CH631518A5

CH631518A5 - Method and device for the heat supply of technological processes running in an enclosed space

Info

Publication number: CH631518A5
Application number: CH1389077A
Authority: CH
Inventors: Tamas Jaszay; Janos Fueloep; Robert Toeroes; Rade Vajda; Lajos Varga; Enikoe Vasanits
Original assignee: Magyar Tudomanyos Akademia
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1982-08-13
Also published as: FR2370249B1; DE2749985A1; FR2370249A1; HU174031B

Description

Erfindung hat den Vorteil, dass die Temperatur der aus dem Vorgänge vor sich gehen, deren Wärmebedarf durch Rauchgase

Ofen 30 entströmenden Rauchgase, sowie die Temperatur des in gedeckt wird. Ein Beispiel hierfür bieten die Fluidisationsöfen.

M

2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE Produkte und dessen Sekundärseite mit dem Auslassstutzen (20)

1. Verfahren zur Wärmeversorgung von in einem geschlosse- des Kompressors (12) verbunden ist (Fig. 2).

nen Raum (30) verlaufenden technologischen Vorgängen durch 14. Einrichtung nach Ansprüchen 11—13, dadurch gekenn-

Verbrennen von dem geschlossenen Raum (30) zugeführten zeichnet, dass neben dem Regenerator (46) ein zusätzlicher

Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Verbrennung 5 Rauchgasgenerator (48) vorgesehen ist, dessen Primärseite mit des Brennstoffs benötigte Verbrennungsluft als Arbeitsmedium dem Auslassstutzen (38) der aus dem geschlossenen Raum (30) in einem Energie liefernden thermodynamischen Kreislauf (10, entweichenden Rauchgase in Verbindung steht (Fig. 3). 12, 14) verwendet wird (Fig. 1—6). 15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Verbrennungslufteinlassstutzen (32) des geschlossenen komprimierte Luft einer Brennkammer (14) zugeführt und dort 10 Raumes (30) an die Druckseite des Kompressors (12) angeschlos-mit Luftüberschuss verbrannt wird, derart, dass ein Rauchgas mit sen ist (Fig. 4).

Luftüberschuss entsteht, welches in einer Gasturbine (10) expan- 16. Einrichtung nach Ansprüchen 11 und 15, dadurch gekenn-diert, worauf die aus der Gasturbine (10) entweichenden Rauch- zeichnet, dass der Auslassstutzen (38) des geschlossenen Raumes gase als Verbrennungsluft zur Verbrennung des Brennstoffes (30) mit dem Einlass (10a) der Gasturbine (10) in Verbindung dem geschlossenen Raum (30) zugeführt werden (Fig. 1). 15 steht (Fig. 4).
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich- 17. Einrichtung nach Ansprüchen 11,15 und 16, dadurch net, dass der Enddruck der Expansion der aus der Gasturbine gekennzeichnet, dass zwischen dem Auslassstutzen (38) des (10) entweichenden Rauchgase jenem Druck entspricht, der zum geschlossenen Raums (30) und dem Einlass (10a) der Gasturbine Verbrennen des Brennstoffes im geschlossenen Raum (30) erfor- (10) ein Rauchgasabscheider (50) angeordnet ist (Fig. 4). derlich ist (Fig. 1). 20 18. Einrichtung nach Ansprüchen 11 und 15—17, dadurch
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 -3, dadurch gekennzeich- gekennzeichnet, dass der Gasturbine (10) eine mit Brennstoffzu-net, dass die Abwärme der aus dem geschlossenen Raum (30) leitung (24) versehene Brennkammer (14) vorgeschaltet ist, austretenden Produkte zum Vorwärmen der komprimierten Luft deren gaszuführender Einlass mit dem Rauchgasabscheider (50) verwendet wird (Fig. 2). in Verbindung steht und deren Lufteinlass aus der Verbindung
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 -3, dadurch gekennzeich- (22) zwischen der Druckseite des Kompressors (12) und dem net, dass sowohl die Abwärme der aus dem geschlossenen Raum geschlossenen Raum (30) ausgeht (Fig. 5).

