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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 31. Mai 1952 B'ekanntgemacht am 4. Oktober 1956Registration date: May 31, 1952 Published on October 4, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung betrifft Gasturbinenanlagen! zur Erzeugung eines kontinuierlichen Heißdruckluftstromes. . ..,The invention relates to gas turbine systems! to generate a continuous stream of hot compressed air. . ..,

Ein Hauptanwendungsgebiet solcher Anlagen. ist die Heißwindbelieferung von Hochöfen oder sonstigen Schmelzöfen; doch kommen auch andere Anwendungsgebiete in Betracht, beispielsweise chemische Verfahren, bei denen eine kontinuierliche Förderung von heißer Druckluft benötigt wird.A main area of application for such systems. is the hot blast supply of blast furnaces or other melting furnaces; however, other areas of application also come into consideration, for example chemical processes that require continuous delivery of hot compressed air.

ίο Ein moderner Hochofen muß kontinuierlich mehrere Jahre lang in Betrieb sein und kann nahezu 45 kg/sec erhitzter Luft, beispielsweise von 650° C und mit einem Druck von etwa 2 kg/cm², verbrauchen. Zur Zeit ist es durchaus üblich, in Stahlwerken nahezu die Hälfte des Hochofengases für den Antrieb der Gebläse und für das Erwärmen der Luft zu benutzen. Der Grundibrennstoff für derartige. Werke ist Koks, so daß selbst eine kleine Verbesserung des Wirkungsgrades der Gebläseanlagen eine erhebliehe Einsparung an Koks zur Folge hat. In den modernen Stahlwerken besteht die Gebläseanlage aus Zentrifugalgebläsen, welche über Dampfturbinen angetrieben werden', während die Luftvorwärmung in großen Regeneraitiverhitzern, bekannt als Cowperwinderhitzer, vor sich geht.ίο A modern blast furnace has to be in operation continuously for several years and can consume almost 45 kg / sec of heated air, for example at 650 ° C and at a pressure of about 2 kg / cm ^2. It is currently quite common to use almost half of the blast furnace gas in steelworks to drive the fans and to heat the air. The basic fuel for such. Works is coke, so that even a small improvement in the efficiency of the blower systems results in a considerable saving in coke. In modern steel mills, the fan system consists of centrifugal fans driven by steam turbines, while the air is preheated in large regenerative heaters known as cowper winders.

Die Hilfsanlage besteht daher oft aus a) drei Regenerativwinderhitzern, . von denen zwei normalerweise in Betrieb sind ^: und ,einer als Reserve dient, und zwar je mit Gebläsen und Umschalt-The auxiliary system therefore often consists of a) three regenerative heater,. two of which are normally in operation ^: and, one serves as a reserve, each with fans and switchover

