Verfahren zum Abführen der Abwärme vom Arbeitsmittel einer Wärmekraftanlage und Wärmekraftanlage zur Durchführung des Verfahrens
Im heutigen Kraftwerksbau ist der Trend zu einer Steigerung der Einheitsleistung unverkennbar. Zwangsläufig müssen auch entsprechend grössere Abwärmemengen abgegeben werden. Für solche thermische Kraftwerke werden daher flussnahe Standorte bevorzugt, wobei ein Teil des Flusswassers direkt als Kühlwasser herangezogen werden kann.
Bei grossen Kraftwerken tritt nun die Aufwärmung des gesamten Flusswassers bereits merklich in Erscheinung: Sie kann einige Grad betragen, so dass sich unhaltbare Zustände ergeben würden, wenn mehrere grosse Kraftwerke an demselben Fluss gebaut würden.
Auch von der Seite des Gewässerschutzes erheben sich Bedenken gegen zu stark aufgewärmte Flüsse, so dass bereits gewisse gesetzliche Vorschriften betr. maximal zulässiger Erwärmung bestehen.
Die Verwendung von Kühltürmen bietet zwar die Möglichkeit, grosse Wärmemengen an die Umgebung abzugeben, ohne erwärmtes Kühlwasser in die Gewässer ableiten zu müssen. Eine bekannte Art von Kühltürmen arbeitet mit Verdunstungskühlung, wobei das vom Arbeitsmittel aufgewärmte Kühlwasser durch teilweise Verdunstung rückgekühlt wird. Diesen Kühltürmen haf let aber der Nachteil an, dass das verdunstete Kühlwasser in der Atmosphäre Nebelschwaden bildet, was bei ungünstigen Witterungsverhältnissen z. B. zur Vereisung benachbarter Strassen führen kann. Von diesem Standpunkt aus gesehen sind die bekannten sogenannten Trockenkühltürme vorteilhafter: In ihnen wird kein Wasser verdunstet, sondern lediglich die Abwärme des Krraftwerkes konvektiv an die Luft abgegeben.
Die Luftströmung wird dank der Erwärmung durch den freien Auftrieb induziert. Bei Dampfkraftanlagen, bei denen die gesamte Abwärme bei verhältnismässig niedriger Temperatur anfällt, kann aber die Luft meist nur wenig erwärmt werden, z. B. 10 -15 . Der Zug in diesen Trockenkühltürmen ist dann relativ schwach, so dass sie verhältnismässig gross ausgelegt werden müssen.
Bei Gasturbinenanlagen mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels besteht dagegen diese Beschränkung nicht, da die Abwärme in einem verhältnismässig grossen Temperaturbereich anfällt, so dass die zur Kühlung benützte Luft viel stärker erwärmt werden könnte.
Man hat aber bisher von einer Luftkühlung deshalb abgesehen, weil sich mit der atmosphärischen Luft das Arbeitsmittel vor seiner Wiederverdichtung meist nicht soweit abkühlen lässt, dass im Vergleich zu einer Anlage mit Wasserkühlung keine Einbusse an Wirkungsgrad in Kauf genommen werden müsste.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Abführen der Abwärme vom Arbeitsmittel einer Wärmekraftanlage, insbesondere mit geschlossenem Gaskreislauf, bei welcher diese Abwärme in einem verhältnismässig grossen Temperaturbereich anfällt. Gemäss der Erfindung wird dabei die im oberen Teil dieses Temperaturbereiches anfallende Abwärme durch Wärmeübertragung über feste Wände an die Atmosphäre und die im unteren Teil dieses Temperaturbereiches anfallende Abwärme an in die Umgebung abzuleitendes Kühlwasser abgegeben.
