CH304499A - Kombinierte Anlage zur Kraft- und Wärmeerzeugung. - Google Patents

Description

  Kombinierte Anlage zur     Kraft-    und     Wärmeerzeugung.       Es ist bekannt, dass die Verbindung von  Kraft- und' Wärmeerzeugung in Anlagen  (Dampf- oder     Gasturbinenanlagen)    eine ther  mische     Wirkungsgradsteigerung    zur Folge  hat, die dieser Art von Anlagen besondere  Bedeutung ei-teilt. Denn während bei der rei  nen Krafterzeugung, z.

   B. im Kühlwasser  strom, ein grösserer Teil der     atdgewandten     Wärme, die in Gestalt von Brennstoff (Kohle  oder Gas oder Öl) zugeführt werden muss,       fortgeleitet    wird, ohne zur Arbeitsleistung  mehr herangezogen werden zu können, wird in       kombinierten        Kraft-Wärmeerzeugungsanlagen     der Abdampf oder das     Abgas    der     Turbinen.     zu dieser Wärmelieferung benützt.

   Wenn die  ser     Abdampfstrom    bei höherem Druck benö  tigt. wird, entsteht zwar bei der Dampfanlage  ein kleineres, in der Turbine verwertbares Ge  fälle, es werden also weniger     kW    je kg durch  strömende Dampfmenge erzeugt, aber der  Wärmeinhalt des     Abdampfstromes    wird bis  auf eine durch die Umgebungsverhältnisse be  stimmte Temperatur ausgenützt.  



       Diese    bekannte Tatsache     drüekt    sich darin  aus, dass der     Wärmeverbraueh    je     kWh     bei der     Abwärmeanla.ge,    die also     als        Gegen-          druekanlage        aLLsgeführt    ist, etwa 950 bis,  1100     keal(h    beträgt, wogegen dieser Wärme  verbrauch bei der reinen     Krafterzeugungsan-          lage    je nach dem thermischen Wirkungsgrad  etwa 2000 bis 4000     kcal/h.    betragen wird.  



  Es ist weiter bekannt,     dureh    eine Kupp  lung einer solchen     Gegendruckanlage    mit  einer Wärmepumpe eine noch bessere Ausnüt-         zung    der Brennstoffenergie zu erreichen. Die  zum Antrieb der Wärmepumpe notwendige  Antriebsleistung wird von der     Gegendruck-          anlage    selbst aufgebracht, wobei die durch  die Wärmepumpe     gewonnene    Wärmeleistung       entsprechend    deren     Leistiuigszahl    noch hinzu  kommt.

   Bekanntlich versteht man unter letz  terer eine Verhältniszahl, die angibt, um wie  viel mal mehr Wärmeeinheiten je     eingeführter          kWh,    im Wärmemass     susgedriickt,    erzielt. wer  den, als einer     kWh    im Wärmemass (860     kcal[h)     entsprechen. Beträgt z. B. die Leistungszahl e  der Wärmepumpe 3, dann werden 3 X 860 =  2580     kcalih    gewonnen,     wenn    die Antriebslei  stung 1     kW    ist.  



  Alle diese Anlagen haben aber den Nach  teil, dass das untere Temperaturniveau der  Wärmepumpe nicht ausgenützt ist. Dasselbe  gilt auch für die Anlagen, die eine Gas- oder       Heissluftturbine    als     Wärmekr        aftmaschine    be  sitzen. Auch ein Dieselmotor ist. als Antriebs  maschine     denkbar.     



  Die Erfindung bezweckt nun, diesem  Nachteil abzuhelfen, und betrifft eine kombi  nierte Anlage zur Kraft- und     Wärmeerzeu-          gLmg    mit einer     Wärmekraftmaschine,    einer  W     ärmepumpe    und einem Stromerzeuger, bei  der die Abwärme der     Wärmekraftmaschine    an  einen Wärmeträger abgegeben wird, der durch  die     Heizwärme    der Wärmepumpe eine wei  tere     Wärmezufuhr    enthält. Bei Anlagen mit  niedrigem Temperaturniveau der Abwärme,  wie z.

   B. bei     Dampfanlagen,    wird durch die  Heizwärme der Wärmepumpe eine weitere           Aufw'a\rmung    erzielt. werden, während z. $. bei  Anlagen mit höherem Temperaturniveau der  Abwärme durch die Heizwärme der     Wärme-          plumpe    eine     Vorwärmung        des        Wärmeträgers     erfolgt.

   In allen Fällen wird das tiefere Tem  peraturniveau der Wärmepumpe zur Kühlung  von Medien benützt, die entweder mit. der An  lage in direktem     Zusammenhang    stehen     (Kon-          densatkühlung    bei Dampfanlage,     Generator-          luftkühhing    oder     Lagerkühlung)    oder nicht  im     Zusammenhang    mit der Anlage stehen  (z. B. bei     chemisch-technologischen    Prozessen  zur Kühlung der dort verwendeten Mittel).  