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ventilen, b) zwei Dampfkesseln, einer in Betrieb und einer als Reserve, c) einem Kondensatordampfturbogebläse, d) einem Kühlturm, wenn keine ausreichende Wasserbelieferung zur Verfügung steht. Der in den letzten Jahren erfolgte Fortschritt im Bau von Gasturbinen veranlaßt, den Ersatz von solchen Hochofenwindgebläseeinrichtungen durch Gasturbinenanlagen zu betrachten. Es sind Vorschläge bekanntgeworden, die Zentrifugadgeblase von einer Gasturbine statt einer Dampfturbine antreiben, zu lassen, ferner Brenngase, nachdem sie etwas in einer Gasturbine entspannt worden sind, als Heißwind auszunutzen und schließlich einen Luftiverdichter in einer Zwischenstufe anzuzapfen öder den Ausgang eines Luftverdichters zu unterteilen, uim einen Luftstrom zu erzeugen, welcher später als Heißwind zur Anwendung kommt. Derartige Vorschläge haben die Cowperwinderhiitzer beibehalten, wenn auch andererseiits verschiedene abweichende Erhitzerausführungsiformen vorgeschlagen und bekannt wurden. Die meisten bekannten Vorschläge betrafen verwickelte Arbeitskreisläufe mit Zweiwellenanlagen. Um wirtschaftlich zu sein, erscheint es jedocherforderlich, daß Gasturbinenanlagen für die Belieferung eines Hochofens mit Wind nicht nur die Regenerativerhitzer entbehrlich machen müssen, sondern daß sie eine ebenso gute Liefercharakiteristik aufweisen müssen wie die jetzt benützten, von Dampfturbinen angetriebenen Gebläse. Sie müssen ferner ein gutes Teillastverhalten haben, anpassungsfähig im Betrieb und schließlich so einfach wie möglich sein. Erfindungsgemäß setzt sich eine Gasturbinenanlage für die Erzeugung eines kontinuierlichen Heißdruckluftstromes, z. B. eines Hochofenheißwindes, zusammen aus einer Strömungsverdichtereinrichtung, deren Fördermenge stromabwärts derselben in verschiedene Ströme aufgeteilt wird, aus einem kontinuierlich betriebenen indirekten, Luftwärmer zur Erhitzung des einen Teilluftstromes, der als heiße Nutzdruckluft der Anlage entnommen wird, aus einer Wärmequelle für den Luftwärmer, aus wenigstens einer Brennkammer, welche durch den anderen Teilluftstrom mit Brennluft versorgt wird, und aus einer Gasturbine, in weither die Verbrennungsgase der Brennkammer entspannt werden und welche die Verdichter antreibt. Die Anlage ist in erster Linie durch eine Lufttiurbine gekennzeichnet, im welcher die Nutzdruckluft auf einen beträchtlich unter dem. Druck der Verbrennungsluft liegenden Druck entspannt wird.valves, b) two steam boilers, one in operation and one as a reserve, c) a condenser steam turbo fan, d) a cooling tower if there is insufficient water supply. The progress made in recent years in the construction of gas turbines prompted the replacement of such blast furnace wind blower devices to be considered by gas turbine plants. Proposals have become known, the centrifugal blower to be driven by a gas turbine instead of a steam turbine, furthermore fuel gases after they have been somewhat relaxed in a gas turbine to take advantage of and as hot wind finally an air compressor in an intermediate stage to tap or to divide the output of an air compressor into an air stream generate, which is later used as a hot blast. Such proposals have the Maintain cowperwinder heater, albeit differently various alternative heater designs have been proposed and known. Most of the known proposals concerned intricate working cycles with two-shaft systems. In order to be economical, however, it appears necessary that gas turbine systems for the supply of a blast furnace with wind not only the regenerative heater must make dispensable, but that they have just as good delivery characteristics must like the fans now in use, driven by steam turbines. You must also have a good one Have partial load behavior, be adaptable in operation and ultimately be as simple as possible. According to the invention, a gas turbine system is used to generate a continuous Hot compressed air stream, z. B. a blast furnace hot wind, together from a flow compressor device, the delivery rate of which is divided into different streams downstream thereof a continuously operated indirect air heater for heating one part of the air stream, which is taken from the system as hot usable compressed air, from a heat source for the air heater, from at least one combustion chamber, which is supplied with combustion air by the other partial air flow is, and from a gas turbine, in far the combustion gases of the combustion chamber are expanded and which drives the compressors. The system is primarily characterized by an air turbine, in which the useful air pressure is considerably below the. Combustion air pressure lying pressure is relaxed.

Die Luftturbine kann auch zum Verdichterantrieb herangezogen werden und wird vorzugsweise im* Arbeitskreislauf stromaufwärts des Luftwärmers angeordnet.The air turbine can also be used to drive the compressor and is preferred arranged in the * working circuit upstream of the air heater.

Eine zweite Brennkammer, welche Verbrennungsgase für die Turbine 'liefert, ist vorgesehen. Von den beiden Brennkammern erzeugt die erste ebenfalls Heißgase für die Erwärmung der Nutzdruckluft im Luftwärmer. Die erste Brennkammer, der Luftwärmer und die zweite Brennkammer sind in Reihe hintereinandergeschaltet. Alternativ kann die zweite Brennkammer unmittelbare Luft von der Verdichtereinrichtung her über eine weitere-Leitung erhalten.A second combustion chamber which supplies combustion gases for the turbine is provided. The first of the two combustion chambers also generates hot gases for heating the useful compressed air in the air heater. The first combustion chamber, the air heater and the second combustion chamber are connected in series. Alternatively, the second combustion chamber can have direct air from the compressor device via another line receive.

