DE19635930A1 - Turbine zur Entspannung eines Rauchgases sowie Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbine zur Entspannung eines aus einem Verbrennungsprozeß stammenden Rauchgases, welches die Turbine von einem Einlaß zu einem Auslaß durchströmt, welche Turbine ein Kühlkanalsystem zur Kühlung von Strukturteilen der Turbine mittels Kühlluft und Einleitung der Kühlluft in die Turbine aufweist und der eine Kühlluftzufuhr zur Zufuhr von Kühlluft zu dem Kühlkanalsystem sowie eine Brennstoffzu­ fuhr zur Zumischung eines Brennstoffes zu der Kühlluft vor dem Kühlkanalsystem zugeordnet sind.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Entspannung eines aus einem Verbrennungsprozeß stammenden Rauchgases in einer Turbine, welches Rauchgas die Turbine von einem Einlaß zu einem Auslaß durchströmt, wobei dem Rauchgas in der Tur­ bine mit Brennstoff vermischte Kühlluft aus einem Kühlkanal­ system, durch das die Kühlluft zur Kühlung von Strukturteilen der Turbine geleitet wird, zugeführt wird und der Brennstoff in dem Rauchgas mit Sauerstoff reagiert.

Eine Turbine sowie ein Verfahren der vorstehend genannten Art gehen hervor aus der DE 43 30 613 A1 sowie der DE 41 40 653 C2. Dabei bezieht sich die erstgenannte Schrift auf eine Turbine, die sowohl einen Turboverdichter als auch einen externen Verbraucher antreibt und dabei mit dem Turbo­ verdichter sowie mit einer Verbrennungseinrichtung kombiniert ist. Die zweitgenannte Schrift betrifft eine Turbine, die le­ diglich einen Turboverdichter antreibt und mit diesem Turbo­ verdichter, einer Verbrennungseinrichtung sowie einer weite­ ren Turbine, die zum Antrieb eines externen Verbrauchers dient, kombiniert ist. Vor der weiteren Turbine ist ein kata­ lytischer Reaktor, der von dem zu der weiteren Turbine strö­ menden Rauchgas zu durchströmen ist, vorgesehen.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Turbine in einer Gasturbine, d. h. gemäß üblichem Sprachgebrauch einer Einheit aus Turboverdichter, Verbrennungseinrichtung und ei­ gentlicher Turbine. Die Gasturbine arbeitet insbesondere im Verbund mit einer Dampfturbine derart, daß Abgas, welches der Gasturbine entströmt, zur Bereitstellung von hochgespanntem Dampf genutzt wird, welcher in der Dampfturbine unter Abgabe mechanischer Arbeit entspannt wird. Ein solcher Verbund ist beispielsweise in einem sogenannten Gas-und-Dampf-Kraftwerk realisiert; ein solcher Verbund, in dem sowohl der Gasturbine als auch der Dampfturbine jeweils ein Generator zugeordnet ist oder die Gasturbine und die Dampfturbine einem gemeinsa­ men Generator zuarbeiten, erlaubt die Erzeugung elektrischen Stroms mit einem thermischen Wirkungsgrad von deutlich mehr als 50%. Für die Wirksamkeit eines solchen Verbundes ist al­ lerdings die Gewährleistung einer ausreichend hohen Tempera­ tur des von der Gasturbine abströmenden Abgases von Bedeu­ tung, da diese Temperatur wesentlich die Qualität des durch Wärmetausch mit dem Abgas erzeugbaren Dampfes bestimmt. Diese Anforderung stellt ein gewisses Paradox dar, da der thermi­ sche Wirkungsgrad einer Gasturbine um so kleiner sein muß, je höher die Temperatur ihres Abgases ist. In einem Verbund aus Gasturbine und Dampfturbine kommt es somit nicht allein dar­ auf an, den thermischen Wirkungsgrad der Gasturbine zu opti­ mieren, sondern es muß zur Erzielung eines optimalen Wir­ kungsgrades die Betriebsweise der Gasturbine der Betriebs­ weise der Dampfturbine angepaßt werden. Dies bedeutet insbe­ sondere, daß das Abgas der Gasturbine eine angemessen hohe Temperatur haben muß.