  Im folgenden wird die Erfindung an Hand  von schematischen Ausführungsbeispielen be  schrieben.  



       Fig.1    zeigt ein Ausführungsbeispiel mit  einer     Dampfanlage.    Es bezeichnet 1 den Kes  sel, der den Dampf für die     Turbine    2 liefert,  4 den Stromerzeuger, 3 die     Wärmepumpe,    die       entweder    direkt angekuppelt ist oder, wie  dies     Fig.    la zeigt, durch einen Motor angetrie  ben wird. Im Sinne der Erfindung ist nun  der Reizteil 7 der Wärmepumpe 3 so ein  geschaltet, dass die Heizwärme den im Kon  densator 5     bereits    vorgewärmten Warmwasser  strom nunmehr weiter erwärmt, worauf er       dann    zur Wärmeabgabe zu den Verbrauchern  9 geleitet wird.

   Im Kühlteil 6 der Wärme  pumpe 3     wird    die Luft. des     Generators    4 ab  gekühlt und gestattet so eine     günstigere        Ans-          legung    des Generators, oder aber es kann auch  der Kühlteil 6 zur Kühlung     des        Kühlwassers     für den Kondensator oder der aus dem     Kon-          densator        abgesaugten    Luft benützt werden.  Dieser Fall     ist    in     Fig.1a    dargestellt., worin  5 den Kondensator mit eingebauter Kühl  fläche 6 für die     Absaugliüt    bezeichnet.

   In  gleicher Weise kann z. B. bei     Vorhandensein     von zu warmem Kühlwasser für die     Lageröl-          kühlumg    dieses mit dem Kühlteil 6     unterkühlt     werden, was kleinere     Ölkühler    ergibt. In man  chen Fällen kann man alle oder einen Teil  der vorerwähnten     Kühlungen    kombinieren.  



  Stets wird     durch        Schaltung    des die Ab  wärme der Wärmekraftanlage aufnehmenden  Kondensators je nach den     gewünschten        Druck-          oder        Temperaturverhältnissen,vor    oder nach         dein        Heizteil    der     \Värmepiimpe    gegenüber  dem     Gegendruckbetrieb    eine Ersparnis an  Brennstoff     sich    einstellen.  



  Schliesslich ist. in     Fig.2    ein Beispiel mit  einer offenen     Gasturbinenanlage    als     Wä.rme-          hraftmasehine    gezeigt. In diesem Fall erhält  die     Brennkammer    1 die notwendige Brennluft  und die zur Herabsetzung der Verbrennungs  temperatur notwendige Kühlluft in bekannter  Weise durch einen von der Gasturbine 2 an  getriebenen     Verdiehter    3 geliefert. Ein Teil  der Abgaswärme wird nach Expansion der  Treibgase in der Turbine 2 in einem     Austau-          seher    5 an die     Verdichterluft    abgegeben.

   Die       'Restwärme    der Abgase wärmt einen bereits  im     Heizteil    7 der Wärmepumpe 4 vorgewärm  ten Wärmeträger, z. B. Warmwasser, in einem       Abgasvorwärmer    11 auf die gewünschte     End-          temperatur    vor, mit welcher das Warmwasser  zum Verbraucher 9 geleitet     wird,    wo die Ab  gabe der Wärme erfolgt. Hier ist der Kühlteil  6 der     Wärmepumpe    4 so eingeschaltet, dass  die     Ansaugluift    des Verdichters unterkühlt  wird, um so kleinere Abmessungen des V er  dichters 3, unter Umständen durch Fortfall  der sonst notwendigen Zwischenkühler,     zu    er  reichen.

   Eventuell kann auch nur ein Teil der  Ansaugluft unterkühlt werden. Mit 8     ist    in  allen Figuren das bei der     Wärmepiunpe    vor  zusehende     Reduzierventil    bezeichnet.. An Stelle  der obengenannten Kühlungen können auch  mittels des Kühlteils der     -#Värmepiunpe    Me  dien, die entweder mit der Anlage im Zusam  menhang stehen oder auch nicht mit der An  lage im Zusammenhang stehen,     gekühltwerden.     



  In     Fig.2a    ist. ein Beispiel mit einer ge  schlossenen     Gasturbinenanlage    dargestellt. ES  bezeichnet 1 den Lufterhitzer, wobei an Stelle  von Luft in bekannter Weise auch ein belie  biges Gas genommen werden kann, das durch  den Verdichter 3 auf höheren Druck zwecks  Verkleinerung der     Abmessungen    von Turbine.  Verdichter und Heizflächen gebracht wird.

    Das     Treibmittel    beschreibt den bekannten ge  schlossenen     Arbeitspr        ozess,        nimmt    wieder in  5 einen Teil der Abwärme des in der Turbine  2 expandierten Treibmittels auf und gibt die  Restwärme in einem     Vorw    ärmer     11    an einen           Wärmeträger,    z.     13.        Warmwasser,    ab, der  durch den     Heizteil    7 der Wärmepumpe 4 be  reits vorgewärmt wurde.

