Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft. Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft, deren Nutz luftverdichter durch eine Cvasturbinenanlage mit eigenem Verdichter zur Verdichtung ihres Arbeitsmittels angetrieben ist.
Die Erfindung besteht darin, dass der Nutzluftverdichter über eine zur Regelung des Betriebes dienende Leitung mit. einer Zwischenstufe des Verdich- tex:s der Gasturbinenanlage verbunden ist, welehe Zwischenstufe mindestens zeitweise während des Betriebes einen niedrigeren Druck aufweist, als am Eintritt in diese Regel leitung herrscht und dass in der Regelleitung ein Organ zur Einstellung des Durchfluss- querschnittes angeordnet ist.
Der Nutzluftverdichter kann ausserdem über eine Abführleitung_ mit einer Stelle ausserhalb der Anlage verbunden sein, die einen niedrigeren Druck aufweist, als am Ein tritt in diese Abführleitung herrscht. Auch kann in der Abführleitung ein Organ zur Einstellung des Durchfhzssquerschnittes ange ordnet sein. Der Verdichter der Gasturbinen anlage kann auch zusätzlich mit einer elek- trisehen Maschine gekuppelt sein, welche an ein elektrisches Netz geschaltet ist.
In der Re- ,relleitung kann ein Kühler und gegebenenfalls ein Riickschlagorgan angeordnet sein, welch letzteres ein Abströmen von Arbeitsmittel aus dem Verdiehter der Gasturbinenanlage ver hindert. In der Förderleitung des Nutzluftver- diehters wird zweckmässig ein Organ zur Ein- Stellung des Durchflussquersehnittes angeord net. In bestimmten Fällen kann der Nutzluft verdichter über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe durch die Gasturbinenanlage ange trieben werden.
Die elektrische Maschine kann über ein ein- und ausschaltbares Wechsel getriebe durch die Gasturbinenanlage ange trieben werden.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erste Anlage und Fig. 2 eine weitere Anlage mit einer Reihe von Ergänzungen.
Die Anlagen nach Fig. 1 und 2 besitzen einen Nutzhlftverdichter 1, der durch eine Gasturbinenanlage angetrieben ist. Die Gas turbinenanlage umfasst im wesentlichen den Verdichter 2, die Brennkammer 3, die Gas turbine 4 und den Rekuperator 5. Als Brenn stoff für die Brennkammer wird ein Gas, zum Beispiel Hochofengas, verwendet, welches durch den Verdichter 6 dem Brenner 7 zuge leitet wird. Dieser Verdichter ist über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe 8 von der Gasturbine 4 angetrieben.
Der Verdichter 2 der Gasturbinenanlage saugt durch die Leitung 9 Verbrennungsluft an, verdichtet dieselbe und fördert sie über die Leitung 10 in den Rekuperator 5. Hier wird sie durch die Abgase der Gasturbine 4 vorgewärmt und dann durch die Leitung<B>11</B> in die Brennkammer 3 geführt. Das durch den Brenner 7 eingeführte Brenngas verbrennt in der zugeführten Luft und erhitzt. sie dabei. Die entstehenden Gase gelangen dann durch die Leitung 12 in die Turbine 4 und nach Arbeitsleistung durch die Leitung 13 in den Rekuperator 5.
Nachdem sie hier einen Teil ihrer Wärme an die frisch verdichtete Luft übertragen haben, strömen sie durch die Lei tung 14 aus der Gasturbinenanlage ab.
Zur Regelung der Leistung der Gastur binena.nlage besitzt. die Leitung 15, durch welche das Brenngas dem Brenner 7 zugeführt wird, eine Umgehungsleitung 16, durch welche je nach Einstellung des Regelorganes 17 ein Teil des verdichteten Brenngases wieder dem Verdichter 6 zurückgeführt werden kann. Um hierbei eine unzulässige Erwärmung zu ver meiden, ist in der Leitung 16 ein Kühler 18 angeordnet, welcher die rückgeführten Gase etwa auf die Temperatur der durch die Lei tung 19 zugeführten Gase abkühlt. Auch in der Leitung 1'5 ist ein Regelorgan 20 angeord net, durch welches die Regelung weiter noch verfeinert werden kann.
