DE755525C

DE755525C - Dampfkraftanlage mit Abgabe von Dampf zu Heiz- und Kochzwecken

Info

Publication number: DE755525C
Application number: DEM153002D
Authority: DE
Inventors: Josef Karrer; Werner Karrer
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1941-12-23
Filing date: 1942-01-22
Publication date: 1952-05-05
Also published as: US2539255A; CH226527A

Description

Die Erfindung betrifft «ine Dampfkraftanlage mit Abgabe von Dampf zu Heiz- und Kochzwecken. Die Industrie benötigt Dampf zu Heiz- und Kochzwecken usw., und es werden heute hierfür allgemein Gegendruck- und Entnahmeturbinen aufgestellt, denen Dampf höheren Druckes zugeführt wird. Der Dampf arbeitet zwischen dem Anfangs- und Enddruck in der Gegendruck- bzw.

ίο zwischen dem Anfangs- und Entnahrnedruck in der Entnahmeturbine außerordentlich günstig, da alle Wärme des zu Industriezwecken entzogenen Dampfes als Nuitzwärme verwendet wird. Aus diesem Grunde erreicht der Wirkungsgrad solcher Heizkraftanlagen 70% und mehr.

In Großbetrieben ist man dazu übergegangen, die Drücke der Heizkraftwerke möglichst zu steigern, um viel Leistung mit höchstem Wirkungsgrad zu erzeugen. Bei kleinen Betrieben lohnt sich die Aufstellung von Höchstdruckkesseln nicht, und es muß daher der über die Leistung der Gegendruckturbine benötigte Kraftbedarf anderweitig gedeckt werden, z. B. durch Bezug von Strom aus einem Fremdnetz, usw. Häufig müssen Entnahmetiurbinen aufgestellt werden, um den Fehlbetrag der Leistung zu decken. Die Entnahmeturbinen) arbeiten aber mit dem Dampf im Niederdruckteil mit schlechtem Wirkungsgrad, der kaum über 20 bis 25% liegt. Die Entnahmeturbinen benötigen neben

der Niederdruckturbine, dem Kondensator und den Pumpen in erster Linie Kühlwasser, so daß die Aufstellung des Werkes noch an Wasser gebunden ist.

Die Erfindung beseitigt obige Nachteile dadurch, daß die Dampfanlage durch eine Luft- oder Gasturbinenanlage ergänzt wird und die Verbrennungsgase der Dampfanlage nach Abgabe eines Teils ihrer Wärme zur ίο Dampferzeugung mindestens einen Teil ihrer Restwärme zur Erhitzung von Luft oder Gas der Luft- bzw. Gasturbinenanlage abgeben. Dampferzeuger mit Lufterhitzer, in denen Druckluft durch die Abgase erwärmt und einer Luftturbine zugeführt wird, sind bekannt. Die Luftturbine treibt den. Verdichter an. und die Abluft aus der Turbine strömt als Verbrennungsluft unter mehr oder weniger hohem Druck dem Brennraum des Kessels zu. Es ist auch bekannt, die Luftturbine mit einem elektrischen Stromerzeuger zu kuppeln.

Die Leistung der Luftturbine ist abhängig von der Temperatur, auf welche die Druckluft erwärmt wird. Für die Größe der Nutzleistung, die an einen Stromerzeuger abgegeben werden kann, sind auch die Wirkungsgrade der Turbine und des Verdichters maßgebend. Unter heutigen Verhältnissen kann durch Zuschalitung einer Heißluftturbine bei einem Dampfkraftwerk unter Verbesserung des Wirkungsgrades eine Leistungssteigerung von ungefähr 15% erreicht werden. Dabei muß ein Lufterhitzer eingebaut und die Aufstellung einer Heißluftturbine mit Verdichter . vorgesehen werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage in Frage ge- . stellt ist. Die Wirkungsgrade der Dampf- _: kraftanlage bewegen sich heute zwischen 20 und 30%, wobei der letztere Wert nur bei großen Leistungen, hohem Dampfdruck, hoher Dampftemperatur und niedriger Kühlwassertemperatur erreicht wird.

