CH554999A

CH554999A - Waermekraftwerk.

Info

Publication number: CH554999A
Application number: CH1061473A
Authority: CH
Original assignee: Boehler & Co Ag Geb
Priority date: 1973-06-22
Filing date: 1973-07-19
Publication date: 1974-10-15

Description

Die Kosten für den Brennstoff, die Wärmeabfuhr und die Reinhaltung von Abluft und Abwasser erlangen beim Bau von grossen Wärmekraftwerken immer grössere Bedeutung. Eine Lösung dieser Probleme ist in erster Linie durch Erhöhung des Kraftwerkswirkungsgrades möglich. Die damit gleichzeitig erreichbare Senkung der spezifischen Anlagekosten aller primär von der thermischen Leistung abhängigen Bauteile (z. B.

Gebäude, Heizflächen, Kondensator, Kühlwasserversorgung, Brennstofftransport etc.) macht diesen Weg auch wirtschaftlich interessant.

Eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades ist nur durch Verwendung von Vorschaltprozessen, insbesondere von Alkalimetallprozessen hoher Temperatur eventuell in Kombination mit weiteren Kreisprozessen (z. B. Gasturbinenprozess) möglich, weshalb solche Verfahren in letzter Zeit auch mehrfach vorgeschlagen wurden.

In einem solchen Kraftwerk wird die Wärme, die bei einem nuklearen Prozess oder aber durch Verbrennung fossiler Brennstoffe entstanden sein kann, zur Verdampfung von Erdalkalimetallen, insbesondere von Kalium benützt. Der entstehende Kaliumdampf wird in einer Kalium-Dampf-Turbine zur Gewinnung mechanischer Energie genutzt und anschliessend kondensiert. Hierbei wird, um einen guten Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerkes zu erreichen, die Abwärme des Alkalimetall-Kreisprozesses in einem Alkalimetall/Wasser-Wärmetauscher zur Erzeugung von Wasserdampf benutzt. Letzterer wird in einer Wasserdampfturbine zur Gewinnung mechanischer Energie genutzt.

Ein wesentliches Problem stellt hierbei der Alkalimetalll Wasser-Wärmetauscher dar. Im Falle eines Defekts würde Wasser hohen Drucks in das Kaliumsystem eintreten und mit dem Kalium heftig reagieren. Die damit zusammenhängenden Sicherheitsprobleme erlauben keine hohen Drücke im Wasserdampfprozess, da mit steigendem Wasserdampfdruck nicht nur die Folgen eines Defekts grösser werden, sondern auch die erforderlichen grösseren Wandstärken eine verstärkte Störan fälligkeit infolge höherer thermischer Spannungen im An- und Abfahrzustand erwarten lassen.

Bei den praktisch für solche Prozesse in Frage kommenden Alkalimetallen, insbesondere bei Kalium, ist das spezifische Dampfvolumen unter 4500C bereits so gross, dass ein wirtschaftlicher Einsatz im Temperaturbereich unter 450ob kaum möglich ist. Die untere Kreisprozesstemperatur eines Kaliumdampfprozesses liegt daher üblicherweise bei Temperaturen um oder über 450oC.

Will man im Wasserdampfprozess aus den schon genannten Gründen hohe Systemdrücke vermeiden, ergeben sich zwischen Kaliumkondensationstemperatur und Wasserverdampfungstemperatur relativ grosse Differenzen, die einen Energieverlust darstellen. Die dieser Tatsache entsprechende Verschlechterung des möglichen Anlagenwirkungsgrades kann durch eine eventuelle Überhitzung des Wasserdampfes nicht kompensiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmekraftwerk mit einem Alkalimetallvorschaltprozess zu schaffen, durch das die mit dem Alkalimetall/Wasser-Wärmeaustauscher verbundenen Probleme gelöst sind. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass zwischen Alkalimetall-Energiewandlungsprozess und einem thermisch nachgeschalteten Wasserdampfprozess ein Zwischenkreislauf als Wärmeträger geschaltet ist, dessen Wärmeträgermedium ein weder mit dem Alkalimetall noch mit Wasser heftig reagierendes Medium, z. B. eine organische Substanz, wie Diphenyl oder Quecksilber, ist. Hierbei erweist es sich in vielen Fällen als vorteilhaft, wenn auch der Zwischenkreislauf zur Energiegewinnung genutzt wird.

