennungsgases der Verbrennungslusft ausschließlich gasförmiges Flüssiggas zugesetzt.The invention is based on a method for operating gas turbines and gas turbine systems for ship operation, and according to the invention is used as an energy carrier the combustion fluid to generate the combustion gas only gaseous liquid gas added.
Dieser Ge'danke läßt in seiner technischen Verwirklichung eine Vielzahl von Ausführungsmöglichkeiten zu. Durch die Erfindung ist es möglich, z.B. bei Flüssiggastankern den gesamten Energiebedarf für die Gasturbine den Flüssiggastanks zu entnehmen,This thought leaves in its technical realization a variety of design options too. The invention makes it possible, e.g. for liquid gas tankers take the entire energy requirement for the gas turbine from the liquid gas tanks,
In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist die Möglichkeit gegeben, in einem Schiff als Energiespeicher einen oder mehrere Flüssiggastanks vorzusehen, und diesen den gesamten Bedarf an Antriebsenergie für die Schiffsantriebsgasturbine zu entnehmen. Hierbei ist es möglich, in einem Schiff einen oder mehrere Flüssiggastanks fest einzubauen oder aber nach Art eines Container-Betriebes einen oder mehrere Flüssiggastanks in einem Schiff auswechselbar unterzubringen, so daß bei Erschöpfung dee Brennstoffvorrats leere Flüssiggastanks durch volle ausgewechselt werden können, wobei eine gewisse Normierung in der Größe der Flüssiggastanks vorteilhaft wäre. Ein solcher SchiffsantriebIn a further development of the inventive concept, there is the possibility of using it as an energy store in a ship to provide one or more liquid gas tanks, and these the entire drive energy requirement for the ship propulsion gas turbine refer to. It is possible to permanently install one or more liquid gas tanks in a ship or one or more liquid gas tanks can be exchanged in a ship in the manner of a container operation to accommodate, so that when the fuel supply is exhausted, empty liquid gas tanks can be replaced by full ones, with a certain standardization in the size of the Liquid gas tanks would be beneficial. Such a ship propulsion
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in Form einer Gasturbine unter Verwendung von Flüssiggastanks läßt sich grundsätzlich für alle Schiffstypen anwenden. in the form of a gas turbine using liquid gas tanks can basically be used for all types of ships.
Die Erfindung baut darauf auf, daß dem Flüssiggas Wärme zugeführt wird, und damit eine geregelte Gaserzeugung betrieben wird, die so viel Brenngas liefert, wie für die Erzeugung der erforderlichen Antriebs energie erforderlich i3t. Die Gaserzeugung kann entweder in den Flüssiggastank-Vorratstanks selbst, wenn diese als Druck- ^ tanks ausgebildet werden, oder in speziell dafür vorgese- ' . henen Betrieb3-Drucktanks erfolgen· Die Druckdifferenz zwischen drucklosen Vorartstanks und den Betriebsdrucktanks wird entweder durch eine Pumoe überwunden, oder durch alternierenden Betrieb mehrerer Betriebsdrucktanks aufgehoben· Bei Anlagen mit mehreren Betriebsdrucktanks werden die nicht in Betrieb befindlichen !Danks im drucklosen Zustand aufgefüllt und nach Druckbildung wieder auf das System geschaltet.The invention is based on the fact that the liquefied gas heat is supplied, and thus a regulated gas generation is operated, which supplies as much fuel gas as i3t required to generate the necessary drive energy. The gas generation may, either when they are designed as pressure tanks ^, or provided for in the liquefied gas storage tanks in specially '. The pressure difference between the unpressurized pre-tank and the operating pressure tank is either overcome by a pumoe or canceled by alternating operation of several operating pressure tanks.In systems with several operating pressure tanks, the! Tanks that are not in operation are filled in a depressurized state and again after pressure has been built up switched to the system.
