CH251501A - Process and facility for waste heat recovery. - Google Patents

Process and facility for waste heat recovery.

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CH251501A
CH251501A CH251501DA CH251501A CH 251501 A CH251501 A CH 251501A CH 251501D A CH251501D A CH 251501DA CH 251501 A CH251501 A CH 251501A
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CH
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steam
waste heat
pressure
turbine
heat recovery
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Pilsen Aktiengesellschaft V In
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Skoda Kp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B33/00Steam-generation plants, e.g. comprising steam boilers of different types in mutual association
    • F22B33/14Combinations of low and high pressure boilers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F01K3/00Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/185Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using waste heat from outside the plant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/18Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbine being of multiple-inlet-pressure type

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Description

  

      Verfahren        und        Einrichtung        zur        Abwärmeverwertung.       In einer Reihe von     technischen    Anlagen  (Hütten,     Verbrennungsturbinen    oder Moto  ren u. a.) entstehen grosse Mengen von hei  ssen Gasen, deren Wärme     durch    einen Ab  wärmekessel verwertet werden     kann.    Solche       Ibwärmekessel        sind    jedoch wenig verbrei  tet, weil sie in den meisten Fällen im Ver  hältnis zu den Bau- und Betriebskosten     einen     zu kleinen Gewinn versprechen.

   Die     Arbeits=          verhältnisse        einer    Anlage zur     Abwärmever-          wertung    sind nämlich wesentlich schlechter  als die Verhältnisse bei     einer    normalen  Dampfkraftanlage, wie weiter unten näher       angeführt    ist.  



  Zum Vergleich und zur     Verdeutlichung     der     Vorteile    des erfindungsgemässen Verfah  rens ist in     Abb.1    der beiliegenden Zeich  nung der Temperaturverlauf in einer nor  malen Dampfkraftanlage dargestellt. Wie er  sichtlich, besteht der     kleinste    Temperatur  unterschied     zwischen    Rauchgasen und Was  ser     immer        zwischen    dem     Kaltwasser    und den  kalten     Rauchgasen        Eiwischen    den Punkten  1, 6), ohne Rücksicht darauf, ob man dabei  einen     niedrigen.    oder einen hohen Dampf  druck wählt.

   Eine normale Dampfkraft  anlage kann     demnach    sowohl mit einer nied  rigen Abgastemperatur als auch mit dem  günstigsten Dampfdruck, also mit einem  guten     Wirkungsgrad,    arbeiten.  



  In     Abb.    2 ist der Temperaturverlauf bei  einem     Abwärmekessel        bekannter    Ausfüh  rung veranschaulicht. Hier besteht der klein  ste     Temperaturunterschied    zwischen dem-    'Wasser und den Rauchgasen am Anfang der       Verdampfungsfläche        (zwischen    den Punkten  2 und 6).

   Der Temperaturunterschied zwi  schen dem     Kaltwasser    und den kalten Rauch  gasen (zwischen den Punkten 1 und 7) ist  hier wesentlich grösser als der erwähnte       kleinste        Temperaturunterschied    und bedeu  tend grösser als der entsprechende Unter  schied zwischen dem     Kaltwasser    und den  kalten Rauchgasen bei     einer    normalen  Dampfkraftanlage nach     Abb.    1.

   Das übliche  Verfahren zur     Abwärmeverwertung    weist  also einen schlechten Wirkungsgrad auf,       denn    die ins Freie abgeführten Abgase haben  eine zu hohe Temperatur, und     weil    es mit  Rücksicht auf den kleinsten Temperatur  unterschied am Anfange der     Verdampfungs-          fläche    nicht möglich ist, einen genügend  hohen Dampfdruck zu wählen, wie es zur  Erreichung     eines        günstigen    Dampfverbrau  ches der angeschlossenen Dampfturbine oder  Dampfmaschine nötig wäre.  



  Die erwähnten Nachteile werden durch       das        erfindungsgemässe    Verfahren zur Ab  wärmeverwertung vermieden, deren Tempera  turverlauf     beispielsweise    in     Abb.    3 der bei  liegenden Zeichnung dargestellt     ist.     



  Erfindungsgemäss     wird    bei diesem Ver  fahren     im        Abwärmekessel    der Dampf     nicht     bei einem Drucke, sondern bei zwei oder  mehreren verschiedenen Drücken (in     Abb.    3  sind drei     Druckstufen    eingezeichnet), also  bei zwei oder mehreren entsprechenden Siede  temperaturen erzeugt. Durch eine geeignete      Wahl des niedrigsten Druckes (bei Verwen  dung von     Kondensationsturbinen    auch unter  1 atü) ist es dann möglich, eine niedrige  Abgastemperatur zu erreichen.

   Der höchste  Druck, bei welchem die grösste Dampfmenge  erzeugt     wird,    kann dabei genügend hoch ge  wählt werden, um einen günstigen Dampf  verbrauch der angeschlossenen     Turbine    er  reichen zu können.  