Einzelheiten zum Aufbau einer Gasturbine sowie zum Aufbau von Strukturteilen einer Gasturbine, insbesondere Laufschaufeln und Leitschaufeln, sind dem US-Patent 4,629,397, der DE 37 06 260 A1 und der DE 40 18 316 A1 entnehmbar. Die bei­ den erstgenannten Schriften betreffen Turbinenschaufeln, die durch Kühlkanäle gekühlt werden können; die letztgenannte Schrift betrifft die Zufuhr von Kühlluft zu einem Rotor einer Gasturbine.

Von Interesse im vorliegenden Zusammenhang ist auch die DE 42 42 099 A1, aus der ein Strukturteil einer Turbine zur Entspannung eines aus einem Verbrennungsprozeß stammenden Rauchgases hervorgeht, welches einen Katalysator trägt. Der Katalysator ist dabei eine Beschichtung, die sowohl eine Kor­ rosionsschutzwirkung als auch eine katalytische Wirkung hat. Die Beschichtung kann je nach ihrer Zusammensetzung eine Oxi­ dationsreaktion, nutzbar zur Oxidation von Schadstoffen wie Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen, oder eine Reduktions­ reaktion, nutzbar zur Reduktion von Schadstoffen wie Stickoxiden, katalysieren.

Aus der DE 29 53 515 A1 ist die Verwendung eines katalytisch wirksamen Stoffes zur Verbesserung der Verbrennung in einer Gasturbine bekannt.

Die Erfindung geht aus von der DE 43 30 613 A1. Gemäß dieser Schrift wird Kühlluft, die zur Kühlung von Strukturteilen ei­ ner Turbine benutzt werden soll, mit einem geringen Anteil von Brennstoff versetzt. Nachdem die Kühlluft die Struktur­ teile gekühlt hat sowie in die Turbine eingeleitet und mit dem Rauchgas vermischt ist, reagiert der Brennstoff mit Sau­ erstoff aus dem Rauchgas und bewirkt eine immerhin deutliche Erhöhung der Temperatur des Rauchgases; dies sowohl im Inne­ ren der Turbine als auch außerhalb der Turbine, wenn das Rauchgas als Abgas abströmt. Eine eventuell gewünschte Erhö­ hung der Temperatur des Abgases läßt sich somit erreichen. Experimente haben allerdings gezeigt, daß mit einer absolut vollständigen Oxidation des Brennstoffes, der mit der Kühl­ luft in die Turbine eingeführt wird, nicht in jedem Fall ge­ rechnet werden kann. Unter Umständen können in dem Abgas Koh­ lenmonoxid sowie Stickoxide in gehobenem Umfang auftreten. In diesem Zusammenhang sei auch verwiesen auf die DE 41 40 653 C2. Dort ist der Turbine, der mit der Kühlluft Brennstoff zugeführt wird, ein katalytischer Reaktor nachge­ schaltet, und dieser katalytische Reaktor soll erst die Oxi­ dation des Brennstoffs vollständig bewirken.

In Ansehung der geschilderten Problematik liegt dementspre­ chend der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Turbine und in Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen die soeben geschilderten Probleme vermieden werden können.

Im Hinblick auf eine Turbine wird zur Lösung dieser Aufgabe angegeben eine Turbine zur Entspannung eines aus einem Ver­ brennungsprozeß stammenden Rauchgases, welches Rauchgas die Turbine von einem Einlaß zu einem Auslaß durchströmt, welche Turbine ein Kühlkanalsystem zur Kühlung von Strukturteilen der Turbine mittels Kühlluft und Einleitung der Kühlluft in die Turbine aufweist und der eine Kühlluftzufuhr zur Zufuhr von Kühlluft zu dem Kühlkanalsystem sowie eine Brennstoffzu­ fuhr zur Zumischung eines Brennstoffs zu der Kühlluft vor dem Kühlkanalsystem zugeordnet sind, wobei das Kühlkanalsystem zur Einleitung der Kühlluft in eine direkt am Einlaß angeord­ nete erste Stufe der Turbine eingerichtet ist und eine zweite Stufe der Turbine welche zwischen der ersten Stufe und dem Auslaß angeordnet ist, Strukturteile enthält, welche einen Katalysator zur Katalyse einer Reaktion zwischen dem Brenn­ stoff und dem Sauerstoff aus dem Rauchgas tragen.

