CH234642A - Wärme- und Leistungserzeugungsanlage. - Google Patents

Wärme- und Leistungserzeugungsanlage.

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CH234642A
CH234642A CH234642DA CH234642A CH 234642 A CH234642 A CH 234642A CH 234642D A CH234642D A CH 234642DA CH 234642 A CH234642 A CH 234642A
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Oerlikon Maschinenfabrik
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Oerlikon Maschf
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system

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Description


  Wärme- und Leistungserzeugungsanlage.    Es ist bekannt, eine Feuerungsanlage mit  einer Luftturbine zu kombinieren, und es ist  auch bekannt, einem Verbraucher     Wärme    zu  zuführen, welche durch eine Wärmepumpe  aus einem tieferen     Temperaturniveau,    z. B.  der Umgebungsduft oder von Wasserläufen  oder Seen, auf das Verbraucherniveau herauf    gepumpt wird.

   Es wunde jedoch bis heute  nicht erkannt, dass durch die Kombination  einer Feuerung, einer Gasturbine und     einer     Wärmepumpe zusätzliche Leistungen erzeugt  werden können, welche nicht durch zusätz  lichen Brennstoffverbrauch geleistet werden  müssen,     sondern    durch Wärme aus     einem     natürlichen Wärmebehälter, wie Umgebungs  luft oder Wasserwärme aus Seen und Flüs  sen.  



  In allen Fällen, in denen die Wärme von  heissen Feuergasen mindestens teilweise bei  genügend tiefen Temperaturen (z. B. unter  200 ) an einen äussern Wärmeverbraucher  abgegeben wird, sei es unmittelbar oder mit  telbar, z. B. über ein Dampfsystem als  Zwischenträger, also z. B. bei Heiz-, Trock-    nungs- und Kochanlagen, bei     Gegendruck-          und    Anzapfdampfanlagen, welche mindestens  teilweise Wärme zu den genannten Zwecken  abgeben, in vielen Fällen auch bei che  mischen Anlagen, kann nämlich ohne zusätz  lichen Brennstoffverbrauch zusätzliche     Lei-          stumg    geschaffen werden, welche energetisch  durch tieftemperaturige Wärme aus natür  lichen Behältern ersetzt wird, das heisst es  kann die Kombination ,der Feuerung,

   der Gas  turbine und ,der Wärmepumpe als "Leistungs  pumpe" bezeichnet werden, welche Leistung  erzeugt und dafür     mindestens    ein entspre  chendes.     Äquivalent        Wärme    der Natur ent  zieht.     Selbstverständlich    handelt es sich :da  bei nicht um eine Verletzung des zweiten       Hauptsatzes,        sondern    nur um eine bessere  Verwendung der     Wärme    der     Hochtempera-          turberei.che    der Feuergase, sowie um -deren       Ersetzung        durch;

          aufgepumpte        Umgebungs-          wärme.     



  Die     Erfindung    besteht somit darin, dass  bei einer Wärme- und     Leistungserzeubo-ungs-          anlage,    die mindestens einen Teil ihrer      Wärme an mindestens einen Wärmever  braucher abgibt, eine Feuerungsanlage mit  einem Gasturbinenaggregat und einem Wärme  pumpenaggregat derart kombiniert ist, dass  mindestens ein Teil des     Temperaturgefälles     der Feuergase zur Erzeugung von mecha  nischer Leistung verwendet wird, und dass die  Wärmepumpe Wärme aus einem tieferen  Temperaturniveau mindestens auf das Tem  peraturniveau eines Wärmeverbrauchers hebt.  Das den Feuergasen entzogene Wärme  gefälle kann entweder direkt in einer Gas  turbine oder durch Abgabe der Wärme an  ein anderes Arbeitsmittel, z.

   B. an Luft. in  einer Luftturbine, in Leistung umgewandelt  werden. Das Wort "Gasturbine" ist hierbei  in allgemeinem Sinne aufzufassen. Unter  einer "Feuerungsanlage" ist ferner irgendeine  Anlage zu verstehen, welche eine Feuerung  enthält, also z. B. auch eine Dampfanlage  etc.  



  Fig. 1 zeigt eine Feuerungsanlage ohne  erfindungsgemässe Ergänzung, jedoch bei  spielsweise mit einem Dampfsystem als Zwi  schenträger zwischen Feuergasen und     Ver-          braueher,    wobei eine Gegendruck-Dampf  turbine noch einen Teil der dem Dampf mit  geteilten Wärme in mechanische Arbeit um  wandelt.  