(30) entnommenen Produkte als auch die Abwärme der aus dem 19. Einrichtung nach Ansprüchen 11 und 15—18, dadurch geschlossenen Raum (30) austretenden Rauchgase zum Vorwär- gekennzeichnet, dass in die die Kompressordruckseite (20) mit men der komprimierten Luft verwendet wird (Fig. 3). dem geschlossenen Raum (30) verbindende Leitung (22) ein- und
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 30 ausschaltbare Regeneratoren (46, 48) eingebaut sind (Fig. 6). komprimierte Luft zur Verbrennung des Brennstoffes dem 20. Einrichtung nach den Ansprüchen 11 und 15—19, dadurch geschlossenen Raum (30) zugeführt wird, worauf das entwei- gekennzeichnet, dass die mit der Gasturbine (10) in Verbindung chende Rauchgas in einer Gasturbine (10) expandiert wird stehende Brennkammer (14) ein- und ausschaltbar ist.

(pig- 4). 35
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeich-

net, dass die dem geschlossenen Raum (30) zugeführte komprimierte Luft mit dem diesem Raum zuströmenden Brennstoff ein Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmever-Hochdruckrauchgas bildet, welches gereinigt der Gasturbine sorgung von in einem geschlossenen Raum verlaufenden techno-(10) zugeführt wird (Fig. 4). logischen Vorgängen, sowie auf eine Einrichtung zum Ausüben
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeich-40 dieses Verfahrens.

net, dass das aus dem geschlossenen Raum (30) entweichende Wie bekannt, wird elektrische Energie in mit Kondensation

Rauchgas vor seiner Zuführung der Gasturbine (10) erneut arbeitenden zeitgemässen Kraftwerken bei einem spezifischen erwärmt wird (Fig. 5). Wärmeverbrauch von 2400 bis 3000 kcal/kWh erzeugt. Der
9. Verfahren nach Ansprüchen 1,6 und 8, dadurch gekenn- spezifische Wärmeverbrauch von mit Gegendruck arbeitenden zeichnet, dass das aus dem geschlossenen Raum (30) entwei- 45 Wasserdampfwerken liegt etwa bei 1200 kcal/kWh. Esmuss chende Rauchgas der Gasturbine (10) über eine Brennkammer jedoch bei beiden Arten der Energieerzeugung noch immer mit (14) zugeführt wird (Fig. 5). einem beträchtlichen Verlust gerechnet werden, derdurchdie
10. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekenn- bei verhältnismässig hoher Temperatur entweichende Abwärme zeichnet, dass die Abwärme der aus dem geschlossenen Raum hervorgerufen wird.

(30) austretenden Produkte sowie die Abwärme der aus der 50 Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer weiteren Verrin-Gasturbine (10) austretenden Rauchgase zum Vorwärmen der gerung des zur Energieerzeugung erforderlichen spezifischen komprimierten Luft verwendet wird (Fig. 6). Wärmeverbrauchs und insbesondere in der Nutzbarmachung der
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Abwärme bei gutem Wirkungsgrad. Gemäss dem Grundgedan-Anspruch 1, welche einen geschlossenen Raum (30) als Verbren- ken der Erfindung werden die Luft und das Rauchgas, welche bis nungsraum und eine Anlage (10,12,14) mit einer Verbrennungs- 55 jetzt bei den üblichen Technologien nur zur Wärmeerzeugung kraftmaschine (10) und einem Kompressor (12) aufweist, und Wärmelieferung (Heizung) verwendet worden sind, auch als dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsluft-Einlassstut- Arbeitsmittel von thermodynamischen Vorgängen verwendet, zen (32) des geschlossenen Raumes (30) an einem Auslassstutzen Die mechanische Energie wird dann in elektrische Energie (10b, 20) einer Einheit der Anlage (10,12,14) angeschlossen ist. umgewandelt, die bereits in breitem Kreise verbraucht werden
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, 60 kann. Die Abwärme wird derart nutzbar gemacht, dass sie dass der Verbrennungsluft-Einlassstutzen (32) für Verbren- entweder zum Befriedigen des Wärmebedarfes bei in geschlosse-

nungsluft des geschlossenen Raumes (30) an den Auslassstutzen nem Raum verlaufenden technologischen Vorgängen verwen-(10b) einer Gasturbine (10) angeschlossen ist (Fig. 1-3). det, oder nach erfolgter Wärmeversorgung des technologischen
13. Einrichtung nach Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekenn- Vorganges zur Energieerzeugung verwertet wird. Nach dem zeichnet, dass zwischen dem Kompressor (12) und einer der 65 Verfahren zur Wärmeversorgung von in einem geschlossenen Gasturbine ( 10) vorgeschalteten Brennkammer ( 14) ein Regene- Raum verlaufenden technologischen Vorgängen durch Verbren-rator (46) vorgesehen ist, dessen Primärseite mit der Austritts- nung von dem geschlossenen Raum zugeführten Brennstoff wird stelle (44) der aus dem geschlossenen Raum (30) austretenden die zur Verbrennung des Brennstoffes benötigte Verbrennungs-

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Iuft als Arbeitsmedium in einem Energie liefernden thermodynamischen Kreislauf verwendet. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist einen Verbrennungsraum und eine Anlage mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Kompressor auf uns ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verbren -nungsluft-Einlassstutzen des Verbrennungsraumes an einem Auslassstutzen einer Einheit der Anlage angeschlossen ist.

