CZ2003328A3 - Způsob přeměny tepelné energie na mechanickou práci a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Způsob přeměny tepelné energie na mechanickou práci a zařízení k provádění tohoto způsobu Download PDF

Info

Publication number
CZ2003328A3
CZ2003328A3 CZ2003328A CZ2003328A CZ2003328A3 CZ 2003328 A3 CZ2003328 A3 CZ 2003328A3 CZ 2003328 A CZ2003328 A CZ 2003328A CZ 2003328 A CZ2003328 A CZ 2003328A CZ 2003328 A3 CZ2003328 A3 CZ 2003328A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
gas
bulk material
thermal energy
regenerator
turbine
Prior art date
Application number
CZ2003328A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ299234B6 (cs
Inventor
Andreas Emmel
Dragan Stevanović
Original Assignee
Applikations- Und Technikzentrum Für Energieverfah
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applikations- Und Technikzentrum Für Energieverfah filed Critical Applikations- Und Technikzentrum Für Energieverfah
Publication of CZ2003328A3 publication Critical patent/CZ2003328A3/cs
Publication of CZ299234B6 publication Critical patent/CZ299234B6/cs

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/26—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension
    • F02C3/28—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension using a separate gas producer for gasifying the fuel before combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/14—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours using industrial or other waste gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/02—Arrangements of regenerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
    • F28D17/005—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using granular particles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Description

Oblast techniky
Vynález se týká způsobu přeměny tepelné energie na mechanickou práci, při němž se do turbínové větve střídavě zapojuje první prostředek a druhý prostředek k akumulaci . tepelné energie. Vynález se dále týká zařízení k provádění tohoto způsobu.
Dosavadní stav techniky
Z DE 43 17 947 Cl je znám způsob přeměny tepelné energie plynu na mechanickou práci, kdy je vzduch téměř, izotermicky stlačen a potom je stlačený vzduch izobaricky prostřednictvím regenerátoru zahřát. Horký stlačený vzduch je následně ve druhém kroku prostřednictvím hořáků dále zahřát a nakonec expanduje v plynové turbíně. Část horkého stlačeného vzduchu je před vstupem do hořáku odkloněna a využita k předehřátí paliva potřebného pro provoz hořáku.
Expandovaný horký odpadní vzduch vystupující z parní turbíny je veden přes druhý regenerátor,, který je namísto regenerátoru střídavě zapojován do turbínové větve. Zahřívání s
stlačeného vzduchu prostřednictvím regenerátoru a následně zapojeného hořáku je nákladné. V případě použití pevného paliva je zde třeba uspořádat zvláštní zplyňovací zařízení.
Z DE 44 26 356 Al je známo zařízení pro sušení zeleného krmivá, štěpin a podobně k výrobě tepla a proudu. Přitom je ve spalovací komoře spalována biomasa. Horký kouřový plyn postupuje přes tepelný výměník. Tam odevzdává svoje teplo
předem stlačenému a tím již ohřátému vzduchu. Horký stlačený vzduch expanduje v plynové turbíně. Horký odpadní vzduch vystupující z plynové turbíny je využít k sušení zeleného krmivá, štěpin, řízků apod. Může být ale také přiváděn jako předehřátý spalovací vzduch do spalovací komory.
Toto zařízení je v první řadě sušicím zařízením. K efektivní výrobě proudu se nehodí. Účinnost přeměny tepelné energie na mechanickou práci zde není nijak vysoká.
Z EP 0 654 591 Al je známo zařízení k výrobě elektrické energie z paliv. Stlačený vzduch je přitom ohříván prostřednictvím řady za sebou zapojených tepelných výměníků a nakonec je přiváděn k turbíně. Toto známé zařízení je vytvořeno komplikovaným způsobem a není příliš efektivní.
DE 39 31 582 Al popisuje způsob využití vysokoteplotního odpadního tepla. Jsou přitom použity dva regenerativní tepelné výměníky, které jsou střídavě zapojovány do turbínové větve. Podobné způsoby jsou známy z JP 6208 5136 A a JP 6102 8726 A. Účinnost těchto způsobů je již lepší, avšak není optimální.
Podstata vynálezu
Úlohou vynálezu je odstranit nevýhody stavu techniky. Má být zejména navržen způsob umožňující efektivní přeměnu tepelné energie, získané spalováním biomasy, na mechanickou práci. Dalším cílem je vyvinout cenově příznivé zařízení k provádění způsobu.