Der durch Einschaltung eines dritten Kreisprozesses zwischen Alkalimetall- und Wasserdampfprozess erzielbare hohe Anlagenwirkungsgrad erlaubt es, gegebenenfalls die untere Prozesstemperatur des Wasserdampfprozesses so hoch anzuheben, dass die Prozesswärme in wirtschaftlicher Weise in Kühltürmen, insbesondere auch in Trockenkühltürmen, an die Luft abgegeben oder aber als Prozess- bzw. Heizwärme genutzt werden kann, ohne den Anlagenwirkungsgrad unwirtschaftlich tief absinken zu lassen.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. In einem mit fossilem Brennstoff betriebenen Wärmekraftwerk wird Kaliumdampf von 8900C bei 3 bar Systemdruck erzeugt, indem die aus einer Brennkammer 1' kommenden, mittels fossilem Brennstoff erzeugten Verbrennungsgase in einen als Wärmeaustauscher ausgebildeten Kaliumverdampfer 1 geleitet werden. Der diesen verlassende Kaliumdampf wird in einer mehrstufigen Turbine 2 auf ca. 0,02 bar bei 460ob entspannt. Der Kaliumdampf wird in einem Kalium/Diphenyl Wärmetauscher 3 kondensiert und mittels Speisepumpe 4 über mit Anzapfdampf der Kaliumturbine 2 beheizte Vorwärmer 5 wieder dem Kaliumverdampfer 1 zugeführt.

Die Kondensationswärme des Kaliums dient im Kalium/Diphenyl-Wärmetauscher 3 zur Erzeugung von Diphenyldampf mit 440"C und 18 bar. Der Diphenyldampf wird ebenfalls in einer mehrstufigen Turbine 6 mit Anzapfvorwärmung der Speiseflüssigkeit in einem Vorwärmer 7 zur Gewinnung mechanischer Energie genutzt und schliesslich bei 2900C und 2 bar in einem Diphenyl/Wasser-Wärmetauscher 8 kondensiert, wobei die Abwärme dieses Prozesses zur Erzeugung von Wasserdampf mit 2750C und 60 bar dient. Dieser Wasserdampf wird in konventioneller Weise wieder in einer mehrstufigen Dampfturbine 9 mit einer Zwischenüberhitzung in einem Überhitzer 10 bei 10 bar auf 270 C, welche ebenfalls mit kondensierendem Diphenyldampf erfolgt, auf 330C und 0,05 bar abgearbeitet.

Die Kondensationswärme wird in üblicher Weise mittels Frischwasserkühlung im Oberflächenkondensator 11 abgeführt. Der dargestellte Prozess weist einen effektiven Wirkungsgrad von rund 60% auf. Ohne Einschaltung des Diphenylkreislaufes würde dieses Kraftwerk einen Kreisprozess Wirkungsgrad von nur etwa 50% erreichenkönnen. Darüberhinaus wird die Sicherheit des Kraftwerk durch Einschaltung des Diphenylkreislaufes entscheidend verbessert.

Würde im obigen Beispiel der Wasserdampfprozess bei ca. 1 bar und 1000C abgebrochen, um die Kondensationswärme zu Heizzwecken verwenden bzw. in einem Trockenkühlturm wirtschaftlich abführen zu können, würde sich der effektive Wirkungsgrad des Prozesses auf den immer noch interessanten Wert von etwa 55% verringern.

PATENTANSPRUCH

Wärmekraftwerk mit einem Alkalimetall-Energiewandlungsprozess, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Alkalimetall-Energiewandlungprozess und einem thermisch nachgeschalteten Wasserdampfprozess ein Zwischenkreislauf als Wärmeträger geschaltet ist, dessen Wärmeträgermedium ein weder mit dem Alkalimetall noch mit Wasser heftig reagierendes Medium ist.

UNTERANSPRÜCHE
1. Wärmekraftwerk nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium eine organische Substanz ist.