   Der Kühlteil 6 der  Wärmepumpe     -1    ist so     eingeschaltet,    dass er  das Kühlwasser des     Endkühlers    12 unter  kühlt, wodurch kleinere     Abmessungen    gewon  nen werden. In     Fig.    2 und     2u    bezeichnet 10  den Stromerzeuger, wozu noch ein nicht weiter  angegebener     Anrvurfmotor    in bekannter Weise       hinzukommt.    Im Verbraucher 9 wird wieder  der Wärmeträger, z. B. Warmwasser oder  auch Luft oder Gas, seine Wärme abgeben.  



  Im allgemeinen     wird    der     Heizteil    der  Wärmepumpe vor dem     Abwärmeaustauseher     der     Wärmekraftinaschine    gesetzt werden, wie  dies in     Fig.    2 und     2a    dargestellt ist. Bei  Dampfanlagen und Anlagen, die eine hohe       IIeizwärmetemperatur    benötigen, kann es auch  vorteilhaft sein, den     Heizteil    7 der Wärme  pumpe nach dem     Austauscher    der Wärme  kraftmasehine zu schalten, wie dies die     Fig.1     und     la    zeigen.

   Auch bei den in     Fig.    2 und 2a  dargestellten Schaltungen mit Gasturbinen  anlage kann der Kühlteil zur Kühlung des  Lageröls oder zur Kühlung des Generators  Verwendung finden, wobei auch eine Kombi  nation     erfolgen    kann.  



  Die Regelung der Vorlauftemperatur des  Wärmeträgers kann entweder durch Regelung  des Druckes im     Wärmepumpenkreislauf    erfol  gen oder durch Zu- oder Abschaltung von  Heizflächen des vom Wärmeträger durch  strömten     Abwärmeaustausehers.     



  Die Wärmepumpe kann entweder direkt  oder über ein Getriebe mit der Wärmekraft  inasehine verbunden sein oder     abkuppelbar          angeordnet.    werden. Im letzteren Fall ist. ein  ebenfalls     abkuppelbarer    Motor vorgesehen, der  im Fall der     Abkupplung    der Wärmepumpe  von der     Wärmekraftmaschine    mit der Wärme  pumpe verbunden wird und so eine selb  ständige Anlage bildet. Dies wird dann not  wendig, wenn geringere Aufwärmungen des  Wärmeträgers notwendig werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Kombinierte Anlage zur Kraft- und Wärmeerzeugung, mit einer @NTärmekraftma- schine, einer Wärmeptunpe und einem Strom= erzenger, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme der VTärmekraftmaschine an einen Wärmeträger abgegeben wird, der durch die Heizwärme der Wärmepumpe eine weitere Wärmezufuhr erhält, und dass der Kühlteil der WärmepLUnpe zur Kühlung eines Mediums verwendet wird. UNTERANSPRLTCHE 1.

   Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab wärme der Wärmekraftmaschine als Konden sationswärme abgegeben wird. 2. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab wärme der Wärmekraftmaschine als Abgas wärme abgegeben wird. 3. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass Was ser als Wärmeträger verwendet wird. 4. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass Luft als Wärmeträger verwendet wird.

   5. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlteil der Wärmepumpe zur Kühlung eines im Wärmekraftprozess notwendigen Mediums verwendet wird. 6. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, d'ass der Kühlteil der WärmepLunpe eine Unterkühtung eines Mediums bewirkt. 7.

   Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die WärmepLunpe abkuppelbar ist. B. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe getrennt angetrieben wird. 9. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, mit einer offenen Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet., dass die Ansaugluft des Verdichters durch den Kühlteil der Wärmepumpe gekühlt wird. 10.

   Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, mit einer geschlossenen Grastirbinen- anlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel seine Abwärme mindestens , zum Teil in einem Wärmeaustauscher an den Wärmeträger abgibt. 11. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Re gelung der Vorlauftemperatur des Wärme trägers<B>durch Zu-</B> und Abschaltung von Aus tauschflächen eines vom Wärmeträger durch strömten Abwärmeaustauschers erfolgt. 12.

   Kombinierte Anlage nach Patentan- sprueh, dadurch gekennzeichnet., dass die Re gelung der Vorlauftemperatur des Wärme trägers durch Änderung der Kompression der Wärmepumpe erfolgt. 13. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, mit Kondensationsdampfanläge, da- durch gekennzeichnet, daC3 die aus dem Kon densator abgesaugte Luft durch den Kühlteil der Wärmepumpe unterkühlt wird. 14.

   Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, mit einer offenen Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der angesaugten Luft der Gasturbinenanlage durch den Kühlteil der -\GTärmepumpe unter kühlt wird. 15. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch mit geschlossener Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlwasser des Endkühlers der Gasturbinenanlage durch den Kühlteil der Wärmepumpe unterkühlt wird.