Úloha byla vyřešena vyvinutím způsobu přeměny tepelné energie na mechanickou práci, přičemž je do turbínové větve • · • ·· · i
i střídavě zapojován první prostředek a druhý prostředek k akumulaci tepelné energie, s následujícími kroky:
a) stlačení oxidačního plynu, přičemž jeho teplota je z teploty RT okolí zvýšena na první teplotu TI a jeho tlak je zvýšen na první tlak Pl,
b) ochlazení stlačeného plynu na druhou teplotu T2,
c) průchod stlačeného plynu prvním prostředkem k akumulaci tepelné energie, přičemž teplota plynu je v tomto kroku zvýšena na třetí teplotu T3,
d) expanze prvního tlaku Pl v plynové turbíně na, v podstatě atmosférický tlak, přičemž plyn je z třetí teploty T3 ochlazen na čtvrtou teplotu T4,
e) přivádění plynu ke spalovací komoře, následně po proudu zapojené,
f) spalování biomasy spolu s plynem a
g) průchod kouřových plynů druhým prostředkem k akumulaci tepelné energie.
Jako oxidační plyn přichází v úvahu například vzduch, kyslík, vzduch obohacený kyslíkem a podobně. Tím, že je stlačený plyn v jednom kroku, tzn. bez vloženého zapojení dalších tepelných zdrojů, ohřát na třetí teplotu, může být způsob provozován obzvláště efektivně. Dosažená celková účinnost se zvýší na asi 74 %.
Ochlazování při kroku b) může být prováděno ostřikováním kapalinou, s výhodou vodou, nebo prostřednictvím tepelného výměníku. Tepelná energie získaná při tomto kroku prostřednictvím ochlazení může být odváděna jako využitelné teplo, což dále zvyšuje účinnost způsobu.
Podle kroku c) může být dílčí proud plynu veden kolem prostředku k akumulaci tepelné energie obtokem. Ztráty odpadního vzduchu v celém zařízení tak mohou být zmenšeny.
Podle kroku d) je část plynu účelně odkloněna a vedena k odběru tepelné energie přes tepelný výměník a/nebo je přivedena do kontaktu se spalovanou biomasou k jejímu usušení. Podle dalšího znaku je z kouřových plynů vznikajících při spalování oddělován prach. Oddělování může být prováděno například prostřednictvím cyklónového odlučovače.
Jako obzvláště výhodné se ukázalo to, že podle kroku g) je kouřový plyn v méně než 200 ms ochlazen na teplotu nižší než 150° C, s výhodou 90 až 110° C. Tím je zabráněno tvoření škodlivých dioxinů a furanů.
Pro teplotu plynu s výhodou platí:
T2 < TI < T4 < T3
Druhá teplota T2 je s výhodou menší než 150° C, zejména je menší než 100° C. Prostřednictvím regenerátorů je plyn a kouřový plyn s výhodou střídavě veden sypkým materiálem s maximálním průměrem zrna, který je uložen v prstencovém prostoru mezi v podstatě válcovým žárovým roštem a jeho obklopujícím studeným roštem, přičemž ve dně prstencového prostoru je uspořádán nejméně jeden výpustný otvor k vypuštění sypkého materiálu, přičemž ještě během nebo po průchodu kouřového plynu je stanovené množství sypkého materiálu vypuštěno, takže se tlakové napětí působící od sypkého materiálu na žárový a studený rošt zmenší. Střední velikost zrna sypkého materiálu je s výhodou menší než 15 mm. Tzv. regenerátory se sypkým materiálem pracující podle uvedeného způsobu jsou obzvláště efektivní a nenáchylné k poruchám.
Vypuštěný sypký materiál může být prostřednictvím transportního plynu veden zpět do prstencového prostoru. Přitom jsou po oddělení sypkého materiálu od transportního plynu z něj odděleny v něm obsažené prachové frakce. Funkce sypkého materiálu jakožto filtru k odprášení procházejícího pracovního plynu zůstává zachována. Transparentní odváděný do okolí přitom není nikterak zatížen.
plyn
Aby bylo možno provádět proces téměř kontinuálně, může být do turbínové větve zapojován třetí prostředek k akumulaci tepelné energie střídavě s prvním nebo druhým prostředkem.
Dále bylo navrženo zařízení k přeměně tepelné energie na mechanickou práci, které obsahuje:
turbínovou větev s
- kompresorem ke zhuštění nasávaného oxidačního plynu,
- po proudu následně zapojeným prostředkem k ochlazení stlačeného plynu,
- prvním regenerátorem se sypkým materiálem zapojeným po proudu za prostředkem k ochlazení,
- plynovou turbínou, zapojenou po proudu za prvním regenerátorem se sypkým materiálem, a předehřívací větev se
- spalovací komorou, zapojenou po proudu za prvním regenerátorem se sypkým materiálem,
- druhým regenerátorem se sypkým materiálem, zapojeným po proudu za spalovací komorou a
- prostředkem ke regenerátoru se sypkým prvního regenerátoru se větve.
střídavému zapojování druhého materiálem do turbínové větve a sypkým materiálem do předehřívací
Jakožto regenerátory se sypkým materiálem jsou zde s výhodou použity regenerátory se sypkým materiálem známé z DE 42 36 619 02 nebo z EPO 908 692 A2 . Použití takovýchto regenerátorů se sypkým materiálem vede k efektivněji pracujícímu zařízení.