Zur Terminologie sei zunächst bemerkt, daß die Kühlluftzufuhr nicht unbedingt ein besonderes Gebläse sein muß, welches als separate Einheit neben einem Turboverdichter zur Bereitstel­ lung verdichteter Luft, die für den das Rauchgas liefernden Verbrennungsprozeß benötigt wird, vorgesehen wäre. Die Kühl­ luftzufuhr kann gemäß üblicher Praxis durchaus unter Verwen­ dung des Turboverdichters selbst als Gebläse erfolgen, wobei die Kühlluft an geeigneter Stelle aus dem Turboverdichter ab­ gezapft wird. Gegebenenfalls kann ein besonderer Kühler zur Kühlung der Kühlluft vorgesehen sein.

Wesentlich ist, daß die Turbine so gestaltet ist, daß eine Oxidation des mit der Kühlluft zugeführten Brennstoffs voll­ ständig im Inneren der Turbine erfolgen kann. Es ist nicht mehr erforderlich, daß außerhalb der Turbine Einrichtungen vorgesehen sind, die eine vollständige Oxidation des Brenn­ stoffs sicherstellen müssen. Somit erschließt die Erfindung insbesondere die problemlose Anwendung des Verfahrens, durch Zumischung eines geringen Anteils von Brennstoff zur Kühlluft eine Erhöhung der Temperatur des die Turbine verlassenden Ab­ gases zu bewirken, für eine sogenannte einwellige Gasturbine, in der lediglich eine einzige Turbine vorgesehen ist, die so­ wohl den zugeordneten Turboverdichter als auch einen externen Verbraucher antreibt. Von Bedeutung ist auch, daß die thermi­ sche Energie, die durch die Oxidation des Brennstoffs gewon­ nen wird, soweit wie möglich in der Turbine anfällt und ge­ nutzt werden kann; diese thermische Energie fällt nicht al­ lein außerhalb der Turbine an, so daß zusätzlich zur Erhöhung der Temperatur des Abgas es eine Erhöhung der von der Turbine abgegebenen mechanischen Leistung erreicht wird.

Die in der Turbine vorgesehene erste Stufe umfaßt vorzugs­ weise einen Kranz von Leitschaufeln am Einlaß, was bedeutet, daß die thermisch am höchsten belasteten Strukturteile der Turbine in die erste Stufe eingebunden sind. Speziell der Kranz von Leitschaufeln am Eintritt einer Turbine benötigt einen wesentlichen Anteil der insgesamt aufzuwendenden Kühl­ leistung, und Brennstoff, der mit der Kühlluft aus den Leit­ schaufeln dieses ersten Kranzes entströmt, hat die höchste Verweildauer im Inneren der Turbine. Für diesen Brennstoff besteht ein Höchstmaß an Gewißheit, daß er im Inneren der Turbine vollständig oxidiert werden kann.

Der in der zweiten Stufe der Turbine vorgesehene Katalysator besteht vorzugsweise aus Platin, welches zur Katalyse einer Reaktion zwischen einem Brennstoff und Sauerstoff als beson­ ders wirksam bekannt ist.

Ebenfalls vorzugsweise ist der Katalysator in Form einer zu­ sätzlichen Schicht auf einer Schutzschicht, insbesondere ei­ ner keramischen Wärmedämmschicht, eines Strukturteils in der zweiten Stufe vorgesehen. Das Strukturteil ist dabei insbe­ sondere eine Leitschaufel oder eine Laufschaufel; selbstver­ ständlich kommen auch andere Strukturteile in der zweiten Stufe, insbesondere Gehäuseteile oder Rotorteile, als Träger für den Katalysator in Frage. Es ist klar, daß zur Erzielung einer ausreichenden katalytischen Wirksamkeit eine ausrei­ chend hohe mit dem Katalysator versehene Oberfläche bereitge­ stellt werden muß; dementsprechend kann es vorteilhaft sein, alle dem Rauchgas ausgesetzten Strukturteile der zweiten Stu­ fe mit dem Katalysator zu versehen.