Berechnungen haben ergeben, dass mittels des vorgeschlagenen Verfahrens rund 1000 kcal/kWh an spezifischem Wärmeverbrauch erreicht werden kann. Dieser Wert beträgt praktisch lediglich ein Drittel des Wärme Verbrauches guter Kondensationskraftwerke, was einerseits dem erhöhten Verbrennungswirkungsgrad, andererseits dem verringerten Selbstverbrauch, vor allem aber dem Umstand zuzuschreiben ist, dass der Wärmeträger auch als Arbeitsmittel zur Anwendung gelangt.

Auf der Zeichnung zeigen die Fig. 1 bis 6 sechs verschiedene Ausführungsbeispiele der Einrichtung zum Ausüben des erfin-dungsgemässen Verfahrens in schematischer Darstellung.

Gleiche Bezugszeichen weisen in der Zeichnung auf ähnliche Einzelheiten hin.

In Fig. 1 der Zeichnung ist mit 10 als Verbrennungskraftmaschine eine Gasturbine bezeichnet, welche mit einem Kompressor 12 Einheiten einer Anlage bildet. Der Gasturbine 10 ist eine Brennkammer 14 vorgeschaltet. Die Abtriebswelle der Gasturbine 10 ist mit einem elektrischen Generator 16 verbunden. Der Einlassstutzen des Kompressors 12 ist mit 18 bezeichnet. Der Auslassstutzen des Kompressors 12 ist über eine Leitung 22 mit der Brennkammer 14 verbunden, die einerseits über eine Leitung 24 an einen nicht dargestellten Brennstoffvorrat, und über eine Leitung 26 an den Einlassstutzen 10a der Gasturbine 10 angeschlossen ist.

Der Auslassstutzen 10b der Gasturbine 10 ist über eine Leitung 28 an den Einlassstutzen 32 für Verbrennungsluft eines als Ofen ausgebildeten, geschlossenen Raumes (30) angeschlossen. Der Einlassstutzen für Brennstoff des Ofens 30 ist mit 34 bezeichnet. Der Brennstoff wird über eine Leitung 36 zugeführt.

Die im Ofen 30 entstandenen Verbrennungs- und Reaktionsprodukte entweichen über einen Auslassstutzen 38 und eine Leitung 40. Stellen, wo das Behandlungsgut in den Ofen 30 eintritt bzw. den Ofen verlässt, sind mit 42 bzw. 44 bezeichnet.

Die beschriebene Ausführungsform gemäss Fig. 1 arbeitet wie folgt:

Die über den Einlassstutzen 18 dem Kompressor 12 zuströmende Luft (gestrichelter Pfeil A) gelangt nach Verdichten über die Leitung 22 in die Brennkammer 14. Hier wird die komprimierte Luft mit dem über die Leitung 24 zufliessenden Brennstoff (dicker Pfeil B) verbrannt, wodurch ein Rauchgas mit Luftüberschuss (dünner Pfeil C) entsteht, das in der Gasturbine 10 expandiert. Die Gasturbine 10 ist nämlich derart bemessen, dass nach dem sich in ihr abspielenden Zyklus der Sauerstoffgehalt der entweichenden Rauchgase hinreicht, den Sauerstoffbedarf der Verbrennung im Ofen 30 bei Berücksichtigung des in der Regel erforderlichen Luftüberschusses zu decken. In der Brennkammer 14 wird dagegen so viel Brennstoff verbrannt, dass die Temperatur des entstehenden Rauchgases der für die Gasturbine 10 zulässigen höchsten Expansionstemperatur entspricht. Es soll auch durch geeignete Wahl des Brennstoffes verhindert werden, dass die Verbrennungsprodukte, die aus dem in der Brennkammer 14 verbrannten Brennstoff entstehen, keine nachteilige Wirkung auf den technologischen Vorgang im Ofen 30 ausüben.

