<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Deckung von Wärmeverbrauchsspitzen bei einem mit einer Heissgasturbine arbeitenden Heizkraftwerk und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
HöchstwertLeitung 10 in einen Kühler 11, um schliesslich durch eine Leitung 12 wieder dem Verdichter 1 zugeführt zu werden. Der Wärmeaustauscher 3 wird vom verdichteten Arbeitsmittel auf einem Wege 3'und vom entspannten Arbeitsmittel auf einem Wege 3"durchströmt.
Im Kühler 11 gibt die den Wärmeaustauscher 3 verlassende entspannte Arbeitsluft vorerst Nutzwärme j an ein durch einen Strömungsweg 13 fliessendes Heizmittel ab und wird hernach durch Kühlwasser, welches einen Strömungsweg 14 des Kühlers 11 durchfliesst, weiter abgekühlt. Mit 15 ist ferner ein Zwischenkühler bezeichnet, welchem teilverdichtete Arbeitsluft über eine Leitung 16 zuströmt. Diese Luft gibt darin vorerst Nutzwärme an ein durch einen Weg 17 strömendes Heizmittel ab und wird dann durch Kühlwasser, das durch einen Weg 18 des Kühlers 15 strömt, weiter abgekühlt. Die so gekühlte Luft wird über ) eine Leitung 19 in die nächstfolgende Stufe des Verdichters 1 geleitet.
Um die Deckung von Wärmeverbrauchsspitzen zu ermöglichen, ist eine mit einem Absperrventil 20 versehene Leitung 21 vorgesehen, welche eine Stelle 22 der Leitung 2 mit einer Stelle 23 der Leitung 4 verbindet. Die Leitung 21 ist parallel zum Strömungsweg 3'des Wärmeaustauschers 3 geschaltet und ge.stattet einem Teil der verdichteten Arbeitsluft, bei geöffnetem Ventil 20 unter Umgehung des Wärmeaustauschers 3 in den Arbeitsmittelerhitzer 5 zu gelangen. Das Ventil 20 kann beispielsweise so bemessen werden, dass bei geöffneter Stellung etwa ein Viertel der vom Verdichter 1 herkommenden verdichteten Arbeitsluft durch die Leitung 21 strömt.
Dadurch, dass man nun während der Dauer der Wärmeverbrauchsspitze durch Öffnen des Ventiles 20 Arbeitsluft durch die Leitung 21 strömen lässt, erhält man die folgende Wirkung : Die Restmenge der verdichteten Arbeitsluft, die den Weg 3'des Wärmeaustauschers 3 durchströmt, genügt nicht mehr, um die die Turbine 7 verlassende Arbeitsluft gleich weit abzukühlen, wie wenn die ganze Menge der verdichteten Arbeitsluft durch den Wärmeaustauscher 3 strömen würde. Die Wärme- übertragung wird also vermindert. Die Austrittstemperatur der den Weg 3"durchströmenden, entspannten Arbeitsluft aus dem Wärmeaustauscher 3 wird somit erhöht. Diese Luft weist somit zu Beginn der Nutzwärmeabgabe eine erhöhte Temperatur auf, und es steht mehr Wärme für Abgabe an das durch den Kühler 11 auf dem Wege 13 strömende Heizmittel zur Verfügung.
Es lassen sich also auf diese Weise Wärmeverbrauchsspitzen decken.
Die durch die Umgehungsleitung 21 strömende Arbeitsluft muss im Erhitzer 5 statt von der Austritts- temperatur des Wärmeaustauschers 3 von der Austrittstemperatur des Verdichters 1 auf die Turbineneintrittstemperatur erhitzt werden. Es muss daher im Erhitzer 5 der Arbeitsluft eine grössere Wärmemenge zugeführt werden. Der Mehrbedarf an Heizwärme ist durch die Feuerung im Lufterhitzer 5 zu decken, und dies geschieht mit dem Wirkungsgrad dieses Lufterhitzer.
Bei der beschriebenen Anlage entfällt also jede zusätzliche Wärmequelle, wie ölgefeuerter Hilfskessel oder Elektroke3sel für die Deckung von Wärmeverbrauchsspitzen. Die Einrichtung, die in einer einfachen Umgehungsleitung mit Ventil besteht, bringt praktisch keine Verteuerung der Anlage.
Die Umgehungsleitung, wie beschrieben, auf der Hochdruckseite, d. h. parallel zum Weg 3'des Wärmeaustauschers anzuordnen, ist insofern vorteilhaft, als man dann mit verhältnismässig kleinen Abmessungen von Leitung und Ventil auskommt. Es kann aber im Prinzip die gleiche Wirkung auch durch eine auf der Seite des entspannten Arbeitsmittels vorgesehene Umgehungsleitung des Wärmeaustauschers 3 erhalten werden, welche dem Weg 3"parallel zu schalten wäre und die Leitung 10 unmittelbar mit der Leitung 9 zu verbinden hätte. Eine solche Leitung 24 mit einem Absperrventil 25 ist in der Zeichnung mit einer unterbrochenen Linie eingetragen. Sie verbindet einen Punkt 26 der Leitung 9 mit einem Punkt 27 der Leitung 10.