In der schweizerfischen Patentschrift 244 430 ist die Verwendung einer Gasturbinenanlage zum Antrieb eines Verdichters beschrieben, der einen nicht unterteilten Ausgang aufweist. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Anlage, deren Verdichterfördermenge nicht unterteilt wird, dadurch, daß die Fördermenge in Teilströme zerlegt wird, und bringt außerdem einen technischen Fortschritt: mit sich, da bei der in der schweizerischen Patentschrift 244 430 gezeigten. Anlage die Heißwindmenge nicht innerhalb eines großen Bereiches geändert werden kann. Die untere - Grenze des Heißwinddruckes ist abhängig von der Leerlauf drehzahl des Verdichter-Turbinen-Satzes. Dieser Druck muß außerdem größer als. der atmosphärische Druck sein, da die Entnahme für den Hochofen bei einem Druck erfolgt, der höher als. derjenige der Brennluft ist. Die obere Grenze des Heißwinddruckes liegt beträchtlich unterhalb des Förderdruckes: des Verdichters. Weiterhin zeigt die schweizerische Patentschrift 244 430 einen Entnahmeverdichter. Die Entfiahmeluft wird durch einen Erhitzer hinh durch und von dort nach dem Hochofen geführt, wobei keine Luftturbine im Entnahmeluftstrom vorgesehen ist. Hierdurch unterscheidet sich die Erfindung von dieser bekannten Anlage und bringt außerdem einen wesentlichen technischen Fortschritt mit sieb, da die Anpassungsfähigkeit bzw. Regelmöglichkeit im Betrieb erfindungsgemäß erheblieh größer ist als bei der bekannten Anlage. Bei einer Ausführungsform nach der schweizerischen Patentschrift 244 430 muß der Druck des Heißwindes stets gleich dem Förderdruck des Verdichters- sein, welcher Druck kleinen Druckverlusten in der Erhitzerschlange 16 ausgesetzt ist, und daher kann dort kein Druckheißwind erzeugt werden, der über einen großen Bereich hinweg veränderlich ist;, da der Verdichter-Turbinen-Satz bei einer bestimmten Mindestdrehzahl arbeiten muß, unterhalb welcher der Satz nicht mehr in Betrieb gehalten werden kann und oberhalb welcher ein schlechter Wirkungsgrad erzielt wird.In the Swiss patent specification 244 430 describes the use of a gas turbine system to drive a compressor, the one has not subdivided output. The present invention is different from the known one System, the compressor flow rate is not divided, in that the flow rate is broken down into partial flows, and also brings a technical advance: with it, as shown in the Swiss patent specification 244 430. Plant the amount of hot blast cannot be changed within a wide range. The lower limit of the hot blast pressure depends on the idling speed of the compressor turbine set. This pressure must also greater than. the atmospheric pressure because the extraction for the blast furnace takes place at a pressure that is higher than. that of the combustion air is. The upper limit of the hot blast pressure is considerably below the delivery pressure: des Compressor. Swiss patent specification 244 430 also shows a discharge compressor. The exhaust air is passed through a heater passed through and from there to the blast furnace, with no air turbine in the extraction air stream is provided. This differs the invention from this known system and brings also a significant technical progress with sieve, since the adaptability or According to the invention, the possibility of regulating operation during operation is considerably greater than in the case of the known system. At a Embodiment according to Swiss patent specification 244 430 must be the pressure of the hot blast always be the same as the delivery pressure of the compressor, which pressure is small pressure loss in the heater coil 16 is exposed, and therefore no pressure hot wind can be generated there that is variable over a large range, since the compressor-turbine set is at one must work certain minimum speed, below which the set is no longer kept in operation can be and above which a poor efficiency is achieved.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnung ausführlicher beschrieben werden, und zwar zeigtThe invention will now be described in more detail with reference to the drawing, namely indicates

