DE704134C - Regelverfahren fuer Anlagen zur Erzeugung von heissen Gasen unter Druck, vornehmlich von heisser Druckluft - Google Patents

Description

• Regelverfahren für Anlagen zur Erzeugung von heißen. Gasen unter Druck, vornehAich von heißer Druck-luft Trotz ihres heute noch bescheidenen Wirkungsgrades eignet sich die Gleichdruckgasturbine zum Antrieb von Verdichtern zur Lieferung von heißer Druckluft, wie sie z. B. in chemischen oder Hüttenwerksbetrieben gebraucht wird, da der Gasturbinenantrieb sehr einfach wird. Es können nämlich als Treibgase der Gasturbine die gleichen Gase verwendet werden, die zum Erhitzen der verdichteten Luft dienen, sofern man Luft- oder Winderhitzer auch heizgasseitig unter Druck betreibt, also auflädt. Brennkammer des Lufterhitzers und der Gasturbine sind dann gemeinsam. Noch einfacher und wirtschaftlicher wird die Anlage, wenn man auch das Windgebläse (den Nutzluftverdichter) und den Verdichter für die Brennluft zur Heizgas- und Treibgasherstellung vereinigt. Es lassen sich dann Regelverfahren ermöglichen, die sich ebenfalls durch Einfachheit auszeichnen und den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden. Das erfinderische Neue des Regelverfahrens besteht darin, daß Temperatur, Druck und Menge der Nutzluft dadurch geregelt werden, daß mittels eines Thermostaten ein Ventil betätigt wird, durch das das Verhältnis der durch die gemeinsame Brennkammer und der durch eine Umgehungsleitung unmittelbar zur Gasturbine gehenden Luftmenge geändert wird, worauf die hierdurch bewirkte Drehzahl- und Leistungsänderung der Gasturbine eine Änderung der Luftlieferung zur Folge hat, die über einen Mengenmesser den Brennstoff regelt.
• Die Regelung von selbständigen Gasturbinen durch einen Thermostaten, wobei dieser Thermostat z. B. in der Abgasleitung eingebaut sein kann und unmittelbar auf den Brennstoff einwirkt, war bekannt. Man hat auch bereits vorgeschlagen, bei selbständigen Gasturbinen oder Gasturbinen, die die Ladegruppe zu druckgefeuerten- Dampfkesseln oder ähnlichen Einrichtungen antreiben, die Verbrennungstemperatur oder die Treibgastemperatur dadurch zu regeln, daß man der Gasturbine kalte Luft unmittelbar zuführte, deren Menge durch einen Thermostaten bestimmt wird. In allen Fällen ist die den Thermostaten in Tätigkeit setzende Temperatur die Temperatur des in ' die Gasturbine eintretenden oder diese Turbine verlassenden Treibgasstromes. Bei dem vorliegenden Vorschlag handelt es sich dagegen nicht um eine Gasturbine allein, sondern um eine Anlage zur Erzeugung von vornehmlich Druckluft, die in einer bestimmten Menge und mit einer bestimmten Temperatur geliefert werden soll und bei welcher zur Aufheizung der Gasturbinentreibgase und der Nutzluft die gleichen Heizeinrichtungen verwendet werden. Entsprechend der Aufgabe, Nutzluft in einer bestimmten Menge und mit einer be- stimmten Temperatur zu liefern, gehen auch die Impulse der Regelung von Meßeinrichtungen aus, die an der Lieferstelle der Nutzluft eingebaut sind.
• In Abb. i ist eine Anlage mit den zur Durchführung des Regelverfahrens nötigen Einzelheiten schaltbildlich dargestellt. Es ist i die eigentliche Gasturbine, 2 der für die Lieferung des Windes (der Nutzluft) und der Brennluft gemeinsame Verdichter. 3 ist ein Gasgeblä ' se, wenn als Brennstoff Gas, z. B. Hochofengas, verwendet wird. 4 ist die gemeinsame Brennkarm-ner für Wind- und Treibgaserhitzung, die meist auch mit den Heizflächen 5 der Winderhitzeroberstufe zusammengebaut wird.
• Die im Verdichter:2 erzeugte Druckluft wird erst durch einen Vorwärmer 6 geleitet, der von den Abgasen der Gasturbine i geheizt ist, dann spaltet sich der Luftstrom. Ein Teil geht bei 7 als Nutzluft durch den Lufterhitzer, einzweiterTeil dient alsBrennluft und geht durch Brenner 8 in die Brennkammer und von dort, nach Abgabe eines Teiles seiner Wärme, als Treibgas zur Gasturbine, ein dritter Teil wird durch eine Umgehungsleitungg unmittelbar zur Gasturbine geleitet. Diese Umgehungsleitung 9 ist nun mit einem Regelventil io versehen, dessen Stellung durch einen Thermostaten ii beeinflußt wird, der am Austritt der Heißluft aus dem Winderhitzer eingebaut ist. Im allgemeinen wird die Temperatur des Heißwindes und erst recht die Austrittstemperatur der Heizgase aus dem Lufterhitzer höher sein als die Temperatur, die die Treibgase vor der Gasturbine haben dürfen. Es wird daher stets ein gewisser Luftbetrag durch die Umgehungsleitung als Kühlluft zur Gasturbine strömen. Weicht die Temperatur des Heißwindes von der verlangten ab, ist sie z. B. zu niedrig, so öffnet der Thermostat i i das Ventil io, so daß nun weniger Luft durch Brennkammer und Winderhitzer,' aber noch mehr durch die Umgehungsleitung strörnt. Es steigt die Windtemperatur, da die Heizgastemperatur höher wurde, die zu erhitzende Luftmenge aber abnahm. Diese Abnahme der Windmenge hat zur Folge, daß der Mengenmesser 12 nun einen Fehlbetrag anzeigt und die Brennstoffzufuhr bei 13 erhöht. Damit gelangt mehr Brennstoff in die Brennkammer, es wird nun auch die Treibgastemperatur erhöht und eine Erhöhung von Leistung und Drehzahl der Gasturbine herbeigeführt. Der Verdichter wird mehr Luft liefern, bis der Mengenmesser 12 wieder die richtige Menge angibt. Gleichzeitig führt der Thermostat i i das Regelventil io der Umgehungsleitung 5 in seine alte Lage zurück.
• Bei 'unrichtiger Menge findet der Regelvorgang in entsprechender ähnlicher Weise statt. Bei zuviel Luft wird z. B. durch den Mengenmesser 12 die Brennstoffzufuhr vermindert. Die sämtlichen Temperaturen nehmen ab. Damit nimmt auch die Leistung der Gasturbine und die Luftlieferung ab. Gleichzeitig wird durch den Thermostaten i i die Lufttemperatur überwacht und ihre Ab- weichung von dem gewünsthten Wert mit dem Regelventil io , durch Umgehungsluft ausgeglichen.
• Für die Brennstoffregelung stehen verschiedene Möglichkeiten offen. Man kann x. B. bei Gasfeuerung den von der Gasturbine angetriebenen Gasverdichter 3 durch ein Drosselventil 13 regeln, man kann die Gasmenge aber auch durch ein Überströrnventil einstellen. Man kann ferner das Gasgebläse auch von einem besonderen Motor antreiben und diesen regeln (16 der Abb. 2).
• Der Anschluß der Impulsgeber mit den Regeleinrichtungen kann auch vertauscht werden; so kann z. B. die Brennstoffmenge vom -Thermostaten ii, die umgeführte Luftmenge durch den Mengenmesser 12 geregelt werden, die Reihenfolge der Regelvorgänge wird damit geändert, das Ergebnis bleibt aber das gleiche.
• Bei gewissen Anlagen wird nicht die Einstellung der Heißwindmenge, sondern die des Druckes verlangt sein. Für diesen Fall wird der Mengenmesser 1:2 durch einen Druckmesser ersetzt, der entweder auf die Brennstoffmenge oder auf die umgeführte Luftmenge einwirkt.
• Um den Drosselverlust im Überstromventil zu vermeiden, kann bei größeren Strömungswiderständen in Brennkammer und Wärmeaustauscher die Luft für die Umgehungsleitung auch aus einer niedrigeren Druckstufe des Verdichters entnommen werden (Leitung 17 bzw. 17'). Es ließe sich das Regelgefälle auch durch Arbeitsleistung z. B. in einer besonderen Vorschaltturbine oder einem derHauptturbine vorgeschaltetenRade aufbrauchen. Die Mengenregelung erfolgt dann am besten durch Zu- oder Abschalten von Düsen.
• Abb. 2 zeigt schaltbildlich den Fall einer mit der Hauptturbine i gekuppelten Vorschaltturbine 14. Die Düsen 15 werden der Reihe nach durch den Thermostaten ii geöffnet. Als Antrieb der Brennstoffpurnpe oder des Brennstoffgebläses 3 dient ein Motor 16, dessen Drehzahl z. B. vom Mengenregler 12 geregelt wird.
• Es -kann auch von Vorteil sein, den Druck des Treibgases der Gasturbine, d. h. also die Brennluft und die Mischluft oder die Brennluft allein höher zu halten als den Druck der Nutzluft. In diesem Falle wird die Nutzluft abgezapft oder Brennluft und Mischluft oder nur die Brennluft in einer weiteren Stufe oder einem besonderen Gebläse nachverdichtet. Auch bei verschiedenen Drücken der verschiedenen Luftanteile kann ,ein gemeinsamer Luftvorwärmer verwendet werden, wenn dessen luftseitige Sammelräume entsprechend abgetrennt werden, wie in Abb. i bei 18 bzw. 18' gezeigt ist.
• Z>

