AT204334B

AT204334B - Verfahren zur Verwertung der Abwärme von aus einem oder mehreren Freikolbengaserzeugern und einer oder mehreren diesen nachgeschalteten Gasturbinen bestehenden Gasturbinenanlagen für den Betrieb von Heizungsanlagen und Anlage zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: AT204334B
Application number: AT794157A
Authority: AT
Inventors: Rudolf Ing Skorpil; Walter Ing Stamminger
Original assignee: Simmering Graz Pauker Ag
Priority date: 1957-12-09
Filing date: 1957-12-09
Publication date: 1959-07-10

Description

Verfahren zur Verwertung der Abwärme von aus einem oder mehreren Freikolbengaserzeugern und einer oder mehreren diesen nachgeschalteten Gasturbinen bestehenden Gasturbinenanlagen für den Betrieb von Heizungsanlagen und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung hat ein Verfahren zur Verwer- tung der Abwärme von aus Freikolbengaserzeugern und nachgeschalteten Gasturbinen bestehenden Gasturbinenanlagen für den Betrieb von Heizungsanlagen zum Gegenstand. Zur Errei, chung eines hohen Wirkungsgrades solcher Gasturbinenanlagen wird angestrebt, einerseits die Kühlwasserwärme von den Freikolbengaserzeugern auszunützen, anderseits auch die Wärme der Gasturbinenabluft auszuwerten.

Gemäss der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass die abgekühlte Rücklaufflüssigkeit dr Heiss-und Warmwasserheiz-und-verwer- tungsanlage einem Kühlflüssigkeitskreislauf eines oder mehrerer Freikolbengaserzeuger zu deren Kühlung unter Druck zugeleitet und nach entsprechender Wärmeaufnahme einem weiteren Flüssigkeitskreislauf zugeführt wird, der von einem von der Abluft der Gasturbine bzw. Gasturbinen beheizten Abhitzeverwerter erwärmt wird, dessen Vorlauf heisse bzw. warme Flüssigkeit an die Heiss-bzw. Warmwasserheiz-und-verwer- tungsanlage abgibt.

Um den Kühlmittelkreislauf und die Heissbzw. Warmwasserheiz- und -verwertungsanlage möglichst getrennt voneinander auf den Heisswasserkreislauf abstimmen zu können, wird das Verfahren gemäss der Erfindung derart ausgeführt, dass der vom Abhitzeverwerter beheizte und mittels eines Pumpwerkes in Bewegung gehaltene Flüssigkeitskreislauf in sich geschlossen ist, aus dessen Vorlauf heisse bzw. warme Flüssigkeit an die Heiss- oder Warmwasserheiz- und - verwertungsanlage aufgegeben wird, deren abgekühlte,

dem Kühlmittelkreislauf der Freikolbengaserzeuger als Kühlflüssigkeit dienende Rück- lauftflüssigkeit im von der Abwärme der Frekolbengaserzeuger vorgewärmten Zustand in den Rücklauf des erstgenannten Heisswasserkreislaufes zurückgeführt wird.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Gasturbinenanlage
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zw. derart, dass die Abluft einer oder mehrerer Gasturbinen als Verbrennungsluft einem oder mehreren Kesseln einer Dampferzeugungsanlage zugeführt wird, wobei die Abgase der Kessel der Dampferzeugungsanlage zur Wärmeauswertung des Flüssigkeitskreislaufes ausgenützt werden.

Die Wärmeübernahme durch die Kühlzirkulation (im allgemeinen Kühlwasser) ist durch einen Temperaturregler gesteuert, derart, dass vor den Kühlwasserpumpen mit Hilfe eines Thermostaten die für die geordnete Funktion der Freikolben-Generatoren erforderliche Kühlwassereintrittstemperatur, z. B. 570 C, eingestellt wird und dieser Thermostat auf eine Zweiwegeregelarmatur wirkt, die so viel erhitztes Kühlwasser mit z. B. 700 C zu den Kühlwasserpumpen zurückfliessen lässt, dass die Beimischung von angesaugtem Kaltwasser die gewünschte funktionsnotwendige Kühlwasser-Eintrittstemperatur mit, w ; e vorgesagt, zirka 570 C in die Gasgeneratoren ergibt.

Diese Einrichtung ist erforderlich, weil 1m Kaltwasserbehälter die Temperatur des Inhaltes je nach dem Wärme- und Wasserverbrauch im Heiznetz schwanken kann.

Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geschaffene Heizungsanlage kann so geschaltet werden, dass sie entweder mit der Gasturbine allein oder mit der Dampfererzeugungsanlage allein, dann im gemischten Betrieb sowohl mit der Gasturbinenanlage als auch mit der Dampferzeugungsanlage und schliesslich auch mit einer Dampfturbine betrieben werden kann, welche gegebenenfalls zusammen mit der Gasturbine einen gemeinsamen Generator antreibt.

Die Vorteile einer solchen mit einer Gasturbinenanlage, einer Dampferzeugungsanlage und eventuell auch mit einer Dampfturbinenanlage kombinierten Heizanlage liegen nicht nur in dem ausserordentlich hohen Wirkungsgrad der Wärmeausnützung und in ihrer grossen Wirtschaftlichkeit, sondern auch in ihrer einmaligen Anpassungsfähigkeit an die verschiedensten Betriebsbedingungen, wie z. B. den Sommer-und Win-

terbetrieb oder den vorübergehenden Ausfall des einen oder andern Aggregates.

Die Einzelheiten des Verfahrens und der Hei- : : ungsanlage werden an Hand dreier Schaltskii- zen in der Beschreibung ausführlich behandelt.