Nach einer praktischen Ausführungsform der Erfindung kann die Abgaswärme aus der Gasturbine zur Verdampfung des Flüssiggases und zur weiteren Vorwärmung des Brenngases ausgenutzt werden.According to a practical embodiment of the invention can use the exhaust gas heat from the gas turbine for evaporation of the liquefied gas and for further preheating of the fuel gas.
w Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der bei der Zwangsverdampfung des Flüssiggases entstehende Druck zum Transport des Gases zur Brennkammer der Gasturbine und ggfs. zur Erzeugung des erforderlichen Brennkammerdrucks ausgenutzt. Die Zwangsverdampfung erfolgt im Drucktank, wobei das bei der Druckerzeugung entstehende Gas zur Verbrennung direkt abgeführt wird. Eine weitere Ausfuhrungsmöglichkeit verwendet das bei der Verdampfung entstehende Gas nur als Druckpolster zur Förderung des Tankinhaltes in flüssiger Form. Das Flüssiggas wird dann in einem besonderen Wärmetauscher vergast. Dadurch kann ein Gaskompressor entfallen^ der sonät für die Erzeugung des erforderlichen Druckes notwendig gewesen wäre. w In another embodiment of the invention formed in the forced evaporation of the liquid gas pressure to transport the gas to the combustor of the gas turbine and optionally is. exploited to generate the required combustion chamber pressure. The forced evaporation takes place in the pressure tank, whereby the gas produced during the pressure generation is discharged directly for combustion. Another possible embodiment uses the gas produced during evaporation only as a pressure cushion to convey the contents of the tank in liquid form. The liquid gas is then gasified in a special heat exchanger. This eliminates the need for a gas compressor, which would have been necessary to generate the required pressure.
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Es liegt weiter im Rahmen der Erfindung, daß das Gas aus der Zwangsverdampfung als !Treibmittel für einen Ejektor verwendet wird, mit dem das Gas aus der ständigen Verdampfungsrate der Flussiggas-Vorratstanks mit zur Brennkammer der Gasturbine gefördert wird. Bei Flüssiggastankern kann auf diese Weise das Gas aus der ständigen Verdampfungsrate der Ladetanks (boil-off rate) zur Brennkammer befördert werden. Der Vorteil liegt im Portfall weiterer Kompressoren. It is also within the scope of the invention that the gas from the forced evaporation is used as a propellant for an ejector is used, with which the gas from the constant evaporation rate of the liquefied gas storage tanks to the combustion chamber the gas turbine is promoted. In the case of liquid gas tankers, this allows the gas from the constant evaporation rate of the cargo tanks (boil-off rate) to be carried to the combustion chamber will. The advantage lies in the port case of additional compressors.
Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, daß bei ungünstigen Mengenverhältnissen auch Flüssiggas (in flüssi-* ger Form) als Treibmittel für die Ejektoren zur Förderung der Gasmenge aus der Verdampfungsrate der Tanks verwendet werden kann.It is also within the scope of the invention that liquid gas (in liquid * ger form) as a propellant for the ejectors to promote the amount of gas used from the evaporation rate of the tanks can be.
Ein Merkmal der Erfindung ist die Ausnutzung des niedrigen Temperaturniveaus des durch die Zwangsverdampfung erzeugten Gases zur Senkung des Temperaturniveaus des Gasturbinen-Kreislaufes. Bei Anlagen mit Zwischenkühlung der Verbrennungslufts kann das verdampfte Gas im internen Wärmetausch Költe an die Verbrennungsluft abgeben und damit zur Erhöhung des inneren Wirkungsgrades beitragen. Der Vorteil liegt hier außerdem im Fortfall der sonst für die Zwischenkühlung erforderlichen Kühlwasserpumpen und des Kühlwassersystems und damit auch in der Unabhängigkeit von Seewasseranschlüssen und schwankenden Seewassertemperaturen. Darüber hinaus kann die in der niedrigen Temperatur enthaltene Arbeitsfähigkeit in Hilfsbetrieben zur COg-Erzeugung und in anderen Kühlmittelsy st einen ausgenutzt werden.A feature of the invention is the use of the low temperature level of the forced evaporation generated gas to lower the temperature level of the gas turbine cycle. For systems with intermediate cooling of the Combustion air can release the vaporized gas in the internal heat exchange Költe to the combustion air and thus contribute to increasing the internal efficiency. The advantage here also lies in the elimination of the otherwise for the Intercooling required cooling water pumps and des Cooling water system and thus also in the independence of sea water connections and fluctuating sea water temperatures. In addition, the ability to work contained in the low temperature in auxiliary plants for COg production and in other coolant systems one can be exploited.
