CH304499A - Kombinierte Anlage zur Kraft- und Wärmeerzeugung. - Google Patents
Kombinierte Anlage zur Kraft- und Wärmeerzeugung.Info
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Description
Kombinierte Anlage zur Kraft- und Wärmeerzeugung. Es ist bekannt, dass die Verbindung von Kraft- und' Wärmeerzeugung in Anlagen (Dampf- oder Gasturbinenanlagen) eine ther mische Wirkungsgradsteigerung zur Folge hat, die dieser Art von Anlagen besondere Bedeutung ei-teilt. Denn während bei der rei nen Krafterzeugung, z. B. im Kühlwasser strom, ein grösserer Teil der atdgewandten Wärme, die in Gestalt von Brennstoff (Kohle oder Gas oder Öl) zugeführt werden muss, fortgeleitet wird, ohne zur Arbeitsleistung mehr herangezogen werden zu können, wird in kombinierten Kraft-Wärmeerzeugungsanlagen der Abdampf oder das Abgas der Turbinen. zu dieser Wärmelieferung benützt. Wenn die ser Abdampfstrom bei höherem Druck benö tigt. wird, entsteht zwar bei der Dampfanlage ein kleineres, in der Turbine verwertbares Ge fälle, es werden also weniger kW je kg durch strömende Dampfmenge erzeugt, aber der Wärmeinhalt des Abdampfstromes wird bis auf eine durch die Umgebungsverhältnisse be stimmte Temperatur ausgenützt. Diese bekannte Tatsache drüekt sich darin aus, dass der Wärmeverbraueh je kWh bei der Abwärmeanla.ge, die also als Gegen- druekanlage aLLsgeführt ist, etwa 950 bis, 1100 keal(h beträgt, wogegen dieser Wärme verbrauch bei der reinen Krafterzeugungsan- lage je nach dem thermischen Wirkungsgrad etwa 2000 bis 4000 kcal/h. betragen wird. Es ist weiter bekannt, dureh eine Kupp lung einer solchen Gegendruckanlage mit einer Wärmepumpe eine noch bessere Ausnüt- zung der Brennstoffenergie zu erreichen. Die zum Antrieb der Wärmepumpe notwendige Antriebsleistung wird von der Gegendruck- anlage selbst aufgebracht, wobei die durch die Wärmepumpe gewonnene Wärmeleistung entsprechend deren Leistiuigszahl noch hinzu kommt. Bekanntlich versteht man unter letz terer eine Verhältniszahl, die angibt, um wie viel mal mehr Wärmeeinheiten je eingeführter kWh, im Wärmemass susgedriickt, erzielt. wer den, als einer kWh im Wärmemass (860 kcal[h) entsprechen. Beträgt z. B. die Leistungszahl e der Wärmepumpe 3, dann werden 3 X 860 = 2580 kcalih gewonnen, wenn die Antriebslei stung 1 kW ist. Alle diese Anlagen haben aber den Nach teil, dass das untere Temperaturniveau der Wärmepumpe nicht ausgenützt ist. Dasselbe gilt auch für die Anlagen, die eine Gas- oder Heissluftturbine als Wärmekr aftmaschine be sitzen. Auch ein Dieselmotor ist. als Antriebs maschine denkbar. Die Erfindung bezweckt nun, diesem Nachteil abzuhelfen, und betrifft eine kombi nierte Anlage zur Kraft- und Wärmeerzeu- gLmg mit einer Wärmekraftmaschine, einer W ärmepumpe und einem Stromerzeuger, bei der die Abwärme der Wärmekraftmaschine an einen Wärmeträger abgegeben wird, der durch die Heizwärme der Wärmepumpe eine wei tere Wärmezufuhr enthält. Bei Anlagen mit niedrigem Temperaturniveau der Abwärme, wie z. B. bei Dampfanlagen, wird durch die Heizwärme der Wärmepumpe eine weitere Aufw'a\rmung erzielt. werden, während z. $. bei Anlagen mit höherem Temperaturniveau der Abwärme durch die Heizwärme der Wärme- plumpe eine Vorwärmung des Wärmeträgers erfolgt. In allen Fällen wird das tiefere Tem peraturniveau der Wärmepumpe zur Kühlung von Medien benützt, die entweder mit. der An lage in direktem Zusammenhang stehen (Kon- densatkühlung bei Dampfanlage, Generator- luftkühhing oder Lagerkühlung) oder nicht im Zusammenhang mit der Anlage stehen (z. B. bei chemisch-technologischen Prozessen zur Kühlung der dort verwendeten Mittel). Im folgenden wird die Erfindung an Hand von schematischen Ausführungsbeispielen be schrieben. Fig.1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Dampfanlage. Es bezeichnet 1 den Kes sel, der den Dampf für die Turbine 2 liefert, 4 den Stromerzeuger, 3 die Wärmepumpe, die entweder direkt angekuppelt ist oder, wie dies Fig. la zeigt, durch