In der Zeichnung ist in den Fig. 1 und la das Schaltschema einer Gasturbinenanlage und einer Dampferzeugeranlage in Kombination mit einer Heizungsanlage dargestellt. Die Fig. 2 und 2a zeigt ein Schaltschema einer Gasturbinenanlage in Kombination mit einem Dampferzeuger und einer Heizanlage bei der ein 01 mit hohem Schwefelgehalt und Vanadiumanteil zur Verfeuerung gelangt, wobei mit einem Taupunkt zu rechnen ist, der über 1000 C ansteigen kann. Ein weiteres Schaltschema einer Anlage ist in Fig. 3 und 3a dargestellt.

Aus dem Schaltschema gemäss Fig. l und 1 a Ist die Kombination einer Gasturbinenanlage mit einer Warmwasserheizungsanlage zu ersehen, die eine weitgehende Ausnützung der Kühlwasserwärme und der Gasturbinenabluft ermöglicht.

Vom Behälter 1 mit aufgesetztem Entgaser la gelangt das Umwälzwasser über Leitung 2 zu den Umwälzpumpen 3, die das Wasser über Leitung 4 in den Abhitzeverwerter 5 drücken. Mittels Gasturbinenabluft bzw. auch mittels der Abgase der Kessel 6a und 6b wird das Wasser im Abhitzeverwerter 5 vorgewärmt und gelangt über Leitung 7 zum dampfbeheizten Vorwärmer 8. Entsprechend der erforderlichen Vorlauftemperatur für die Heizungsanlage wird das Umwälzwasser mittels Kesselheizdampf vorgewärmt und im weiteren Verlauf über Leitung 9 zu den Verbrauchsstellen geführt.
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10liche Umwälzwasser wird über Leitung 11 an die einzelnen Heizkörper 12 abgegeben. Das in den Heizkörpern abgekühlte Rücklaufwasser wird über Leitung 13 und 14 an den Behälter 15 abgeführt.

Entsprechend der direkten Heisswasserentnahme aus Leitung 10 muss dem Behälter 15 gereinigtes, kaltes Zusatzwasser zugeleitet werden.

Ober Leitung 16 gelangt dieses Zusatzwasser zur Enthärtungsanlage 17, von wo es enthärtet über Leitung 18, Schwimmerregler 18a in den Behälter 15 kommt. Dieses Mischwasser im Behälter 15 wird zur Kühlung der Freikolbengaserzeuger herangezogen und über Leitung 19 den Pumpen 20 zugeführt. Diese drücken das Kühlwasser über Leitung 21 zum Kühler 22.

Die Kühlwassertemperatur für Freikolbengaserzeuger soll etwa 600 C betragen. Für den Fall, dass die Mischtemperatur im Behälter 15 höher liegt, muss mittels des Kühlers 22 das Kühlwasser auf beispielsweise 600 C rückgekühlt werden. Zur Rückkühlung wird Frischwasser verwendet, das über Leitung 23 dem Röhrenkühler 22 zugeführt wird. Die Abführung des Frischwassers erfolgt über Leitung 24. Die Regelung des Frischwasserzulaufes kann automatisch mittels Regel- ventiles 23a erfolgen, welche. von einem Thermostat 23b automatisch gesteuert wird und auf beispielsweise 600 C eingestellt ist.

Vom Kühler 22 gelangt das Kühlwasser im weiteren Verlauf über Leitung 25, Ölkühler 26 und Leitung 27 zu den Freikolbengaserzeugern 28a, 28b, 28c, wo dieses Kühlwasser zur Kühlung der Zylinderwände der Freikolbengaserzeuger benötigt wird. Weiters sollen auch die Kolben mit Oil gekühlt werden. Die hiezu notwendige ölkühlanlage ist im Schema mit 29 bezeichnet.

Die öl kühlanlage besteht im wesentlichen aus einem Ölbehälter 29a, an den mittels Leitung 29b die Umwälzpumpe 29c angeschlossen ist ; diese drückt das D1 durch die Leitung 29d in den ölrückkühler 26. Von hier gelangt das rückgekühlte öl über Leitung 29e zu den Freikolbengaserzeugern. Die Rückführung des vorgewärmten öles von den Freikolbengaserzeugern erfolgt über Leitung 29f zum Behälter 29a.

In den Freikolbengaserzeugern wird das Umwälzwasser um zirka 10oC, also von beispielsweise 600 C auf 700 C aufgewärmt und das vorgewärmte Kühlwasser über Leitung 30 bis zur Vertellerstelle 31 geführt. Das für die Heizungsanlage erforderliche Umwälzwasser gelangt von der Verteilerstelle 31 über Leitung 32, Schwimmerregler 32a in den Entgaser la und von diesem in den Behälter 1 und in die Leitung 2, die, wie vorher beschrieben, zu den Umwälzpumpen 3 führt. Der restliche Teil wird von der Ab-
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15 abgegeben.

Von den Freikolbengaserzeugern 28a, 28b, 28c wird die Abluft über Leitung 39 und Sammelleitung 40 an die Gasturbine 41a und 41b mit einer Temperatur von zirka 4500 C abgegeben.

Die Gasturbinen sind im vorliegenden Fall mit einem Generator 42a : bzw. 42b gekuppelt. Die Abluft der Gasturbinen mit einer Temperatur von zirka 2400 C und einem Sauerstoffgehalt von zo gelangt über die Luftkanäle 43 zum Sammelschacht 44. Nachdem die Gasturbinenabluft noch einen hohen Sauerstoffgehalt von zirka 18 /e aufweist, kann dieselbe als Verbrennungsluft bei den Kesseln 6a, 6b e : ner Dampferzeugungsanlage verwendet werden.