Das Wärmegefälle, das in einem Heizkraftwerk der Gegendruckturbine bzw. der Entnahmeturbine bis zur Entnahmestelle zur Verfügung steht, ist im allgemeinen klein und beträgt nur ungefähr Vs desjenigen einer Kondensat ions turbine; auch ist der innere Wirkungsgrad kleiner, so daß der spezifische Dampfverbrauch ungefähr dreimal größer ist als bei einer Kondensationsdampfturbine. Dieser Umstand bewirkt, daß infolge der erforderlichen großen Dampfkessel die Leistung der zugeschalteten Luftturbinenanlage nun prozentual auch dreimal größer ist als bei einem Dampfkraftwerk mit Kondensationsturbinen. Da ferner das Speisewasser bei einer Gegendruckturbinenanlage nicht so vorteilhaft wie bei Kondensaitioiisdampf- , turbinen mit Anzapfdampf vongewärmt werden kann, so steigt der spezifische Brennstoffverbrauch noch mehr, und es kann aus obigen Gründen die Zusatzleistung der Luftoder Gasturbinenanlage leicht auf 50% und mehr der Leistung der Gegendruckturbine gesteigert werden, also auf einen für ein bestimmtes Werk ansehnlichen Betrag.

Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung ist der hohe Brennstoffwirkungsgrad, mit welchem die Zusatzleistung bei Heizkraftwerken erzeugt wird. Nimmt man an, der Luftturbine ströme Druckluft mit 550° C zu und die Abgase treten mit 130° C aus dem Kessel, so ergibt sich für die der Luftturbine zugeführte Wärme annähernd folgender Wirkungsgrad. Die mechanische Arbeit, ^: welche die Luftturbine an den Verdichter und den Stromerzeuger abgibt, wird in Nutzwärme oder Nutzleistung umgewandelt mit Ausnahme der Lager- und Strahlungsverluste, die ungefähr 5 °/o betragen. Die Druckluft entspannt sich in der Turbine auf ungefähr Atmosphärendruck, tritt mit ungefähr 350⁰ C aus und wird dem Dampfkessel zugeführt. Die Abgase treten mit 130° C aus. die Heißluft gibt also von den 350⁰ C 220° im Dampfkessel ab, und deren Wärme wird zu ungefähr 9S⁰Zo (2% Strahlungsverluste) nutzbar verwendet. Somit ergibt sich ein Wirkungsgrad der Wärmeausnutzung der Luftturbine von ungefähr 70%, der ebenso hoch ist wie der Wirkungsgrad der Gegendrucktiurbinenanlage.

Die Erfindung erzielt einen weiteren Vorteil. Die Gegendruckdampfturbinen benötigen kein Kühlwasser, da kein Dampf kondensiert werden muß. Die Leistung der Gegendruckturbine genügt aber in der Regel nicht für den Kraftbedarf des Werkes, und es muß Strom aus einem Fremdnetz bezogen werden oder es muß die fehlende Leistung durch eine Kondensationsturbine erzeugt werden, die mit schlechtem Wirkungsgrad arbeitet. Die Erfindung macht die Werke unabhängig sowohl von Fremdstrom wie auch von Kühlwasser. Die Heizkraftwerke können da aufgestellt werden, wo die Verhältnisse für den Betrieb am günstigsten sind.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstands.

In der Fig. 1 bedeutet I den Dampferzeuger, 2 die Speiseleitung, ^₁ und 3₂ zeigen die Roste, auf welchen Kohle verbrannt wird. Der im Kessel 1 erzeugte Dampf wird in einem Überhitzer 4 überhitzt und strömt durch eine Leitung· 5 zur auf den Stromerzeuger 9 arbeitenden Gegendruckturbine 6. Der Abdampf wird durch die Leitung 7 dem Verbrauchsort zugeführt. Eine Pumpe 8 drückt das Speisewasser dem Kessel 1 zu. Der Gegendruckturbinenanlage ist eine Luft-

turbinenanlage zugeschaltet. In einem Luftvorwärmer¹ ίο und einem Lufterhitzer 12 wird Druckluft erhitzt. Dieselbe strömt zur Turbine 13, die einen Verdichter 14 und einen Stromerzeuger 15 antreibt. Die Frischluft wird vom Verdichter 14 angesaugt und auf Druck (z. B. 4 ata) gebracht. Hierauf strömt die Druckluft zum Luftvorwärmer 10, Lufterhitzer 12 und zur Luftiturbine 13. Nach Entspannung der Druckluft in der Turbine strömt die Abluft als Verbrennungsluft zu dem Rosten S₁ und 3₂. Es sind zwei Feuerungen vorgesehen. Die Verbrennuingsgase geben in beiden Teilen ihre Hochtetnperaturwärme an den Dampfkessel 1 ab; nachher durchströmt ein Teil den Dampf überhitzer 4 und der Rest den Lufterhitzer 12, worauf die beiden Teile gemeinsam durch den Luftvorwärmer 10, der im Raum 11 eingebaut ist, abströmen.