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren mit  mehreren Druckstufen des erzeugten Damp  fes ermöglicht also eine viel vollkommenere       Wärmeverwertung    als     das    bisherige Verfah  ren mit nur     einer        Druckstufe.    Die     Vorteile     des     erfindungsgemässen        Verfahrens    sind desto  grösser, je höher die     Druckstufenzahl    ge  wählt wird.  



  Die     erfindungsgemässe    Einrichtung zur  Ausführung des Verfahrens besitzt einen       Abwärmekessel,    in welchem Dampf bei ver  schiedenen. Drücken erzeugt wird, und     eine          1Vlehrdruckdampfturbine,    welcher der bei  verschiedenen     Drücken        erzeugte    Dampf in  Stufen     zugeführt    wird, die     die    entsprechen  den Drücke aufweisen.  



  In     Dampfüberhitzern    kann entweder der  Dampf aller Druckstufen überhitzt werden,  wie in     Abb.3    veranschaulicht ist, oder es  kann aus den niedrigeren Druckstufen der  Saudampf     unmittelbar    in die Turbine ein  geführt werden.  



  Nach der zur Verfügung stehenden       Rauchgastemperatur    kann in dem Abwärme  kessel Wasserdampf oder der Dampf     eines,     andern geeigneten Stoffes erzeugt werden.  



  Bei     kleinen    Anlagen     wird    der Abwärme  kessel als eine einzige bauliche Einheit aus  geführt. Bei grossen Anlagen können die ein  zelnen     Kesseldruckstufen        als    selbständige  Einheiten ausgeführt werden.  



  Die     Leistungsregelung    der     angescUlos-          senen        Dampfturbine        kann    auf verschiedene  Weise erfolgen:  In     Anlagen,        in    denen man     beispielsweise     die Abwärme von     Gasturbinenabgasen    ver  wertet,     leistet    die     Gasturbine    den Hauptteil       (etwa    65 %)     und    die Dampfturbine den Res  der     Arbeit_       Wenn keine grossen Ansprüche an die  Geschwindigkeit des Regelvorganges im  Normalbetrieb gestellt werden (z.

   B. bei dem       Gasturbinenschiffsantrieb),    regelt man nur  die     Leistung    der Gasturbine, und die Dampf  turbine     wird    ohne Regelventile unmittelbar  an den     Kessel        angeschlossen.    Die Drücke in  den einzelnen Kesselteilen ändern sich in die  sem-Falle je nach der Belastung der Anlage.       In    den Dampfleitungen zur     Turbine    werden  nur     Schnellschlussventile    und am     Kessel     Sicherheitsventile angeordnet.  



  Werden grosse Ansprüche     an,    die Regel  geschwindigkeit gestellt (z. B.     beim    Antrieb  eines elektrischen Generators durch eine  Gasturbine), werden sowohl die     Leistung    der  Gasturbine als auch die Leistung der Dampf  turbine geregelt, und zwar entweder der  Einfachheit halber nur die Dampfmenge der  obersten Druckstufe, oder auch die Dampf  mengen der niedrigeren Druckstufen.

   Wenn  nur die Dampfmenge der obersten Druck  stufe geregelt wird, besteht bei plötzlichem  Schliessen des     Regelorganes    die Gefahr, dass  die niedrigeren     Druckstufen    des     Kessels    in  folge der Drucksenkung in der Turbine eine  zu grosse Dampfmenge liefern     und    dabei       übersieden    werden, so dass die     Turbine    durch  eine grosse, aus dem Kessel mitgerissene       Wassermenge    beschädigt werden könnte.

    Aus diesem Grunde werden die Schnell  schlussventile an der Turbine vorteilhafter  weise als     Diffueorventile    mit     annähernd          Schallgeschwindigkeit    im engsten Quer  schnitt ausgeführt; solche Ventile erlauben  keine bedeutende     Vergrösserung    der Dampf  menge.



      Process and facility for waste heat recovery. A number of technical systems (smelters, combustion turbines or engines, etc.) produce large quantities of hot gases, the heat of which can be used by a waste heat boiler. Such Ibwärmekessel are little spread tet, because in most cases they promise too small a profit in relation to the construction and operating costs.

   The working conditions of a plant for waste heat recovery are namely considerably worse than the conditions of a normal steam power plant, as will be detailed below.



  For comparison and to clarify the advantages of the method according to the invention, the temperature profile in a normal steam power plant is shown in Fig. 1 of the accompanying drawing. As he can see, the smallest temperature difference between flue gases and water is always between the cold water and the cold flue gases Eiwischen points 1, 6), regardless of whether you have a low one. or selects a high steam pressure.

   A normal steam power plant can therefore work both with a low exhaust gas temperature and with the most favorable steam pressure, i.e. with good efficiency.



  In Fig. 2, the temperature profile is illustrated in a waste heat boiler of known Ausfüh tion. Here is the smallest temperature difference between the water and the flue gases at the beginning of the evaporation surface (between points 2 and 6).

   The temperature difference between the cold water and the cold flue gases (between points 1 and 7) is here considerably larger than the mentioned smallest temperature difference and significantly larger than the corresponding difference between the cold water and the cold flue gases in a normal steam power plant as shown in Fig .    1.