Die erforderliche vorgewärmte Verbrennungsluft wird über Leitung 45 vom Verbrennungsluftgebläse 46 von dem Gasturbinenabluftschacht angesaugt und über Leitung 47 den ölbrenners 48 der jeweils im Betrieb stehenden Kessel 6a,
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erfolgt über Rauchgasleitung 49 in den Sammelschacht 44. Gemeinsam mit der restlichen Gasturbinenabluft werden die Kesselabgase zur Ausnützung der Abgaswärme dem Abhitzeverwerter 5 zugeführt. Die abgekühlten Rauchgase gelangen dann über den Kamin 50 ins Freie.

Bei höheren Aussenlufttemperaturen ist der Wärmebedarf der Wärmeverbraucher ein geringerer. Aus diesem Grunde kann in der Warmwas-

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er heizungsanlageverhältnissen der Wärmebedarf für die Heizungsanlage unter alleiniger Ausnützung der Gastur- binenabluftwärme zur Vorwärmerheizung gedeckt werden.

Bezüglich der im Schaltschema aufgenommenen Olfeuerungsanlage wird ausgeführt :
Es ist eine Olzisterne 52 mit eingebauten Heizschlagen 53 vorgesehen. Das öl wird über Leitung 54 der Olzubringerpumpe 55 zugeführt und diese drückt es über Leitung 56 in einen hochgestellten Behälter 57, der mit einer Heizschlange 58 ausgerüstet ist.

Von diesem Zwischenbehälter wird das vorgewärmte 01 über Leitung 59 den ölbrenner 48 der Kessel 6a, 6b zugeführt, wobei angenommen ist, dass der automatische ölbrenner eine eigene Oldruckpumpe besitzt.

Die Versorgung der Freikolbengaserzeuger 28a, 28b, 28c mit Heizöl erfolgt über Leitung 60 zu der Olförderpumpe 61. Das Heizöl wird über Leitung 62, dem dampfbeheizten Olvor-
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63 zugeführt.langt über Leitung 64 zu den Einspritzpumpen
65 der Freikolbengaserzeuger 28a. 28b, 28c. Bel
Inbetriebsetzung der Anlage, zu welchem Zeit- punkt kein Heizdampf für die Olvorwärmung zur Verfügung steht, wird das Leichtöl für den Kesselbetrieb aus dem hochgestellten Leichtölla- gerbehälter 66 über Leitungen 67 und 59 an die 'Ölbrenner 48 der Kessel 6a, 6b abgegeben.

Das erforderliche Leichtöl für den Betrieb der Frei- kolbengaserzeuger 28a, 28b, 28c gelangt über
Leitungen 68, 60, Olförderpumpe 61 und Leitung 62 zur entsprechenden Aufwärmung in den elektrisch beheizten Olvorwärmer 69, von wo das erwärmte Leichtöl über Leitung 64 zu den Ein- spritzpumpen 65 der Freikolbengaserzeuger 28a,
28b, 28c gelangt.

Für die Kesselspeisung wird das Wasser aus Behälter 1 entnommen und über Leitung 70 den Kesselspeisepumpen 71 zugeführt, die es über Leitung 72 den Kesseln zudrücken.

Der in den Kesseln erzeugte Dampf wird über Leitungen 73 und Sammelleitung 74 an den Verteiler 75 abgegeben. Der Heizdampf für den dampfibeheizten Wasservorwärmer 8 wird über Leitung 76 entnommen. Mittels des automatischen Regulierventiles 76a und Thermostaten 76b kann die Heizdampfmenge von der gewünschten Vorlauftemperatur in Leitung 9 automatisch gesteuert werden. Das im Vorwärmer anfallende Kondensat gelangt über Leitung 77 über einen Kondenstopf zum Behälter 1.

Die heizschlangen 53 und 58 und der dampfbeheizte Olvorwärmer 63 werden mit Dampf aus Leitung 78 versorgt. Bei Verfeuerung von öl mit hohem Schwefelgehalt und Vanadiumgehalt ist mit einem Taupunkt zu rechnen, der über 1000 C ansteigen kann. Mithin soll beim Abhitzeverwerter 5 die Eintrittstemperatur des Wassers über 1000 C liegen, um Taupunktsunterschreitungen im Abhitzeverwerter 5 zu vermeiden.

Nach dem in Fig. 2 und 2a dargestellten Schal-
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vermieden werden. Es wird zu diesem Zweck ein Kaskadenvorwärmer 80 vorgesehen.

Im Behälter 1 wird die Wassertemperatur in
Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur gehalten und das Wasser über Leitung 81 den Um- wälzwasserpumpen 82 zugeführt. Die Pumpen , drücken das Wasser über Leitung 83 zum Ab- hitzeverwerter 5, wo es vorgewärmt über Leitung 84 in den Kaskadenvorwärmer 80 rückgeführt wird. Um eine Dampfbildung im Abhitzeverwerter 5 zu vermeiden, wird mittels eines Uberströmventiles die Rohrleitung unter hö- herem Druck geha'lten, wodurch die Dampfbildung vermieden wird.

Bei höheren Aussentemperaturen wird, infolge des geringeren Wärmebedarfes der Heizanlage, die Vorlauf temperatur des Flüssigkeitskreislaufes und damit auch die Temperatur im Behälter 1 unter 100e C liegen, während für die Speisung des Abhitzeverwerters 5 unter Berücksichtigung der Taupunktunterschreitung eine Temperatur über 1000 C erwünscht ist.