Fig. ι ein Kreislaufschaltbild einer Gasturbinenanlage mit einem Luftwärmer, der eine Niederdruckfeuerung hat, ,Fig. Ι a circuit diagram of a gas turbine system with an air heater, which has a low-pressure furnace has, ,

Fig. 2 ein Schaltbild ähnlich demjenigen nach Fig. i, jedoch mit einem kleineren Luftwärmer,Fig. 2 is a circuit diagram similar to that according to Fig. I, but with a smaller air heater,

Fig. 3 ebenfalls eine Gasturbinenanlage, die sich von denjenigen nach den Fig. 1 und 2 dadurch unterscheidet, daß zwei Brennkammern und ein mit im Feuerungs- bzw. Heißgasteil mit Überdruck arbeitender Luftwärmer vorgesehen sind und daß eine Zumischung von Luft in der Gasturbinenanlage erfolgt, während3 also shows a gas turbine system which differs from those according to FIGS. 1 and 2 thereby distinguishes that two combustion chambers and one with in the furnace or hot gas part with overpressure working air heater are provided and that an admixture of air in the gas turbine system takes place while

Fig. 4 ein Schaltbild ähnlich demjenigen nach Fig. 3 wiedergibt, wobei jedoch die zweite Btrenn-r kammer an eine andere Stelle gerückt ist.Fig. 4 is a circuit diagram similar to that according to Fig. 3 reproduces, but the second separation r chamber has been moved to a different location.

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■ Im Schaltbild nach Fig. I₁ strömt Atmosphärenluft, welche durch dem Strömungskompressor ι verdichtet wird, zumachst durch die Wärmeaufnahmeseite eines Wärmeaustauschers 2. St.romungsabwärts davon wird die Luft in zwei Teilströme auf geteilt,· von denen der eine durch die Leitungen 3 hindurchfließt, bevor -er in der Turbine 4 entspannt wird. Der andere Teilstrom fließt durch die Leitung 5 als Brennluft zur Brenn-Flows ■ In the diagram of FIG. I ₁ atmosphere air which is compressed ι by the flow compressor shut your through the heat receiving side of a heat exchanger 2. St.romungsabwärts which the air in two partial flows to be divided, · of which flows therethrough a through conduits 3 before it is relaxed in the turbine 4. The other partial flow flows through line 5 as combustion air to the combustion

kammer 6. Der erste Teilstrom wird in der Rufanlage eines Luftwärmers 7 mittelbar erwärmt, das zu erwärmende Arbeitsmittel wird getrennt vom .Heißgasstrom geführt. Der Luftwärmer besteht vorzugsweise aus einer Rohrschlange oder einer Rohrschlangenanlage in einem Gehäuse, durch die die zu erwärmende Luft strömt und dabei Wärme aufnimmt, dadurch, daß Brennstoff im Gehäuse, jedoch außerhalb der Rohre verbrannt wird. Derartige Luftwärmer werden beispielsweise bei geschlossenen Gasturbinenanlagen- verwendet. Die erhitzte Luft liefert bei ihrer Entspannung in der Turbine 4 Nutzleistung für den Antrieb des Verdichters" 1. Die aus der Turbine abströmende Luft wird in einer Rohranlage des gleichen oder eines weiteren Lufterwärmers ebenfalls mittelbar auf die Temperatur wiedererwärmt, welche für den Heißwind benötigt wird, der demHochofen od. dgl. über die Rohrleitung 8 zuströmt.chamber 6. The first partial flow is in the call system an air heater 7 indirectly heated, the working fluid to be heated is separated from .hot gas flow. The air heater preferably consists of a pipe coil or a coil system in a housing, through which the air to be heated flows and thereby Absorbs heat by burning fuel in the housing but outside the tubes will. Such air heaters are used, for example, in closed gas turbine systems. The heated air supplies useful power for driving the when it is expanded in the turbine 4 Compressor "1. The air flowing out of the turbine is in a pipe system of the same or Another air heater is also indirectly reheated to the temperature required for the Hot wind is required, which flows to the furnace or the like via the pipeline 8.

