142018. lajstromszámú szabadalom • Nagynyomású neutrálisgáz források alkalmazása gázturbina-telepek hatásfokának javítására
Megjelent 1953. évi május hó 1-én. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 142.018. SZÁM. 46 f. 1-3. OSZTÁLY. - He-130. ALAPSZÁM. Nagynyomású neutrális-gáz források alkalmazása gázturbina-telepek hatásfokának javítására. A Magyar Állam mint dr. sc. techn. Heller László oki. gépészmérnök, budapesti lakos jogutóda. A bejelentés napja: 1951. január 29. Köztudomású tény gázturbina-telepeknél, hogy a sűrített levegőt szállító kompresszor jelentékenyen nagyobb mennyiségű levegőt szállít, illetve sűrít, mint amennyire a tüzelőanyag elégetésénél tényleg szükség van. Ennek a körülménynek az az oka, hogy az elégéshez elméletileg szükséges mennyiséget csak kevéssel meghaladó légmennyiséggel való égetés esetén keletkezett füstgázok hőfoka oly magas lenne, hogy a jelenleg rendelkezésre álló szerkezeti anyagok azt elviselni nem tudnák és így gondoskodnunk kell arról, hogy a gázturbinába belépő füstgázok hőfoka, például a technika mai állása mellett a 700—750 C° hőmérsékletet meg ne haladja. A kompresszor által szállított levegőmennyiségnek tehát csak egy része vesz részt az égésben, míg a másik része lényegében arra szolgál, hogy a nagy hőfokú égéstermékekkel keveredve azokat a gázturbina előtt megengedett legmagasabb hőmérsékletre hűtse le. Mivel a gázturbina-telep hasznos teljesítményét a gázturbina által leadott és a kompresszor által elfogyasztott teljesítmények közötti különbözet adja, nyilvánvaló, hogy a gázturbina-telepek hatásfokának javítására elsősorban az a megoldás kínálkozik, melyszerint a kompresszor által igényelt teljesítményt csökkentjük. A gázturbinatelepek hatásfokának ily irányú javítására elsőrangú lehetőséget nyújtanak a föld mélyéből nagy nyomással előtörő neutrális, illetve nem éghető gázok. Ilyen neutrális gáz például a szénsav, melyből Magyarországon pl. Mihályi környékén egy rendkívül gazdag forrás áll rendelkezésre. Ha tehát pl. oly "szénsavforrás áll rendelkezésre, melynek nyomása a gázturbinatelep égőterében uralkodó nyomást meghaladja, úgy egy ilyen forrás közelében létesített gázturbinatelep kompresszorának csupán az égéshez ténylegesen szükséges levegőmennyiséget kell szállítania, illetve sűrítenie, míg a keletkezett füstgáznak a gázturbina előtt megkívánt hőfokra való lehűtését a szénsav hozzákeverésével érhetjük el. Uymódon tehát a kompresszor által igényelt teljesítmény lényegesen kisebb lesz és a gázturbina teljesítményéből nagyobb érték hasznosítható a villamosgenerátor, vagy esetleg más munkagép hajtására, amiáltal a gázturbina-telep összhatásfoka jelentékenyen megnövekszik. A hatásfok megnövelésének mértékét az alábbi számszerű példával világíthatom meg:. Ha például fűtőolajjal, mint üzemanyaggal hajtott gázturbina előtti hőmérsékletet ca 730 C°-kal, az égőitér-nyomást pedig 5 ata. értékkel veszem fel és a levegőt a regenerátorban kb. 350°-ig melegítjük, akkor az alábbi értékekkel számolhatunk: 1 kg 10.000 kcal/kg fűtőértékű olajnak 27% légfelesleg mellett való elégetésénél ca 14 Nm3 levegő szükséges. Ugyanakkor a fentvázolt körfolyamban ca 80 Nm3 /kg olaj levegő, illetve füstgáz kering. A kompresszornak tehát 14 Nm1 helyett 80 Nm s levegőt kell minden kg fűtőolaj elégetéséhez sűríteni. A rendszerben keringő levegő-kilogrammonként a kompresszor 49,2 kcal teljesítményt igényel, míg ugyanakkor a gázturbina 78,3 kcal teljesítményt ad le. Mivel ugyanakkor a tüzelőanyag formájában bevitt hőmennyiség 99,4 kcal, a gázturbina-telep összhatásfoka az alábbi értéket adja: 78,3 — 49,2 „ /?= — —= 29,3% • 99,4 Ha már most, a találmány szerinti eljárás mellett, a kompresszor 1 kg fűtőolaj elégetéséhez csupán a tényleg szükséges 14 Nm3 levegőt szállítja, míg a fennmaradó 66 Nm5 levegő helyett a meg-t felelő mennyiségű szénsavgázökat vezetjük be a körfolyamba, akkor a kompresszor teljesítmény 14/80 arányban csökken. Uymódon a példaszerinti esetben a kompresszor teljesítménye 49,2 kcal/kg helyett, csupán 49,2 . í-l = 8,6 kcal/kg lesz. 80 Miután a gázturbina teljesítménye változatlan maradt, a teljes gázturbina-telep összhatásfoka a következők szerint adódik: . 78,3 — 8,6 „ fl== 70% 99,4 A találmány szerinti rendszer alkalmazásával a gázturbinatelep hatásfoka tehát 29,3 % értékről 70% értékre növekedett.