Diese Temperatursteigerung kann dadurch erreicht werden, dass aus der Leitung 84 (Fig. 2 und 2a), die unter einem höheren Druck steht, und eine höhere Temperatur aufweist, Heisswasser über die Leitung 81a in die Saugleitung 81 der Umwälzpumpen 82 zugeführt wird. Bei Heizungsanlagen, deren Vorlauftemperatur über 1000 C liegt, kann auch der Abhitzeverwerter 5 als La Mont-System eingebaut werden, wobei dann über die Leitung 84 das Dampf-Wasser-Gemisch unter Wegfall des Uberströmventiles an den Kaskadenvorwärmer 80 abgegeben wird.

Das Umwälzwasser von der Heizungsanlage gelangt aus Behälter 1 über Leitung 86 zu den Warmwasserbeheizungsumwälzpumpen 88. Diese drücken das Vorlaufwasser der Heizungsanlage über Leitung 89 zu den Verbrauchsstellen 10, 12. Wie beim Schaltschema gemäss Fig. 1 kann auch hier Heisswasser aus Leitung 10 entnommen werden. Das restliche Umwälzwasser gelangt über Leitung 11 zu den Heizkörpern 12. Das abgekühlte Rücklaufwasser wird über Leitungen 13 und 14 zum Behälter 15 geführt.

Auch hier muss entsprechend der entnommenen Heisswassermenge aus Leitung 10 aus der Wasserreinigungsanlage 17 über Leitung 18 das Zusatzwasser an den Behälter 15 abgegeben werden. Auch in diesem Fall wird das erforderliche Kühlwasser four die Freikolbengaserzeuger aus Behälter 15 entnommen. Das Kühlwasser wird wie-bei Schema gemäss Fig. 1 über Leitung 19, Pumpe 20, Leitung 21, Kühler 22, Leitung 25, ölkühler 26 und Leitung 27 zu den Freikolbengaserzeugern 28a, 28b, 28c in gleicher Weise wie : beim ersten Schaltungsschema Fig. 1 geführt.

Von den Freikolbengaserzeugern 28a, 28b, 28c wird das Kühlwasser über Leitung 90 bis zur Verteilerstelle 91 geführt. Über Leitung 92 wird so viel

Wasser dem Kaskadenvorwärmer 80 bzw. dem Behälter 1 zugeführt, dass der entsprechende Wasserspiegel gehalten wird. Weiters wird von
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des durch die Leitung 90 kommenden Wassers abgezweigt und an den Behälter 15 abgegeben.

Die Aufwärmung des Rücklaufwassers auf die gewünschte Temperatur erfolgt mittels Heizdampfes, der vom Dampfverteiler 75 über Lei- tung 93 und Reduzierventil 93a an den Kaskadenvorwärmer abgegeben wird. Bei geringerer Wärmeleistung der Warmwasserheizungsanlage kann je nach Auslegung der Warmwasserheizan- lage die Vorlauftemperatur unter 1000 C liegen.

Die Einstellung der gewünschten Vorlauftemperatur kann gegebenenfalls mittels eines Mischentiles 94a erfolgen und ein Teil des Kaltwasser wird über die Leitung 94 an die Leitung 86 abgegeben, die zu den Umwälzpumpen 88 der Heizungsanlage führt.

Der übrige Kreislauf ist der gleiche wie bei Schaltschema Fig. 1 und la.

Eine wirtschaftliche Steigerung der vorbeschriebenen Anlage lässt sich noch dadurch erreichen, dass ein Hochdruckkessel zur Aufstellung kommt. Dieser Hochdruckdampf wird einer Gegendruckturbine zugeführt, die eine zusätzliche wirtschaftliche Krafterzeugung in bekannter Weise ermöglicht. Der Abdampf dieser Ge- gendruckturbine wird dann für Heizzwecke verwendet und an den Dampfverteiler 75 abgegeben.

Die Gegendruckturbine wird dann mit einem Generator gekuppelt. Es besteht auch die Möglichkeit, einen gemeinsamen Generator für die Gasturbine und Gegendruckturbine vorzusehen.

Es ist bekannt, dass Gasturbinenanlagen, die aus einem Freikolbengaserzeuger mit nachgeschalteter Gasturbine bestehen, gegenüber andern Systemen wirtschaftlicher arbeiten. Es wird daher angestrebt, solche Gasturbinenanlagen mit Freikolbengaserzeugern für den Sommerbetrieb, wäh. rend welchem keine Heizungswärme benötigt wird, allein zu betreiben, um je nach Betriebsverhältnissen einen Teil oder den gesamten Strombedarf zu decken. In einem solchen Fall muss auf die vorbeschriebene Wärmeauswertung des Kühlwassers verzichtet werden.

Es kann aber die Wärme des von der Abluft der Gasturbinen 41a, 41b beheizten Abhitzeverwerters 5 sowohl nach dem Schaltschema gemäss Fig. 1 und la als auch nach dem Schema gemäss Fig. 2 und 2a zur Anwärmung des Heizöles im Behälter 52 und im Zwischenölbehälter 57 herangezogen werden.

In diesem Fall wird aus dem Behälter 1 das Wasser über die Leitung 2 den Umwälzpumpen 3 zugeführt, die es über die Leitung 4 in den Abhitzeverwerter 5 drücken. Um eine Dampfbildung im Abhitzeverwerter 5 und in der anschliessenden Rohrleitung 7 zu vermeiden, wird mittels eines überströmventiles 7b die Rohrleitung 7 unter hohem Druck gehalten, wodurch die Dampfbil- dung vermieden wird. Saci1 dem überströmentil 7b tritt bei Entspannung des Wassers ein. : Dampfbildung auf und wird dann dieser Dampf über den Entgaser la und die Leitung 79 an den Verteiler 75 abgegeben.