Damit die Luftturbinenanlage auch bei Teillast günstig arbeitet, kann die Luftturbine 13 in zwei Teile, nämlich in eine Nutzleistungsturbine und in eine Verdichterturbine, getrennt werden. Bei der letzteren sinkt die Drehzahl mit abnehmender Belastung.

Die Nutzleistungsmaschinen der beiden Anlagen können auch miteinander gekuppelt oder zu einer einzigen Maschine vereinigt werden. Die Fig. 2 zeigt ein solches Beispiel. Die Gegendruckturbine 6' arbeitet auf den Stromerzeuger 9. Die Luftturbine besteht aus der Verdiehterturbme 13, welche den Verdichter 14 antreibt, und aus der Nutzleistungsturbine 13', die auch auf den Stromerzeuger 9 arbeitet. Im übrigen entspricht diese Anordnung der Fig. 1.

Da Leistung und Dampfmenge bei Gegendrucktarbinen oft sehr veränderlich sind, wird der Feuerraum der Luftturbinenanlage' unterteilt, um einen Teil teilweise oder ganz abzuschließen, wodurch Dampfmenge und Leistung verändert werden können. Es ist möglich, auch andere Führungen der Feuergase vorzusehen. Auch die Schaltungen für die Lufterhitzer usw. können andere als die bei den. gezeigten Beispielen sein. Es könnten auch. Speisewasservorwärmer eingeschaltet werden usw.

Ferner könnte statt Luft auch Gas in einem geschlossenen Kreislauf geführt werden. Nach Austritt aus der Turbine wird in diesem Falle das Abgas einen Teil der Wärme an das aus dem Verdichter austretende Gas abgeben und nachher die Restwärme an die Verbrennungsluft, die durch einen besonderen Ventilator dem Feuerraum zugeführt wird.

Auf Grund der Erfindung kann bei jeder Gegendruckanlage eine Zusatzlei stung¹ in der Größenordnung bis nahe zu der Gegendrucklei stung mit etwa 70% Gesamtwirkungsgrad geschaffen werden, ohne daß hierzu Kühlwasser benötigt wird. Es ist bekannt, daß man heute bei Gegendruckanlagen bestrebt ist, mit der bestimmten, durch den Wärmebedarf gegebenen Dampfmenge möglichst große Leistungen herauszuholen, da diese Leistungen mit dem höchsten Wirkungsgrad erzeugt werden und daß man diese Höchstleistungsausbeute nur durch Anwendung von Höchstdruck erreicht. Genügt die auch mit Höchstdrucken erzielte Leistung nicht, so ist man gezwungen, Kcndensations- oder Entnahmeturbinen aufzustellen, die aber im Kondensat ionsteil nur mit einem Wirkungsgrad von 20 bis 24% arbeiten und zudem beträchtliche Mengen Kühlwasser benötigen.. Es ist nun möglich, die Leistungen von Gegendruckanlagen bei gleichen Dampfmenigen und Dampfdrucken um 50 bis 100% zu steigern, unter Beibehaltung dar hohen Wirkungsgrade von 70 bis 80% und ohne daß hierzu Kühlwasser benötigt wird. Es ist ferner möglich. Gegendruckanlagien ohne Höchstdruck zu bauen, wenn die Luftleisfiung den erforderlichen Kraftbedarf deckt.

Claims

Patentansprüche:

ι. Dampfkraftanlage mit Abgabe von Dampf zu Heiz- und Kochzwecken, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe durch eine Luft- oder Gasturbinenanlage ergänzt ist und die Verbrenn-ungsgase der Dampfanlage nach Abgabe eines Teils ihrer Wärme zur Dampferzeugung mindestens einen Teil ihrer Restwärme zur Erhitzung von Luft oder Gas der Luft- bzw. Gasturbinenanlage abgeben.
2. Dampfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase mindestens nach Abgabe eines Teils ihrer Wärme zur Dampferzeugung für die Luft- bzw,,. Gaserhitzung getrennt geführt sind. ·

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegensitands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

Deutsche Patentschriften Nr. 594288, .

627514;

schweizerische Patentschriften Nr. 150539, ¹¹S 204 343-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 5155 4.52