Plynová turbína, kompresor a generátor jsou účelně uspořádány na jedné hřídeli. Bezprostředním přenosem mechanické práce od plynové turbíny na kompresor a generátor je zamezeno třecím ztrátám.
Podle dalšího znaku vynálezu může být za spalovací komorou zapojeno zařízení k čištění kouřových plynů. Mezi plynovou turbínou a spalovací komorou může být dále zapojen tepelný výměník k odvedení tepelné energie. Uvedené znaky přispívají dále ke zlepšení životního prostředí a ke zvýšení účinnosti zařízení.
• φ • ·
Podle obzvláště výhodného znaku vynálezu je u regenerátoru se sypkým materiálem v podstatě válcově vytvořený žárový rošt souose obklopen studeným roštem a v prstencovém prostoru vytvořeném mezi žárovým a studeným roštem je uložen sypký materiál s maximálním průměrem zrna Dmaxř přičemž a/nebo studený rošt je/jsou vytvořen/vytvořeny tak, že sypký materiál se může při ohřevu radiálně rozpínat.
Takovýto regenerátor se sypkým materiálem vykazuje obzvláště dlouhou životnost. Co se týče podrobností, je třeba odkázat na EP 0 908 692 A2 . Takovéto regenerátory se sypkým materiálem se vyznačují obzvláště nízkými energetickými ztrátami a vysokou regenerací tepla.
Se zařízením podle vynálezu mohou být i u malých elektrických výkonů, tzn. menších než 2 MW, dosaženy vysoké elektrické účinnosti. Dále může být prostřednictvím zařízení podle vynálezu odváděno teplo a přiváděno do zvláštního okruhu, například jako využitelné teplo pro účely sušení.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je dále blíže vysvětlen s pomocí příkladů provedení, znázorněných na výkresech, kde značí:
obr. 1 první blokové schéma;
obr. 2 druhé blokové schéma;
obr. 3 třetí blokové schéma;
obr. 4 čtvrté blokové schéma.
Příklady provedení vynálezu
Na obr. 1 je schematicky znázorněno první zařízení k přeměně tepelné energie na mechanickou práci.
V turbínové větvi T je na hřídeli plynové turbíny 3 uspořádán kompresor 1 s generátorem 2. Do potrubí vedoucího Od kompresoru 1 k prvnímu regenerátoru _4 je zapojen první tepelný výměník _5. Od prvního regenerátoru 4 vede potrubí k plynové turbíně 3. Odpadní vzduch vystupující z plynové turbíny 3 je dalším potrubím přiváděn do spalovací komory 6 jako předehřátý spalovací vzduch. Spalovací komora _6 je součástí předehřívači větve označené vztahovou značkou V.
Jako další výchozí látka pro spalování je do spalovací komory 6 přiváděna biomasa, označená vztahovou značkou J_. Vytvořený kouřový plyn 19 je vyčištěn prostřednictvím odprašovacího zařízení kouřových plynů, například prostřednictvím cyklónového odlučovače 8^, a přiveden k druhému regenerátoru 9. Ochlazený kouřový plyn 19 se nakonec dostává od druhého regenerátoru 9_ do komína 10. První regenerátor 4_ a druhý regenerátor 9 jsou s výhodou vytvořeny jako regenerátory se sypkým materiálem.
Funkce zařízení je následující: Vzduch, označený vztahovou značkou 11, je při teplotě okolí RT zhruba 15° C nasáván kompresorem 1^ a stlačen na první tlak Pl o velikosti asi 4 bar. Přitom se zvyšuje teplota vzduchu 11 na první teplotu Tl zhruba 200° C. V prvním tepelném výměníku 5 je stlačený vzduch 11 ochlazen na druhou teplotu T2 o hodnotě asi 90° C. První tlak Pl zůstává v podstatě konstantní. Jeho hodnota představuje na vstupu prvního regenerátoru 4_ asi 3,9 bar.
·'»
Vzduch 11 je veden prvním prstencovým prostorem 12, nacházejícím se v prvním regenerátoru 4., v němž je jako akumulátor tepla uložen horký sypký materiál, například kuličky A12O3 s průměrem asi 8 mm. Průchodem vzduchu 11 skrz horký sypký materiál je teplota vzduchu 11 zvýšena na třetí teplotu o hodnotě si 825° C. Tlak stlačeného vzduchu 11 zůstává v podstatě beze změny. Jeho hodnota představuje na vstupu plynové turbíny 3 asi 3,85 bar.