Demselben Zweck ist es dienlich und mithin vorteilhaft, daß die zweite Stufe bis zum Auslaß der Turbine reicht, daß mit anderen Worten die Turbine bis zum Auslaß mit dem Katalysator versehen ist.

Das erwähnte Kühlkanalsystem in der Turbine dient insbeson­ dere zur Kühlung von Strukturteilen in der ersten Stufe. Ge­ gebenenfalls kann in der zweiten Stufe ein weiteres Kühlkanal­ system zur Kühlung der zweiten Stufe mittels Kühlluft vor­ gesehen sein; dieses weitere Kühlkanalsystem kommuniziert vorzugsweise mit derselben Kühlluftzufuhr wie das Kühlkanal­ system in der ersten Stufe.

Die Turbine ist vorzugsweise mit einem Turboverdichter zur Bereitstellung verdichteter Luft und einer Verbrennungsein­ richtung zur Bewirkung des Verbrennungsprozesses mit der ver­ dichteten Luft und zur Bereitstellung des Rauchgases kombi­ niert. Dabei dient die Turbine insbesondere sowohl zum An­ trieb des Turboverdichters als auch zum Antrieb eines weite­ ren Verbrauchers, insbesondere eines Generators zur Erzeugung von elektrischem Strom.

Im Hinblick auf ein Verfahren wird zur Lösung der Aufgabe an­ gegeben ein Verfahren zur Entspannung eines aus einem Ver­ brennungsprozeß stammenden Rauchgases in einer Turbine, wel­ ches Rauchgas die Turbine von einem Einlaß zu einem Auslaß durchströmt, wobei dem Rauchgas in der Turbine mit Brennstoff vermischte Kühlluft aus einem Kühlkanalsystem, durch das die Kühlluft zur Kühlung von Strukturteilen der Turbine geleitet wird, zugeführt wird und der Brennstoff in dem Rauchgas mit Sauerstoff reagiert, wobei die mit dem Brennstoff vermischte Kühlluft dem Rauchgas in einer direkt am Einlaß angeordneten ersten Stufe der Turbine zugeführt und in einer zwischen der ersten Stufe und dem Auslaß angeordneten zweiten Stufe der Turbine eine katalysierte Reaktion zwischen dem Brennstoff und dem Sauerstoff bewirkt wird.

Die vorliegend relevanten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens erschließen sich weitgehend aus den Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Turbine, worauf hiermit zur Vermei­ dung einer Wiederholung Bezug genommen wird.

Im Hinblick auf die in der zweiten Stufe der Turbine zu be­ wirkende katalysierte Reaktion sei darauf hingewiesen, daß dies nicht notwendig durch einen in der Turbine fest instal­ lierten Katalysator erfolgen muß; vorliegend kommt durchaus in Betracht, den Katalysator der Turbine separat zuzuführen und in dem Rauchgas zu dispergieren. Hierfür ist selbstver­ ständlich eine stete Zufuhr und ein steter Verbrauch eines entsprechend zubereiteten Katalysators erforderlich; die fe­ ste Installation eines Katalysators in der zweiten Stufe der Turbine wird daher bevorzugt.

Der der Kühlluft zuzumischende Brennstoff ist vorzugsweise ein brennbares Gas, insbesondere Stadtgas oder Erdgas. Gas­ förmiger Brennstoff neigt im Gegensatz zu flüssigem Brenn­ stoff nicht dazu, sich in Leitungen, durch die die mit dem Brennstoff versetzte Kühlluft geführt werden muß, niederzu­ schlagen, was im vorliegenden Zusammenhang nachteilig sein kann. Somit wird für das Verfahren ein Brennstoff in Form ei­ nes Gases besonders bevorzugt.