Der zweite Teilluftstrom, der an, der Gabelung am Verdichterausgang abgezweigt ist, wird als Verbrennungsluft für die Brennkammer 6 benutzt, , deren Verbrennungsgase eine Gasturbine 11 beaufschlagen, die auf der gleichen Welle wie der Luftkompressor-Lüftiturbinen-Satz 1, 4 sitzt. Die Abgase der Gasturbine 11 werden über eine Rohrleitung der Feuerung im Gehäuse des Luftwärmers zugeführt, wo sie Wärme abgeben. Der gegebenenfalls vorhandene Sauerstoff oder Luft gehalt der Abgase kann dann die Verbrennung unterstützen oder fördern.The second partial air flow, which is branched off at the fork at the compressor outlet, is called Combustion air used for the combustion chamber 6, the combustion gases of which act on a gas turbine 11, which sits on the same shaft as the air compressor / fan turbine set 1, 4. the Exhaust gases from the gas turbine 11 are via a pipeline of the furnace in the housing of the air heater fed where they give off heat. Any oxygen or air present The content of the exhaust gases can then support or promote combustion.

Die Anlage verbraucht Gichtgas vom Hochofen, welches nach erfolgter Reinigung dem Strömungsgasverdichter 9 zugeführt und von diesem verdichtet wird, um, dann in die Brennkammer 6 zu gelangen und darin verbrannt zu werden. Ein besonderer Teilstrom des Gichtgases wird dem Luftwärmergehäuse bei 19 zugeführt, wobei Friscbluft zur Unterstützung oder Aufrechterhaltung der Verbrennung bei 20 zugeliefert wird. Die Rauchgase des Luftwärmers werden über die Rohrleitung 17 der Heiß seite 18 des Wärmeaustauschers 2 zugeführt, in welchem sie die Gesamtluftfördermenge des Verdichters 1 vorwärmen.
Die Abmessungen des Luftwärmers können dadurch beträchtlich herabgesetzt werden, daß derjenige Teil fortgelassen wird, in welchem die Nutzdruckluft vor der Entspannung in der Turbine 4 erhitzt wird. Die Gesamtfördermenge des Verdichters strömt vor ihrer Aufteilung in' ver-The system consumes top gas from the blast furnace, which, after cleaning, is fed to the flow gas compressor 9 and compressed by the latter in order to then reach the combustion chamber 6 and be burned therein. A special partial flow of the top gas is fed to the air heater housing at 19, with fresh air being supplied at 20 to support or maintain the combustion. The flue gases from the air heater are fed through the pipe 17 of the hot side 18 of the heat exchanger 2, in which they preheat the total air flow rate of the compressor 1.
The dimensions of the air heater can be reduced considerably in that that part is omitted in which the useful compressed air is heated in the turbine 4 before it is expanded. The total flow rate of the compressor flows before it is divided into 'mixed

,60 schiedene Teilströme durch die Wärmeaufnahmeseite des Wärmeaustauschers 2. Danach wird sie sofort auf die beiden Rohrleitungsanlagen 3 und 5 aufgeteilt. Der eine Teil des Luftwärmers ist dann nicht' mehr erforderlich. Doch hat selbst dann ein Luftwärmer, der mit Atmosphärendruck im Feuerüngsteil arbeitet, stets einen großen Raumbedarf und wird damit teuer in; der Herstellung und in der Errichtung; Dieser Nachteil fällt bei dem abgeänderten Anlageausführungsformen gemäß den Fig. 3 und 4 fort., 60 different partial flows through the heat absorption side of the heat exchanger 2. It is then immediately transferred to the two piping systems 3 and 5 divided up. One part of the air heater is then no longer required. But even then has a Air heater that works with atmospheric pressure in the furnace part always requires a large amount of space and is therefore expensive in; of manufacture and construction; This disadvantage does not apply to the modified one Plant embodiments according to FIGS. 3 and 4 continue.