Im Gegensatz zur Verbrennung in herkömmlichen Dampfkesseln ist es bei einer gasgefeuerten Gasturbine wegen der abgestimmten Brennkammerform nicht mehr notwendig, zusätzlich flüssige Brennstoffe zuzugeben. Damit sind die Abgase säure- und aschefrei und wirken nicht korrosiv« Somit können diese zum Zwecke der Wirkungsgraderhöhung bisIn contrast to combustion in conventional steam boilers, it is because of a gas-fired gas turbine The coordinated shape of the combustion chamber means that it is no longer necessary to add additional liquid fuels. So they are Exhaust gases are acid-free and ash-free and do not have a corrosive effect
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unterhalb der Abgastaupunkt-Temperatur ausgenutzt, und auch die Verdampfungswärme des Wasseranteils des Abgases, die,bei der Verbrennung von Flüssiggas erheblich ist,.ausgenutzt werden. Bei einer Anlage gemäß der Erfindung wird als Nebenprodukt wasser in erheblichen Mengen gewonnen, das wegen der chemischen reinen Abgase ohne Beimengungen ist und daher erforderlichenfalls nach Aufbereitung auch für Trinkwasserzwecke oder dergleichen ausgenutzt werden kann.exploited below the exhaust gas dew point temperature, and The heat of evaporation of the water content of the exhaust gas, which is considerable when burning liquid gas, is used will. In a plant according to the invention, water is obtained in considerable quantities as a by-product, This is because of the pure chemical exhaust gases without admixtures and therefore, if necessary, also after treatment be used for drinking water purposes or the like can.
Pie Erfindung liefert einen echten Beitrag zur Eeinerhaltung der Luft und zur Verringerung der Umweltverschmutzung. Eventuell zur Vorschrift kommende, kostspielige und platzfordernde Abgas-Filteranlagen zur Reinerhaltung der Luft sind hier nicht erforderlich·Pie invention makes a real contribution to conservation the air and reduce pollution. Possibly to the regulation, expensive and Space-consuming exhaust gas filter systems to keep the air clean are not required here
Die neuen Verfahren zur Verwendung von Gasturbinen im Sehiffsbetrieb enthalten Lösungen für Systeme und Anlagen unter Ausnutzung vieler sich bietender Möglichkeiten und Vorteile eines als sauber zu bezeichnenden Schiffsbetriebes,The new methods of using gas turbines in Sehiff operations contain solutions for systems and equipment taking advantage of many opportunities and advantages of what can be described as clean ship operation,
In den Zeichnungen sind mehrere Ausftihrungsformen der Erfindung schematisch dargestellt worden.In the drawings there are several embodiments of the Invention has been shown schematically.
Pig. 1 zeigt eine Gasturbinenanlage, in der das durch eine Zwangsverdampfung sowie durch Tankisolier-Verluste vergaste Flüssiggas für den Antrieb eines Schiffes oder zur Energieerzeugung verwendet wird. Pig. 1 shows a gas turbine system in which the forced evaporation and loss of tank insulation gasified liquefied petroleum gas is used to power a ship or to generate energy.
Fig, 2 zeigt eine Weiterbildung der Gasturbinenanlage nach Figur 1, in der das durch Isolierverluste · vergaste Flüssiggas mit Hilfe des durch Zwangsverdampfung vergasten Flüssiggases Über einen Ejektor gefördert und auf Brennkammerdruck gebracht wird. FIG. 2 shows a further development of the gas turbine system according to FIG. 1, in which the insulation losses gasified liquid gas with the help of the liquid gas gasified by forced evaporation via a Ejector is promoted and brought to combustion chamber pressure.