Weiterhin bevorzugt ist es, daß der Brennstoff zu einem sol­ chen Anteil, d. h. zu einem derart geringen Anteil, der Kühl­ luft beigemischt wird, daß eine Selbstzündung des entstehen­ den Gemisches ausgeschlossen ist. Entsprechende Hinweise hierzu finden sich in der DE 43 30 613 A1 sowie der DE 41 40 653 C2. Für Brennstoff in Form von Erdgas sei be­ merkt, daß eine Beimischung zu einem Volumenanteil von etwa 5% als wirksam und im Hinblick auf eine Selbstzündung unpro­ blematisch angesehen werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung erläutert. Zur Verdeutlichung bestimmter Merkmale ist die Zeichnung teilweise schematisiert und/oder verzerrt ausgeführt. Die Zeichnung soll nicht als maßstabsgerecht für eine bestimmte Ausführungsform verstanden werden. Im übrigen tragen einander entsprechende Teile in den Figuren jeweils daßelbe Bezugszeichen. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Turbine zur Entspan­ nung eines Rauchgases;

Fig. 2 eine komplette Gasturbinenanlage unter Einschluß einer Turbine wie dargestellt in Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilansicht eines Kranzes von Laufschaufeln.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Turbine 1, welcher ge­ legt ist entlang einer Achse 2, um welche ein Rotor 3 der Turbine 1 rotieren kann. Die Turbine 1 wird von einem Einlaß 4 zu einem Auslaß 5 von einem zu entspannenden Rauchgas durchströmt. Funktionelle Bestandteile der Turbine 1 sind Leitschaufeln 6, 7 und 8, welche betrieblich still stehen und in einem Gehäuse 9 der Turbine 1 aufgehängt sind, sowie Lauf­ schaufeln 10 und 11, welche jeweils in dem Rotor 3 verankert sind und mit diesem um die Achse 2 rotieren. Die Leitschau­ feln 6, 7 und 8 sowie die Laufschaufeln 10 und 11 sind je­ weils gruppiert zu Kränzen, deren jeder rotationssymmetrisch bezüglich der Achse 2 gestaltet und angeordnet ist und deren jeder eine Vielzahl von Leitschaufeln 6, 7, 8 oder Laufschau­ feln 10, 11 aufweist. Es gibt vier Kränze von Leitschaufeln 6, 7, 8 sowie vier Kränze von Laufschaufeln 10, 11, die je­ weils abwechselnd aufeinander folgen. Für die nachfolgende Erläuterung wird eine Numerierung der Kränze verwendet, wobei für Leitschaufeln 6, 7, 8 bzw. Laufschaufeln 10, 11 ein er­ ster Kranz links außen, also direkt am Einlaß 4, liegt und die folgenden Kränze in aufsteigender Numerierung diesem zum Auslaß 5 hin folgen. Die Leitschaufeln 6 des ersten Kranzes sowie 7 des zweiten Kranzes haben jeweils Kühlkanäle 12 bzw. 13. Gleiches gilt für die Laufschaufeln 10 des ersten und des zweiten Kranzes, welche Kühlkanäle 14 aufweisen. Aus jedem der Kühlkanäle 12, 13 und 14 kann Kühlluft, welche aus einer Kühlluftzufuhr 15, hier als Gebläse 15 dargestellt, zugeführt wird, in die Turbine 1 entlassen werden und sich mit dem die­ se durchströmenden Rauchgas vermischen. Die Leitschaufeln 8 und Laufschaufeln 11, die die entsprechenden dritten und vierten Kränze bilden, haben keine besonderen Kühlsysteme mehr; das Rauchgas, das diese Schaufeln 8 bzw. 11 erreicht, hat sich durch Entspannung bereits so weit abgekühlt, daß ei­ ne Kühlung nicht mehr erforderlich ist. Dies gilt selbst­ verständlich nur für das dargestellte Ausführungsbeispiel; je nach Anwendung kann für diese Schaufeln 8 und 11 sehr wohl eine Kühlung vorgesehen sein.