Somit enthalten die aus der Gasturbine 10 entweichenden Rauchgase noch eine beträchtliche Menge an Sauerstoff. Die für die Gasturbine 10 zulässige Höchsttemperatur ist nämlich etwa 700 bis 800°C, d. h. wesentlich geringer als die theoretische Verbrennungstemperatur des ohne Luftüberschuss verbrannten Brennstoffes. Die Expansion der in die Gasturbine 10 bei hohem Druck und hoher Temperatur eintretenden Verbrennungsprodukte liefert die Arbeit des sich in der Gasturbine abspielenden thermodynamischen Zyklus, wobei diese Arbeit in an sich bekannterWeise zum Teil zur Deckung des Energiebedarfes des Kompressors 12 dient, und zum Teil im durch die Gasturbine 10 5 angetriebenen Generator 16 in elektrische Energie umgewandelt wir. Der Enddruck der Expansion wird derart eingestellt, dass nach erfolgter Expansion der Druck der aus der Gasturbine 10 entweichenden Verbrennungsprodukte (d. h. der Rauchgase) jenem Druck entspricht, der zum Verbrennen des über den io Einlassstutzen 34 des Ofens 30 eintretenden Brennstoffes erforderlich ist. Die Verbrennungsluft besteht aus dem Luftüberschuss der Rauchgase.

Somit vermischen sich die aus der Gasturbine 10 entweichenden Rauchgase im Ofen 30 mit dem über den Einlassstutzen 34 15 zugeführten Brennstoff, wobei die Verbrennung des Gemisches für den Wärmebedarf des im Ofen verlaufenden technologischen Vorganges sorgt. Nachdem die Verbrennungsprodukte im Ofen 30 eine dem Bedarf des technologischen Vorganges entsprechende Wärmemenge abgegeben haben, entweichen sie über den 20 Auslassstutzen 38 aus dem Ofen 30 und strömen über die Leitung 40 in den Umgebungsraum aus, wobei sie von den gasförmigen Stoffen begleitet werden, die aus dem im Ofen 30 behandelten Gut austreten.

Die beispielsweise Ausführungsform gemäss Fig. 2 unter-25 scheidet sich von der vorherigen insofern, dass die Wärme der aus dem Ofen 30 über die Austrittsstelle 44 entweichenden Güter (strichpunktierter Pfeil D) zum Vorwärmen der aus dem Kompressor 12 herausströmenden komprimierten Luft verwendet wird. Zu diesem Zweck ist zwischen Kompressor 12 und Brenn-30 kammer 14 ein Regenerator 46 vorgesehen, dessen Primärseite mit der Austrittsstelle 44 des Ofens 30 und dessen Sekundärseite mit der Leitung 22 verbunden ist. Das Behandlungsgut verlässt die Anlage nur, nachdem ein Teil seiner bei der Behandlung aufgenommenen Wärme im Regenerator 46 der aus dem Kom-35 pressor 12 entweichenden komprimierten Luft übergeben worden ist. Durch das aus dem Ofen 30 entweichenden Gut wird somit die aus dem Kompressor 12 der Gasturbine 10 zuströmende Verbrennungsluft vorgewärmt.

Die beispielsweise Ausführungsform gemäss Fig. 3 bietet eine 40 weitere Möglichkeit zum Ausüben des erfindungsgemässen Verfahrens. Hier wird nicht nur die Abwärme der aus dem Ofen 30 entweichenden Behandlungsgüter, sondern auch jene der aus dem Ofen 30 austretenden Rauchgase nutzbar gemacht. Zu diesem Zweck ist in der Leitung 22, die den Kompressor 12 mit 45 der Brennkammer 14 verbindet, ein weiterer Regenerator 48 (ein Rauchgasregenerator) vorgesehen, dessen Primärseite über die Leitung 40 mit dem Auslassstutzen 38 des Ofens 30 verbunden ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 wird der dem 50 geschlossenen Raum zugeführte Brennstoff nicht mit einem Rauchgas mit Luftüberschuss, sondern mit komprimierter Luft verbrannt, wobei die entweichenden Rauchgase unter Energielieferung expandiert werden. Die dargestellte Einrichtung unterscheidet sich von der vorherigen insofern, dass die Brennkammer 55 14 fehlt und die an die Druckseite des Kompressors 12 angeschlossene Leitung 22 unmittelbar mit dem Einlassstutzen 32 des Ofens 30 verbunden ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die an den Auslassstutzen 38 des Ofens 30 angeschlossene Leitung 40 über einen Separator 50 mit dem Einlassstutzen 10a 60 der Gasturbine 10 verbunden ist. Der Kompressor 12 liefert die Luft zum Einlassstutzen 32 des Ofens 30. Die zuströmende Luft bildet unter Vermischung mit dem über den Einlassstutzen 34 zuströmenden Brennstoff ein Hochdruckrauchgas, das den Energiebedarf des technologischen Vorganges gewährleistet. Infolge 65 des im Ofen 30 herrschenden Überdruckes muss das Behandlungsgut über eine Schleuse 52 in den Ofen 30 eingeführt, und über eine Schleuse 54 aus demselben entfernt werden.