2. Wärmekraftwerk nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium Diphenyl ist.

3. Wärmekraftwerk nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium Quecksilber ist.

4. Wärmekraftwerk nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Zwischenkreislauf zur Energiegewinnung genutzt wird.

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.

Die Kosten für den Brennstoff, die Wärmeabfuhr und die Reinhaltung von Abluft und Abwasser erlangen beim Bau von grossen Wärmekraftwerken immer grössere Bedeutung. Eine Lösung dieser Probleme ist in erster Linie durch Erhöhung des Kraftwerkswirkungsgrades möglich. Die damit gleichzeitig erreichbare Senkung der spezifischen Anlagekosten aller primär von der thermischen Leistung abhängigen Bauteile (z. B.

Gebäude, Heizflächen, Kondensator, Kühlwasserversorgung, Brennstofftransport etc.) macht diesen Weg auch wirtschaftlich interessant.

Eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades ist nur durch Verwendung von Vorschaltprozessen, insbesondere von Alkalimetallprozessen hoher Temperatur eventuell in Kombination mit weiteren Kreisprozessen (z. B. Gasturbinenprozess) möglich, weshalb solche Verfahren in letzter Zeit auch mehrfach vorgeschlagen wurden.

In einem solchen Kraftwerk wird die Wärme, die bei einem nuklearen Prozess oder aber durch Verbrennung fossiler Brennstoffe entstanden sein kann, zur Verdampfung von Erdalkalimetallen, insbesondere von Kalium benützt. Der entstehende Kaliumdampf wird in einer Kalium-Dampf-Turbine zur Gewinnung mechanischer Energie genutzt und anschliessend kondensiert. Hierbei wird, um einen guten Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerkes zu erreichen, die Abwärme des Alkalimetall-Kreisprozesses in einem Alkalimetall/Wasser-Wärmetauscher zur Erzeugung von Wasserdampf benutzt. Letzterer wird in einer Wasserdampfturbine zur Gewinnung mechanischer Energie genutzt.

Ein wesentliches Problem stellt hierbei der Alkalimetalll Wasser-Wärmetauscher dar. Im Falle eines Defekts würde Wasser hohen Drucks in das Kaliumsystem eintreten und mit dem Kalium heftig reagieren. Die damit zusammenhängenden Sicherheitsprobleme erlauben keine hohen Drücke im Wasserdampfprozess, da mit steigendem Wasserdampfdruck nicht nur die Folgen eines Defekts grösser werden, sondern auch die erforderlichen grösseren Wandstärken eine verstärkte Störan fälligkeit infolge höherer thermischer Spannungen im An- und Abfahrzustand erwarten lassen.

Bei den praktisch für solche Prozesse in Frage kommenden Alkalimetallen, insbesondere bei Kalium, ist das spezifische Dampfvolumen unter 4500C bereits so gross, dass ein wirtschaftlicher Einsatz im Temperaturbereich unter 450ob kaum möglich ist. Die untere Kreisprozesstemperatur eines Kaliumdampfprozesses liegt daher üblicherweise bei Temperaturen um oder über 450oC.

Will man im Wasserdampfprozess aus den schon genannten Gründen hohe Systemdrücke vermeiden, ergeben sich zwischen Kaliumkondensationstemperatur und Wasserverdampfungstemperatur relativ grosse Differenzen, die einen Energieverlust darstellen. Die dieser Tatsache entsprechende Verschlechterung des möglichen Anlagenwirkungsgrades kann durch eine eventuelle Überhitzung des Wasserdampfes nicht kompensiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmekraftwerk mit einem Alkalimetallvorschaltprozess zu schaffen, durch das die mit dem Alkalimetall/Wasser-Wärmeaustauscher verbundenen Probleme gelöst sind. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass zwischen Alkalimetall-Energiewandlungsprozess und einem thermisch nachgeschalteten Wasserdampfprozess ein Zwischenkreislauf als Wärmeträger geschaltet ist, dessen Wärmeträgermedium ein weder mit dem Alkalimetall noch mit Wasser heftig reagierendes Medium, z. B. eine organische Substanz, wie Diphenyl oder Quecksilber, ist. Hierbei erweist es sich in vielen Fällen als vorteilhaft, wenn auch der Zwischenkreislauf zur Energiegewinnung genutzt wird.