Im weiteren Verlauf wird Dampf über die Leitung 78 an die Heizschlangen 53 des ölbehälter 52 und die Heizschlangen 58 des Ölbehälters 7 abgegeben.
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der beschriebene Flüssigkeitskreislauf unveränder- und tritt auch hier nach dem Überströmventil 85 im Kaskadenvorwärmer 80 eine Dampfbildung ein. Dieser Dampf wird über die Leitung 97 dem Verteiler 75 und die Leitung 78 gleichfalls an die Heizschlangen 53 und 58 der 01behälter 5 : und 57 abgegeben.

Bei eventuellem Ausfall der Gasturbine im Winterbetrieb tritt bei der beschriebenen Anlage eine Störung in der Warmwasserheizung nicht ein, weil es möglich ist, das Rücklaufwasser gemäss dem in Fig. 1 dargestellten Schema mittels des dampfbeheizten Röhrenvorwärmers 8 allein vorzuwärmen bzw. nach dem in Fig. 2 dargestellten Schema mittels des Kaskadenvorwärmers 8C allein zu beheizen.

In diesem Fall wird laut Schaltung gemäss Fig. 1, Frischluft über den Ansaugstutzen 96 vom Ventilator 46 angesaugt und als Verbrennungsluft für die Olbrenner 48 verwendet. Die Abgase des Kessels 6a bzw. 6b können zur Vorwärmung des Rücklaufwassers des Flüssigkeitskreislaufes ausgenützt werden. Das Rücklaufwasser kommt von den Verbrauchern 12 über die Leitung 1 ;' nicht zu dem Behälter 15, sondern über eine Um- gehungsleitung zum Entgaser la bzw. Behälter 1. Das eventuell erforderliche Zusatzwas- ser wird dann aus der Leitung 18 über die Leitungen 18b und 32, weiter über das Schwimmer-
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Behälter 1 gelangt das Wasser über die Leitung 2, die Umwälzpumpen 3, die Leitung 4 zum Abhitzeverwerter 5.

Das vorgewärmte Wasser wird über die Leitung 7 an den Röhrenvorwärmer 8 abgegeben und mittels Dampf aus der Leitung 76 auf die gewünschte Vorlauftemperatur gebracht und über die Leitung 9 den Verbrauchern 10 und 12 zugeführt.

Gemäss der in Fig. 2 und 2a dargestellten Schaltung wird der Abhitzeverwerter 5 gleichfalls durch die Kesselabgase beheizt und dadurch die Kessel-Abgaswärme nutzbar gemacht. Das abgekühlte Rücklaufwasser der Heizungsanlage wird in diesem Fall über die Leistung 14 a zum Kaskadenvorwärmer 80, geleitet und nicht in den Behälter 15. Das eventuell erforderliche Zusatzwas- ser wird aus der Leitung 18 über die Leitung 18b und die Leitung 92 sowie das Schwimmerventil 92a an den Kaskadenvorwärmer 80 abgegeben,
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Heizdampfes aus Leitung 93 erfolgt.

Bei einer eventuell auftretenden Betriebsstörung im Abhitzeverwerter 5 wird dieser wasserseitig

durch die Ventile 5a, 5b abgeschattet : und durch eine umgehungsleitung 5c überbrückt. Die Abgase werden. bei abgeschaltetem Abnitzeverwerter ) über die Umgehungsleitung 51 cl1reKt ll1S Freie angerührt.

Aus Fig. 3 und 3a ist die Kombination einer Gasturbinenanlage mit einer Warmwasserhei- zungsanlage. und einer Niederdruckkesselanlage zu ersehen.

. Gemäss. Schaltschema Fig. 3 und 3a führen die Kühlwasserpumpen 20 das Kühlwasser über Leitung 21 und 27 zu den Freikolbengasgeneratoren 28a, 28b, 28c. Das durch die Kühlung der Gas- generatoren erwärmte Kühlwasser fliesst durch die Leitung 30 wieder zu den Kühlwasserpum- pen 20 zurück. In die Leitung 30 ist ein Zwei- wegeventil 30a eingebaut, das von einem den Kühlwasserpumpen 20 vorgeschalteten Thermostat 20b gesteuert wird. Vom Kaltwasserbehälter
15 führt die Leitung ebenfalls auf die Saug- seite der Kühlwasserpumpen 20. Es wird so viel heisses Kühlwasser aus der Leitung 30 zurückge- nommen, dass die Mischtemperatur zwischen dem Wasser aus der Leitung 19 und dem rückgeführ- ten Wasser aus der Leitung 30 die gewünschte
Temperaturhöhe einhält.

Das überschüssige war- me Kühlwasser wird über die Leitung 33 in den Warmwasserbehälter 1 abgeleitet.

Aus dem Behälter nehmen die Abhitzezir- kulationspumpen 3 über die Leitungen 2, 2a und
4 das Zirkulationswasser und dieses wird im Ab- hitzeverwerter 5 aufgewärmt und damit die Ab- luftwärme der Gasturbinen entnommen.

In der Leitung 2a befindet sich der Tempera- turfühler 2b, der auf ein Zweiwegeventil 7 der- art einwirkt, dass aus der Leitung 7 so viel hei- sses Zirkulationswasser zurückgeholt wird, dass auf der Saugseite der Pumpen 3 eine gewünschte
Wassertemperatur von z. B. 1000 C erhalten bleibt.
Der Rest des aufgeheizten Zirkulationswassers. fliesst über die Leitung 7 in den Warmwasserbe- hälter 1 zurück.