Horký stlačený vzduch 11 nyní v plynové turbíně 2 expanduje a dochází k přeměně na mechanickou práci. Expandovaný vzduch při teplotě asi 560° C a tlaku 1,06 bar, odpovídajícím zhruba atmosférickému tlaku, pak plynovou turbínu 3 opouští. Jakožto předehřátý spalovací vzduch je přiváděn do spalovací komory 6. Přebytečný předehřátý spalovací vzduch 14 může být odebrán a jeho tepelná energie může být v druhém tepelném výměníku 13 přeměněna na využitelné teplo.
Spalováním biomasy Ί_ s předehřátým spalovacím vzduchem 14 vznikají horké kouřové plyny 19 o teplotě si 870° C. Horké kouřové plyny 19 jsou odprášeny v čisticím zařízení E> kouřových plynů. Pak jsou vedeny prstencovým prostorem 15 druhého regenerátoru 9 a po ochlazení na asi 110° C jsou komínem 10 odváděny do okolí.
Prostřednictvím zde neznázorněného zařízení mohou být první regenerátor 4. a druhý regenerátor 9 střídavě provozovány v turbínové větvi T, respektive ve předehřívací větvi V.
U zařízení znázorněného na obr. 2 je namísto prvního tepelného výměníku 5 zapojeno zařízení 16 ke vtryskávání kapaliny do turbínové větve T. Prostřednictvím tohoto zařízení je možné nastavit druhou teplotu T2 na asi 70° C. Může tím být dosaženo obzvláště vysokého výkonu plynové turbíny 3^. Účinnost výroby proudu tak může být zvýšena na 34,4 %. Současně klesne celková účinnost v důsledku zmenšeného tepelného výkonu na asi 53 %.
Jak je zřejmé z obr. 3, je také možné v prvním regenerátoru 4_, zapojeném v turbínové větvi, akumulovat teplo se zvýšenou teplotou až 1 100° C. V tomto případě leží teplota předehřátého vzduchu na výstupu prvního regenerátoru na asi 1 055° C. Před vstupem do plynové turbíny 3 musí pak být tento ochlazen prostřednictvím obtoku 17 s dílčím proudem chladnějšího vzduchu z prvního tepelného výměníku 5. Prostřednictvím regulačního ventilu 18 může být vstupní teplota vzduchu do plynové turbíny nastavena na 825° C. Ve druhém regenerátoru _9 tak může být nastaven nižší průtok. Množství kouřového plynu 19 je redukováno. Ztráty vlivem odpadního vzduchu a komínu jsou zmenšeny. Účinnost způsobu se zvýší.
Obr. 4 znázorňuje zařízení, u něhož je vedle prvního regenerátoru 4 a druhého regenerátoru 2 uspořádán třetí regenerátor 20. Třetí regenerátor 20 může být zapojen střídavě s prvním regenerátorem 4_ a druhým regenerátorem 9 v turbínové větvi T nebo v předehřívači větvi V. K tomu jsou v příslušných potrubích uspořádány přepojovací ventily 21 až 32 .

Claims (19)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob přeměny tepelné energie na mechanickou práci, přičemž je do turbinové větve (T) střídavě zapojován první prostředek (4) a druhý prostředek (9) k akumulaci tepelné energie, s následujícími kroky:
    a) stlačení oxidačního plynu (11), přičemž jeho teplota je z teploty RT okolí zvýšena na první teplotu TI a jeho tlak je zvýšen na první tlak Pl,
    b) ochlazení stlačeného plynu (11) na druhou teplotu T2,
    c) průchod stlačeného plynu (11) prvním prostředkem (4) k akumulaci tepelné energie, přičemž teplota plynu (1.1) je v tomto kroku zvýšena na třetí teplotu T3,
    d) expanze prvního tlaku Pl v plynové turbíně (3) na v podstatě atmosférický tlak, přičemž plyn (11) je z třetí teploty T3 ochlazen na čtvrtou teplotu T4,
    e) přivádění plynu (114, 14) ke spalovací komoře (6), následně po proudu zapojené,
    f) spalování biomasy (7) spolu s plynem (14) a
    g) průchod kouřových plynů (19) druhým prostředkem (9) k akumulaci tepelné energie.
  2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že ochlazování při kroku b) je prováděno ostřikováním plynu (11) s kapalinou, výhodně s vodou, nebo prostřednictvím tepelného výměníku.