Die geschilderte Gasturbinenanlage ist über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe 21 mit dem Nutzluftv erdichter 1 gekuppelt. Dieser Nutzluftverdichter saugt durch die Leitung ??, zum Beispiel aus dem Freien, Luft an und fördert sie durch die Leitung 23 zu einer nicht. gezeichneten Verbrauchsstelle, zum Bei spiel als Verbrennungsluft in einen. Hoch ofen.
Gemäss der Erfindung ist der Nutzluft- verdiehter 1 über die zur Regelung dienende Leitung 2-1 mit einer Zwischenstufe 2'5 des Verdichters 2 der Gasturbinenanlage verbun den. Diese Zwischenstufe weist mindestens zeitweise während des Betriebes, für den die Anlage bestimmt. und ausgelegt ist, einen nied rigeren Druck auf, als am Eintritt in die Re gelleitung herrscht. Ferner ist in der Regel leitung ein Organ 26 angeordnet, welches zur Einstellung des Durchflussquersehnittes dient.
An die Regelleitung 24 ist ausserdem noch eine Abströmleitung 27 mit einem Regelorgan 28 angeschlossen, durch welche verdichtete Luft an eine Stelle ausserhalb der Anlage, die einen geringeren Druck als die Abströmlei- tung am Eintritt aufweist, abgeführt werden kann.
Ausserdem ist die Gasturbinenanlage über das Getriebe 29 auch mit einer elektrischen Maschine 30 gekuppelt, die ihrerseits an ein elektrisches Netz 31 geschaltet ist.
Durch Einstellung des Querschnittes des Regelorganes 26 lässt sieh auf einfache Weise die durch die Leitung 23 zur Verbrauchsstelle geförderte Luftmenge innerhalb der ge wünschten Grenze festlegen. Wird das Regel organ 26 mehr geschlossen, so wird ein grö sserer Anteil der vom Verdichter 1 geförder ten Luft der Verbrauchsstelle zugeführt. Wird umgekehrt der Querschnitt des Regelorganes 26 vergrössert, so strömt eine geringere Menge Luft zur Verbrauchsstelle. Ist das Regelorgan 26 vollständig geöffnet, so vermindert sich wohl der Förderdruck des Nutzluftverdichters 1.
Trotzdem strömt dann die grösstmögliche Menge aus dem Verdichter 1 in den Ver dichter 2 über, weil der Querschnitt. des Re- gelorganes entsprechend vergrössert ist. Will man die durch die Leitung 23 zu den Ver brauchsstellen geführte Luftmenge noch wei ter vermindern, so wird das Ventil 28 in der Abströmleitung 27 geöffnet, so dass ein Teil der Luft aus der Anlage abgeführt. wird. Auf diese Art lässt sieh innerhalb des nor mal vorkommenden Betriebsbereiches eine praktisch verlustlose Regelung der Nutzliift- menge erreichen. Dadurch lässt sieh die Wirt schaftlichkeit des Betriebes wesentlich ver bessern.
Eine weitere Vereinfachung der Regelung ergibt sieh noch durch die elektrische Ma schine 30. Diese Maschine läuft synchron mit dem Netz 31. Erzeugt die Gasturbinenanlage eine grössere Leistung, als vom Nutzluftver- dichter 1 gebraucht wird, so wird der Über- schuss in der Form von elektrischer Energie dem Netz 31 zugeführt.
Ohne irgendwelche Regeleinflüsse passt sieh die Abführung von elektrischer Energie immer der Differenz der Gasturbinenleistung und der vom Nutzluft verdichter verlangten Leistung an, Sollte ein mal die Leistung der Gasturbinenanlage klei ner als die vom Verdichter 1 verlangte Lei stung sein, so arbeitet die elektrische Maschine 30 als Motor und ergänzt den Leistungsman gel. In den meisten Fällen wird es sieh zwar empfehlen, die gesamte Anlage so zu be messen, dass in jedem Betriebsfall durch die elektrische Maschine 30 Leistung dem Netz abgegeben werden kann.