Aus Fig. 3¹ ist ersichtlich, daß der Hauptaufbau der vorbeschriebenen Anlageausführungsform zwar beibehalten wurde, daß aber die Verbrennungsgase der Brennkammer 6 nun als Wärmequelle für den Luftwärmer 7 dienen. Diese Gase stehen unter erhöhtem¹ Druck und weisen eine höhere Temperatur auf, so daß der Luftwärmer auch im Feuerungsteil mit Überdruck arbeitet. Er kann daher bedeutend kleiner als bei den vorerwähnten Ausführungsbeispielen sein. Eine zusätzliche Brennkammer 10 ist s'trömungsabwärts und in Reihe mit der Brennkammer 6 und dem, Luftwärmer 7 vorgesehen.From Fig. 3 ¹ it can be seen that the main structure of the system embodiment described above has been retained, but that the combustion gases from the combustion chamber 6 now serve as a heat source for the air heater 7. These gases are under increased ¹ pressure and have a higher temperature, so that the air heater also works with overpressure in the furnace. It can therefore be significantly smaller than in the aforementioned exemplary embodiments. An additional combustion chamber 10 is provided downstream and in series with the combustion chamber 6 and the air heater 7.

Ein Luftüberschuß über diejenige Menge hinaus, welche für die Verbrennung benötigt wird, wird indie Kammer 6 gefördert, so daß weiterer gasförmiger Brennstoff, der der Kammer ι ο zugeführt wird, darin verbrannt wird. Die heißen Gase sowohl aus dieser Kammer als auch aus der Kammer 6 expandieren in der Turbine 11. Die Abgase dieser Turbine durchströmen den Wärmeaustauscher 2.An excess of air beyond the amount which is required for the combustion is indie Chamber 6 promoted so that further gaseous fuel, which is supplied to the chamber ι ο, therein is burned. The hot gases both from this chamber and from chamber 6 expand in the turbine 11. The exhaust gases from this turbine flow through the heat exchanger 2.

Um eine Verbesserung bei Teillast der Anlage zu erzielen, ist eine Nebenleitung 12 vorgesehen. Durch diese kann ein weiterer Teilluftstrom vom Luftverdichterausgang abgezweigt und entweder der . Brennkammer 10 oder sofort strömungsabwärts davon der Treibgas leitung der Gasturbine 11 zugeführt werden. Die letztere Anordnung ist dargestellt. Der Ne'benschlußstrom wird durch das Ventil 13' eingeregelt, so daß die Menge der Verdünnungs- oder Mischluft durch diese Verbindung hindurch größer oder kleiner gemacht werden kann.In order to achieve an improvement when the system is under partial load, a secondary line 12 is provided. Through this, a further partial air flow can be branched off from the air compressor outlet and either the . Combustion chamber 10 or immediately downstream thereof the propellant line of the gas turbine 11 are supplied. The latter arrangement is shown. The shunt current is caused by the Valve 13 'adjusted so that the amount of dilution or mixed air can be made larger or smaller through this connection can.

Das Ausiführungsbeispiel nach Fig. 4 ist insoweit etwas abgewandelt worden, als die zweite Brennkammer, hier mit io_a bezeichnet, aus dem direkten Strömungsweg der Gase von der Brennr kammer 6 über den Luftwärmer 7 zur Turbine 11 herausgenommen und statt dessen in der Neben^ leitung 12 angeordnet ist. Die Brenngase und der etwaige Luftüfoerschuß werden dem Einlaß der Gasturbine 11 wie zuvor übermittelt.The embodiment according to FIG. 4 has been modified somewhat, as the second combustion chamber, here _{denoted by io a} , is removed from the direct flow path of the gases from the combustion chamber 6 via the air heater 7 to the turbine 11 and instead in the secondary line 12 is arranged. The fuel gases and any Luftüfoerschuß are transmitted to the inlet of the gas turbine 11 as before.