Die Erfindung macht sich hierbei den Umstand zunutze, dass das Arbeitsmittel durch atmosphärische Luft wenn nicht ganz, so doch nahezu so tief abgekühlt werden kann, wie es zum Erreichen eines guten Wirkungsgrades der Anlage erwünscht ist. Wenn nun die restliche Kühlung durch Kühlwasser erfolgt, das nachher in die Gewässer abgeleitet wird, so macht die in die Gewässer gelangende Wärme nur einen Bruchteil der gesamten Abwärme aus. Durch die im oberen Teil des Temperaturbereiches abgegebene Wärme lässt sich dagegen die zur Kühlung verwendete atmosphärische Luft verhältnismässig stark aufwärmen. Im Trockenkühlturm entsteht dabei ein starker Zug. Die Luftgeschwindigkeit ist hoch und der Wärmeübergang ist gut, so dass sich mit mässigen Dimensionen des Kühlturms eine beträchtliche Wärme ableiten lässt.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ergibt sich somit der Vorteil, dass sich in einem Kraftwerk ohne Einbusse an Wirkungsgrad eine wesentlich höhere Leistung erzeugen lässt, ohne eine unzulässige Erwärmung der Gewässer zu erhalten, in die das erwärmte Kühlwasser abgeleitet wird.
In Fig. 1 der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens dargestellt, anhand welcher im folgenden auch das Verfahren erläutert wird. Fig. 2 zeigt ferner ein Beispiel für die konstruktive Ausbildung des Wärmeaustauschers für das Abführen der Abwärme vom Arbeitsmittel.
Die in Fig. 1 dargestellte Wärmekraftanlage arbeitet mit geschlossenem Gaskreislauf. In einem Kernreaktor 1 wird verdichtetes Helium auf hohe Temperatur gebracht. Das so erhitzte verdichtete Helium entspannt sodann in einer Turbine 2 auf tieferen Druck, gibt darauf so weit wie möglich in einem Wärmeaustauscher 3 Wärme an das verdichtete Helium ab, bevor das letztere in den Reaktor 1 gelangt, und durchströmt schliesslich zur Abgabe von Abwärme einen aus zwei Teilen 4' und 4" bestehende Wärmeaustauscher 4. Nach Abkühlung im Wärmeaustauscher 4 gelangt das entspannte Helium in die erste Stufe 5 eines aus zwei in Reihe geschalteten Stufen 5' und 5" bestehenden, von der Turbine 2 angetriebenen Verdichters 5.
Bevor das die erste Verdichterstufe 5' verlassende Helium in die zweite Verdichterstufe 5" gelangt, erfährt es eine Zwischenkühlung in einem aus zwei Teilen 6' und 6" bestehenden Wärmeaustauscher 6, in welchem es weitere Abwärme abgibt.
Nach Verlassen der Verdichterstufe 5" ist das Helium so weit verdichtet, dass es wieder mit dem ursprünglichen Druck durch den Wärmeaustauscher 3 und den Reaktor 1 strömt, wobei der Kreislauf sich schliesst.
Die Nutzleistung wird an einen elektrischen Stromerzeuger 7 abgegeben.
Das vom Wärmeaustauscher 3 kommende, entspannte Helium gelangt z. B. mit einer Temperatur von 1100 C in den Wärmeaustauscher 4 und soll darin beispielsweise auf 300 C abgekühlt werden. Die Abwärme fällt also, beispielsweise im Vergleich zu Dampfkraftanlagen, in einem verhältnismässig grossen Temperaturbereich an. Ähnliches gilt für die im Wärmeaustauscher 6 abzuführende Abwärme. Durch geeignete Wahl der Verdichtungsverhältnisse in den beiden Verdichterstufen 5' und 5" kann erreicht werden, dass die Wärmeaustauscher 4 und 6 im gleichen Temperaturbereich arbeiten, also auch im letzteren eine Abkühlung des teilverdichteten Heliums von 1100 C auf 30 C stattfindet.
Wie man erkennt, sind die beiden Teile 4', 4" bzw.
6', 6" der für das Abführen der Abwärme dienenden Wärmeaustauscher 4 bzw. 6 in Reihe geschaltet. Der erste der zwei nacheinander vom Arbeitsmittel durchflossenen Teile, nämlich der Teil 4' bzw. 6', dient für die Ableitung der im oberen Teil des Temperaturbereiches anfallenden Abwärme an die Atmosphäre. Zu diesem Zweck ist ein Kreislaufsystem für einen flüssigen Zwi schenwärmeträger vorgesehen. Als solcher wird beispielsweise von einer Pumpe 8 gefördertes Wasser in Parallelströmen durch die Wärmeaustauscherteile 4', 6' und dann durch einen weiteren Wärmeaustauscher, nämlich einen Trockenkühlturm 9 geführt und schliesslich im Kreislauf zur Pumpe 8 zurückgeleitet.
