Wärme- und Leistungserzeugungsanlage. Es ist bekannt, eine Feuerungsanlage mit einer Luftturbinenanlage zu kombinieren. Die Feuerungsanlage kann zur Erzeugung von Dampf zu Heiz- und Kraftzwecken dienen oder zur Abgabe der Feuerungswärme zu beliebigen Heizzwecken. Es ist ferner be kannt, die Abluft der Luftturbine als Ver brennungsluft zu verwenden.
Schliesslich ist auch schon vorgeschlagen worden, durch die Luftturbine mehr Luft zu schicken als für die Verbrennung benötigt wird und die über- schüssige Abluft zu Wärmezwecken (Speise- wasservorwärmung, Nutzwärmeabgabe) zu verwenden.
Da die Leistung der Gesamtanlage um so grösser wird, je mehr Luft man durch die Luftturbine schickt, kann bei grossen Lei stungen zu viel Abluftwärme entstehen, die weder für .die Verbrennung noch für andere Zwecke brauchbar ist.
Bei einer Wärme- und Leistungserzeugungsanlage nach der Erfin dung, bei welcher eine Feuerungsanlage mit einer Luftturbinenanlage derart kombiniert ist, dass ein Teil der Feuergaswärme für die Aufheizung der Druckluft verwendet wird, wird ein Teil der Abluft der Luftturbine als Brennluft der Feuerung zugeführt, während mindestens ein übriger Teil@der Abluftmenge einen Teil ihrer Abwärme an die dem Kom- pressor zugeführte Frischluft abgibt.
Da durch werden Wärmeverluste der überschüs sigen Abluft verhindert und der Wirkungs grad wird erhöht. Die Wärmeabgabe an die Frischluft kann durch Austausch oder durch Zumischung erfolgen.
Die beiliegende schematische Zeichnung betrifft ein Ausführungsbeispiel des Erfin dungsgegenstandes. Das Speisewasser wird in den Vorwärmern B" BZ und B3 erwärmt- (I-I', I' I", I"-II). Der Dampf wird im Kessel D (II-III) erzeugt, im Überhitzer E (III-IV) überhitzt und in der Gegendruck turbine F (V--VI) entspannt.
Der Dampf gibt seine Nutzwärme im Teilverbraucher Hl (VI-VII) an den Verbraucher H ab. Die Verbrennungsgase geben einen Teil ihrer Wärme bei hohen Temperaturen im Dampf kessel D (65-69) und Überhitzer E (69-79) an das Dampfsystem und hernach zwecks Leistungserzeugung in den Luftvorwärmern L, und L2 an das Luftsystem ab. Der Kom pressor K ist als gekühlt vorausgesetzt.
Durch Kühler U, die an mehreren Stufen des Kompressors K vorgesehen sind, wird als Kühlmittel beispielsweise Wasser oder das Speisewasser der Dampfanlage oder auch Luft geführt (Kühlstufen a-b und b-c), welches Kühlmittel die im Kühler aufgenom mene Wärme im Teil H4 des Verbrauchers H (d-e) ebenfalls an den Verbraucher oder an das Speisewasser abgeben kann.
Die im Kompressor K von 0, auf 9 kom primierte Luft gelangt in die Luftvorwärmer L, (30-39) und L._ (40-49) und von da zur Turbine M (50-59), die den Generator N und den Kompressor K antreibt. Der Kom pressor K kann aber auch separaten Antrieb erhalten, z. B. durch eine Teilturbine der Turbine M. Die Abluft (59) der Turbine H ist in zwei Teilströme aufgeteilt. Der eine Teilstrom wird in der Feuerungsanlage, der er im Zustand 60 zugeführt wird, als Ver brennungsluft gebraucht, nachdem er vorher im Vo.rwärmer B3 Wärme an das Speisewas ser abgegeben hat.
Auf dem Rost C wird beispielsweise Kohle verbrannt. Die Ver brennungsgase (61) gelangen zum Teil über den Verdampfer D (65-69) und den Über hitzer E (70-79) zum Luftvorwärmer L_. Vor ihrem Eintritt in den Luftvorwärmer L, werden abgezweigte Heissgase über<B>651,</B> der Mischungsstelle 80 zugeführt und mit den abgekühlten Verbrennungsgasen (79) ge mischt.
Der Luftvorwärmer L@ wird dann von den Mischgasen im Zustand 80 beauf- schlagt. Die Gase können nach Durchströmen eines Teils des Luftvorwärmers L. nochmals mit restlichen, abgezweigten Heissgasen ge mischt werden. Zu diesem Zweck ist der Gas strom im Vorwärmer L, bei 81 unterbrochen, und es werden die Gase mit dem über 652 abgezweigten Heissgasrest gemischt.
Die Mischgase beaufschlagen sodann im Zustand 82 den Restteil von Vorwärmer L. und ver lassen letzteren im Zustand 85, um von da in den Gasteil des Luftvorwärmers L, zu gelangen, den sie im Zustand 89 verlassen. Die Abgase des Vorwärmers L, durchströ men noch den Speisewasservorwärmer B2 (90 bis 99), um alsdann ins Kamin zu ent weichen.