Nach der technologischen Wärmelieferung wird das über den

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Auslassstutzen 38 entweichende Rauchgas dem Separator 50 die Gasturbine 10 eintretenden Rauchgases voneinander unab-

zugefiihrt, wo schwebende Feststoffe aus dem Rauchgas abschei- hängig gemacht und somit beide auf technologisch noch erreich-

den. Das gereinigte Rauchgas gelangt über die Leitung 40 in die bare Höchstwerte eingestellt werden können. Gemäss einem

Gasturbine 10, wo es expandiert und dadurch ein Teil der weiteren Vorteil können auch die Durchströmmengen im Ofen zurückgebliebenen Energie des Arbeitsmittels in der bereits 5 30 bzw. in der Gasturbine 10 voneinander unabhängig gemacht beschriebenen Weise nutzbar macht. werden. Hierdurch wird in der Wahl der Leistung der Gasturbine

Eine derartige Ausübungsform des erfindungsgemässen Ver- 10 eine gewisse Freiheit erlangt, ohne dass an anderen Vorteilen fahrens hat auch den Vorteil, dass der technologische Vorgang des erfindungsgemässen Verfahrens eingebüsst werden müsste.

im Ofen 30 anstatt des üblichen atmosphärischen Druckes bei Schliesslich stellt auch einen Vorteil dar, dass die Atmosphäre im einem energietechnologisch optimalen Druck vor sich geht. Ein 10 Ofen 30 und insbesondere die Sauerstoffkonzentration innerhalb weiterer Vorteil besteht darin, dass die im Verlauf des technolo- gewisser Grenzen frei gewählt werden können, ohne dass hier-

gischenVorgangesfreiwerdendenReaktionsprodukte,d.h. durch Energieverluste eintreten würden.

Gase und Dämpfe bei hohem Druck entstehen und über die Schliesslich zeigt Fig. 6 eine Anlage, mittels welcher das

Gasturbine 10 den Umgebungsraum erreichen, so dass ein Teil erfindungsgemässe Verfahren bei Nutzbarmachung der ihrer Energie ebenfalls nutzbar gemacht werden kann. 15 Abwärme sowohl der aus dem Ofen entweichenden Behand-Die Fig. 5 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform, die sich lungsgüter wie auch der aus der Gasturbine 10 ausströmenden von der vorherigen dadurch unterscheidet, dass sie eine Brenn- Rauchgase durchgeführt werden kann. Zu diesem Zweck werden kammer 14 aufweist, dessen gaszuführender Einlass mit der die in den vorherigen Ausführungsbeispielen bereits erwähnten

Leitung 40 verbunden ist, während der Lufteinlass derselben sich Regeneratoren 46 bzw. 48 verwendet, woraus folgt, dass die in an eine Anzapfung (Leitung 56) der Leitung 22 anschliesst. Bei 20 Fig. 6 dargestellte Anlage im Wesen eine Kombination der in den diesem Ausführungsbeispiel kann demnach das erfindungsge- Fig. 3 und 4 dargestellten Einrichtungen bildet. Werden die mässe Verfahren derart durchgeführt werden, dass die dem Ofen Regeneratoren 46,48 bzw. die Brennkammer 14 und die Leitung

30 entweichenden Rauchgase vor ihrer Zuführung in die Gastur- 22 ausschaltbar angeordnet, dann kann die Einrichtung gemäss bine 10 erneut erwärmt werden. Der zum Erwärmen erforderli- Fig. 6 jeweils in einer optimalen Schaltung betrieben werden, che Brennstoff wird über die bereits erwähnte Leitung 24 dem

Brennraum 14 zugeführt. Lässt es der Sauerstoffgehalt des aus Im Obigen ist die Erfindung anhand von Drehtrommelöfen dem Ofen 30 entweichenden Rauchgases zu, so kann eine beschrieben worden. Es ist jedoch leicht einzusehen, dass die

Luftzuführung über die Leitung 56 wegfallen. Erfindung in jeder Technologie verwendet werden kann, wo in

Eine derartige Durchführung des Verfahrens gemäss der einem geschlossenen Raum unter Erwärmen technologische