Eine Nachrechnung zeigt, dass z. B. bei einer Temperatur von 32 C des von der Pumpe 8 geförderten Wassers des Zwischenkreislaufs das mit einer Temperatur von 110 C in die Wärmeaustauscherteile 4' bzw. 6' eintretende Helium im Gegenstrom auf 420 C abgekühlt werden kann. Dabei würde sich das Wasser auf 100" C erwärmen und mit dieser Temperatur in den Trockenkühlturm 9 eintreten. Atmosphärische Luft mit einer Temperatur von 15 C könnte dann darin beispielsweise auf 830 C erwärmt werden. Bei so hoher Endtemperatur der Luft wird einerseits der Zug im Kühlturm 9 recht gross, d. h., es kann durch den thermischen Auftrieb ein verhältnismässig grosser Druckverlust beim Durchströmen der Kühlelemente überwunden werden.
Andererseits kann mit verhältnismässig wenig Luft viel Wärme abgeführt werden. Beide Faktoren tragen dazu bei, dass der Kühlturm 9, beispielsweise im Vergleich zu einem Trockenkühlturm einer Dampfkraftanlage mit Kondensation, sehr klein ausgeführt werden kann. Berechnungen haben gezeigt, dass z. B. bei einer 600 MWe-Anlage der beschriebenen Art der Kühlturm etwa gleich gross würde wie ein Trockenkühlturm einer Dampfkraftanlage von 100 bis 150 MWe. Im Kühlturm 9 können beispielsweise in bekannter Weise in einzelne Register zusammengefasste berippte Rohre als Kühlelemente verwendet werden.
Die restliche Abwärme, die von dem mit 420 C die Wärmeaustauscherteile 4' bzw. 6' verlassenden Arbeitsmittel Helium bis zum Erreichen der gewünschten Temperatur von 30 C für den Eintritt in die Verdichterstufen 5' bzw. 5" abzuführen ist, wird in den nachgeschalteten Wärmeaustauscherteilen 4" bzw. 6" von Kühlwasser aufgenommen, das beispielsweise mit einer Temperatur von 180 C erwärmt und mit dieser Temperatur in ein Gewässer, einen Fluss oder einen See, abgeleitet wird.
Man erkennt, dass beim beschriebenen Ausführungsbeispiel die im Temperaturbereich 1100C bis 420 C vom Arbeitsmittel der Wärmekraftanlage anfallende Wärme an die Atmosphäre abgegeben wird, und nur die im Bereich 42" C bis 30 C anfallende Wärme an ein Gewässer abzuführen ist. Die letztere Wärme beträgt daher weniger als ein Sechstel der gesamten Abwärme. Es ist offensichtlich, dass damit die Gefahr einer unzulässigen Erwärmung des Gewässers bedeutend vermindert wird.
Fig. 2 zeigt, wie durch Vereinigung der Wärmeaustauscherteile 4' und 4" in einem einzigen Apparat eine konstruktive Vereinfachung der Anlage erreicht werden kann. Die beiden Wärmeaustauscherteile befinden sich in einem zylindrischen Gehäuse 10. Das Helium strömt durch in Längsrichtung des Gehäuses 10 von einer Rohrplatte 11 zu einer Rohrplatte 12 verlaufende glatte Rohre 13. Eine näher der Rohrplatte 12 gelegene Zwischenplatte 14 unterteilt den Aussenraum der Rohre 13 in zwei den Wärmenustauscherteilen 4' und 4" entsprechende Abschnitte. Das als Zwischenwärmeträger dienende Wasser tritt durch einen Stutzen 15 in das Gehäuse 10 ein, durchströmt den auf der Aussenseite der Rohre 13 liegenden Raum im Kreuz-Gegenstrom zu dem in der Richtung von der Rohrplatte 11 zur Rohrplatte 12 strömenden Helium, und verlässt diesen Raum durch einen Stutzen 16.