Die Kühlkanäle 12 in den Leitschaufeln 6 des ersten Kranzes bilden mit einem zugehörigen Ventil 16 sowie entsprechenden Kühlluftleitungen 17 und 18 ein erstes Kühlkanalsystem, mit dem eine erste Stufe 19 der Turbine 1, im vorliegenden Bei­ spiel gebildet allein aus dem ersten Kranz, kühlbar ist. Die­ sem ersten Kühlkanalsystem ist aus einer Brennstoffzufuhr 20, der Einfachheit halber dargestellt als Leitungsstück, über ein Brennstoffventil 21 und eine Brennstoffleitung 22 zusätz­ lich ein gasförmiger Brennstoff, vorzugsweise Erdgas, zuführ­ bar und mit der Kühlluft, die zu den Kühlkanälen 12 strömt, mischbar. Dementsprechend entlassen die Kühlkanäle 12 nicht reine Luft in die Turbine 1, sondern ein Gemisch aus Brenn­ stoff und Kühlluft. Dieses Gemisch ist so mager, daß es sich nicht von selbst entzünden kann.

In einer zweiten Stufe 23 der Turbine 1, gebildet im vorlie­ genden Beispiel von allen weiteren Kränzen, kann sich der in der ersten Stufe 19 zugeführte Brennstoff mit Sauerstoff aus dem Rauchgas verbinden, woraus sich eine zusätzliche Wärme­ entwicklung und eine Leistungssteigerung der Turbine 1 er­ gibt. Um die Reaktion des Brennstoffs mit dem Sauerstoff zu fördern, sind alle in der zweiten Stufe 23 angeordneten Leit­ schaufeln 7 und 8 sowie Laufschaufeln 10 und 11 beschichtet mit einem Katalysator 24, dargestellt durch schwarze Punkte. Diese Darstellung wurde gewählt aus Übersichtsgründen; im Re­ gelfall wird man es vorziehen, alle entsprechenden Struktur­ teile der Turbine 1, und zwar neben den Leitschaufeln 7 und 8 sowie Laufschaufeln 10 und 11 möglicherweise auch andere Tei­ le des Rotors 3 oder des Gehäuses 9, an ihren dem Rauchgas zugewandten Oberflächen vollständig zu beschichten. Der Kata­ lysator besteht insbesondere aus Platin oder einem vergleich­ baren Edelmetall; vor allem Platin wird bevorzugt, weil es thermisch hochbeständig und chemisch weitestgehend inert ist und somit von gasförmigen Bestandteilen des Rauchgases kaum angegriffen werden kann.

Zur Kühlung der Laufschaufeln 10 sei bemerkt, daß die Zufuhr der Kühlluft ebenfalls aus der Kühlluftzufuhr 15 über in dem Rotor 3 vorgesehene Ringkanäle 25 erfolgt. Im vorliegenden Beispiel bildet keiner dieser Ringkanäle 25, und somit keiner der Kühlkanäle 14 in Laufschaufeln 10, einen Teil des ersten Kühlkanalsystems, durch welches mit Brennstoff versetzte Kühlluft in die Turbine 1 eingeführt wird. Hiermit wird eine unerwünschte Leckage von Brennstoff vermieden, da diejenigen Leitungssysteme 26, die aus der feststehenden Gaszufuhr 15 in den rotierenden Rotor 3 führen, lediglich reine Kühlluft lei­ ten. Dies bedeutet jedoch nicht, daß die Zufuhr von mit Brennstoff versetzter Kühlluft zum Rotor 3 für grundsätzlich unpraktikabel gehalten wird.

Die Kühlkanäle 13 in den Leitschaufeln 7 des zweiten Kranzes sowie die Kühlkanäle 14 in den Laufschaufeln 10 des ersten und zweiten Kranzes bilden ein zweites Kühlkanalsystem. Die­ ses zweite Kühlkanalsystem wird ausschließlich mit Kühlluft beaufschlagt, wobei die Kühlluft über eine Kühlluftleitung 37 und ein Kühlluftventil 41 von der Kühlluftzufuhr 15, die auch das erste Kühlkanalsystem speist, zugeführt wird. Das zweite Kühlkanalsystem kann mit dem Katalysator 24 zusammenwirken derart, daß es dazu beiträgt, den Katalysator 24 auf eine vorteilhafte Betriebstemperatur zu temperieren