Fig. 3 zeigt eine Weiterentwicklung der Gasturbinenanlagen nach Figur 1 oder 2, in der das GFlüssiggas für den Betrieb der Gasturbine vorher als Kühlmedium in Wärmetauschern dient, sowie einenFig. 3 shows a further development of the gas turbine systems according to Figure 1 or 2, in which the Gliquid gas previously used as a cooling medium in heat exchangers for the operation of the gas turbine, as well as a
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Wasserabscheider im Abgas.Water separator in the exhaust gas.
, t zeigt eine Gasturbinenanlage» in der das aus einer Zwangsverdampfung sowie das durch Tankisolierver— luste (aus der ständigen Verdampfungsrate der Tanks) vergaste Flüssiggas für den Antrieb eines Schiffes oder zur Energieerzeugung verwendet wird., t shows a gas turbine plant "in which that from forced evaporation as well as that from tank insulation evaporation Luste (from the constant evaporation rate of the tanks) gasified liquid gas for propulsion of a ship or for Energy generation is used.
Verbrennungsluft wird über einen Verdichter 1 im Wär*- metauscher 2 erhitzt und von dort der Brennkammer 3 zugeführt. Die ständige Verdampfungsrate der Ladetanls und/ oder der Vorratstanks 4 wird über einen Verdichter 5 der Brennkammer 3 zugeführt. Zusätzlich wird aus einer Zwangsverdampfungsanlage 6, die aus den Lade- und/oder Vorratstanks 4 nach Bedarf über die Leitung 7 mit flüssigem Gas gespeist wird, die restliche nitwendige Gasmenge der Brennkammer 3 zugeführt. Sie Energie für die Zwangsverdampfungsanlage 6 liefert die Wärme des Abgases der Turbine über einen lärmetauaeher 8, eine Umwälzeinrichtung 9 wälzt für die Zwangsverdampfungsanlage um·Combustion air is heated by a compressor 1 * - Heated exchanger 2 and fed from there to the combustion chamber 3. The constant evaporation rate of the charge tanls and / or the storage tank 4 is fed to the combustion chamber 3 via a compressor 5. In addition, a forced evaporation system is used 6, from the loading and / or storage tanks 4 as required via the line 7 with liquid gas is fed, the remaining necessary amount of gas in the combustion chamber 3 supplied. You energy for the forced evaporation system 6 supplies the heat of the exhaust gas from the turbine via a noise exchanger 8, a circulation device 9 circulates for the forced evaporation system by
Durch Regelung der Zwangsverdampfung wird die für den jeweiligen Betriebszustand der Gesamtanlage notwendige Gesamtgasaenge bereitgestellt. Das mit der Verbrennungsluft in der Brennkammer 3 verbrannte Gas wird Gasturbinen 10a und 10 b nacheinander zugeführt, die als ein- und mehrwellige Anlagen ausgeführt werden können (zweiwellige Ausführung in der Figur 1) und die sowohl die Verdichter 1 und 5 und den Schiffspropeller 11 bzw. Energieerzeuger 12 antreiben. Ober eine Leitung 13 treten die Abgase durch die Wärmetauscher 2 und 8 in einen Abgasstutzen 14·By regulating the forced evaporation, the total amount of gas required for the respective operating state of the overall system is achieved provided. The gas burned with the combustion air in the combustion chamber 3 becomes gas turbines 10a and 10 b supplied one after the other, which can be designed as single and multi-shaft systems (double-shaft design in FIG. 1) and which drive both the compressors 1 and 5 and the ship propeller 11 or energy generator 12. Via a line 13, the exhaust gases pass through the heat exchangers 2 and 8 into an exhaust gas nozzle 14
Figur 2 stellt eine zur Gasturbinenanlage der Figur 1 ähnliche Anlage dar, wobei gleiche Teile beider Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Gasverdichter 5 entfällt, dafür wird mit Hilfe eines Ejektors 15, dessen Treibmittel der Zwangsverdampfungsanlage 6 entnommen wird, das durch Isolierverluste enstehende Gas aus derständigen Verdampfungsrafce der Tanks 4 zur Brennkammer 3FIG. 2 shows a system for the gas turbine system of FIG. 1 A similar system represents, wherein the same parts of both figures are provided with the same reference numerals. The gas compressor 5 is omitted, instead, with the help of an ejector 15, the propellant of which is taken from the forced evaporation system 6, the gas produced by insulation losses is removed from the permanent Evaporation process from tanks 4 to combustion chamber 3
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gefördert.promoted.