Der durch Einschaltung eines dritten Kreisprozesses zwischen Alkalimetall- und Wasserdampfprozess erzielbare hohe Anlagenwirkungsgrad erlaubt es, gegebenenfalls die untere Prozesstemperatur des Wasserdampfprozesses so hoch anzuheben, dass die Prozesswärme in wirtschaftlicher Weise in Kühltürmen, insbesondere auch in Trockenkühltürmen, an die Luft abgegeben oder aber als Prozess- bzw. Heizwärme genutzt werden kann, ohne den Anlagenwirkungsgrad unwirtschaftlich tief absinken zu lassen.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. In einem mit fossilem Brennstoff betriebenen Wärmekraftwerk wird Kaliumdampf von 8900C bei 3 bar Systemdruck erzeugt, indem die aus einer Brennkammer 1' kommenden, mittels fossilem Brennstoff erzeugten Verbrennungsgase in einen als Wärmeaustauscher ausgebildeten Kaliumverdampfer 1 geleitet werden. Der diesen verlassende Kaliumdampf wird in einer mehrstufigen Turbine 2 auf ca. 0,02 bar bei 460ob entspannt. Der Kaliumdampf wird in einem Kalium/Diphenyl Wärmetauscher 3 kondensiert und mittels Speisepumpe 4 über mit Anzapfdampf der Kaliumturbine 2 beheizte Vorwärmer 5 wieder dem Kaliumverdampfer 1 zugeführt.

Die Kondensationswärme des Kaliums dient im Kalium/Diphenyl-Wärmetauscher 3 zur Erzeugung von Diphenyldampf mit 440"C und 18 bar. Der Diphenyldampf wird ebenfalls in einer mehrstufigen Turbine 6 mit Anzapfvorwärmung der Speiseflüssigkeit in einem Vorwärmer 7 zur Gewinnung mechanischer Energie genutzt und schliesslich bei 2900C und 2 bar in einem Diphenyl/Wasser-Wärmetauscher 8 kondensiert, wobei die Abwärme dieses Prozesses zur Erzeugung von Wasserdampf mit 2750C und 60 bar dient. Dieser Wasserdampf wird in konventioneller Weise wieder in einer mehrstufigen Dampfturbine 9 mit einer Zwischenüberhitzung in einem Überhitzer 10 bei 10 bar auf 270 C, welche ebenfalls mit kondensierendem Diphenyldampf erfolgt, auf 330C und 0,05 bar abgearbeitet.

Die Kondensationswärme wird in üblicher Weise mittels Frischwasserkühlung im Oberflächenkondensator 11 abgeführt. Der dargestellte Prozess weist einen effektiven Wirkungsgrad von rund 60% auf. Ohne Einschaltung des Diphenylkreislaufes würde dieses Kraftwerk einen Kreisprozess Wirkungsgrad von nur etwa 50% erreichenkönnen. Darüberhinaus wird die Sicherheit des Kraftwerk durch Einschaltung des Diphenylkreislaufes entscheidend verbessert.

Würde im obigen Beispiel der Wasserdampfprozess bei ca. 1 bar und 1000C abgebrochen, um die Kondensationswärme zu Heizzwecken verwenden bzw. in einem Trockenkühlturm wirtschaftlich abführen zu können, würde sich der effektive Wirkungsgrad des Prozesses auf den immer noch interessanten Wert von etwa 55% verringern.

PATENTANSPRUCH

Wärmekraftwerk mit einem Alkalimetall-Energiewandlungsprozess, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Alkalimetall-Energiewandlungprozess und einem thermisch nachgeschalteten Wasserdampfprozess ein Zwischenkreislauf als Wärmeträger geschaltet ist, dessen Wärmeträgermedium ein weder mit dem Alkalimetall noch mit Wasser heftig reagierendes Medium ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Wärmekraftwerk nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium eine organische Substanz ist.

2. Wärmekraftwerk nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium Diphenyl ist.

3. Wärmekraftwerk nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium Quecksilber ist.

4. Wärmekraftwerk nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Zwischenkreislauf zur Energiegewinnung genutzt wird.