Um Verdampfungs erscheinungen zu verhindern und um einen Luftzutritt zu unterbinden und schliesslich diktiert von einem eventuell geodä- tischen Höhenunterschied von am Heiznetz an- geschlossenen Objekten 12 ist ein Stickstoffpol- ster mit einem bestimmten Druck vorgesehen, der für beide Behälter 1 und 15 gleich gross ist. Die- ser Stickstoffpolster hat eine eingestellt geregelte
Druckhöhe, die durch einen Regler 20a über- wacht wird.

Aus dem Warmwasserbehälter 1 wird über die
Leitung 86 von den Heizkreispumpen 83 das Warmwasser entnommen und über die Leitung
21a direkt oder über den Vorwärmer 8 in den
Vorlauf 89 des Fernheiznetzes 10-12 gedrückt.

Die durch eine variable direkte Entnahmelei- tung 10 fallweise verminderte rücklaufende und abgekühlte Heizungswassermenge kehrt durch die
Leitung 14 in den Kaltwasserbehälter 15 zurück.

Die Mengendifferenz wird durch Frischwasser aus der Frischwasserleitung 18 ersetzt, vorher in einer Enthärtung 17 enthärtet, fliesst eventuell zur Stabilisierung der Temperatur über Vorwärmer 97 a durch die Leitung 97 und einem Niveau-Regler 98 einer Vakuumentgasung 99 zu, mittels der das Wasser von Luft befreit wird.
Durch die Leitung 100 fliesst das entgaste Wasser den Pumpen 101 zu, die über die Leitung 102 und den Niveau-Regler 103 den Inhalt des Kaltwasserbehälters gleichhält.

Da die Kühlwasseregelung nur temperaturesteuert ist, kann im Warmwasser. behälter 1 sowohl Wasserüberschuss als auch Wassermangel eintreten. Falls ein Wasserüberschuss eintritt, fliesst'durch einen Überlauf j ? 0 dieser Oberschuss durch die Leitung 105 dem Kaltwasserbehälter 15 zu. Falls Wassermangel eintritt, fliesst von Kaltwasserbehälter 15 durch die Leitung 106 und einen Niveau-Regler 106a, Wasser aus dem Behälter 15 dem Warmwasserbehälter 1
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Das Heiznetz ist auf die Temperaturhöhe der Abwärmequellen abgestimmt und arbeitet mit Rücklauf temperaturen von z. B. zwischen 55 bis 600 C und mit einer Pumpenleistung, die z. B. bei 80 C der Abwärmedarbietung entspricht. Die Heiznetzleistung kann durch Erhöhung der Vorlauftemperatur bis z. B. 1100 C auf etwa das Doppelte gesteigert werden. Um den jeweiligen Bedarf zu erfüllen, wird bei Wärmefühler 107 die Vorlauftemperatur von Hand aus eingestellt.

Falls das. durch die Leitung 21a zufliessende Wasser eine höhere Temperatur aufweisen sollte, als der Temperatureinstellung entspricht, so wirkt der auf die Temperatur eingestellte Thermostat 107 über ein Zwischenglied 108, z. B. einen Ser-
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wege 44, 51 derart ein, dass bei schliessender Tendenz der Klappe 109 im gleichen Mass die Klappe 110, also die gasseitig Umgehung 51 des Abhitzeverwerters 5 geöffnet wird und durch Reduktion der Wärmeaufnahme des Abhitzekreislaufes 7, 1, 2, 3 und 4 die Vorlauftemperatur in dem Heiznetz 89 zurückgesetzt wird.

Wird der Abhitzeverwerter 5 mangels Wärmeabnahme in der Fernheizung durch dessen Temperaturfühler 107 ausgeschaltet, so bedeutet dies, dass die Wärmeaibnahme im Heiznetz praktisch so weit gesunken ist, dass die Zirkulation im Heiznetz nur mehr über den Beipass 111 in geringer Menge erfolgt und dadurch die Temperatur des Wassers im Rücklauf 14 über die Kühlwassereintrittstemperatur ansteigt. In diesem Fall tritt der Frischwasserkühler 22 über den Thermostat 112 und das Zweiwegeventil 113 derart in Aktion, dass die erforderliche Kühlwassertemperatur vor den Freikolbengasgeneratoren 28a, 28b, 28c mit
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wird, indem das Zweiwegeventil 113 zum Teil oder zur Gänze das ZirkuLationsküh'lwasser durch den Frischwasserkühler 22 führt.

Der Frischwasserkühler 22 wird mit Hilfe der Frischwasserpumpen 114 durch. die Leitungen 115 und 116 ständig mit einem Fremdkühlwasser versorgt.

Erfordert das Heiznetz zeitweilig oder dauernd eine grössere Wärmemenge als der dargebotenen Abwärmemenge entspricht, so wird dies auf Grund der Temperatureinstellung bei Wärmefühler 107 durch Nichterfüllung der gewünschten Temperatur sichtbar. Vom Temperaturregler 107 aus beeinflusst, öffnet das Dampfventil 117 und wird mit Hilfe von Dampf durch den Röhrenkühler 8 die gewünschte Temperatur hergestellt.

Den hiezu erforderlichen Heizdampf liefern die Dampfkessel 6a, 6b, die je nach Zweckmässigkeit als Niederdruck- oder auch als Hochdruckkessel ausgebildet sein können, über den Dampfverteiler 118.