    *· * ti nároku 1 nebo 2, tím, že při kroku b) tepelná energie je odebírána jako ti ti ti ti :
    ti ti
  3. 3. Způsob podle vyznačující se ochlazováním získaná využitelné teplo.
  4. 4. Způsob podle vyznačuj ící jednoho z předcházejících nároků, se tím, že při kroku c) je dílčí proud plynu (11) veden kolem prostředku (4, 9) k akumulaci tepelné energie obtokem.
  5. 5. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že podle kroku d) je část plynu (14) odkloněna a vedena k odběru tepelné energie přes tepelný výměník (13).
  6. 6. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že podle kroku d) je část plynu (14) odkloněna a přivedena do kontaktu se spalovanou biomasou (7) k jejímu usušení.
  7. 7. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že z kouřových plynů (19) vznikajících při spalování je oddělován prach.
  8. 8. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že při kroku g) jsou kouřové plyny (19) v méně než 200 ms ochlazeny na teplotu nižší než 150° C, s výhodou na 90 až 110° C.
  9. 9. Způsob vyznačuj (11, 14) platí:
    podle jednoho z předcházejících nároků, ící se tím, že pro teploty plynů T2 < TI < T4 < T3.
  10. 10. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že druhá teplota T2 je menší než 150° C, s výhodou menší než 100° C.
  11. 11. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že skrz prostředky (4, 9) k akumulaci tepelné energie vytvořené jako regenerátory se sypkým materiálem jsou střídavě vedeny plyn a spalovací plyn, a to sypkým materiálem s maximálním průměrem zrna (Dmax) , který je uložen v prstencovém prostoru (12, 15) mezi v podstatě válcovým žárovým roštem a jeho obklopujícím studeným roštem, přičemž ve dně prstencového prostoru (12, 15) je uspořádán nejméně jeden výpustný otvor k vypuštění sypkého materiálu, a přičemž během nebo po průchodu kouřového plynu (19) je stanovené množství sypkého materiálu vypuštěno, takže se tlakové napětí působící od sypkého materiálu na žárový a studený rošt zmenší.
  12. 12. Způsob podle nároku 10,' vyznačující se tím, že maximální průměr zrna (Dmax) sypkého materiálu je menší než 15 mm.
  13. 13. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vypuštěný sypký materiál je prostřednictvím transportního plynu veden zpět do prstencového prostoru (12, 15).
  14. 14. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že po oddělení sypkého materiálu od transportního plynu jsou z něj odděleny prachové frakce, jež jsou v něm obsaženy.
  15. 15. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že do turbínově větve « · • · ·· (T) je zapojován třetí prostředek k akumulaci tepelné energie střídavě s prvním (4) nebo druhým prostředkem (9) k akumulaci tepelné energie.
  16. 16. Zařízení k přeměně tepelné energie na mechanickou práci, které obsahuje:
    turbínovou větev (T) s
    - kompresorem (1) ke zhuštění nasávaného oxidačního plynu (11),
    - po proudu následně zapojeným prostředkem (15, 16) k ochlazení stlačeného plynu (11),
    - prvním regenerátorem (4) se sypkým materiálem zapojeným po proudu za prostředkem (5, 16) k ochlazení,
    - plynovou turbínou (3) , zapojenou po proudu za prvním regenerátorem (4) se sypkým materiálem, a předehřívači větev (V) se
    - spalovací komorou (6) , zapojenou po proudu za prvním regenerátorem (4) se sypkým materiálem,
    - druhým regenerátorem (9) se sypkým materiálem, zapojeným po proudu za spalovací komorou (6) a
    - prostředkem (21-32) ke střídavému zapojování druhého regenerátoru (9) se sypkým materiálem do turbínové větve (T) a prvního regenerátoru (4) se sypkým materiálem do předehřívači větve (V).
    ·»··
    15 »· · • 9 4 9 99 9, '·· 4 99 9 J · · • 9 9 * * * 4 9 17. Zařízení podle nároku 15, vyznačuj ící se tím, že plynová turbína (3) , kompresor (1) a generátor (2) jsou uspořádány na jedné hřídeli. 18. Zařízení podle nároku 16 nebo 17, vyznačuj ící se tím, že za spalovací komorou (6) je zapojeno zařízení (8) k čištění kouřových plynů. 19. Zařízení podle nároku 16 a ž 18, vyznačuj ící se tím, že mezi plynovou
    turbínou (3) a spalovací komorou (6) je zapojen tepelný výměník (13) k odvedení tepelné energie.