einen Motor angetrie ben wird. Im Sinne der Erfindung ist nun der Reizteil 7 der Wärmepumpe 3 so ein geschaltet, dass die Heizwärme den im Kon densator 5 bereits vorgewärmten Warmwasser strom nunmehr weiter erwärmt, worauf er dann zur Wärmeabgabe zu den Verbrauchern 9 geleitet wird. Im Kühlteil 6 der Wärme pumpe 3 wird die Luft. des Generators 4 ab gekühlt und gestattet so eine günstigere Ans- legung des Generators, oder aber es kann auch der Kühlteil 6 zur Kühlung des Kühlwassers für den Kondensator oder der aus dem Kon- densator abgesaugten Luft benützt werden. Dieser Fall ist in Fig.1a dargestellt., worin 5 den Kondensator mit eingebauter Kühl fläche 6 für die Absaugliüt bezeichnet. In gleicher Weise kann z. B. bei Vorhandensein von zu warmem Kühlwasser für die Lageröl- kühlumg dieses mit dem Kühlteil 6 unterkühlt werden, was kleinere Ölkühler ergibt. In man chen Fällen kann man alle oder einen Teil der vorerwähnten Kühlungen kombinieren. Stets wird durch Schaltung des die Ab wärme der Wärmekraftanlage aufnehmenden Kondensators je nach den gewünschten Druck- oder Temperaturverhältnissen,vor oder nach dein Heizteil der \Värmepiimpe gegenüber dem Gegendruckbetrieb eine Ersparnis an Brennstoff sich einstellen. Schliesslich ist. in Fig.2 ein Beispiel mit einer offenen Gasturbinenanlage als Wä.rme- hraftmasehine gezeigt. In diesem Fall erhält die Brennkammer 1 die notwendige Brennluft und die zur Herabsetzung der Verbrennungs temperatur notwendige Kühlluft in bekannter Weise durch einen von der Gasturbine 2 an getriebenen Verdiehter 3 geliefert. Ein Teil der Abgaswärme wird nach Expansion der Treibgase in der Turbine 2 in einem Austau- seher 5 an die Verdichterluft abgegeben. Die 'Restwärme der Abgase wärmt einen bereits im Heizteil 7 der Wärmepumpe 4 vorgewärm ten Wärmeträger, z. B. Warmwasser, in einem Abgasvorwärmer 11 auf die gewünschte End- temperatur vor, mit welcher das Warmwasser zum Verbraucher 9 geleitet wird, wo die Ab gabe der Wärme erfolgt. Hier ist der Kühlteil 6 der Wärmepumpe 4 so eingeschaltet, dass die Ansaugluift des Verdichters unterkühlt wird, um so kleinere Abmessungen des V er dichters 3, unter Umständen durch Fortfall der sonst notwendigen Zwischenkühler, zu er reichen. Eventuell kann auch nur ein Teil der Ansaugluft unterkühlt werden. Mit 8 ist in allen Figuren das bei der Wärmepiunpe vor zusehende Reduzierventil bezeichnet.. An Stelle der obengenannten Kühlungen können auch mittels des Kühlteils der -#Värmepiunpe Me dien, die entweder mit der Anlage im Zusam menhang stehen oder auch nicht mit der An lage im Zusammenhang stehen, gekühltwerden. In Fig.2a ist. ein Beispiel mit einer ge schlossenen Gasturbinenanlage dargestellt. ES bezeichnet 1 den Lufterhitzer, wobei an Stelle von Luft in bekannter Weise auch ein belie biges Gas genommen werden kann, das durch den Verdichter 3 auf höheren Druck zwecks Verkleinerung der Abmessungen von Turbine. Verdichter und Heizflächen gebracht wird. Das Treibmittel beschreibt den bekannten ge schlossenen Arbeitspr ozess, nimmt wieder in 5 einen Teil der Abwärme des in der Turbine 2 expandierten Treibmittels auf und gibt die Restwärme in einem Vorw ärmer 11 an einen Wärmeträger, z. 13. Warmwasser, ab, der durch den Heizteil 7 der Wärmepumpe 4 be reits vorgewärmt wurde. Der Kühlteil 6 der Wärmepumpe -1 ist so eingeschaltet, dass er das Kühlwasser des Endkühlers 12 unter kühlt, wodurch kleinere Abmessungen gewon nen werden. In Fig. 2 und 2u bezeichnet 10 den Stromerzeuger, wozu noch ein nicht weiter angegebener Anrvurfmotor in bekannter Weise hinzukommt. Im Verbraucher 9 wird wieder der Wärmeträger, z. B. Warmwasser oder auch Luft oder Gas, seine Wärme abgeben. Im allgemeinen wird der Heizteil der Wärmepumpe vor dem Abwärmeaustauseher der Wärmekraftinaschine gesetzt werden, wie dies in Fig. 2 und 2a dargestellt ist. Bei Dampfanlagen und Anlagen, die eine hohe IIeizwärmetemperatur benötigen, kann es auch vorteilhaft sein, den Heizteil 