DE923378C

DE923378C - System for generating compressed useful air

Info

Publication number: DE923378C
Application number: DES28022A
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1951-04-14
Filing date: 1952-04-08
Publication date: 1955-02-10

Description

Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung verdichteter Nutzluft, -deren Nutzluftverdichter durch eine Gasturbinenanlage mit eigenem Verdichter zur Verdichtung ihrer Brennluft angetrieben ist.Plant for generating compressed useful air The invention relates to a system for the generation of compressed useful air, -whose useful air compressor a gas turbine system with its own compressor is driven to compress its combustion air is.

In neuerer Zeit sind Bestrebungen erfolgt, Verbrennungsvorgänge, insbesondere in Hochofenanlagen, durch Erhöhung .des Druckes der Verbrennungsluft zu ,beschleunigen. Die Drücke fallen dabei in den Bereich der Drücke, die auch für den Betrieb von Gasturbinenanlagen genügen. Auch andere druckluftverbrauchende Anlagen können mit solchen Drücken betrieben werden. Solche Drücke ermöglichen nun eine besonders günstige Regelung des durch eine Gasturbinenanlage getriebenen Nutzluftverdichters.Efforts have recently been made, particularly combustion processes in blast furnace systems by increasing the pressure of the combustion air. The pressures fall into the range of pressures that are also required for the operation of Gas turbine systems are sufficient. Other systems that use compressed air can also use such pressures are operated. Such pressures now enable a particularly favorable one Regulation of the useful air compressor driven by a gas turbine system.

Gemäß der Erfindung soll der Verdichter der Gasturbinenanlage einen niedrigeren Druck erzeugen als der Nutzluftverdichter und soll letzterer über eine an sich bekannte, mit einem Regelorgan versehene Abblaseleitung mit d ern Weg der Brennluft der Gasturbinenanlage an einer Stelle nach der Verdichtung auf ihren. höchsten Druck verbunden sein. Zweckmäßig wird die Luft in. den Druckstutzen oder in die anschließende Druckleitung des Gasturbinenverdichters geführt, und zwar vor deren. Eintritt in, den Rekuperator. Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, die Abblaseleitun.g ,in die Leitung der Brennluft zwischen dem Rekuperator und der Brennkammer oder in diese selbst einzuleiten. Die Luft kann in letzterem Fall als Kühlluft der Brennkammerwände dienen.According to the invention, the compressor of the gas turbine system should be a generate lower pressure than the useful air compressor and the latter should have a known per se, provided with a regulating device blow-off line with the path of the Combustion air of the gas turbine system at one point after the compression on their. be connected to the highest pressure. The air is expediently in. The pressure port or out into the subsequent pressure line of the gas turbine compressor, namely before whose. Entry into, the recuperator. In principle, however, it would also be possible to use the Abblaseleitun.g, in the line of the combustion air between the recuperator and the combustion chamber or to initiate them yourself. In the latter case, the air can be used as cooling air Combustion chamber walls serve.

Nachstehend ist ,an Hand der Zeichnung ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Die Anlage 'besitzt einen Nutzluftverdichter r. der durch eine Gasturbinenanlage angetrieben ist. Die Gasturbinernanlage umfa.ßt im wesentlichen den Verdichter 2, die Brennkammer 3, die Gasturbine 4 und den Rekuper:ator 5. Als Brennstoff für die Brennkammer wird ein Gas, z. B. Hochofengas, verwendet, welches durch den Verdichter 6 dem Brenner 7 zugeleitet wird. Dieser Verdichter. ist über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe 8 von der Gasturbine 4 angetrieben.Below is a schematically shown with reference to the drawing Embodiment of the subject invention explained in more detail. the Plant 'has a useful air compressor r. which is driven by a gas turbine plant is. The gas turbine system essentially comprises the compressor 2, the combustion chamber 3, the gas turbine 4 and the recuper: ator 5. As fuel for the combustion chamber a gas, e.g. B. blast furnace gas, which is used by the compressor 6 to the burner 7 is forwarded. This compressor. is via a gear that increases the speed 8 driven by the gas turbine 4.