Die Feuerungen dieser Kessel erhalten die Verbrennungsluft von der Gasturbine 41a über die Abluftleitung 44, aus der die Gebläseventilatoren 46 die jeweils für die Verbrennung erforderliche Verbrennungsluftmenge nehmen und den Feuerungen der Kessel 6a, 6b unter Druck zuführen.

Der Restteil der Abluft aus der Gasturbine 41a oder, falls kein Verbrennungsluftbedarf für die Dampfkessel gegeben ist, die gesamte Abluft strömt über die Leitung 44 zum Abhitzeverwerter 5. Die Abgase der Kessel 6a, 6b werden über die Leitung 49 in die Abluftleitung 44 zurückgedrückt, so dass der Abhitzeverwerter 5 auf alle Fälle die gesamte Gasmenge erhält.

Das Heiznetz kann ebenso wie die Kühlwasserzirkulation mit einem andern Medium als Wasser betrieben werden. In diesem Fall entfällt die Wasserenthärtung und die Entgasung des Zusatzwassers.

Unter einem sei festgestellt, dass die Entgasung des Wassers auch auf chemischem Wege erfolgen kann im Gegensatz zur physikalischen, wodurch es bei genügend hohem Druck in der Zusatzwasserleitung möglich ist, auf den Rieselentgaser und die Förderpumpen des entgasten Wassers zu verzichten.

An Stelle des Stickstoffpolsters in den Behältern 1 und 15 kann auch ein Dampfpolster treten, das unter Umständen auch einen unter der Atmosphäre liegenden Druck aufweisen kann.

An Stelle des Dampfvorwärmers 8 kann ein Kaskadenvorwärmer, also ein Mischvorwärmer treten, der eventuell auch mit dem Röhrenvorwärmer 8 kombiniert arbeiten kann.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Auswertung der Abwärme von aus einem oder mehreren Freikolbengaserzeugern und einer oder mehreren, diesen nachgeschalteten Gasturbinen bestehenden Gasturbinenanlage für den Betrieb von Heiss- und Warm- wasserheiz- und -verwertungsanlagen, dadurch
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flüssigkeit der Heiss- und Warmwasserheiz- und - verwertungsanlage einem Kühlflüssigkeitskreis- lauf eines oder mehrerer Freikolbengaserzeuger zu deren Kühlung unter Druck zugeleitet und nach entsprechender Wärmeaufnahme einem weiteren Flüssigkeitskreislauf zugeführt wird, der von einem von der Abluft der Gasturbine bzw. Gasturbinen beheizten Abhitzeverwerter erwärmt wird, dessen Vorlauf heisse bzw. warme Flüssigkeit an die Heiss- bzw.

Warmwasserheiz- und
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Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Abhitzeverwerter beheizte und mittels eines Pumpwerkes in Bewegung gehaltene Flüssigkeitskreislauf in sich geschlossen ist, aus dessen Vorlauf heisse bzw. warme Flüssigkeit an die Heiss- oder Warmwasser- heiz-und-verwertungsanlage aufgegeben wird, deren abgekühlte, dem Kühlmittelkreislauf der Freikolbengaserzeuger als Kühlflüssigkeit dienende Rücklaufflüssigkeit im von der Abwärme der Freikolbengaserzeuger vorgewärmten Zustand in den Rücklauf des erstgenannten Heisswasserkreislaufes zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft der Gasturbinen (41a, 41b) als Verbrennungsluft in an sich bekannter Weise zum Teil oder zur Gänze den Feuerungen eines oder mehrerer Kessel , 6b) einer Dampferzeugungsanlage zugeführt wird und die Abgase der Dampfkessel (6a, 6b) zur Heizung des Abhitzeverwerters (5) neben der überschüssigen Abluft ausgenützt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Abhitzeverwerter (5) aufgewärmte Flüssigkeit durch einen weiteren, z. B. mit Dampf'beheizten Vorwärmer, z. B. (8), im Vorlauf des Flüssigkeitskreislaufes auf eine höhere Temperatur gebracht wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, da- durch gekennzeichnet, dass der Abdampf einer Gegendruckturbine, die von einem Hochdruckkessel der der Gasturbinenanlage nachgeschalteten EMI6.3 spanntem Dampf gespeist wird, für Heizzwecke einem in den Vorlauf, (z. B. 7), des Flüssigkeitskreislaufes eingeschalteten Vorwärmer (8 bzw.

80) zugeleitet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vom Abhitzeverwerter beheizten Flüssigkeitskreislauf ein Sammelbehälter eingeschaltet ist, welchem die vorgewärmte Rücklaufflüssigkeit aus dem Kühlmittelkreislauf der Freikolbengaserzeuger zugeführt und an anderer Stelle heisse bzw. warme Flüssigkeit für die Heiss- bzw. Warmwasserheizanlage entnommen wird, wobei die im Behälter befindliche Flüssigkeit gegebenenfalls unter Dampf- oder Gasdruck gehalten wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, EMI6.4 <Desc/Clms Page number 7> EMI7.1 gekennzeichnet, dassbetrieb arbeiten und ihre Abwärme gemeinsam an. den Flüssigkeitskreislauf (1-9) der Heizungsanlage (10, 11, 12) abgeben oder einzeln in Betrieb stehen und für die Erwärmung des Flüssigkeitskreislaufes (1-9) der Heizungsanlage (10-12) allein in beschränktem Ausmass oder nur für die Heizölvorwärmung (53, 58) mit den Abgasen aufkommen.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die frisch aufgewärmte Flüssigkeit vom nachgeschalteten Vorwärmer (8 bzw. 80) direkt den Wärmeverbrauchern (10 bis 12) zugeleitet und die abgekühlte Flüssigkeit zu einem Sammelbehälter (15) geführt wird, in EMI7.2 frischer Zusatzflüssigkeit erfolgt, und von wel- chem abgekühlte Flüssigkeit als Kühlmittel an den zweiten Flüssigkeitskreislauf (19, 21, 25, 27, 30-32) abgegeben wird, der zur Kühlung der Freikolbengaserzeuger (28a, 28b, 28c) dient.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlmittel- kreislauf (19, 21, 25, 27, 30) der Freikolbengaser- zeuger (28a, 28b, 28c) auch die Kühlung des zu- geordneten Schmiermittelkreislaufes (29a-29f) eingeschlossen ist.