  Fig. 2 und 3 zeigen Schaltungsbeispiele  für die erfindungsgemässe Kombination der  Feuerung (beispielsweise mit Dampfkreislauf  als Zwischenträger), der Luftturbinenanlage  und der Wärmepumpe. In beiden Fällen ist  angenommen, dass die Feuergaswärme nicht  direkt dem Wärmeverbraucher zugeführt  wird, sondern überein Dampfsystem, welches  in bekannter Weise in einer     Gegendruck-          Dampfturbine    noch Leistung abgibt; die  Feuergaswärme könnte auch direkt dem Ver  braucher zugeführt werden, ohne Dampf  Zwisehenträ.ger.  



       Fig.1        zeigt        eine        gewöhnliche          Die        Frischluft    wird vom Ven  tilator J mit :der Temperatur     t"    .der     Feuerun@r          zugeführt;    auf dem Rost C verbrennt     bei-          spiel's-eise    Kohle; der Zustand der     Verbren-          nunbgase        unmittelbar        nach        der     
EMI0002.0022     
  
    sei <SEP> mit <SEP> 61 <SEP> bezeichnet;

   <SEP> die <SEP> Gase <SEP> durchströmen
<tb>  den <SEP> Kessel <SEP> D. <SEP> den <SEP> sie <SEP> im <SEP> Zustand <SEP> 69 <SEP> ver  lassen. <SEP> Sie <SEP> treten <SEP> im <SEP> Zustand <SEP> 70 <SEP> in <SEP> den <SEP> Über  hitzet <SEP> E <SEP> und <SEP> verlassen <SEP> denselben <SEP> im <SEP> Zustand
<tb>  <B>79.</B> <SEP> Im <SEP> Economiser <SEP> B <SEP> werden <SEP> die <SEP> Gase
<tb>  schliesslich <SEP> noch <SEP> zur <SEP> Wasservorwärmung <SEP> her  angezogen <SEP> (Zustandsänderung <SEP> 90 <SEP> = <SEP> 99), <SEP> und
<tb>  entweichen <SEP> beispielsweise <SEP> im <SEP> Zustand <SEP> 99 <SEP> ins
<tb>  Kamin.

   <SEP> Das <SEP> Wasser <SEP> vom <SEP> Zustand <SEP> I <SEP> wird <SEP> im
<tb>  Economiser <SEP> B <SEP> auf <SEP> den <SEP> Zustand <SEP> Il <SEP> vorge  wärmt, <SEP> verdampft <SEP> im <SEP> 'Keesel <SEP> D <SEP> auf <SEP> den <SEP> Zu  stand <SEP> III, <SEP> wird <SEP> im <SEP> Überhitzet <SEP> E <SEP> auf <SEP> den <SEP> Zu  stand <SEP> IV <SEP> gebracht, <SEP> welcher <SEP> sieh <SEP> infolge <SEP> von
<tb>  Verlusten <SEP> in <SEP> den <SEP> Leitungen <SEP> zwischen <SEP> E <SEP> und
<tb>  der <SEP> Gegendruck-Dampfturbine <SEP> F <SEP> auf <SEP> V <SEP> ändern
<tb>  möge. <SEP> In <SEP> diesem <SEP> Zustand <SEP> wird <SEP> F <SEP> beiauf  schlagt, <SEP> wo <SEP> eine <SEP> Expansion <SEP> bis <SEP> auf <SEP> den <SEP> Zu  stand <SEP> VI <SEP> erfoht.

   <SEP> in <SEP> welchem <SEP> der <SEP> Dampf <SEP> dem
<tb>  äussern <SEP> Wärmeverbraucher <SEP> <I>1l</I> <SEP> zugeführt
<tb>  werde, <SEP> an <SEP> welchen <SEP> die <SEP> Wärme <SEP> entsprechend
<tb>  der <SEP> Zuskindsänderung <SEP> von <SEP> VI <SEP> auf <SEP> I <SEP> abge  geben <SEP> werde. <SEP> Die <SEP> Turbine <SEP> F <SEP> treibt <SEP> beispiels  weise <SEP> den <SEP> Generator <SEP> G <SEP> an.
<tb>  Fig. <SEP> 2 <SEP> stellt <SEP> ein <SEP> Beispiel <SEP> der <SEP> erfindungs  g <SEP> emi <SEP> ässen <SEP> Anlage <SEP> dar, <SEP> und <SEP> zwar <SEP> eine <SEP> K#ombi  nütion <SEP> von <SEP> Feuerung <SEP> mit <SEP> Dampf-Zwisehen  sys@tem, <SEP> LLiftturbinenanlage <SEP> und <SEP> Wärme  pumpe.