   The usual method of waste heat recovery is therefore poor, because the temperature of the exhaust gases discharged into the open is too high, and because, considering the smallest temperature difference at the beginning of the evaporation surface, it is not possible to select a sufficiently high vapor pressure how it would be necessary to achieve a favorable steam consumption of the connected steam turbine or steam engine.



  The disadvantages mentioned are avoided by the inventive method for heat recovery from, the temperature curve of which is shown for example in Fig. 3 of the accompanying drawing.



  According to the invention, in this process, the steam in the waste heat boiler is not generated at one pressure, but at two or more different pressures (three pressure levels are shown in Fig. 3), i.e. at two or more corresponding boiling temperatures. With a suitable choice of the lowest pressure (when using condensation turbines also below 1 atm) it is then possible to achieve a low exhaust gas temperature.

   The highest pressure, at which the greatest amount of steam is generated, can be selected to be sufficiently high in order to be able to achieve favorable steam consumption for the connected turbine.



  The inventive method with several pressure stages of the generated steam allows a much more complete heat recovery than the previous process ren with only one pressure stage. The advantages of the method according to the invention are greater, the higher the number of pressure stages selected.



  The device according to the invention for carrying out the method has a waste heat boiler in which steam at various ver. Pressures is generated, and a 1Vlehrdruckdampfturbine, which the steam generated at different pressures is fed in stages that have the corresponding pressures.



  In steam superheaters, either the steam from all pressure levels can be superheated, as shown in Fig. 3, or the steam from the lower pressure levels can be fed directly into the turbine.



  According to the available flue gas temperature, water vapor or the steam of another suitable substance can be generated in the waste heat boiler.



  In small systems, the waste heat boiler is designed as a single structural unit. In large systems, the individual boiler pressure levels can be designed as independent units.



  The power of the connected steam turbine can be regulated in different ways: In systems in which, for example, the waste heat from gas turbine exhaust gases is utilized, the gas turbine does the main part (around 65%) and the steam turbine does the rest of the work_ If there are no major demands on the work Speed of the control process can be set in normal operation (e.g.

   B. in the gas turbine ship propulsion), you only regulate the power of the gas turbine, and the steam turbine is connected directly to the boiler without control valves. The pressures in the individual boiler parts change in this case depending on the load on the system. Only quick-closing valves and safety valves on the boiler are installed in the steam lines to the turbine.



  If high demands are made on the control speed (e.g. when driving an electric generator by a gas turbine), both the power of the gas turbine and the power of the steam turbine are regulated, either for the sake of simplicity only the amount of steam at the top Pressure stage, or the steam quantities of the lower pressure stages.

   If only the amount of steam in the uppermost pressure stage is regulated, there is a risk that the lower pressure stages of the boiler, as a result of the pressure drop in the turbine, deliver too much steam as a result of the pressure drop in the turbine, so that the turbine is pushed over by a large one , the amount of water carried away from the boiler could be damaged.

    For this reason, the quick-acting valves on the turbine are advantageously designed as diffuser valves with almost the speed of sound in the narrowest cross-section; such valves do not allow a significant increase in the amount of steam.

 

Claims (1)

PATENTANSPRüCHE I. Verfahren zur Verwertung von Ab wärme, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abwärmekessel Dampf bei mehreren Drücken erzeugt wird. Il. PATENT CLAIMS I. Process for the utilization of waste heat, characterized in that steam is generated at several pressures in a waste heat boiler. Il. Einrichtung zur Ausführung des Ver- fah@ens nach Patentanspruch I, dadurch ge- keanzeichnet, dass ein Abwärmekessel, in z ekliem der Dampf bei mehreren Drücken agmugt wird und eine 1Vlehrdruckdampf- tizrbine vorhanden sind, Device for carrying out the method according to patent claim 1, characterized in that a waste heat boiler, in particular the steam is sucked in at several pressures, and a gauge pressure steam tank is present, welcher der bei ver- echiedenen Drücken erzeugte Dampf bei ent sprechenden Druckstufen zugeführt wird. UNTERANSPRüCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampftur bine keine Leistungsregelung besitzt. 2. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs- regelung der Dampfturbine nur durch Re gelung der Dampfmenge der obersten Druck stufe erfolgt. 3. which the steam generated at different pressures is fed at the corresponding pressure levels. SUBClaims 1. Device according to claim 1I, characterized in that the steam turbine has no power control. 2. Device according to patent claim II, characterized in that the power regulation of the steam turbine takes place only by regulating the steam quantity of the top pressure stage. 3. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungs regelung der Dampfturbine durch die Rege lung der Dampfmenge sowohl der obersten Druckstufe als auch einer oder mehrerer der niedrigeren Druckstufen erfolgt. Device according to patent claim II, characterized in that the power regulation of the steam turbine takes place by regulating the amount of steam both in the uppermost pressure stage and in one or more of the lower pressure stages.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0007850A1 (en) * 1978-07-13 1980-02-06 Creusot-Loire Plant for recovering energy

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0007850A1 (en) * 1978-07-13 1980-02-06 Creusot-Loire Plant for recovering energy
FR2431025A1 (en) * 1978-07-13 1980-02-08 Creusot Loire ENERGY RECOVERY PLANT

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