Der wesentlich kürzere, zwischen der Zwischenplatte 14 und der Rohrplatte 12 liegende Teil 4" des Wärmeaustauschers ist für die Ableitung der Abwärme an das Gewässer z. B. an Flusswasser, bestimmt. Dieses tritt durch einen Stutzen 17 in den ausserhalb der Rohre 13 liegenden Raum und verlässt diesen durch einen Stutzen 18. Der aus den Teilen 6' und 6" bestehende Wärmeaustauscher 6 kann in gleicher Weise ausgebildet sein.
Approximative Auslegungsberechnungen haben gezeigt, dass bei dieser Bauart mit einem Gehäusedurch- messer von etwa 4 m und einer aktiven Rohrlänge von etwa 12 m ein Abführen der Abwärme einer 150 MWe Anlage möglich ist. Grösseren Leistungen könnte durch Aufteilen des Gasstromes und Parallelschalten zweier oder mehrerer Apparate dieser Art genügt werden.
Dadurch, dass der Verdichter 5 in der Weise ausgelegt ist, dass bei dem im Verdichterteil 5' teilverdichteten Arbeitsmittel die Abwärme im wesentlichen im gleichen Temperaturbereich anfällt wie beim entspannten Arbeitsmittel, ergibt sich der Vorteil, dass der die Wärmeaustauscherteile 4' und 6' verlassende Zwischenwärmeträger in einer für beide Teile gemeinsamen Leitung zum Kühlturm 9 geleitet und auf einem einzigen Strömungsweg durch diesen hindurch geführt werden kann.
Die Verwendung eines flüssigen Zwischenwärmeträgers für die Übertragung der Wärme vom Arbeitsmittel an die Luft ist nicht nur aus Sicherheitsgründen vorteilhaft, sondern auch deshalb, weil der Leitungsaufwand für das Arbeitsmittel, die erforderliche Arbeitsmittelfüllung des Arbeitskreislaufs und der Druckverlust im Arbeitskreislauf im Vergleich zu einer direkten Führung des Arbeitsmittels in den Kühlraum geringer werden.
Die Erfindung wurde anhand einer Anlage mit einfacher Zwischenkühlung des Arbeitsmittels bei der Verdichtung erläutert. Sie lässt sich aber sinngemäss auch anwenden, wenn keine oder auch mehr als eine Zwischenkühlung des teilverdichteten Arbeitsmittels vorgesehen ist.
Die Erfindung ergibt besondere Vorteile in Anwendung auf Wärmekraftanlagen mit geschlossenem Gaskreislauf, ist aber nicht ausschliesslich für solche bestimmt. Bei offenen Gasturbinenanlagen geht zwar die im entspannten Abgas enthaltene Abwärme ohnehin an die Atmosphäre. Ist aber eine Zwischenkühlung des teilverdichteten Arbeitsmittels vorgesehen, bei der die Abwärme in einem verhältnismässig grossen Temperaturbereich anfällt, so kann sich auch hier die Anwendung des Verfahrens gemäss Erfindung vorteilhaft erweisen.
PATENTANSPROCKE
I. Verfahren zum Abführen der Abwärme vom Arbeitsmittel einer Wärmekraftanlage, insbesondere mit geschlossenem Gaskreislauf, bei welcher diese Abwärme in einem verhältnismässig grossen Temperaturbereich anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass die im oberen Teil dieses Temperaturbereiches anfallende Abwärme durch Wärmeübertragung über feste Wände an die Atmosphäre und die im unteren Teil dieses Temperaturbereiches anfallende Abwärme an in die Umgebung abzuleitendes Kühlwasser abgegeben wird.
II. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, mit mindestens einem Wärmeaustauscher zur Abgabe der Abwärme vom Arbeitsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher (4) bzw. (6) zwei nacheinander vom Arbeitsmittel durchflossene Teile aufweist, von denen der erste (4' bzw. 6') für die Ableitung der an die Atmosphäre abzugebenden Wärme und der zweite (4" bzw. 6") für die Ableitung der Wärme an das Kühlwasser dient.
UNTERANSPRÜCHE
1. Anlage nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übertragung der im oberen Teil des Temperaturbereiches anfallenden Abwärme an die Atmosphäre ein Kreislaufsystem für einen flüssigen Zwischenwärmeträger vorgesehen ist, der die vom Arbeitsmittel aufgenommene Wärme in einem weiteren Wärmeaustauscher (9) an die Atmosphäre abgibt.