   <SEP> Die <SEP> in <SEP> der <SEP> folgenden <SEP> Beschreibung
<tb>  angegebenen <SEP> Zahlen <SEP> beziehen <SEP> sich <SEP> auf <SEP> die <SEP> Zii  stände <SEP> an <SEP> den <SEP> mit <SEP> entsprechenden <SEP> Zahlen <SEP> be  zeichneten <SEP> Punkten <SEP> des <SEP> Schemas. <SEP> Die <SEP> Teile
<tb>  <I>Ii, <SEP> L,. <SEP> L_, <SEP> 11</I> <SEP> und <SEP> 1' <SEP> und <SEP> der <SEP> Leitungsweg <SEP> von
<tb>  0 <SEP> = <SEP> 59 <SEP> stellen <SEP> den <SEP> Luftturbinenanlageteil
<tb>  dar. <SEP> Im <SEP> Kompressor <SEP> 1i <SEP> wird <SEP> die <SEP> Frischluft
<tb>  (0) <SEP> auf <SEP> Druck <SEP> gebracht <SEP> <B>(</B>9).

   <SEP> In <SEP> den <SEP> Aus  tauschern <SEP> <I>L,</I> <SEP> (3() <SEP> = <SEP> 39) <SEP> und <SEP> <I>L.,</I> <SEP> (40 <SEP> = <SEP> 49)
<tb>  wird <SEP> die <SEP> Driiekluft <SEP> auf <SEP> die <SEP> für <SEP> die <SEP> Turbine
<tb>  11 <SEP> nötige <SEP> Temperatur <SEP> (Zustand <SEP> 5t)) <SEP> gebracht;

  
<tb>  in <SEP> der <SEP> Turbine <SEP> J1 <SEP> wird <SEP> Expansionsarbeit <SEP> ge  leistet. <SEP> Die <SEP> Turbinenabluft <SEP> (51) <SEP> gibt <SEP> bei  spielsweise <SEP> einen <SEP> Teil <SEP> ihrer <SEP> Wärme <SEP> in <SEP> L1 <SEP> an
<tb>  die <SEP> Frischluft <SEP> ab <SEP> (a5 <SEP> =59). <SEP> Die <SEP> Abluft <SEP> von
<tb>  L, <SEP> (59) <SEP> wird <SEP> beispielsweise <SEP> als <SEP> Brennhift <SEP> (60)
<tb>  verwendet, <SEP> welche <SEP> den <SEP> auf <SEP> dem <SEP> Rost <SEP> C <SEP> lie  aendün <SEP> Brennstoff <SEP> (beispielsweise <SEP> Kohle)
<tb>  verbrennt.

   <SEP> Die <SEP> Verbrennungsoase <SEP> (61) <SEP> geben
<tb>  im <SEP> Verdampfer <SEP> D <SEP> (61 <SEP> <B>-*.69)</B> <SEP> und <SEP> im <SEP> tber  lützer <SEP> E <SEP> <B>(-7(I</B>= <SEP> 79) <SEP> Wärme <SEP> an <SEP> dos <SEP> Dampf-         system ab, durchströmen alsdann den Luft  vorwärmer L2 (80     #    89), wo sie der Luft die  für die Expansionsleistung in der Turbine M  notwendige Wärme mitteilen, und geben einen  Teil ihrer Restwärme im Economiser B  (90     #    99) an das Dampfsystem ab, um als  dann beispielsweise ins Kamin zu entweichen;  sie können aber auch vorher noch Wärme an  einen äussern Verbraucher abgeben.  



  Das Dampfsystem von Fig. 2 unterschei  det sieh äusserlich nur wenig von     demjenigen     der Fig. 1, indem durch Wärmeaufnahme  im Economiser B (I-II), Verdampfer D  (II-III) und Überhitzer E (III-IV)  Dampf erzeugt wird, der Dampf in der  Gegendruckturbine F (V     #    VI) Arbeit lei  stet, worauf er in H1, (VI-I) Wärme an den  Verbraucher H abgibt.

   Nehmen wird nun an,  es werde auf dem Rost C im Falle der Fig. 2  gleichviel Kohle je Zeiteinheit verbrannt wie  im Falle von Fig. 1, dann kann infolge der       zusätzlichen    Wärmeabgabe in     L2    an das  Luftsystem und Umwandlung derselben in M  in mechanische Arbeit im Falle von Fig. 2  nicht gleichviel Dampf erzeugt werden wie  im Fallo von Fig. 1, und es vermindert sich  sowohl die Leistung der Turbine F als auch  die vom Dampf in H1 an den Verbraucher  abgegebene Wärme. Sofern nun dieser Min  derbetrag an Wärme in H1 bei genügend  tiefem     Temperaturniveau    Verwendung fand,  kann er ersetzt werden durch die von einer  Wärmepumpenanlage aus einem natürlichen  Wärmespeicher auf die erforderliche Ver  brauchertemperatur heraufgepumpte Wärme.

    Die Wärmepumpenanlage ist in bekannter  Weise beispielsweise dargestellt durch den  Verdampfer P, den Dampfkompresser Q, den  Kondensator     R    und die     Expansionsmaschine     S, sowie den Druckvernichtungsschieber T;  die Expansionsmaschine S kann auch weg  fallen.  