Sie könnten aber vorher auch noch Wärme an den Verbraucher abgeben. Die bei 59 von der Brennluft abgezweigte, über schüssige Luft strömt direkt zum Luftvor- wärmer L,, den sie von 850-890 durch strömt. Vom Luftvorwärmer L, gelangt die Luft in den Speisewasservorwärmer B, (900 bis 990), wo sie Wärme an das Speisewasser abgibt. Schliesslich wird noch Abluftwärme im Teilverbraucher H.. (991-999) an den Verbraucher<I>H</I> abgegeben.
Im Vorwärmer <I>L,</I> und im folgenden Strömungsweg werden die Feuerungsgase (85-89-99) getrennt von der Abluft (850-890-990) geführt.
Ein Teil der nicht. als Brennluft der Feuerungsanlage zugeführten Abluft kann auch nach dem Vorwärmer B3 den Feuer gasen bei 80 zugeführt werden.
Es wird nun die überschüssige Abluft wärme oder ein Teil derselben von 999 aus in den Kompressor K zurückgeführt. Da durch wird verhindert, da.ss Abwärme der überschüssigen Abluft verlorengeht. Diesem Zweck dient der Austauscher X, in welchem die Abluft zwischen 999 und<B>1000</B> abgeführt und die Frischluft, zwischen 0, und 0, vor gewärmt wird. Es könnte auch die Abluft oder ein Teil derselben bei 999 unmittelbar mit der Frischluft gemischt werden.
Bei einer Anlage, die Wärme und Leistung erzeugt, kann die so erfolgende Verhinderung der Luftabwärmeverluste von grösserer Bedeu tung sein als der erhöhte Leistungsbedarf des Kompressors infolge höherer Ansaugtempe ratur.
Beim gezeichneten Beispiel ist noch eine VTärmepumpe vorhanden, die Wärme aus einem tieftemperaturigen Niveau mindestens auf dasjenige des Verbrauchers hebt. P be deutet einen Verdampfer, Q einen Dampf kompressor. R einen Kondensator, S eine Expansionsmaschine und T einen Druck vernichtungsschieber. Sofern die Wärme pumpe mit Verdampfung arbeitet, wird die Expansionsmaschine weggelassen und der Druck im Teil T allein vernichtet.
Die im Verdampfer P dem tiefen Temperaturniveau (Umgebungsluft, Wasser von Seen oder Flüs sen usw.) entzogene Wärme sowie die Kom pressionswärme des Kompressors Q werden im Kondensator R an das flüssige oder gas förmige Mittel (vorzugsweise Wasser oder Luft) abgegeben, welches im Kondensator B Wärme aufnimmt (Zustandsänderung f-9) und dieselbe mindestens zum Teil in Teil verbraucher HZ an den Verbraucher<I>H</I> abgibt (g, dz). Die Turbine S treibt einen Generator 1F an.
Y stellt den Antriebsmotor des Wärmepumpenkompressors dar.
An Stelle der Dampfwärmepumpenanlage, die in der Figur angenommen wurde, kann auch eine Luft- oder Ga3wärmepumpen- anlage treten, wobei alsdann der Kompressor Q beispielsweise einen Rotationskompressor, B und P Wärmeaustauscher und S eine Luft- oder Gasturbine bedeuten. Im Falle von Luft kann der Verdampfer P wegfallen; an seine Stelle tritt alsdann direkt die Atmosphäre.
Die Kompressoren K und<I>Q</I> können im Falle von gleichen Arbeitsmedien zusammengebaut werden, ebenfalls die Turbinen M und S (in dem beispielsweise der Kompressor Q als eine Stufe oder Stufengruppe des Kompressors K gebaut wird).
Die Antriebs- und Kupplungsverhältnisse von Turbinen und Kompressoren können anders als im Beispiel sein. Ferner können statt Kohle andere Brennstoffe (flüssige oder gasförmige) verwendet werden.
Die Kombination von Luftturbine und Wärmepumpe kann auch derart erfolgen, dass s tatt einer eigenen Wärmepumpenanlage mindestens ein Teil der Luftturbinenstufen mit Luft so tiefer Temperatur beschickt wird, dass die Austrittstemperatur dieser Stufengruppe unterhalb der Umgebungs temperatur zu liegen kommt.
Heat and power generation plant. It is known to combine a combustion system with an air turbine system. The firing system can be used to generate steam for heating and power purposes or to deliver the firing heat for any heating purposes. It is also known to use the exhaust air from the air turbine as combustion air.
Finally, it has also already been proposed to send more air through the air turbine than is required for combustion and to use the excess exhaust air for heating purposes (feed water preheating, useful heat dissipation).
Since the performance of the entire system is greater, the more air you send through the air turbine, too much exhaust air heat can arise with high performance, which is usable neither for combustion nor for other purposes.
In a heat and power generation system according to the invention, in which a combustion system is combined with an air turbine system in such a way that part of the fire gas heat is used to heat the compressed air, part of the exhaust air from the air turbine is supplied to the furnace as combustion air, while at least the remaining part @ of the exhaust air emits part of its waste heat to the fresh air supplied to the compressor.