Der Verdichter 2 ,der Gasturbinenanlage saugt durch die Leitung 9 Luft aus der Atmosphäre an. verdichtet :dieselbe z. B. auf einen Druck von etwa 3 bis 4 atü und fördert sie durch die Leitung io in dien. Rekuperator 5. Hier wird sie durch ,die Abgase der Gasturbine 4 vorgewärmt und dann idurch die Leitung i i 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; 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 Leitung 14 nach außen ab.The compressor 2 of the gas turbine system draws in through the line 9 Air from the atmosphere. condensed: same z. B. to a pressure of about 3 to 4 atü and promotes them through the management io in dien. Recuperator 5. Here is they preheated through, the exhaust gases from the gas turbine 4 and then i through the line i i led into the combustion chamber 3. The fuel gas introduced by the burner 7 burns in the supplied air and heats it up in the process. The resulting gases arrive; by the line 12 in the turbine .4 and after work through the line 13 in the recuperator 5. After they have some of their heat here to the freshly compressed Have transferred air, they flow through the line 14 to the outside.

Zur Regelung der Leistung der Gasturbinena.nlage besitzt die Leitung 15, durch welche das Brenngas dem Brenner 7 zugeführt wird, eine Umgehungsleitung 16, :durch welche je nach Einstellung des Riegelorgans 17 ein Teil des verdichteten Brenngases wieder zum Verdichter 6 zurückströmen kann. Um hierbei eine unzulässige Erwärmung des Gases zu vermeiden, ist in der Leitung 16 ein Kühler 18"angeordnet, welcher das zurückströmende Gas etwa auf die Temperatur des durch :die Leitung i9 zugeführten Gases kühlfit. Auch in der Leitung 15 ist ein Regelorgan 2o angeordnet, durch welches die Riegelurig- noch weiter verfeinert werden kann.To regulate the output of the gas turbine system, the line 15, through which the fuel gas is supplied to the burner 7, a bypass line 16,: by which, depending on the setting of the locking member 17, a part of the compressed Fuel gas can flow back to the compressor 6. To do this an impermissible To avoid heating of the gas, a cooler 18 "is arranged in line 16, which the returning gas to about the temperature of the through: line i9 supplied gas cool fit. A regulating element 2o is also arranged in line 15, through which the Riegelurig- can be refined even further.

Die geschilderte Gasituribimnanilage ist über ein die Drehzahl erhöhendes Getriebe 21 mit dem Nutzluftvexdichter i gekuppelt. Dieser NwtZluftverdichter saugt über die Leitung 22 z. B. aus dem Freien Luft an und fördert sie durch die Leitung 23 zu einer nichtgezeichneten @Verbrauchsstelle, z. B.The described Gasituribimnanilage is about a speed increasing Gearbox 21 coupled to the useful air vex sealer i. This commercial air compressor sucks on line 22 z. B. from the open air and promotes it through the line 23 to an unsigned @ point of consumption, e.g. B.

in einen Hochofen. -Gemäß der Erfindung ist der Vemidiiehter 2 der Gasturbinenanlage so bemessen, daß er einen niedrigeren Druck erzeugt als der Nutzluftverdichter i. Der Nutzluftverdichter ist über die Abblaseleitung 24 mit ,dem Weg edier Brennluft der Gasturbinenanlage a ,n, einer Stelle 25 nach deren Verdichtung .auf .ihren höchsten Druck verbunden. In der Abblaseleitung 24 ist ferner in an sich bekannter Weisse ein Organ 26 angeordnet, welches zur Einsstellung des Durchfiußquerschnittes dient.in a blast furnace. -According to the invention, the Vemidiiehter 2 is the Gas turbine system dimensioned so that it generates a lower pressure than the useful air compressor i. The useful air compressor is via the blow-off line 24 with the path edier combustion air of the gas turbine system a, n, a point 25 after their compression .auf .ihren highest Pressure connected. In the blow-off line 24 is also known per se an organ 26 is arranged, which is used to adjust the flow cross-section.