  Die Wärme, welche vom     Wärmepumpen-          arboitsmedium    in P von aussen, beispielsweise  von der     Umgebungsluft    oder vom     Wasser     eines Wasserbehälters,     eines    Flusses oder  Sees, aufgenommen wird, sowie die Kom  pressionswärme von Q, wird in R von den    von f nach h strönenden Mittel, z. B.

   Luft  oder     Wasser,        aufgenommen,        weiches    sich in     R     vom Zustand f auf den Zustand     g    erwärmen  und in H2 seine Wärme an den Verbraucher  H abgeben möge, wobei     es    sich von g auf     h     abkühlen möge. Die Wärmepumpenanlage  wird beispielsweise so gross gewählt, dass die  Wärme H2 gerade den oben beschriebenen  Wärmeausfall von H1 deckt.

      Es wird nun bei gleichem Brennstoffver  brauch der Anlage nach Fig. 2 wie derjenigen  nach Fig. 1 und bei bleicher Gesamtnutz  wärmeabgabe an den Verbraucher H die  Überschussleistung der Turbine M über die  Antriebsleistungen der Kompressoren K und  Q grösser als die Leistungsreduktion der Tur  bine F, so dass bei gleichem Brennstoffver  brauch und gleicher Nutzwärme durch die  beschriebene Anordnung zusätzliche Lei  stung geschaffen wurde, welche ihr energe  tisches Äquivalent in der bei P der Atmo  sphäre bezw. dem Wasser entzogenen Wärme  findet, so dass, von aussen gesehen, Leistung  ohne Brennstoffzufuhr, sondern lediglich  durch Entzug von Wärme, z. B. aus der  Atmosphäre, beschaffen wurde.

   Genau ge  sehen wird aber natürlich die     A@imosphären-          wärme    nur dazu verwendet, kostbare Hoch  temperaturwärme zu ersetzen, welche dafür  in L2 an die Druckluft abgegeben und in N  in Leistung umgesetzt werden kann  Die Kompressoren, K und Q der Lufttur  binen- und der Wärmepumpenanlage werden  in Fig. 2 direkt von M angetrieben; sie kön  nen auch getrennt angetrieben werden; auch  kann M in mehrere Teilturbinen aufgeteilt  sein, welche einzeln den Generator N, den  Kompressor K und den Kompressor Q antrei  ben können. Sofern z.

   B. der Kompressor K  mit seiner Antriebsturbine auf einer eigenen  Welle läuft, kanndie Tourenzahl von K un  abhängig von der     Generatortourenzahl    N ge  wählt     und    geregelt werden, was eine     Last-          rege@ung    ,der     Luftturbinenloistung    .durch Tou  renveränderung des     Kompressoraggregates     und     damit    gute     Teillastverhältnisse    ermög  licht.

        Fig. 3 zeigt ein anderes Schaltungsbeispiel:  Dass Speisewasser wird in den     Economi-          sern    B1, B2 und B3 erwärmt (I     #    I'     #    Ir,       I"#II),    der Dampf im Kessel D (II-III)  erzeugt, im Überhitzer E (III-IV) über  hitzt. in der Gegendruckturbine F (V - VI)  entspannt. Seine Nutzwärme gibt der Dampf  in HI, (VI- VII) an den Verbraucher H ab.  Gegenüber Fig. 2 ist also im Dampfsystem  lediglich die Aufteilung des Economisers B  in mehrere Teile B1, B2, D3 abweichend.  



  Wiederum geben die Verbrennungsgase       einen    Teil ihrer     Wärme    bei hohen Tempera  turen an das Luftsystem zwecks Umwand  lung in Leistung ab; bei gleicher Wärme  zufuhr auf dem Rost C wie in Fig. 1 kann  daher wiederum weniger Dampf erzeugt wer  den, so dass zunächst gegenüber der reinen  Gegendruckdampfanlage in H1 vom Dampf  weniger Wärme an den Verbraucher abgege  ben werden kann und auch die Leistung von  F etwas zurückgeht.  



  Der Kompressor K ist zum Unterschied  von Fig. 2 als gekühlt vorausgesetzt; durch  die Kühler U, welche beispielsweise an meh  reren Stufen des Kompressors     K        vorgesehen     sind, wird als Kühlmittel beispielsweise  Wasser oder Luft geführt (beispielsweise  Kühlstufen a-b und b-c), welche die im  Kühler aufgenommene Wärme in 114 (d-c)  ebenfalls an den Verbraucher abgeben kann.  