Figur 5 stellt eine zu den Gasturbinenanlagen der Iiguren
1 und 2 ähnliche Anlage dar, wobei gleiche Teile der Figuren, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Verbrennungsluft
verdicht er 1 ist durch, zwei Verdichter 1a und 1b ersetzt worden, zwischen denen eine Zwischenkühlung der
Luft in einem Wärmetauscher 16 mit Hilfe des kalten Brenngasen direkt oder über einen Wärmeträger vorgenommen wird,
das aus einer Brenngasleitung 17 über ein Begelorgan 18
entnommen wird, bevor es in die Brennkammer 3 gelangt. In gleicher Weise kann auch durch einen oder mehrere Wärme»
tauscher 19 über ein oder mehrere Eegelorgan(e) 20 Brenngas aus der leitung 1? geleitet werden, um andere Kühlsystese
zu speisen, z.B. Klimaanlagen, COp-Heratellung usw.« Zu
den Abgas wärmet aus ehern 2 oder δ ist ein Wasserabschneider
21 angeordnet.FIG. 5 shows a system similar to the gas turbine systems of Figures 1 and 2, with the same parts in the figures being provided with the same reference numerals. The combustion air compressor 1 has been replaced by two compressors 1a and 1b, between which an intermediate cooling of the air in a heat exchanger 16 is carried out with the help of the cold combustion gases directly or via a heat transfer medium that flows from a combustion gas line 17 via a control element 18
is removed before it enters the combustion chamber 3. In the same way, one or more heat »
Exchanger 19 via one or more control unit (s) 20 fuel gas from line 1? be directed to feed other cooling systems, for example air conditioning, COp Heratellung etc. «A water separator 21 is arranged for the exhaust gas heats out of braces 2 or δ.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere in folgendem:The advantages achieved by the invention are in particular in the following:
1. Keine flüssigen Kraftstoffe oder Heizöle, nur reine
Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Siedepunkt (Hauptbestandteil CHj, dadurch:1. No liquid fuels or heating oils, only pure ones
Hydrocarbons with a low boiling point (main component CHj, thereby:
- reines Abgas aus CO« und HpO,- pure exhaust gas from CO «and HpO,
- keine Beimengen, die bei laupunktunterschreitung
Korrosionsgefahren ergeben (S, V, Mg, Na usw.),- No trash, which occurs when the lauppunkt is undershot
Corrosion hazards result (S, V, Mg, Na etc.),
- Abgaswärme ausnutzung bis unterhalb des Taupunktes
möglich,- Exhaust heat utilization down to below the dew point
possible,
- Ausnutzung der Verdampfungswärme des Wasseranteiles im Abgas,- Utilization of the heat of evaporation of the water content in the exhaust gas,
- Gewinnung von reinem Wasser; (1 kg ClL ergibt mehr- extraction of pure water; (1 kg ClL gives more
als 2 kg HgO bei der Verbrennung).than 2 kg HgO during combustion).
- Dualbrenner für Gas und flüssigen Brennstoff entfallen, dadurch Platzersparnis an den Brennkammern, Portfall der komplizierten KombinatLonsregelung.- There is no need for dual burners for gas and liquid fuel, which saves space on the combustion chambers, Port case of the complicated combination regulation.
2. Brennstoffaufbereitungsanlage entfällt, dadurch geringer Bau- und lYartungsaufwand (Verunreinigungen der Abgase2. Fuel processing system is omitted, therefore less Construction and maintenance costs (pollution of the exhaust gases
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durch Aufbereitungszusätze bei Verwendung von flüssigem Brennstoff können 3 % des Abgasgewichtes betragen).processing additives when using liquid fuel can amount to 3% of the exhaust gas weight).