Beim Abschalten der elektrischen Maschine kann die Gasturbinen anlage mit. einer von der Netzfrequenz unab hängigen grösseren oder kleineren Drehzahl betrieben werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt, kann in der Regel leitung 24 noch ein Kühler 32. angeordnet sein, durch den der Wirkungsgrad der Gasturbinen anlage noch etwas verbessert werden kann. Ausserdem empfiehlt es sieh, ein Rückschlag- organ 33 in der Leitung 24 anzuordnen, um ein Rückströmen von Luft aus dem Verdich ter 2 nach der Abführleitung 2:7 zu verhin dern.
Der Brenngasverdiehter 6 kann noch mit einer Rekuperationsturbine 34 ausgerüstet werden, die in der Umführungsleitung 16 anzuordnen ist. Durch diese Massnahme kann der Wirkungsgrad der Brenngasförderung noch etwas verbessert werden. Schliesslich kann zwischen der Gasturbinenanlage und der elektrischen Maschine 30 noch ein ein- und sussehaltbares Wechselgetriebe 35 Verwen dung finden, so da.ss der Betrieb der Gastur binenanlage unabhängig von der Netzfre quenz eingestellt werden kann.
Dieses Getriebe <B>35</B> kann als hydraulisches Strömungsgetriebe ausgebildet werden, durch welches die Dreh zahl und damit das übertragene Drehmoment in geeigneter Weise verändert. werden kann. An Stelle eines hydraulischen Getriebes könnte auch ein mechanisches Getriebe ver wendet werden.
In der Förderleitung 23 kann noch ein Regelorgan 36 angeordnet sein. Selbstverständlich kann die Gasturbinen anlage auch mit anderem Brennstoff, zum Beispiel mit Kohle oder Öl, betrieben werden. Bei Verwendung von Kohle würde diese zweckmässig in Staubform verwendet.
System for generating compressed useful air. The invention relates to a system for generating compressed useful air, the useful air compressor is driven by a Cvasturbinenanlage with its own compressor for compressing its working medium.
The invention consists in that the useful air compressor via a line serving to regulate the operation. an intermediate stage of the compression tex: s of the gas turbine system is connected, which intermediate stage at least temporarily during operation has a lower pressure than prevails at the entry into this control line and that an element for adjusting the flow cross-section is arranged in the control line.
The useful air compressor can also be connected via a discharge line to a point outside the system which has a lower pressure than the pressure that occurs at the inlet into this discharge line. An organ for adjusting the flow cross-section can also be arranged in the discharge line. The compressor of the gas turbine system can also be coupled to an electrical machine which is connected to an electrical network.
In the return line, a cooler and, if necessary, a non-return device can be arranged, which the latter prevents an outflow of working medium from the twisted part of the gas turbine system. An organ for setting the flow cross section is expediently arranged in the conveying line of the useful air compressor. In certain cases, the useful air compressor can be driven through the gas turbine system via a gear unit that increases the speed.
The electric machine can be driven by the gas turbine system via a change gear that can be switched on and off.
The invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments of the subject matter of the invention.
FIG. 1 shows a first system and FIG. 2 shows another system with a number of additions.
The systems according to FIGS. 1 and 2 have a useful air compressor 1 which is driven by a gas turbine system. The gas turbine system essentially comprises the compressor 2, the combustion chamber 3, the gas turbine 4 and the recuperator 5. A gas, for example blast furnace gas, is used as the fuel for the combustion chamber and is fed through the compressor 6 to the burner 7 . This compressor is driven by the gas turbine 4 via a gear 8 increasing the speed.
The compressor 2 of the gas turbine system sucks in combustion air through the line 9, compresses it and conveys it via the line 10 to the recuperator 5. Here it is preheated by the exhaust gases from the gas turbine 4 and then through the line 11 guided into the combustion chamber 3. The fuel gas introduced by the burner 7 burns in the supplied air and is heated. them with it. The resulting gases then pass through line 12 into turbine 4 and, after work, through line 13 into recuperator 5.
After they have transferred part of their heat to the freshly compressed air here, they flow through the device 14 from the gas turbine system.