  Die in K von 0 auf 9 komprimierte Luft  gelangt in Fig. 3 in die Luftvorwärmer L1  (30     #    39) und L2 (40     #    49), und von da zur  Turbine M (50 - 59), welche beispielsweise  den Generator N und den Kompressor K an  treibt. Der Kompressor K kann aber aueh  separaten Antrieb, z. B. durch Teilturbine  von M, erhalten. Die Abluft der Turbine (59)  wird nun in zwei Teilströme aufgeteilt. Der  eine wird im Kessel, dem er im Zustand GO  zugeführt wird, als Verbrennungsluft ge  braucht, nachdem er vorher im Economiser  B3 Wärme an das Frischwasser abgegeben  hat. Es wird auf dem Rost C beispielsweise  Kohle verbrannt; die Verbrennungsgase (G1)  gelangen zum Teil über den Verdampfer D  (61, 65, 69) und den Überhitzer E (70 - 79)    zum Luftvorwärmer L2. Vor ihrem Eintritt  in L2 werden z.

   B. abgezweigte Heissgase  über 651 der Mischungsstellc 80 zugeführt  und mit den Überhitzergasen (79) gemischt:  der Luftvorwärmer L2 wird dann beispiels  weise von den, Mischgasen im Zustand 80 be  aufschlagt. Die Gase können nach Durchströ  men eines Teils von L2 nochmals mit rest  lichen abgezweigten Heissgasen gemischt wer  den; zu diesem Zwecke ist der Gasstrom in  L2 bei 81 unterbrochen, und es werden die  Gase mit den über 652 abgezweigten Heiss  gasrest gemischt; die Mischgase beaufschla  gen sodann im Zustand 82 den Restteil von  L2 und verlassen denselben im Zustand 85,  um von da in den Gasteil des Luftvorwärmers  L1 zu gelangen, den sie im Zustand 89 ver  lassen. Den     Brenngasen    kann auch Abluft der  Turbine zugemischt werden, was z. B. durch  die Leitung 60-G00-80 dargestellt ist.

    Die Turbinenluft kann natürlich auch vor  den Kühler b3 abgezweigt werden. Die Ab  gase von L1 durchströmen noch den     Teil-          Economiser    B2 (90     #    99), wo sie Wärne au  das Speisewasser abgeben, um alsdann bei  spielsweise ins Kamin zu entweichen; sie könn  ten äber vorher auch nee Wärme an den Ver  braucher abgeben. Die bei 59 von der     Brenn-          luft    abgezweigte Luft strömt direkt zum  Luftvorwärmer I1, den sie von 850 bis 890  durchströmt. Von L1 gelangt die Luft in den  Teil-Economiser B1 (900     #:-    990), wo sie  Wärme an das Speisewasser abgibt, und  schlicsslieh wird die restliche Luftwärme in  Il3 (997-999) an den Verbraucher Il abge  geben.

   In L, und im folgenden Strömungs  weg werden die Gase     (85#    89     #99)    ge  trennt von der Luft (850-890-990) ge  führt, um die Abluft bis zii tieferen Tempe  raturen     ausnützen    zu können als die Abgase.  



       Infolge    der in     .L,    von -den Gasen an die       Druckluft    abgegebenen und in der Lufttur  bine     N    in Leistung     uingewaidclten        \Värin;:          kann        bei        der        Anlage        von        Fig.    3     mit        der    ;

       lei-          chen,    Brennstoffmenge wie bei der reinen       Gegendruck-Dampfanlago        wiederum    nicht  die gleiche Dampfmenge     erzeugt    und in 11,  nicht die gleiche Wärmemenge an den Ver-           braucher    H abgegeben werden wie bei der  Gegendruckanlage nach Fig. 1. Auch die in  H3 und H4 an H abgegebene Wärme vermag  das Manko nicht voll zu decken. Dieses  Wärmemanko wird wiederum durch eine  Wärmepumpenanlage gedeckt, welche Wärme  eines tieftemperaturigen Niveaus mindestens  auf dasjenige des Verbrauchers hebt.

   P be  deute wiederum den Verdampfer,     Q    den  Dampfkompressor, R den Kondensator, S die  Expansionsmaschine und T einen Druckver  nichtungsschieber. Sofern die Wärmepumpe  mit Verdampfung arbeitet, wird S gewöhn  lich weggelassen und der Druck in T allein  vernichtet.

   Die in P dem tiefen Temperatur  niveau (Umgebungsluft, Wasser von Seen  oder Flüssen etc.) entzogene Wärme sowie  die Kompressionswärme von Q werden in R  an das flüssige oder gasförmige Mittel (vor  zugsweise Wasser oder Luft) abgegeben,  welches in P Wärme aufnimmt (Zustands  änderung f,     g)    und dieselbe     mindestens    zum  Teil in H2 an den Verbraucher H abgibt  (g, h), und damit das Wärmemanko deckt,  welches von der Umwandlung von Wärme in  mechanische Arbeit in der Turbine M     heir-          rührte.     