3. Es wird ein Teil der zur Verflüssigung des Gases aufgewendeten Energie zurückgewonnen·3. Part of the energy used to liquefy the gas is recovered ·
4. Bei dem vom inneren Wirkungsgrad her betrachteten für den Schiffsbetrieb günstigsten Kreislauf mit Zwischenkühlung der Verdichterluft entfällt der nachtteilige Seewasseranschluß. Die Luft wird durch die niedrige Flüssiggas-Temperatur gekühlt, Rückführung der für die Tiefkühlung aufgewendeten Energie.4. When considering the internal efficiency for The circuit with intermediate cooling of the compressor air, which is the most favorable for ship operation, does not have the disadvantageous one Sea water connection. The air is cooled by the low liquid gas temperature, for the recirculation Energy expended in freezing.
5. Ein Dampf kreislauf zur Energieerzeugung ist nicht mehr nötig. Pur Heiz- und Wirtschaftsdampf kann ein entsprechend großer, zuschaltbarer Wärmetauser vorgesehen werden.5. There is no longer a steam cycle for generating energy necessary. Pure heating and economic steam can be used accordingly large, switchable heat exchangers are provided.
6. Durch die vollkommen getrennte und:unabhängige Förderung von Brenngas und Luft ergeben sich Vorteile in der Regelung und Betriebssicherheit. Neben den Vorteilen, daß ein Kompressor zur Förderung des Gases und damit eine Energieverlustquelle und zugleich ein störanfälliges Glied in der Anlage entfällt, bietet sich die Möglichkeit einer guten Regelung, es kann z.B. ein zufälliges Durchfahren der unteren und oberen Zündgrenzgebiete grundsätzlich vermieden werden, und das System kann beliebig belüftet werdene6. By completely separate and: independent funding fuel gas and air result in advantages in terms of control and operational reliability. Besides the advantages that a compressor for conveying the gas and thus a source of energy loss and at the same time a failure-prone one If a link in the system is omitted, there is the possibility of a good control, e.g. a random Driving through the lower and upper ignition limit areas can be avoided in principle, and the system can be used as desired to be ventilated
7. Das Säure- und aschefreie Abgas dieser Anlage trägt zur Reinerhaltung der Luft bei und damit zur Verringerung der Umweltverschmutzung»7. The acid and ash-free exhaust gas from this system helps to keep the air clean and thus to reduce it pollution »
β. Da das Abgas aschefrei ist, sind aufwendige Rußbläsereinheiten und Reinigungsarbeiten an den Färmetauscher nicht mehr erforderlich.β. As the exhaust gas is ash-free, sootblower units are expensive and cleaning work on the heat exchanger is no longer required.
9· Die Gasturbinenanlage in der Verwendung als Hauptantriebsanlage für einen Flüssiggastanker kann das Gas aus der täglichen Verdampfungsrate der Ladung mitverwenden. Es bietet sich hier an, bei der Auslegung des Schiffes die Verdampfungsrate (abhängig von der Auslegung der Isolierung der Ladetanks) so festzulegen,9 · The gas turbine system in use as the main propulsion system for a liquid gas tanker, the gas from the daily evaporation rate of the load. It is advisable to consider the evaporation rate when designing the ship (depending on the design the insulation of the cargo tanks) in such a way that
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daß der größte Teil des Energiebedarfs für den Antrieb des Schiffes mit der täglichen Verdampfungsrate der Ladung gedeckt werden kann und nur ein sehr geringer Prozentsatz einem separaten Flüssiggas-Vorratstank oder aus der Ladung direkt entnommen zu werden braucht, Das bedeutet eine Verbilligung des Schiffes durch Reduzierung der Tankisolierung.that most of the energy required to drive the ship with the daily rate of evaporation of the Charge can be covered and only a very small percentage in a separate liquid gas storage tank or needs to be taken directly from the cargo, This means that the ship is cheaper by reducing it the tank insulation.
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