An- die Abiblaseleitung 24 ist außerdem noch: eine Ablblaseleitung 27 mit einem Regelorgan 28 angeschlossen, durch welche verdichtete Luft an. eine Stelle außerhalb der Anlage, diel einen geringeren Druck :als die Übersitrömleitung aufweist, abgeführt werden kann, Über das Getriebe 29 ist die; Gasturbinenanlagie noch mit seiner elektrischen Maschine 3o gekuppelt, die ihrerseits an ein elektrisches Netz 21 geschaltet ist.In addition to the blow-off line 24 there is also: a blow-off line 27 connected to a control member 28, through which compressed air to. one Place outside the system, which has a lower pressure: than the overflow line has, can be discharged, Via the gear 29 is the; Gas turbine plant still coupled with his electric machine 3o, which in turn is connected to an electric Network 21 is switched.

Durch Einstelleng des Querschnitts des Regelorgans 26 läßt sich auf einfache MTA-ise die durch die. Leitung 23 zur Verbrauchsstelle geförderte Luftmenge dem Bedarf entsprechend festlegen. Wird der Durchflußquerschnitt des Regelorgans 26 verkleinert, -so wird eine größere Menge .der vom Verdichter i geförderten Luft der Verbrauchsstelle zugeführt. Wird umgekehrt der Querschnitt des Regelorgans 26 vergrößert, so strömt eine geringere Menge Luft zur Verbrauchsstelle. Ist das Regslorgan 26 vollständig geöffnet, so Ist der Förderdruck des Nutzluftverdichters i noch um den Druckverlust der Aibblaseleitung 24 höher als der Förderdruck des Verdichters .2 an der Stelle 25. Durch den urgedrosselten Querschnitt strömt dann fidie größtmögliche Menge aus dem Verdichter i in .die Gasturbirnenanlage hinülbew.By adjusting the cross section of the regulating member 26 can be simple MTA-ise through the. Line 23 to the point of consumption promoted air volume as needed. Becomes the flow cross-section of the regulating organ 26 is reduced, -so a larger amount of .the air conveyed by the compressor i fed to the point of consumption. If the cross-section of the regulating member 26 is reversed increased, so a smaller amount of air flows to the point of consumption. Is that Regslorgan 26 is completely open, the delivery pressure of the useful air compressor i is still around the pressure loss of the exhaust line 24 is higher than the delivery pressure of the compressor .2 at point 25. The largest possible flow then flows through the originally throttled cross-section Amount from the compressor i in .the gas turbine system hinülbew.

Will man die durch die Leitung 23 zu der Verbrauchsstelle geführte Luftmenge noch weiter vermindern, so wird das Ventil 28 in, er Abblase-1ei.tung 27 geöffnet, so daß ein noch größerer Teil der Luft ans der Förderleitung 23 abgeführt Wird. Auf diese Art läßt sich innerhalb des normal vorkommenden Betriebsbereichs eine praktisch verluatlosie Regelung erreichen. Dadurch läßt sich die Wirtschaftlichkeit des Betriebes wesentlich ver-. bessern.If you want the led through the line 23 to the consumption point Reduce the amount of air even further, so the valve 28 will blow off 27 is opened so that an even larger part of the air is discharged to the conveying line 23 Will. In this way, it is possible to operate within the normally occurring operating range achieve a practically lossless arrangement. This allows the economy of the company significantly. improve.

Eine weitere Verbesserung der Regelung !ergibt sich noch durch Verwendung einer !elektrischen Maschine 30. Diese Maschine läuft synchron; mit dem Netz 31. ,Erzeugt de, GasturMnenanlage eine größere Leistung, als vom Nutzlufiverdichter 1 g 'braucht wird, so wird der ÜJberschuß in. Form von elektrischer Energie dem Netz 31 zugeführt. Ohne Veränderung der Drehzahl entspricht die Abführung von elektrischer Energie immer der Differenz der Gasturbinenleistung und der vom Nutzluftverdichter verlangten Leistung. Sollte einmal die Leistung der Gasturbinenanliagge kleiner als die vom Verdichter i verlangte Leistung sein, so arbeiftet die elektrische Maschine 30 als Motor und ergänzt idie Turbinenleistung.A further improvement in the regulation results from the use of an electrical machine 30. This machine runs synchronously; with the network 31. If the gas tower system generates a higher output than is required by the useful air compressor 1 g ', the excess is fed to the network 31 in the form of electrical energy. Without changing the speed, the dissipation of electrical energy always corresponds to the difference between the gas turbine output and the output required by the useful air compressor. Should the power of the gas turbine system ever be less than the power required by the compressor i, the electric machine 30 works as a motor and supplements the turbine power.