  Die Turbine M treibe beispielsweise einen  Generator N, die Turbine Seinen Generator  W, während der Stromerzeuger der Turbine  F wiederum mit G bezeichnet sei. V stellt  den Antriebsmotor des     Wärmepumpenkom-          pressors    dar.  



  Wenn nun die gesamte Anlage (Fix. 3)  so dimensioniert ist, dass sowohl gleich viel  Brennstoff verbraucht als auch gleich viel  besamte Nutzwärme in H1     #    H2     #    H3 - H4  an den Verbraucher H abgegeben wird wie  bei der gewöhnlichen Gegendruck-Dampf  anlage (Fix. 1), so gibt die beschriebene kom  binierte Anlage (Fix. 3) total mehr Nutz  Kilonvatt mechanische Leistung an die Gene  ratoren N, G und eventuell W ab, als die  äquivalente Gegendruckturbine F von Fig. 1  an ihren Generator G abgibt, obwohl in  Fig. 3 die Turbine F weniger leistet als in  Fig. 1 und obwohl auch die Leistungen von  I und Q aufgebracht werden müssen.

      Es ist daher insgesamt bei gleichem     Brenn-          gstoffverbrauch    zusätzliche Leistung ge  schaffen worden, welche energetisch ihr  Äquivalent wiederum in der bei P dem nied  rigen Temperaturniveau entzogenen Wärme  findet.  



  Wenn bisher der Vergleich der Neukom  bination mit der bekannten Gegendruck  anlage stets auf Grund gleicher Brennstoff  mengen gezogen wurde, so heisst dies natür  lich nicht, dass die kombinierte Anlage stets  nur für     gleiche        Brennstoffmenge    vorgesehen  sein soll wie eine allfällig vorher vorhandene  Gegendruckanlage, welche vielleicht zur     kom-          binierten    Anlage     ausgebaut    wurde, sondern  es wunde dieser Vergleich nur der Anschau  lichkeit wegen gewählt; die neue Anlage  kann natürlich mit beliebigem Brennstoff  verbrauch gebaut und betrieben werden.  



  An Stelle der Dampfwärmepumpenanlage,  welche in Fig. 2 und 3 zunächst angenommen  wurde, kann auch eine Luft- oder Gaswärme  pumpenanlage treten, wobei alsdann Q bei  spielsweise einen     Rotationskompressor.    P und  P     V@Tä.rmeaustauscher,        S    eine Luft- oder Gas  turbine bedeuten. Im Falle von Luft kann P  wegfallen; an seine     Stelle        tritt        alsdann   <B>di-</B>  rekt die Atmosphäre.

   Die Kompressoren     K     und     Q    können im Falle von gleichen Arbeits  medien zusammengebaut werden, ebenfalls  die Turbinen M und     ,S    (indem     beispielsweise          Q    als     eine    Stufe oder Stufengruppe von     K          gebaut        wird;).     



  An ,die     Stelle    von Luft kann im Kreislauf  0-60 auch ein anderes Gas treten; sofern       es    nicht brennbar ist,     und,die    Turbinenwärme  der Verbrennungsluft .doch     mitgeteilt    wer  den soll,     muss.    zwischen 5<B>9</B> und 60, ein zusätz  licher     Austauscher    eingelegt werden.  



  Ferner kann der     Erfindungsgaedanko    auch  durch andere Schaltungen verwirklicht wer  den; es kann     beispielsweise    auch mit geschlos  senem Kreislauf gefahren werden. Auch die  Antriebs- und Kupplungsverhältnisse von       Turbinen    und     Kompressoren    können     belie-          hige    sein. Auch können statt     Kohle    andere  Brennstoffe, auch flüssige oder gasförmige,       verwendet    werden. Die     Verbrennung    kann      auch vor Eintritt in die Turbine erfolgen, so  dass an Stelle des Luftturbinensvstems ein  Gasturbinensystem mit innerer Verbren  nung tritt.  



  Besonders vorteilhaft gestaltet sich die  erfindungsgemässe Ergänzung von vorhande  nen Feuerungsanlagen, z. B. Heizanlagen  oder Gegendruckanlagen etc., durch die Luft  turbinen- und Wärmepumpenteile, indem ge  rade in solchen Fällen wirklich Leistung neu  geschaffen werden kann, ohne den Brenn  stoffverbrauch der Anlage zu erhöhen.  



  Da die gesamte oder ein Teil der neuge  schaffenen Leistung zum Antrieb von  Wärmepumpen verwendet werden kann, ist  es auch möglich,     statt        Leistung    Wärme zu  erzeugen, ohne für die mehrerzeugte Wärme  Brennstoff oder mechanische Leistung zu be  nötigen, indem die gesamte Mehrwärme auf  diese Weise der Atmosphäre oder     einem     andern Niedertemperaturniveau entzogen  wird.