10. Verfahren nach den Ansprüchen l bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlmittel- kreislauf (19, 21, 25, 27, 30) der Freikolbengaser- zeuger (28a, 28b, 28c) ein dem Sammelbehälter ( (5) nachgeschalteter gegebenenfalls von einem Thermostaten gesteuerter Kühler eingeschaltet ist, der die Temperatur des Vorlaufes des Kühlmittel- kreislaufes überwacht und das Überschreiten einer voreingestellten Maximaltemperatur der Kühlflüs- sigkeit verhindert.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall oder nach Abschaltung der Gasturbine die Rücklauf- flüssigkeit des Flüssigkeitskreislaufes (1-15) (Fig. 1) mittels des dampfbeheizten Röhrenvor- wärmers (8) allein bzw. beim Flüssigkeitskreis- lauf C, 82, 84, 1, 89) (Fig. 2) mittels eines Kas- kadenvorwärmers (80) allein erfolgt.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, EMI7.3 der hiebei entwickelte Dampf zur Beheizung der Heizschlangen (53, 58) eines Heizölbehälters (52) und eines Zwischenölbehälters (57) zur Anwärmung des Heizöles nutzbar gemacht wird.

13. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Verwendung einer aus einem oder mehreren Freikolbengaserzeugern und einer oder mehreren Gasturbinen bestehenden Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung einer Heiss- bzw. Warmwasserheiz- und -verwertungsanlage (10-12) mit dem Vorlauf (19, 27) eines Kühlmittelkreislaufes der Freikolbengaserzeuger (28a, 28b, 28c) verbunden ist, wogegen der Rücklauf (30) dieses Kühlmittelkreislaufes in einen heisse bzw.

warme Flüssigkeit führenden Flüssigkeitskreislauf (1-7) mündet, dessen Rücklauf (4) über ein Pumpwerk (3) zu einem von der Abluft der Gasturbine (41a) beheizten Abhitzeverwerter (5) führt und dessen Vorlauf (7) entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Sammelbehälters (1) mit dem Vorlauf (9 bzw. 89) der Heiss- bzw.

Warmwasserheiz- und -verwertungsanlage (10- 12) verbunden ist.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der den Abhitzeverwerter (5) aufweisende, in sich geschlossene Flüssigkeitskreis- lauf (1-7) einen zwischen den heisse oder warme Flüssigkeit führenden Vorlauf (7) und den abgekühlte Flüssigkeit zum Abhitzeverwerter (5) zurückführenden Rücklauf (4) eingeschalteten Sammelbehälter (1) besitzt, an welchen sowohl der Rücklauf (30) des Kühlflüssigkeitskreislaufes der Freikolbengaserzeuger (28a, 28b, 28c) als auch der Vorlauf (89) der Heiss- bzw. Warmwas- serheiz- und -verwertungsaniage (10-12) angeschlossen sind.

15. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasturbinenanlage eine ihre Abluft als Verbrennungsluft auswertende Dampfheizngsanlage nachgeschaltet ist, deren Abgasleitung (43) in die Abluftleitung (44) der Gasturbine mündet, um den Abhitzeverwerter (5) zu heizen.

16. Anlage nach den Ansprüchen 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorlaufleitung (7) des Flüssigkeitskreislaufes ein weiterer mit Dampf oder Heisswasser. beheizter Vorwärmer (8 bzw. 80), z. B. ein Röhrenvorwärmer oder ein Kaskadenvorwärmer (80), eingeschaltet ist.

17. Anlage nach den Ansprüchen 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den von den zusätzlichen Vorwärmern (8 bzw. 80) beheizten Flüssigkeitskreislauf ein gegebenenfalls mit einem Entgaser (la) versehener Behälter (1) eingebaut ist, aus dem Flüssigkeit dem von der Abluft beheizten Vorwärmer zugeleitet wird.

18. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der abgekühlten Rücklaufflüssigkeit der Heiss- bzw. Warmwasser- EMI7.4 Vorlauf (18, 19) angeschlossen ist, und mit dem anderseits die Frischwasserzusatzeinrichtung (17, 18) und der im Heiss- bzw. Warmwasserkreislauf liegenden Behälter (1) durch Leitungen (91a, 92) verbunden ist.

19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlmittelkreislauf ein <Desc/Clms Page number 8> vorzugsweise von einem Thermostaten gesteuerter Kühler (22) eingeschaltet ist, der die Kühlflüssigkeit auf der erforderlichen Kühltemperatui hält.

20. Anlage nach den Ansprüchen 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlmittel- EMI8.1 EMI8.2 kennzeichnet durch eine von der Vorlaufleitung (84) vor dem Kaskadenvorwärmer (80) abzweigende vorzugsweise regelbare Umführungsleitung (81a), welche die im Abhitzeverwerter (5) vorge- EMI8.3 tet, um die Eintrittstemperatur beim Abhitzeverwerter (5) weitgehendst zu erhöhen.