Eine Anlage gemäß entweder Fig. 3 oder¹ Fig. 4 kann so betrieben werden, daß die Verbindung 12 weit offengehalten wird und daß die BrenkammerA system according to either Fig. 3 or ¹ Fig. 4 can be operated so that the connection 12 is kept wide open and that the combustion chamber

10 oder io_fl nicht in Betrieb ist, wenn die Anlage mit Teillast betrieben wird, wenn aber die Temperatur des Heißwindes auf einem hohen Wert, beispielsweise 650⁰ C, gehalten werden soll. Wenn Mischluft auf diese Weise nicht dem Treibgas der Turbine 11 zugemischt wird, dann sind die Gase, welche die Brennkammer 6 verlassen, auf einer höheren Temperatur, als- sie von der Turbine10 or io is not _fl in operation, when the system is operated under partial load, but when the temperature of the hot blast at a high value, for example, 650 ⁰ C is to be maintained. If mixed air is not mixed with the propellant gas of the turbine 11 in this way, then the gases which leave the combustion chamber 6 are at a higher temperature than those from the turbine

11 benötigt werden. Die Mischluft setzt die Temperatur der Gase heraSb, welche die Turbine 11 beaufschlagen, und zwar auf einen Wert, der ohne11 are required. The mixed air sets the temperature the gases heraSb, which the turbine 11 apply, and to a value that is without

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weiteres mittels des Ventils 13 eingeregelt werden kann. Bei Vollast sind beide Brennkammern; 6 und io^: bzw. io_fl gleichzeitig in Betrieb.further can be regulated by means of the valve 13. Both combustion chambers are at full load; 6 and io ^: or io _fl in operation at the same time.

In jedem Falle wird eine zusätzliche Anpassungsfähigkeit bzw. Regelmögliehkeit erreicht, weil die Temperatur ,der Kammer 10 oder io_ß In any case, an additional adaptability or control facility is achieved because the temperature, the chamber 10 or io _ß

' · unabhängig von -derjenigen der Kammer 6 gemacht wird. Darüber hinaus ist bei Teillast kein Mengengleichgewicht zwischen Gas und Luft im Luftwärmer 7 vorhanden, welches durch dem geregelten bzw. gesteuerten Luftstrom, durch die Verbindung 12 hindurch wiederhergestellt werden kann. Ein zusätzlicher Vorteil, welcher bei Teillast in Erscheinung· tritt, besteht darin, daß dann, wenn Luft vom Luiftwärmer abgezweigt wird, die Verdichterverluste auf der Gasseite des Vorwärmers verringert werden, so daß der thermische Wirkungsgrad der Anlage auf einem höheren Wert gehalten werden kann, wie dies sonst der Fall sein würde.'· Made independent of that of chamber 6 will. In addition, there is no quantitative equilibrium between gas and air in the partial load Air heater 7 available, which by the regulated or controlled air flow through the Connection 12 can be restored through. An additional advantage, which at part load appears, consists in the fact that when air is diverted from the air heater, the Compressor losses on the gas side of the preheater are reduced, so that the thermal The efficiency of the system can be kept at a higher value, as would otherwise be the case would.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der Anlage gemäß den Fig. 3 und 4 kann dadurch erreicht werden, daß die Luftzuführungsleitung 3 über eine besondere Erwärmerspule oder -schlange im Luftwärmer vor dem Einlaß in die Luftturbine 4 geführt wird.A further improvement in the efficiency of the system according to FIGS. 3 and 4 can thereby can be achieved that the air supply line 3 via a special heater coil or coil is guided in the air heater before the inlet into the air turbine 4.

Durch die Anordnung zweier Turbinen 4 und 11 wird eine erhebliche Verbesserung insofern erreicht, als der Arbeitsdruck der Gasturbine 11 praktisch Unabhängig ist von dem Druck, welcher für die verdichtete Luft in der Entnahmeleitung 8 benötigt wird. Daher ist es möglich, die Anlage mit einem niedrigen Heißwi-nddruck in diesem Stutzeni 8 zu betreiben, und die Gasturbine 11 kann ebenfalls mit einem, optimalen Druckverhältnis betrieben werden.The arrangement of two turbines 4 and 11 is a considerable improvement in this respect reached when the working pressure of the gas turbine 11 is practically independent of the pressure, which for the compressed air in the extraction line 8 is required. Hence it is possible to use the facility to operate with a low hot-spiral pressure in this nozzle 8, and the gas turbine 11 can also be operated with an optimal pressure ratio.