Fig. 2 zeigt eine Turbine, wie sie sich aus Fig. 1 ergibt, eingebunden in eine komplette Gasturbinenanlage. Dabei treibt die Turbine 1 einen Turboverdichter 27, welcher Luft ansaugt und verdichtet und die verdichtete Luft über eine entspre­ chende Leitung 28 einer Verbrennungseinrichtung 29 in Form einer Brennkammer 29 zuführt. Die Brennkammer 29 erhält au­ ßerdem über eine Brennstoffzufuhr, d. h. über ein Gebläse 30 und eine Brennstoffleitung 31, Brennstoff, und dieser Brenn­ stoff wird in der verdichteten Luft verbrannt. Dabei entsteht ein Rauchgas, welches über eine Rauchgasleitung 32 der Turbi­ ne 1 zur Entspannung zugeführt wird. Das entspannte Rauchgas verläßt die Turbine 1 schließlich durch eine Abgasleitung 33. Über eine gemeinsame Welle 34 treibt die Turbine 1 sowohl den Turboverdichter 27 als auch einen Generator 35 an.

Nunmehr ist hinzuweisen auf diejenigen Komponenten, die im Sinne des anhand der Fig. 1 geschilderten Ausführungsbei­ spiels zur Turbine 1 gehören. Diese Komponenten umfassen eine Kühlluftleitung 17, welche zu einem Mischer 36 führt, in wel­ chem die zugeführte Kühlluft mit Brennstoff versetzt wird; die Zufuhr des Brennstoffes geschieht über eine Leitung 20 sowie ein Brennstoffventil 21. Das erhaltene Gemisch aus Kühlluft und Brennstoff gelangt über eine Kühlluftleitung 18 zur ersten Stufe 19 der Turbine 1. Gleichfalls mit verdichte­ ter Luft beaufschlagt wird eine Kühlluftleitung 37, welche unter Umgehung des Mischers 36 zu einem zweiten Kühlkanalsys­ tem für andere Strukturteile als die Strukturteile der er­ sten Stufe 19 gelangt.

Fig. 3 zeigt eine Teilansicht eines Kranzes aus Laufschau­ feln 10, wie er als erster oder zweiter Kranz in dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 Einsatz finden könnte. Dabei ist jede Laufschaufel 10 eingesetzt in den Rotor 3, und sie hat einen Kühlkanal 14 zur Durchleitung von Kühlluft. Zur Vertei­ lung der Kühlluft auf die einzelnen Laufschaufeln 10 ist in dem Rotor 3 ein Ringkanal 25 vorgesehen. Bei einer der Lauf­ schaufeln 10 ist die Oberfläche teilweise aufgebrochen, um den Aufbau der Laufschaufel 10 darzustellen. Die Oberfläche der Laufschaufel 10 ist gebildet von dem Katalysator 24. Die­ ser Katalysator 24 liegt im vorliegenden Beispiel auf auf ei­ ner keramischen Wärmedämmschicht 38, welche ihrerseits auf­ liegt auf einer metallischen Haftschicht 39, insbesondere ei­ nem Metall-Aluminid oder einer Legierung des bekannten Typs MCrAlY, welche die keramische Wärmedämmschicht 38 an ein me­ tallisches Substrat 40, insbesondere eine Nickelbasis- oder Kobaltbasis-Superlegierung, welches den Grundwerkstoff der Laufschaufel 10 bildet, anbindet. Der Aufbau einer Laufschau­ fel 10 aus einem Grundwerkstoff 40, einer metallischen Haft­ schicht 39 sowie einer keramischen Wärmedämmschicht 38 ist grundsätzlich bekannt und kommt auch für andere Struktur­ teile, insbesondere Leitschaufeln, Auskleidungen und Hitze­ schilde für das Gehäuse oder den Rotor, in Betracht. Im Sinne der vorliegenden Ausführungen wird dieser Aufbau ergänzt da­ durch, daß die Wärmedämmschicht 38 ihrerseits mit dem Kataly­ sator 24 beschichtet ist.