   Da bei einer gewöhnlichen Wärme  pumpe stets ein Bruchteil der Mehrwärme       mechanisch    aufgebracht werden muss, und da  bei thermisch erzeugter mechanischer Lei  stung diese nur einen Bruchteil der sie er  zeugenden Wärme darstellt, kam als Wärme  pumpenantrieb bis jetzt thermisch erzeugte  Leistung nicht in Frage, Durch die Erfin  dung ist dagegen die Wärmepumpe auch als  Ergänzung von thermischen Kraftanlagen  verwendbar.  



  Für das Fahren mit reduzierten Leistun  gen oder mit reduzierter Nutzwärmeabgabe  ergeben sich ebenfalls vorteilhafte Lösungen.  Bei reduziertem Nutzwärmebedarf am Ver  braucher kann z. B. zunächst die     Wärmepum-          penanlage    abgeschaltet oder direkt auf  Kälteerzeugung (Klimaanlagen) umgeschal  tet werden. Durch Äbstellen der Wärme  pumpenanlage (z. B. Abkuppeln des Ge  bläses Q) tritt ein Überschuss der nach aussen  abgegebenen Nutzleistung auf. Soll diese  jedoch konstant bleiben, was speziell im Falle  des Einwellenbetriebes (ohne eigenen An  triebsmotor V für Q) gefordert werden kann,  so muss gleichzeitig die Luftturbinenleistung  von M vermindert werden.

   Dies kann im all-    gemeinen dureh Verringerung der Luftförder    menge (durch Drosselung oder durch Sen  kung der Drehzahl     rles    allfällig     auf    eigener  Welle laufenden Kompressoraggregates oder  durch parallele Umführung) von M erfolgen.  Um die Dampfseite nicht zu beeinflussen,  kann die Verbrennungsgasmenge, welche den  Kessel und Uberhitzer durchströmt (Weg 61,  65, 69, 70, 79), konstant belassen und nur  die abgezweigte Luftmenge (59     #    850     #        9#9),     sowie, um die Temperaturen mindestens an  genähert konstant zu halten, die abgezweigte  Brenngasmenge (Weg 61, 650, 80 bezw. 61,  651, 92) vermindert werden.