7 der Wärme pumpe nach dem Austauscher der Wärme kraftmasehine zu schalten, wie dies die Fig.1 und la zeigen. Auch bei den in Fig. 2 und 2a dargestellten Schaltungen mit Gasturbinen anlage kann der Kühlteil zur Kühlung des Lageröls oder zur Kühlung des Generators Verwendung finden, wobei auch eine Kombi nation erfolgen kann. Die Regelung der Vorlauftemperatur des Wärmeträgers kann entweder durch Regelung des Druckes im Wärmepumpenkreislauf erfol gen oder durch Zu- oder Abschaltung von Heizflächen des vom Wärmeträger durch strömten Abwärmeaustausehers. Die Wärmepumpe kann entweder direkt oder über ein Getriebe mit der Wärmekraft inasehine verbunden sein oder abkuppelbar angeordnet. werden. Im letzteren Fall ist. ein ebenfalls abkuppelbarer Motor vorgesehen, der im Fall der Abkupplung der Wärmepumpe von der Wärmekraftmaschine mit der Wärme pumpe verbunden wird und so eine selb ständige Anlage bildet. Dies wird dann not wendig, wenn geringere Aufwärmungen des Wärmeträgers notwendig werden.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH: Kombinierte Anlage zur Kraft- und Wärmeerzeugung, mit einer @NTärmekraftma- schine, einer Wärmeptunpe und einem Strom= erzenger, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme der VTärmekraftmaschine an einen Wärmeträger abgegeben wird, der durch die Heizwärme der Wärmepumpe eine weitere Wärmezufuhr erhält, und dass der Kühlteil der WärmepLUnpe zur Kühlung eines Mediums verwendet wird. UNTERANSPRLTCHE 1.Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab wärme der Wärmekraftmaschine als Konden sationswärme abgegeben wird. 2. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab wärme der Wärmekraftmaschine als Abgas wärme abgegeben wird. 3. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass Was ser als Wärmeträger verwendet wird. 4. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass Luft als Wärmeträger verwendet wird.5. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlteil der Wärmepumpe zur Kühlung eines im Wärmekraftprozess notwendigen Mediums verwendet wird. 6. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, d'ass der Kühlteil der WärmepLunpe eine Unterkühtung eines Mediums bewirkt. 7.Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die WärmepLunpe abkuppelbar ist. B. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe getrennt angetrieben wird. 9. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, mit einer offenen Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet., dass die Ansaugluft des Verdichters durch den Kühlteil der Wärmepumpe gekühlt wird. 10.Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, mit einer geschlossenen Grastirbinen- anlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel seine Abwärme mindestens , zum Teil in einem Wärmeaustauscher an den Wärmeträger abgibt. 11. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Re gelung der Vorlauftemperatur des Wärme trägers<B>durch Zu-</B> und Abschaltung von Aus tauschflächen eines vom Wärmeträger durch strömten Abwärmeaustauschers erfolgt. 12.Kombinierte Anlage nach Patentan- sprueh, dadurch gekennzeichnet., dass die Re gelung der Vorlauftemperatur des Wärme trägers durch Änderung der Kompression der Wärmepumpe erfolgt. 13. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, mit Kondensationsdampfanläge, da- durch gekennzeichnet, daC3 die aus dem Kon densator abgesaugte Luft durch den Kühlteil der Wärmepumpe unterkühlt wird. 14.Kombinierte Anlage nach Patentan spruch, mit einer offenen Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der angesaugten Luft der Gasturbinenanlage durch den Kühlteil der -\GTärmepumpe unter kühlt wird. 15. Kombinierte Anlage nach Patentan spruch mit geschlossener Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlwasser des Endkühlers der Gasturbinenanlage durch den Kühlteil der Wärmepumpe unterkühlt wird.
Applications Claiming Priority (1)
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