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Regelverfahren für Anlagen zur Erzeugung von heißen Gasen unter Druck, vornehmlich von heißer Druckluft, bei denen zum Antrieb des Verdichters eine Gasturbine dient und bei welchen eine gemeinsame Bredhkammer zur Erzeitgung der Heizgase für die Erwärmung der Druckluft und zur Erzeugung der 1. Treibgase der Gasturbine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatur, Druck und Menge der Nutzluft dadurch geregelt werden, daß mittel§ eines durch Thermostat (ii) betätigten Ventils (io) ein bestimmter Teil der verdichtetenLuft unmittelbar zurGasturbine geleitet und durch die sich hierdurch infolge Drehzahl- und Leistungsänderung der Turbine ergebende und durch einen Mengenmesser - (12) bestimmte Luftmenge der Brennstoff geregelt wird 2. Regelverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat (ii) den Brennstoff, der Mengenmesser (1:2). die unmittelbar zur Gasturbine geführte Luftmenge regelt. 3. Regelverfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung des unmittelbar zur Gasturbine strömenden Luftanteiles (die Mischluft) durch eine Vorschaltturbine oder ein Vorschaltrad erfolgt und die Menge des Luftanteiles durch Düsenventile geregelt wird, die durch den Thermostaten (ii) betätigt werden. 4. Regelverfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Drosselverlusten der unmittelbar zur Gasturbine strömende Luftanteil (die Mischluft) einer Stufe niedrigeren Druckes des Verdichters entnommen wird. 5. Regelverfahren nach Anspi#uch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Gasturbine erforderliche Treibgas, also Urennluft und Mischluft, oder die Brennluft allein höheren Druck erhalten als die Nutzluft.