   Ist die gesamte  abgezweigte Brenngas- sowie die gesamte ab  gezweigte Luftmenge voll abgedrosselt, und  soll die Luftturbinenleistung weiter gedros  selt werden. ohne das Dampfsystem zu be  einflussen, oder soll überhaupt die im ge  samten geförderte Luftmenge bei der Lei  stungsreduktion nicht wesentlich verändert  werden, so kann die Luftturbine M durch  einen Parallelweg mindestens teilweise um  gangen werden, indem man den Schieber 0  öffnet. Umgekehrt kann mit Hilfe der be  schriebenen Abzweigungen und ihrer Regu  lierorgane (eingezeichnete Schieber und Klap  pen) die     Dampfseite    bei konstanter Luft  leistung oder bei konstanter Gesamtlast regu  liert werden. Es ist also möglich, die Dampf  seite, die Luftseite und die Wärmepumpen  seite voneinander unabhängig oder in be  stimmter vorgezeichneter Abhängigkeit zu  regulieren.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH I: Wärme- und Leistungserzeugungsanlab , die mindestens einen Teil ihrer Wärme an niir#deatens einen Wärmeverbraucher abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feuerungs- anlage mit einem Gasturbinenaggregat und einem Wärm.epumpenaggregat derart kombi- nier-[ ist,
    da.ss mindestens ein Teil des Tem peraturgefälles der Feuergase zur Erzeugung mechanischer Leistung verwendet wird, und dass die -\'ärmepunipe Wärme ans einem tie feren- Temperaturniveau mindestens auf das Temperaturniveau eines Wärmeverbrauchers liebt. UNTERANSPRÜCHE 1. Anlage nach Patentanspruch I, dadureh gekennzeichnet, dass Abwärme des Gasturbi nenaggregates zur Vorwärmung der Brenn- luft der Feuerung dient. 2.
    Anlage nach Patentanspruch I, mit einem Luftturbinenaggregat, dadurch ge kennzeichnet, dass mindestens ein. Teil der Abluft der Luftturbine als Verbrennungsluft für die Feuerung dient. 3. Anlage nach Patentanspruch I, mit einem Luftturbinenaggregat, dadurch, gekenn zeichnet, dass mindestens ein Teil der Ab luft der Luftturbine nach Wärmeabgabe in einem Wärmeaustauscher als Verbrennungs luft für die Feuerung dient. 4. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Leistung des Gasturbinenaggregates zum Antrieb des Verdichters dient, welcher das Turbinenarbeitsmittel auf Druck bringt. 5. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Leistung des Gasturbinenaggregates zum Antrieb des Wärmepumpenaggregates dient. 6.
    Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Verdichter, welcher das Turhinenarbeitsmittel auf Druck bringt, gekühlt wird, und dass die vom Kühl mittel aufgenommene Wärme ebenfalls einem Wärmeverbraucher zugeführt wird. 7. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Feuerung min destens einen Teil ihrer Wärme an Dampf abgibt, der seinerseits mindestens eine der beiden Energieformen: mechanische Arbeit und Wärme, an Verbraucher abgibt. ä. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Kompressor des Wärmepumpenaggregates -durch einen Teil des Kompressors der Gasturbinenanlage gebildet ist. 9.
    Anlage nach Patentanspruch I, mit einem Luftturbinenaggregat, dadurch ge kennzeichnet, dass nur ein Teil der Turbinen abluft als Verbrennungsluft dient, während der überschüssige Teil den Brenngasen an einer Stelle ihres Kreislaufes zugemischt wird. 10. Anlage nach Patentanspruch I, mit einem Luftturbinenaggregat, dadurch ge kennzeichnet, dass nur ein Teil der Turbinen abluft als Verbrennungsluft dient, während der überschüssige Teil dauernd von den Brenngasen getrennt geführt wird, derart, dass seine Abwärme bis zu tieferen Tempera turen ausgenützt werden kann als diejenige der Brenngase. 11. Anlage nach Patentanspruch I, mit einem Luftturbinenaggregat, dadurch ge kennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Wärme mindestens eines der beiden Wärme träger Luft und Gas an einen Verbraucher abgegeben wird. 12.
    Anlage nach Patentanspruch I und Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Brenngase getrennt geführt ist und zur Zwischenerwärmung mindestens eines Teils der übrigen Brenngase dient. 13. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche bei vermindertem Wärmever brauch an der Verbraucherstelle die Wärme pumpenleistung zu vermindern gestatten. 14.
    Anlage nach Patentanspruch I und Unteranspruch 13, mit einem Luftturbinen aggregat, dadurch gekennzeichnet, dass Mit tel vorgesehen sind, mittels welcher gleich zeitig mit der Senkung der Wärmepumpen leistung eine solche Verminderung der Luft- turbinenIeistung bewirkt werden kann, dass die nach aussen abgegebene Nutzleistung bei sinkender Nutzwärme mindestens angenähert konstant bleibt. 15.
    Anlage nach Patentanspruch I, da: durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um,die Turbine bei Teillast mit vermin- derter Fördermenge arheiten zu lassen. 16.
    Anlage nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 7, 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um sowohl die abgezweigte, nicht verbrannte Überschussluftmenge, als auch,die:getrennt ge führte und zur Zwischenerwärmung dienende Brenngasmenge bei sinkendem Leistungs- bedarf so zu vermindern, dass die Dampf Fördermenge mindestens angenähert kon- stant bleibt. 17.
    Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche ermöglichen, dass bei Teillast mindestens eine Stufe der Turbine von min destens einem Teil des Fördermittels um- strömt wird. 18. Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorge sehen sind, welche ermöglichen, dass bei von der Nennlast abweichender Belastung min destens ein Kompressor und seine mit ihm gekuppelte Antriebsturbine mit einer von der Nenndrehzahl abweichenden Drehzahl läuft, derart, dass bei Teillast tiefere, bei Überlast höhere Kompressordrehzahlen vorhanden sind. 19.
    Anlage nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, un die Wärme mindestens eines Teils des Temperaturgefälles der Feuerbase an das Arbeitsnittel der Turbine zu übertragen und dadurch wenigstens teilweise in mecha nische Leistung umzuwandeln.
    PATENTANSPRUCH II: Verfahren zur Herstellung einer Wärme- und Leistungserzeugungsanlage nach Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine, bestehende Feuerungsanlage mit einem Gas- turbiienaggregat und mit einem Wärme- punpenaggregat derart kombiniert wird, dass mindestens ein Teil des Temperaturgefälles der Feuergase zur Erzeugung mechanischer Leistung verwendet wird, und dass die Wärmepumpe Wärme aus eurem tieferen Temperaturniveau mindestens auf das Tem peraturniveau eines Wärmeverbrauchers hebt.
CH234642D 1944-08-12 1942-09-10 Wärme- und Leistungserzeugungsanlage. CH234642A (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1190256B (de) * 1961-09-28 1965-04-01 Siemens Ag Waermekraftanlage mit kombiniertem Gas-Dampf-Prozess

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1190256B (de) * 1961-09-28 1965-04-01 Siemens Ag Waermekraftanlage mit kombiniertem Gas-Dampf-Prozess

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