2. Anlage nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teile (4', 4") des vom Arbeitsmittel durchströmten Wärmeaustauschers (4) in einem gemeinsamen zylinderischen Gehäuse (10) angeordnet sind (Fig. 2).
3. Anlage nach den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmittel im Innern von in Längsrichtung des Gehäuses (10) verlaufenden Rohre (13) strömt und der Aussenraum dieser Rohre in zwei Bereiche (4', 4") unterteilt ist, wobei der arbeitsmitteleintrittseitige Teil (4') vom flüssigen Zwischenwärmeträger und der arbeitsmittelaustrittseitige Teil (4") vom Kühlwasser durchströmt ist (Fig. 2).
4. Wärmekrafanlage nach Patentanspruch II, mit einer Zwischenkühlung des Arbeitsmittels, gekennzeichnet durch die Auslegung der Verdichterstufen (5', 5") des Arbeitskreislaufs in der Weise, dass beim teilverdichteten Arbeitsmittel die Abwärme im wesentlichen im gleichen Temperaturbereich anfällt wie beim entspannten Arbeitsmittel.
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Process for dissipating waste heat from the working fluid of a thermal power plant and thermal power plant for carrying out the method
In today's power plant construction, there is an unmistakable trend towards an increase in unit output. Inevitably, correspondingly larger amounts of waste heat must be given off. For such thermal power plants, locations close to the river are preferred, whereby part of the river water can be used directly as cooling water.
In large power plants, the warming up of the entire river water is already noticeable: it can amount to a few degrees, so that unsustainable conditions would result if several large power plants were built on the same river.
From the side of water protection concerns, too much warmed rivers arise, so that certain legal regulations regarding the maximum allowable warming already exist.
The use of cooling towers offers the possibility of giving off large amounts of heat to the environment without having to divert heated cooling water into the water. A known type of cooling tower works with evaporative cooling, the cooling water warmed up by the working medium being recooled by partial evaporation. These cooling towers, however, have the disadvantage that the evaporated cooling water forms clouds of mist in the atmosphere. B. can lead to the icing of neighboring roads. From this point of view, the well-known so-called dry cooling towers are more advantageous: no water is evaporated in them, but only the waste heat from the power station is convectively released into the air.
The air flow is induced by the free lift thanks to the warming. In the case of steam power plants, in which the entire waste heat is generated at a relatively low temperature, the air can usually only be heated slightly, e.g. B. 10-15. The draft in these dry cooling towers is then relatively weak, so that they have to be designed to be relatively large.
In gas turbine systems with a closed circuit of the working medium, on the other hand, this restriction does not exist, since the waste heat occurs in a relatively large temperature range, so that the air used for cooling could be heated much more strongly.
So far, however, air cooling has not been used because the atmospheric air usually does not allow the working fluid to be cooled down enough before it is recompressed that no loss of efficiency has to be accepted compared to a system with water cooling.
The invention now relates to a method for dissipating the waste heat from the working fluid of a thermal power plant, in particular with a closed gas circuit, in which this waste heat is obtained in a relatively large temperature range. According to the invention, the waste heat occurring in the upper part of this temperature range is given off by heat transfer via solid walls to the atmosphere and the waste heat occurring in the lower part of this temperature range is given off to cooling water to be discharged into the environment.
The invention makes use of the fact that the working fluid can be cooled by atmospheric air, if not completely, then almost as deeply as is desired to achieve good efficiency of the system. If the rest of the cooling is done by cooling water, which is then discharged into the water, the heat that gets into the water makes up only a fraction of the total waste heat. By contrast, the heat given off in the upper part of the temperature range allows the atmospheric air used for cooling to be warmed up relatively strongly. A strong draft is created in the dry cooling tower. The air speed is high and the heat transfer is good, so that considerable heat can be dissipated with moderate dimensions of the cooling tower.
The method according to the invention thus has the advantage that a significantly higher output can be generated in a power plant without loss of efficiency, without inadmissible heating of the waters into which the heated cooling water is diverted.
In Fig. 1 of the drawing, an embodiment of a system for performing the method is shown schematically, with reference to which the method is also explained below. Fig. 2 also shows an example of the structural design of the heat exchanger for removing the waste heat from the working medium.