This prevents heat loss from the excess exhaust air and increases efficiency. The heat transfer to the fresh air can take place through exchange or through admixture.
The accompanying schematic drawing relates to an embodiment of the subject matter of the invention. The feed water is heated in the preheaters B "BZ and B3 - (I-I ', I' I", I "-II). The steam is generated in the boiler D (II-III), in the superheater E (III-IV ) overheated and relaxed in the back pressure turbine F (V - VI).
The steam gives off its useful heat in the partial consumer Hl (VI-VII) to the consumer H. The combustion gases give part of their heat at high temperatures in the steam boiler D (65-69) and superheater E (69-79) to the steam system and then to the air system for the purpose of generating power in the air preheaters L and L2. The compressor K is assumed to be cooled.
Through coolers U, which are provided at several stages of the compressor K, water or the feed water of the steam system or also air is conducted as the coolant (cooling stages ab and bc), which coolant the heat absorbed in the cooler in part H4 of the consumer H ( de) can also be given to the consumer or to the feed water.
The air compressed from 0 to 9 in the compressor K reaches the air preheater L, (30-39) and L._ (40-49) and from there to the turbine M (50-59), which controls the generator N and the Compressor K drives. The Kom pressor K can also get a separate drive, for. B. by a turbine section of the turbine M. The exhaust air (59) of the turbine H is divided into two partial flows. One partial flow is used as combustion air in the combustion system, to which it is fed in state 60, after it has previously given off heat to the feed water in the pre-heater B3.
Coal, for example, is burned on grate C. Some of the combustion gases (61) reach the air preheater L_ via the evaporator D (65-69) and the superheater E (70-79). Before they enter the air preheater L, the hot gases that are branched off are fed to the mixing point 80 via 651 and mixed with the cooled combustion gases (79).
The air preheater L @ is then acted upon by the mixed gases in state 80. After flowing through part of the air preheater L., the gases can be mixed again with remaining, branched off hot gases. For this purpose, the gas flow in the preheater L is interrupted at 81, and the gases are mixed with the hot gas residue branched off via 652.
The mixed gases then act on the remaining part of preheater L in state 82 and leave the latter in state 85 in order to get from there into the gas part of air preheater L, which they leave in state 89. The exhaust gases from the preheater L still flow through the feedwater preheater B2 (90 to 99) in order to then escape into the chimney.
But you could also give off heat to the consumer beforehand. The excess air branched off from the combustion air at 59 flows directly to the air preheater L, which it flows through from 850-890. From the air preheater L, the air reaches the feed water preheater B, (900 to 990), where it gives off heat to the feed water. Finally, exhaust air heat is given off to the consumer <I> H </I> in the sub-consumer H .. (991-999).
In the preheater <I> L, </I> and in the following flow path, the combustion gases (85-89-99) are conducted separately from the exhaust air (850-890-990).
Part of the not. Exhaust air supplied to the combustion system as combustion air can also be supplied to the fire gases at 80 after the preheater B3.
The excess heat from the exhaust air, or part of it, is now fed back into the compressor K from 999. This prevents waste heat from being lost in the excess exhaust air. Exchanger X serves this purpose, in which the exhaust air between 999 and <B> 1000 </B> is discharged and the fresh air, between 0 and 0, is preheated. The exhaust air or part of it could also be mixed directly with the fresh air at 999.
In the case of a system that generates heat and power, the prevention of waste air heat losses that occurs in this way can be more important than the increased power required by the compressor due to the higher intake temperature.
In the example shown, there is also a V heat pump that takes heat from a low temperature level to at least that of the consumer. P means an evaporator, Q a steam compressor. R a condenser, S an expansion machine and T a pressure destruction valve. If the heat pump works with evaporation, the expansion machine is omitted and the pressure in part T alone is destroyed.
The heat extracted from the low temperature level in the evaporator P (ambient air, water from lakes or rivers, etc.) and the heat of compression from the compressor Q are released in the condenser R to the liquid or gaseous medium (preferably water or air), which is in the condenser B absorbs heat (change of state f-9) and emits it at least partially in part consumer HZ to consumer <I> H </I> (g, dz). The turbine S drives a generator 1F.
Y represents the drive motor of the heat pump compressor.
Instead of the steam heat pump system, which was assumed in the figure, an air or gas heat pump system can also be used, in which case the compressor Q then means, for example, a rotary compressor, B and P heat exchangers and S an air or gas turbine. In the case of air, the evaporator P can be omitted; then the atmosphere takes its place.
The compressors K and <I> Q </I> can be assembled in the case of the same working media, likewise the turbines M and S (in which, for example, the compressor Q is built as a stage or stage group of the compressor K).
The drive and clutch ratios of turbines and compressors can be different than in the example. Furthermore, other fuels (liquid or gaseous) can be used instead of coal.
The combination of air turbine and heat pump can also take place in such a way that, instead of having its own heat pump system, at least some of the air turbine stages are charged with air at such a low temperature that the outlet temperature of this stage group is below the ambient temperature.