  17. 20. Zařízení podle jednoho z nároků 16 až 19, vyznačující se tím, žeu regenerátoru (4, 9) se sypkým materiálem je v podstatě válcově vytvořený žárový rošt souose obklopen studeným roštem a v prstencovém prostoru (12, 15) vytvořeném mezi žárovým a studeným roštem je uložen sypký materiál s maximálním průměrem zrna (Dmax) , přičemž žárový a/nebo studený rošt je/jsou vytvořen/vytvořeny tak, že sypký materiál se může při ohřevu radiálně rozpínat.
  18. 21. Zařízení podle jednoho z nároků 16 až 20, vyznačující se tím, že prostředek (4, 9) k akumulaci tepelné energie je opatřen obtokem (17).
  19. 22. Zařízení podle jednoho z nároků 16 až 21, vyznačující se tím, že obsahuje třetí regenerátor (20) se sypkým materiálem a prostředek (21-32) ke střídavému zapojování je vhodný také k zapojování třetího regenerátoru1 (9) se sypkým materiálem do turbínové větve (T) a předehřívací větve (V).
CZ20030328A 2000-08-11 2001-08-07 Zpusob premeny tepelné energie na mechanickou práci a zarízení k provádení tohoto zpusobu CZ299234B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10039246A DE10039246C2 (de) 2000-08-11 2000-08-11 Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2003328A3 true CZ2003328A3 (cs) 2003-09-17
CZ299234B6 CZ299234B6 (cs) 2008-05-21

Family

ID=7652099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20030328A CZ299234B6 (cs) 2000-08-11 2001-08-07 Zpusob premeny tepelné energie na mechanickou práci a zarízení k provádení tohoto zpusobu

Country Status (15)

Country Link
US (1) US6799425B2 (cs)
EP (1) EP1307641B1 (cs)
JP (1) JP2004506832A (cs)
AT (1) ATE285030T1 (cs)
AU (1) AU2001283785A1 (cs)
CA (1) CA2418842C (cs)
CZ (1) CZ299234B6 (cs)
DE (2) DE10039246C2 (cs)
DK (1) DK1307641T3 (cs)
ES (1) ES2234873T3 (cs)
HU (1) HU226324B1 (cs)
PL (1) PL200000B1 (cs)
SI (1) SI1307641T1 (cs)
SK (1) SK287637B6 (cs)
WO (1) WO2002014663A1 (cs)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003093665A1 (de) * 2002-04-27 2003-11-13 Öko-Insel Maschinenbau GmbH Mikrogasturbine sowie verfahren zu deren betrieb und verwendung einer mikrogasturbine
US20080286312A1 (en) * 2002-06-12 2008-11-20 Gavish-Galilee Bio Applications Ltd. Membrane-anchored beta2 microglobulincovalently linked to MHC class I peptide epitopes
DE102004050465B3 (de) * 2004-09-28 2005-09-15 Applikations- Und Technikzentrum Für Energieverfahrens-, Umwelt- Und Strömungstechnik (Atz-Evus) Verfahren zur Erwärmung und/oder Verdampfung eines Fluids
JP4831309B2 (ja) * 2005-12-20 2011-12-07 独立行政法人土木研究所 廃棄物処理設備および廃棄物処理方法
AT506477B1 (de) 2008-02-21 2010-07-15 Schweighofer Franz Wärmespeichereinrichtung
DE102009038323A1 (de) 2009-08-21 2011-02-24 Krones Ag Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung von Biomasse
DE102009038322A1 (de) 2009-08-21 2011-02-24 Krones Ag Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung thermischer Energie aus Biomasse in mechanische Arbeit
US10094219B2 (en) 2010-03-04 2018-10-09 X Development Llc Adiabatic salt energy storage
US8671676B2 (en) * 2010-09-17 2014-03-18 Adolf Patrick Pinto Maximized thermal efficiency engines
CN103321749A (zh) * 2012-03-20 2013-09-25 易元明 等温压缩式热力发动机
WO2014052927A1 (en) 2012-09-27 2014-04-03 Gigawatt Day Storage Systems, Inc. Systems and methods for energy storage and retrieval
JP6181548B2 (ja) * 2013-01-31 2017-08-16 メタウォーター株式会社 廃棄物処理設備
DE102013017010A1 (de) * 2013-10-14 2015-04-16 Karl Brotzmann Consulting Gmbh Stromspeicherung über thermische Speicher und Luftturbine
JP6301676B2 (ja) * 2014-02-17 2018-03-28 メタウォーター株式会社 廃棄物処理設備
WO2016165724A1 (de) 2015-04-13 2016-10-20 Karl Brotzmann Consulting Gmbh Stromspeicherung über thermische speicher und luftturbine
US10458284B2 (en) 2016-12-28 2019-10-29 Malta Inc. Variable pressure inventory control of closed cycle system with a high pressure tank and an intermediate pressure tank