To regulate the output of the Gastur binena.nlage owns. the line 15 through which the fuel gas is fed to the burner 7, a bypass line 16 through which, depending on the setting of the control element 17, part of the compressed fuel gas can be returned to the compressor 6. In order to avoid inadmissible heating ver, a cooler 18 is arranged in the line 16, which cools the recycled gases approximately to the temperature of the gases fed through the device 19. A regulating element 20 is also arranged in the line 1'5, by means of which the regulation can be further refined.
The described gas turbine system is coupled to the air compressor 1 via a gear unit 21 increasing the speed. This useful air compressor sucks in air through the line, for example from the open air, and does not convey it through the line 23 to one. drawn consumption point, for example as combustion air in one. High oven.
According to the invention, the useful air condenser 1 is connected to an intermediate stage 2'5 of the compressor 2 of the gas turbine system via the line 2-1 serving for regulation. This intermediate stage has at least temporarily during the operation for which the plant is intended. and is designed to have a lower pressure than that prevails at the inlet to the control line. Furthermore, an organ 26 is usually arranged line, which is used to adjust the flow cross section.
A discharge line 27 with a control element 28 is also connected to the control line 24, through which compressed air can be discharged to a point outside the system which has a lower pressure than the discharge line at the inlet.
In addition, the gas turbine system is also coupled to an electrical machine 30 via the transmission 29, which in turn is connected to an electrical network 31.
By adjusting the cross section of the control member 26 can see in a simple manner the amount of air conveyed through the line 23 to the point of consumption set within the ge desired limit. If the control organ 26 is closed more, a larger proportion of the air conveyed by the compressor 1 is supplied to the point of consumption. Conversely, if the cross-section of the regulating member 26 is enlarged, a smaller amount of air flows to the point of consumption. If the regulating element 26 is completely open, the delivery pressure of the useful air compressor 1 is likely to decrease.
Nevertheless, the largest possible amount then flows from the compressor 1 into the Ver denser 2, because the cross section. of the regulating member is enlarged accordingly. If you want to reduce the amount of air passed through line 23 to the points of consumption, the valve 28 in the outflow line 27 is opened so that some of the air is discharged from the system. becomes. In this way, within the normal operating range, a practically lossless control of the useful air volume can be achieved. As a result, the profitability of the company can be improved significantly.
A further simplification of the regulation results from the electrical machine 30. This machine runs synchronously with the network 31. If the gas turbine system generates a greater power than is required by the useful air compressor 1, the excess is in the form of electrical energy supplied to the network 31.
Without any control influences, the removal of electrical energy always adjusts to the difference between the gas turbine output and the output required by the useful air compressor. Should the output of the gas turbine system be less than the output required by the compressor 1, the electrical machine 30 works as a Motor and supplements the lack of power. In most cases, it is recommended to measure the entire system so that in every operating case the electrical machine 30 can deliver power to the network.
When the electrical machine is switched off, the gas turbine can also be installed. be operated at a higher or lower speed independent of the mains frequency.
As shown in Fig. 2, a cooler 32 can be arranged in the rule line 24, through which the efficiency of the gas turbine system can be improved somewhat. In addition, it is recommended to arrange a non-return member 33 in the line 24 in order to prevent a backflow of air from the compressor 2 to the discharge line 2: 7.
The fuel gas dispenser 6 can also be equipped with a recuperation turbine 34, which is to be arranged in the bypass line 16. With this measure, the efficiency of the fuel gas delivery can be improved somewhat. Finally, between the gas turbine system and the electrical machine 30, a variable-speed gearbox 35 that can be locked in and out can be used so that the operation of the gas turbine system can be set independently of the mains frequency.
This transmission <B> 35 </B> can be designed as a hydraulic fluid transmission through which the speed and thus the transmitted torque changes in a suitable manner. can be. Instead of a hydraulic transmission, a mechanical transmission could also be used.
A regulating element 36 can also be arranged in the delivery line 23. Of course, the gas turbine system can also be operated with other fuels, such as coal or oil. If charcoal is used, it would expediently be used in the form of dust.