In den meisten Fällen wind es sich zwar empfehlen, die gesamte Anlage so zu bemessen, da,ß in jedem Betriebsfall durch die elektrische Maschine 30 Leistung dem Netz albgegeben. werden kann. Beim Abschalten. ider elektrischem Maschine kann, die Gastutbinenanlage mit einer von, der Netzfrequlenz unabhängigen größerem. oder kleineren Drehzahl (betrieben werd.In most cases it is advisable to dimension the entire system in such a way that, in every operating case, the electrical machine 30 gives power to the network. can be. When switching off. In the electrical machine, the gas tubing system can be operated with a larger one that is independent of the network frequency. or lower speed (operated.

In der Abblaseleitung 24 könnte noch ein Kühler angeordnet sein, durch Iden der der Gastntthinenanlage noch etwas verbessert werden kann. Außerdem empfiehlt es sich, in dieser Abblaseleitung ein Rückschlagorgan anzuordnen, um ein Rückströmen von Luft aus dem Verdichter 2 nach der Abblaseleitung 27 zu verhindern. Zwischen der Gasturbinenanlage und der elektrischen Maschine 30 kann noch eine ein.- und ausschabbare Schlupfkupplung Ver,%vendung finden, so daß die Drehzahl der Gasturbinenanlage unabhängig von der Netzfrequenz eingestellt werden kann. Diese Kupplung kann als hydraulisches Strömungsgetriebe ausgebildet werden, durch welcheis die Drehzahl und damit das übertragene Drehmoment in geeigneter Weisse vetrände.rt werden kann.. An Stelle eines hydraulischen Getriebes könnte auch ein mechanisches Getriebe verwendet werden. In der Förderleitung des Nutzluftverdichters kann, vorteilhaft in Strömungsrichtung hinter der Abzweigung der Abbl.aseleitung, noch ein Durchflußregelorgan angeordnet sein.A cooler could also be arranged in the blow-off line 24, by means of which the gastrointestinal system can be improved somewhat. It is also advisable to arrange a non-return device in this blow-off line in order to prevent air from flowing back from the compressor 2 to the blow-off line 27. Between the gas turbine system and the electrical machine 30 , a slip clutch that can be scraped in and out can also be used so that the speed of the gas turbine system can be set independently of the network frequency. This clutch can be designed as a hydraulic fluid transmission, through which the speed and thus the transmitted torque can be changed in a suitable manner. Instead of a hydraulic transmission, a mechanical transmission could also be used. In the conveying line of the useful air compressor, a flow control element can also be arranged, advantageously in the direction of flow behind the branch of the exhaust gas line.

Claims

PATENT CLAIM: i. Plant for the production of compressed, outside the useful air required by the system, your useful air compressor through a gas turbine system is driven with serving to compress their combustion air compressor, thereby characterized in that the compressor (2) of the gas turbine system consists of air. the outdoors: sucks in and compresses it to a lower pressure than the useful air compressor (i) that the latter also has an at; known themselves, with a regulating body (26) provided blow-off line (24) with the path (25) of the combustion air of the gas turbine system is connected at one point after its compression to its highest pressure and that finally dex compressor (2) of the gas turbine system additionally with an electric. Machine (30) is coupled, which is connected to an electrical network (31).

2. Plant according to claim i "da; characterized in that the blow-off line (24) with the combustion chamber (3) of the gas turbine system is connected.

3. Plant according to claim i, characterized in that the useful air compressor (i) also has an on known, with a regulating member (28) provided blow-off line (27) with a Body connected outside the plant, which is at least during normal During operation a lower pressure than the delivery pressure of the useful air compressor (i) having.

4. Plant according to claim i, characterized in that in the blow-off line (24) a cooler is arranged.

5. Plant according to claim i, characterized in that that in the blow-off line (24) a non-return member is arranged, which allows an outflow of working fluid from the compressor (2) of the gas turbine system through the blow-off line (24) prevented.

6. Plant according to claim i, characterized in that the useful air compressor (i) via a speed-increasing gear (21) through the gas turbine system is driven.

7. Plant according to claim 4, characterized in that the electrical da.ß Machine (30) through the gas turbine system via a slip clutch that can be switched on and off is driven.