Verglichen mit vorbekannten Anlagen haben beide Ausführungsformen gemäß den Fig. 3 und 4 beträchtliche Vorzüge. Beispielsweise braucht nur die erforderliche Luftför.dermenge durch den Luftwärmer hindurchgeschickt zu werden, und in beiden Fällen steht auch die Feuerungs- bzw. Heizseite des Luftwärmers unter Überdruck. Dadurch werden- die Abmessungen des Luftwärmers im Vergleich zu anderen Ausführungsformen beträchtlich herabgesetzt. Dadurch, daß ein Luftwärmer mit Überdruck auf der Feuerungs- oder Heizseite angewendet wird, werden alle Förderanlagen für das Fördern des Brenngemisches überflüssig. Bei beiden Ausfü'hrungsformen wird die Gasturbine unmittelbar durch die Verbrennungsgase angetrieben, und ihre Abgase strömen unmittelbar über den Wärmeaustauscher zum Auspuffende. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 kann die Höchsttemperatur vor der Turbine 11 mittels der Brennkammern von 10 oder io_a unabhängig von. der Temperatur der den Luftwärmer beaufschlagenden Heißgase eingestellt werden. Die Nutzdruckluftmenge, welche durch den Stutzen 8 abströmt, ist ungefähr gleich der Abgasmenge, so da,ß ein höherer therimischer Wirkungsgrad, als er bisher möglich war, erreicht wird.Compared with previously known systems, both embodiments according to FIGS. 3 and 4 have considerable advantages. For example, only the required amount of air needs to be sent through the air heater, and in both cases the combustion or heating side of the air heater is also under overpressure. As a result, the dimensions of the air heater are considerably reduced compared to other embodiments. Because an air heater with overpressure is used on the furnace or heating side, all conveying systems for conveying the combustion mixture are superfluous. In both embodiments, the gas turbine is driven directly by the combustion gases, and its exhaust gases flow directly via the heat exchanger to the exhaust end. In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, the maximum temperature in front of the turbine 11 by means of the combustion chambers of 10 or io _{a can be} independent of. the temperature of the hot gases acting on the air heater can be set. The amount of useful compressed air which flows out through the connector 8 is approximately equal to the amount of exhaust gas, so that a higher thermal efficiency than was previously possible is achieved.

Die Wärmezufuhr zur Brennkammer von Gasturbinenanlagen kann leicht durch Regelung der Brennstoffmenge geändert werden. Eine derartige Regelung wird auch bei der vorbeschriebenen Anlage angewendet.The heat supply to the combustion chamber of gas turbine systems can easily be adjusted by regulating the Fuel quantity can be changed. Such a regulation is also used in the above-described system applied.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Gas turbine plant for -production a continuous flow of hot compressed air, z. B. a blast furnace hot wind, consisting of a flow compressor device whose Delivery rate. downstream of the same in different substreams are divided, from a continuously operated indirect Air warmer for heating the partial air flow, which is taken from the system as hot usable compressed air, from a heat source for the air heater, from at least one combustion chamber, which through the other part, air flow is supplied with combustion air, and from a gas turbine, in which the combustion gases pass through the combustion chamber and which drives the compressor, characterized by an air turbine, in which the usable compressed air to a considerably below that. Combustion air pressure lying pressure is relaxed.

2. Gas turbine plant according to claim 1, characterized in that the air turbine for Compressor drive is used.

3. Gas turbine plant according to claim 2, characterized characterized in that the air turbine is arranged upstream of the air heater is.

4. Gas turbine plant according to claim 3, characterized in that two combustion chambers are provided, which provide both combustion gases for the gas turbine, and that only which supplies the first hot gases to heat the air heater.

5. Gas turbine plant according to claim 4, characterized in that -the first combustion chamber, the air heater and the second combustion chamber arranged in series one behind the other are.

6. Gas turbine plant according to claim 4, characterized in that in the second combustion chamber a direct air supply line opens from the compressor device.

Considered publications:
Swiss patent specification No. 271 740,

244430,243686;

Brown Boveri Communications, 1943, pp. 369, 370-,

and 1941, pp. 242, 243;

Stahl und Eisen, Vol. 61, 1941, No. 19, p. 465

to-473.

1 sheet of drawings