US10233833B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Pump control of closed cycle power generation system
US10082045B2 (en) * 2016-12-28 2018-09-25 X Development Llc Use of regenerator in thermodynamic cycle system
US11053847B2 (en) 2016-12-28 2021-07-06 Malta Inc. Baffled thermoclines in thermodynamic cycle systems
US10233787B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Storage of excess heat in cold side of heat engine
US10280804B2 (en) 2016-12-29 2019-05-07 Malta Inc. Thermocline arrays
US10221775B2 (en) 2016-12-29 2019-03-05 Malta Inc. Use of external air for closed cycle inventory control
US10801404B2 (en) 2016-12-30 2020-10-13 Malta Inc. Variable pressure turbine
US10082104B2 (en) 2016-12-30 2018-09-25 X Development Llc Atmospheric storage and transfer of thermal energy
US10436109B2 (en) 2016-12-31 2019-10-08 Malta Inc. Modular thermal storage
CA3088184A1 (en) 2018-01-11 2019-07-18 Lancium Llc Method and system for dynamic power delivery to a flexible datacenter using unutilized energy sources
WO2021097413A1 (en) 2019-11-16 2021-05-20 Malta Inc. Pumped heat electric storage system
WO2022036122A1 (en) 2020-08-12 2022-02-17 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with district heating integration
US11480067B2 (en) 2020-08-12 2022-10-25 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with generation cycle thermal integration
US11396826B2 (en) 2020-08-12 2022-07-26 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with electric heating integration
US11454167B1 (en) 2020-08-12 2022-09-27 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with hot-side thermal integration
US11286804B2 (en) 2020-08-12 2022-03-29 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with charge cycle thermal integration
US11486305B2 (en) 2020-08-12 2022-11-01 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with load following
DE102021108719A1 (de) 2021-04-08 2022-10-13 HiTES Holding GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Umsetzung chemischer Energie eines Brennstoffes in Wärme und elektrische Energie

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3717994A (en) * 1970-11-12 1973-02-27 Gen Motors Corp Gas turbine system with regenerator bypass only during starting
US4537023A (en) * 1981-12-10 1985-08-27 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Regenerative gas turbine cycle
JPS6128726A (ja) * 1984-07-20 1986-02-08 Nippon Kokan Kk <Nkk> Ｂガス専焼ガスタ−ビンによる発電方法
JPS6285136A (ja) * 1985-10-11 1987-04-18 Nippon Kokan Kk <Nkk> 発電方法
JPS6332130A (ja) * 1986-07-25 1988-02-10 三井造船株式会社 ガスタ−ビンを用いた熱併給動力発生プラント
JP2869070B2 (ja) * 1988-07-27 1999-03-10 アーベーベー スタール アクティエボラーグ 電気及び熱生成のためのガスタービンユニットとその作動方法
EP0361065A1 (en) 1988-09-28 1990-04-04 Westinghouse Electric Corporation Power generating method using solid fuel for a gas turbine
DE3931582A1 (de) * 1989-09-22 1991-04-04 Krantz Gmbh Energieplanung H Verfahren zur nutzung von hochtemperaturabwaerme
DE4108744C1 (en) * 1991-03-18 1992-08-27 Atz Energie Umwelt Stroemungstechnik Gas heating jacketed regenerator with heat storage medium - has central chamber surrounded by layer of pebbles or granular material
US5165239A (en) * 1991-06-03 1992-11-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Water augmented indirectly-fired gas turbine systems and method
DE4236619C2 (de) 1992-10-29 1996-11-28 Air Liquide Verfahren und Regenerator zum Aufheizen von Gasen
GB2274880A (en) 1993-02-03 1994-08-10 Shell Int Research Process for generating electricity
DE4317947C1 (de) * 1993-05-28 1994-06-23 Atz Evus Verfahren und Vorrichtungen zur Umwandlung thermischer Energie eines Mediums in mechanische Arbeit
DE4426356A1 (de) * 1993-07-27 1995-02-02 Waermetechnik Dr Pauli Gmbh Vorrichtung zum Trocknen von Grünfutter, Spänen, Schnitzeln, zur Wärmeerzeugung, zur Stromerzeugung oder dergleichen mit Wirkungsgradoptimierung