Bei Öffnen des Ventiles 25 wird der durch die Umgehungsleitung 24 strömende Teil des die Turbine verlassenden, noch heissen Arbeitsmittels dem restlichen durch den Weg 3" des Wärmeaustauschers 3 flie- ssenden Teil in der Leitung 10 beigemengt, so dass sich wieder die Temperatur des dem Kühler 11 zuströmenden Arbeitsmittels erhöht. Entsprechend wird die Wärmeübertragung im Wärmeaustauscher 3 vermindert. Der durch den Wärmeaustauscher 3 strömende Teil der entspannten Arbeitsluft genügt nicht mehr, die verdichtete Arbeitsluft auf die ursprüngliche Temperatur zu erhitzen, so dass der Erhitzer 5 mit Arbeitsluft entsprechend niedrigerer Temperatur beschickt wird und die Feuerung den entsprechend erhöhten Wärmebedarf zu decken hat.
Das Verfahren gemäss Erfindung kann vorteilhaft in Verbindung mit einer Verminderung der Kühlung des entspannten Arbeitsmittels, beispielsweise durch Drosselung des Kühlwasserdurchflusses durch den Weg 14 des Kühlers 11', und gegebenenfalls auch der Zwischenkühlung, beispielsweise durch Drosselung des Kühlwasserdurchflusses durch den Weg 18 des Kühlers 15, angewendet werden. Es ist dann möglich, die eingangs beschriebenen Nachteile dieser Massnahmen zu kompensieren und die Feuerung im Erhitzer voll auszunützen.
<Desc/Clms Page number 3>
Statt den ganzen Strömungsweg 3'oder 3" des Wärmeaustauschers 3 zu umgehen, kann auch eine Umgehungsleitung vorgesehen werden, welche zu nur einem Teil eines der Strömungswege 3', 3"para- lel geschaltet ist.
. Es kann auch vorkommen, dass nur ein Teil der Nutzwärme bei einer höheren Temperatur geliefert werden soll, u. zw. unabhängig vom übrigen Wärmebedarf. Bei dem dargestellten Heizkraftwerk ist zu diesem Zweck ein besonderer, Nutzwärme übertragender Wärmeaustauscher 28 im Strömungsweg des entspannten Arbeitsmittels zwischen dem Wärmeaustauscher 3 des Arbeitskreislaufes und dem Verdichter l über eine mit einem regelbaren Absperrventil 29 versehene Zweigleitung 30 zum Arbeitsmittelkühler 11 parallel geschaltet. Bei Öffnen des Ventiles 29 strömt ein Teil des den Wärmeaustauscher verlassenden entspannten A rbeiismittels durch den Wärmeaustauscher 28 und gelangt hernach über eine Leitung 31 zum
Eintritt, des Verdichters 1.
Eine mit einem regelbaren Absperrventil 32 versehene Umgehungsleitung 33 zum Arbeitsmittel 3" des Wärmeaustauschers 3 mündet zwischen dem Ventil 29 und dem Nutzwärme übertragenden Wärmeaustauscher 28 in die Zweigleitung 30. Bei geöffnetem Ventil 32 kann daher auch eine Teilmenge des die Turbine 7 verlassenden Arbeitsmittels unter Umgehung des Wärmeaustauschers 3 unmittelbar in den Wär- meaustauscher 28 gelangen. Durch entsprechendes Einstellen der Ventile 29 und 32 lässt sich die Temperatur des in den Wärmeaustauscher 28 eintretenden Arbeitsmittels zwischen den in den Leitungen 9 und 10 herrschenden Temperaturen beliebig regeln.
Für das Nutzwärme aufnehmende Mittel ist im Wärmeaustauscher 28 ein Strömungsweg 34 vorgesehen. Ein weiterer Strömungsweg 35 gestattet ferner die Durchleitung eines Kühlmediums für die weitere Abkühlung des Arbeitsmittels vor seinem Eintritt in den Verdichter 1.
Die Leitung 33 kann auch so angeordnet werden, dass sie nur einen Teil des Strömungsweges 3"des Wärmeaustauschers 3 umgeht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Deckung von Wärmeverbrauchsspitzen bei einem mit einer Heissgasturbine arbeitenden Heizkraftwerk, bei welchem das die Turbine verlassende, entspannte Arbeitsmittel vorerst in einem Wärmeaustauscher Wärme an das verdichtete Arbeitsmittel abgibt, bevor dieses in einem Erhitzer auf die Eintrittstemperatur der Turbine erhitzt wird, und vor seiner Wiederverdichtung Nutzwärme an ein Heizmittel abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass während der Dauer der Wärmeverbrauchsspitze die Wärme- übertragung im Wärmeaustauscher vermindert wird, so dass das entspannte Arbeitsmittel bei Beginn der Nutzwärmeabgabe eine erhöhte Temperatur aufweist, und dass der dadurch bedingte Mehrbedarf an Wärme durch eine entsprechend vermehrte Feuerung im Erhitzer gedeckt wird.