The thermal power plant shown in Fig. 1 operates with a closed gas circuit. In a nuclear reactor 1, compressed helium is brought to a high temperature. The compressed helium heated in this way then expands in a turbine 2 to a lower pressure, then gives off heat to the compressed helium as much as possible in a heat exchanger 3 before the latter enters the reactor 1, and finally flows through one to give off waste heat two parts 4 'and 4 "existing heat exchanger 4. After cooling in the heat exchanger 4, the expanded helium enters the first stage 5 of a compressor 5, which consists of two stages 5' and 5" connected in series and is driven by the turbine 2.
Before the helium leaving the first compressor stage 5 'reaches the second compressor stage 5 ", it undergoes intermediate cooling in a heat exchanger 6 consisting of two parts 6' and 6", in which it gives off further waste heat.
After leaving the compressor stage 5 ″, the helium is compressed to such an extent that it again flows through the heat exchanger 3 and the reactor 1 at the original pressure, the circuit being closed.
The useful power is delivered to an electric power generator 7.
The relaxed helium coming from the heat exchanger 3 reaches z. B. at a temperature of 1100 C in the heat exchanger 4 and should be cooled to 300 C, for example. The waste heat therefore occurs in a relatively large temperature range, for example in comparison to steam power plants. The same applies to the waste heat to be dissipated in the heat exchanger 6. By suitable selection of the compression ratios in the two compressor stages 5 'and 5 "it can be achieved that the heat exchangers 4 and 6 operate in the same temperature range, i.e. the partially compressed helium is also cooled from 1100 ° C. to 30 ° C. in the latter.
As you can see, the two parts are 4 ', 4 "and
6 ', 6 "of the heat exchangers 4 and 6 used to dissipate the waste heat are connected in series. The first of the two parts through which the working medium flows one after the other, namely the part 4' and 6 ', is used to dissipate the in the upper part of the For this purpose, a circulation system for a liquid intermediate heat transfer medium is provided. As such, for example, water pumped by a pump 8 flows in parallel through the heat exchanger parts 4 ', 6' and then through a further heat exchanger, namely a dry cooling tower 9 out and finally returned to the pump 8 in the circuit.
A recalculation shows that z. B. at a temperature of 32 C of the pump 8 delivered water of the intermediate circuit, the helium entering the heat exchanger parts 4 'and 6' at a temperature of 110 C can be cooled to 420 C in countercurrent. The water would heat up to 100 ° C. and enter the dry cooling tower 9 at this temperature. Atmospheric air with a temperature of 15 ° C. could then be heated to 830 ° C. With such a high final temperature of the air, on the one hand, the draft in the cooling tower is generated 9 is quite large, that is, a relatively large pressure loss when flowing through the cooling elements can be overcome by the thermal buoyancy.
On the other hand, a lot of heat can be dissipated with relatively little air. Both factors contribute to the fact that the cooling tower 9, for example in comparison to a dry cooling tower of a steam power plant with condensation, can be made very small. Calculations have shown that e.g. B. in a 600 MWe system of the type described, the cooling tower would be about the same size as a dry cooling tower of a steam power plant of 100 to 150 MWe. In the cooling tower 9, for example, ribbed tubes combined in individual registers can be used as cooling elements in a known manner.
The remaining waste heat, which has to be dissipated by the working medium helium leaving the heat exchanger parts 4 'or 6' at 420 C until the desired temperature of 30 C is reached for entry into the compressor stages 5 'or 5 ", is transferred to the downstream heat exchanger parts 4 "or 6" of cooling water, which is heated, for example, to a temperature of 180 C and is diverted at this temperature into a body of water, a river or a lake.
It can be seen that in the embodiment described, the heat generated by the working fluid of the thermal power plant in the temperature range 1100C to 420C is released into the atmosphere, and only the heat generated in the range 42 "C to 30C is to be dissipated to a body of water. The latter heat is therefore Less than a sixth of the total waste heat, which means that the risk of inadmissible warming of the water is significantly reduced.