AT409405B (de) * 1993-11-12 2002-08-26 Werner Dipl Ing Schaller Anlage zur gewinnung elektrischer energie aus brennstoffen, insbesondere aus biogenen brennstoffen
JP2694631B2 (ja) * 1994-02-03 1997-12-24 株式会社タステム 高温排ガス強制急速冷却装置
JP2943641B2 (ja) * 1994-12-21 1999-08-30 トヨタ自動車株式会社 排気ガスの浄化装置
JP3150567B2 (ja) * 1995-04-14 2001-03-26 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃料加熱装置
JP2977079B2 (ja) * 1997-02-14 1999-11-10 川崎重工業株式会社 燃焼灰・排ガス中のダイオキシン類の低減方法
JPH10299423A (ja) * 1997-02-25 1998-11-10 Toshiba Corp ガス化発電システム
US6167691B1 (en) * 1997-02-25 2001-01-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Gasification power generation system using preheated gasifying-agent to gasify fuel
JPH1170320A (ja) * 1997-06-26 1999-03-16 Kurita Water Ind Ltd ダイオキシン含有ガスの処理方法及び装置
JP3709669B2 (ja) * 1997-09-11 2005-10-26 株式会社日立製作所 ガス化統合複合発電プラント
JP4114980B2 (ja) * 1997-09-30 2008-07-09 日本ファーネス株式会社 部分酸化のガス化装置
DE19744387C1 (de) 1997-10-08 1999-04-29 Atz Evus Applikations & Tech Vorrichtung zum Spannungsabbau in radialdurchströmten Schüttgutregeneratoren
JP2000027658A (ja) * 1998-07-14 2000-01-25 Japan Science & Technology Corp ガスタービン装置及び燃料ガス燃焼方法
JP2000120447A (ja) * 1998-10-12 2000-04-25 Toshiba Corp 火力発電プラント
JP2000126550A (ja) * 1998-10-29 2000-05-09 Electric Power Dev Co Ltd 燃焼装置及びその排ガス処理方法、並びにそれに用いる灰冷却装置
US6578354B2 (en) * 2000-01-21 2003-06-17 Hitachi, Ltd. Gas turbine electric power generation equipment and air humidifier

Also Published As

Publication number Publication date
DE10039246C2 (de) 2002-06-13
DK1307641T3 (da) 2005-04-25
AU2001283785A1 (en) 2002-02-25
CA2418842A1 (en) 2002-02-21
JP2004506832A (ja) 2004-03-04
US6799425B2 (en) 2004-10-05
CZ299234B6 (cs) 2008-05-21
WO2002014663A1 (de) 2002-02-21
EP1307641A1 (de) 2003-05-07
HU226324B1 (en) 2008-08-28
HUP0303012A2 (en) 2003-12-29
SK287637B6 (sk) 2011-04-05
EP1307641B1 (de) 2004-12-15
CA2418842C (en) 2008-08-05
ATE285030T1 (de) 2005-01-15
PL359030A1 (pl) 2004-08-23
SI1307641T1 (en) 2005-06-30
SK1472003A3 (en) 2003-08-05
US20040088980A1 (en) 2004-05-13
PL200000B1 (pl) 2008-11-28
DE10039246A1 (de) 2002-02-28
DE50104845D1 (de) 2005-01-20
ES2234873T3 (es) 2005-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ2003328A3 (cs) Způsob přeměny tepelné energie na mechanickou práci a zařízení k provádění tohoto způsobu
US6629413B1 (en) Thermodynamic apparatus
JP2004506832A5 (cs)
US4223529A (en) Combined cycle power plant with pressurized fluidized bed combustor
US5544479A (en) Dual brayton-cycle gas turbine power plant utilizing a circulating pressurized fluidized bed combustor
KR100301136B1 (ko) 순환유동층반응기가구비된결합순환파워발생시스템및방법
US4542621A (en) Method of and plant for combustion of water-vapor generating fuels
JPH0747738B2 (ja) 石炭熱分解ガス及びチャー着火のための段階炉及びその操作方法
CN102482996B (zh) 利用生物原料的方法及设备
US8561412B2 (en) Method and device for converting thermal energy from biomass into mechanical work
US20030145596A1 (en) Method for operating a steam turbine installation and a steam turbine installation that functions according thereto
US4569197A (en) Method for producing energy from solid, fossil and ballast rich fuels
NO882338L (no) Luftturbinanlegg uten forbrenningskammer.
JP3924220B2 (ja) 廃棄物ガス化システム
CA2354876C (en) Regenerative thermal oxidizer
US7000401B2 (en) Method for operating a steam power plant and steam power plant for carrying out said method
JP2002249785A (ja) 石炭ガス化装置とその起動方法
AU755167B2 (en) A thermodynamic apparatus
JP2003314364A (ja) 廃熱利用スターリングエンジン発電装置
EP0821135A1 (en) Energy generation by means of a combined gas and coalcycle
EP0821136A1 (en) System for power generation
JP2001050013A (ja) ごみ焼却発電プラント
JPH108069A (ja) ガスタービン排ガスを酸化炉酸化剤として用いるトッピングサイクル複合発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20160807