Claims (13)

1. Turbine (1) zur Entspannung eines aus einem Verbrennungs­ prozeß stammenden Rauchgases, welches Rauchgas die Turbine (1) von einem Einlaß (4) zu einem Auslaß (5) durchströmt, welche Turbine (1) ein Kühlkanalsystem (12) zur Kühlung von Strukturteilen (6) der Turbine (1) mittels Kühlluft und Ein­ leitung der Kühlluft in die Turbine (1) aufweist und der eine Kühlluftzufuhr (15) zur Zufuhr von Kühlluft zu dem Kühlkanal­ system (12) sowie eine Brennstoffzufuhr (20) zur Zumischung eines Brennstoffes zu der Kühlluft vor dem Kühlkanalsystem (12) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl­ kanalsystem (12) zur Einleitung der Kühlluft in eine direkt am Einlaß (4) angeordnete erste Stufe (19) der Turbine (1) eingerichtet ist und eine zweite Stufe (23) der Turbine (1), welche zwischen der ersten Stufe (19) und dem Auslaß (5) an­ geordnet ist, Strukturteile (7, 8, 10, 11) enthält, welche einen Katalysator (24) zur Katalyse einer Reaktion zwischen dem Brennstoff und Sauerstoff aus dem Rauchgas tragen.

2. Turbine (1) nach Anspruch 1, bei der die erste Stufe (19) einen Kranz von Leitschaufeln (6) am Einlaß (4) umfaßt.

3. Turbine (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Katalysa­ tor (24) aus Platin besteht.

4. Turbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest ein Strukturteil (7, 8, 10, 11) in der zweiten Stufe (23) den Katalysator (24) als zusätzliche Schicht (24) auf einer Schutzschicht (38), insbesondere einer keramischen Wärmedämmschicht (38), trägt.

5. Turbine (1) nach Anspruch 4, bei der das Strukturteil (7, 8, 10, 11) eine Leitschaufel (7, 8) oder eine Laufschaufel (10, 11) ist.

6. Turbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweite Stufe (23) bis zum Auslaß (5) reicht.

7. Turbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kühlkanalsystem (12) in der ersten Stufe (19) liegt.

8. Turbine (1) nach Anspruch 7, bei der in der zweiten Stufe (23) ein weiteres Kühlkanalsystem (13, 14) zur Kühlung der zweiten Stufe (23) mittels Kühlluft, welches weitere Kühlka­ nalsystem (13, 14) vorzugsweise ebenfalls mit der Kühlluftzu­ fuhr (15) kommuniziert, angeordnet ist.

9. Turbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wel­ che mit einem Turboverdichter (27) zur Bereitstellung ver­ dichteter Luft und einer Verbrennungseinrichtung (29) zur Be­ wirkung des Verbrennungsprozesses mit der verdichteten Luft und zur Bereitstellung des Rauchgases kombiniert ist.

10. Turbine (1) nach Anspruch 9, welche sowohl zum Antrieb des Turboverdichters (27) als auch zum Antrieb eines weiteren Verbrauchers (35) eingerichtet ist.

11. Verfahren zur Entspannung eines aus einem Verbrennungs­ prozeß stammenden Rauchgases in einer Turbine (1), welches Rauchgas die Turbine (1) von einem Einlaß (4) zu einem Auslaß (5) durchströmt, wobei dem Rauchgas in der Turbine (1) mit Brennstoff vermischte Kühlluft aus einem Kühlkanalsystem (12), durch das die Kühlluft zur Kühlung von Strukturteilen (6) der Turbine (1) geleitet wird, zugeführt wird und der Brennstoff in dem Rauchgas mit Sauerstoff reagiert, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Brennstoff vermischte Kühlluft dem Rauchgas in einer direkt am Einlaß (4) angeordneten ersten Stufe (19) der Turbine (1) zugeführt und in einer zwischen der ersten Stufe (19) und dem Auslaß (5) angeordneten zweiten Stufe (23) der Turbine (1) eine katalysierte Reaktion zwischen dem Brenn­ stoff und dem Sauerstoff bewirkt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Brennstoff ein brennbares Gas, insbesondere Stadtgas oder Erdgas, ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem der Brenn­ stoff zu einem solchen Anteil der Kühlluft beigemischt wird, daß eine Selbstzündung des entstehenden Gemisches ausge­ schlossen ist.