2 shows how a structural simplification of the system can be achieved by combining the heat exchanger parts 4 'and 4 "in a single apparatus. The two heat exchanger parts are located in a cylindrical housing 10. The helium flows through in the longitudinal direction of the housing 10 from one Tube plate 11 running to a tube plate 12 smooth tubes 13. An intermediate plate 14 located closer to the tube plate 12 divides the outer space of the tubes 13 into two sections corresponding to the heat exchanger parts 4 'and 4 ". The water serving as an intermediate heat transfer medium enters the housing 10 through a connector 15, flows through the space on the outside of the tubes 13 in cross-countercurrent to the helium flowing in the direction from the tube plate 11 to the tube plate 12, and leaves this space a nozzle 16.
The much shorter part 4 ″ of the heat exchanger, located between the intermediate plate 14 and the tube plate 12, is intended for the dissipation of waste heat to the body of water, for example river water. This passes through a connection 17 into the space outside the tubes 13 and leaves this through a connection piece 18. The heat exchanger 6 consisting of parts 6 'and 6 "can be designed in the same way.
Approximate design calculations have shown that with this type of construction with a housing diameter of around 4 m and an active pipe length of around 12 m, it is possible to dissipate the waste heat from a 150 MWe system. Greater powers could be sufficient by dividing the gas flow and connecting two or more devices of this type in parallel.
The fact that the compressor 5 is designed in such a way that the working fluid partially compressed in the compressor part 5 'has the waste heat essentially in the same temperature range as the relaxed working fluid, there is the advantage that the intermediate heat transfer medium leaving the heat exchanger parts 4' and 6 ' can be passed in a line common to both parts to the cooling tower 9 and guided through it on a single flow path.
The use of a liquid intermediate heat transfer medium for the transfer of heat from the working medium to the air is not only advantageous for safety reasons, but also because the line expenditure for the working medium, the required working medium filling of the working circuit and the pressure loss in the working circuit compared to direct guidance of the Working medium in the cold room will be less.
The invention was explained using a system with simple intermediate cooling of the working medium during compression. However, it can also be used analogously if no or more than one intermediate cooling of the partially compressed working medium is provided.
The invention provides particular advantages when applied to thermal power plants with a closed gas cycle, but is not intended exclusively for such. In the case of open gas turbine systems, the waste heat contained in the relaxed exhaust gas is released into the atmosphere anyway. If, however, intermediate cooling of the partially compressed working medium is provided, in which the waste heat is generated in a relatively large temperature range, then the use of the method according to the invention can also prove advantageous here.
PATENTED DRY
I. A method for dissipating the waste heat from the working fluid of a thermal power plant, in particular with a closed gas cycle, in which this waste heat occurs in a relatively large temperature range, characterized in that the waste heat occurring in the upper part of this temperature range by heat transfer via solid walls to the atmosphere and the Waste heat generated in the lower part of this temperature range is given off to cooling water to be discharged into the environment.
II. Plant for carrying out the method according to claim I, with at least one heat exchanger for releasing the waste heat from the working medium, characterized in that the heat exchanger (4) or (6) has two parts through which the working medium flows one after the other, of which the first (4 'or 6') for the dissipation of the heat to be given off to the atmosphere and the second (4 "or 6") for the dissipation of the heat to the cooling water.
SUBCLAIMS
1. Plant according to claim II, characterized in that a circulation system for a liquid intermediate heat transfer medium is provided for the transfer of the waste heat accumulating in the upper part of the temperature range to the atmosphere, which transfers the heat absorbed by the working medium to the atmosphere in a further heat exchanger (9) gives.
2. System according to claim II, characterized in that both parts (4 ', 4 ") of the heat exchanger (4) through which the working medium flows are arranged in a common cylindrical housing (10) (Fig. 2).
3. System according to the dependent claims 1 and 2, characterized in that the working medium flows inside of pipes (13) extending in the longitudinal direction of the housing (10) and the outer space of these pipes is divided into two areas (4 ', 4 "), wherein the part (4 ') on the working medium inlet side is flowed through by the liquid intermediate heat transfer medium and the working medium outlet side part (4' ') is traversed by the cooling water (FIG. 2).
4. Thermal power system according to claim II, with an intermediate cooling of the working medium, characterized by the design of the compressor stages (5 ', 5 ") of the working circuit in such a way that the partially compressed working medium produces the waste heat essentially in the same temperature range as the relaxed working medium.
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