DD292950A5

DD292950A5 - Method for low-loss generation of electric energy

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Publication number: DD292950A5
Authority: DD
Publication date: 1991-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verlustarmen Erzeugung von Elektroenergie. Das erfindungsgemäîe Verfahren eignet sich besonders für Kraftwerke, die unter hoher Ausnutzung der Enthalpie des Dampfes ökologisch arbeiten. Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass der abgearbeitete Dampf am Ausgang der Turbine 4 geteilt wird, so dass ein Volumenstrom in bekannter Art und Weise der Kondensation 8 zugeführt wird, und der verbleibende Volumenstrom über einen Dampfaufbereiter 5 welcher mit dem _berhitzer 3 in Wirkverbindung steht, und einen mittels wasserstoffreichem Gas sowie zusätzlicher Wasserstoffverbrennung beheizten Vakuumdampferzeuger 6, dem wahlweise ein oder mehrere _berhitzer 2; 3 nachgeordnet ist/sind, zugeführt wird, und dass der die Turbine 7 verlassende Dampf wiederum geteilt oder vollständig zur Kondensation 8 gefördert wird. Fig. 1{Dampfkraftwerk; Dampferzeugung und -überhitzung; Dampfreinigung; Wärmekopplung; wasserstoffreiches Gas; Vakuumdampferzeuger; Dampfstromleitung; Sekundärwärme; Wasserstoffverbrennung}The invention relates to a method for low-loss generation of electrical energy. The process according to the invention is particularly suitable for power plants which work ecologically with high utilization of the enthalpy of the steam. The invention is characterized in that the processed steam is divided at the outlet of the turbine 4, so that a volume flow in a known manner of the condensation 8 is supplied, and the remaining volume flow through a steam conditioner 5 which is in operative connection with the superheater 3, and a heated by means of hydrogen-rich gas and additional hydrogen combustion vacuum steam generator 6, which optionally one or more superheater 2; 3 downstream is / are, is supplied, and that the turbine 7 leaving steam in turn shared or completely promoted to condensation 8. Fig. 1 {steam power plant; Steam generation and overheating; Steam cleaning; Cogeneration; hydrogen-rich gas; Vacuum steam generator; Steam power line; Secondary heat; Hydrogen combustion}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verlustarmen Erzeugung von Elektroenergie, bei dem eine herkömmliche Verfahrenskette der Dampferzeugung, -überhitzung und Umwandlung in mechanische Arbeit bzw. Elektroenergie oder in geringer Menge erzeugter Frischdampf mit einer zweiten, Elektroenergie erzeugenden Verfahrenskette gekoppelt ist.The invention relates to a method for low-loss generation of electric energy, in which a conventional process chain of steam generation, superheating and conversion into mechanical work or electrical energy or small amount of generated live steam is coupled to a second process chain generating electrical energy.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für Kraftwerke, die unter hoher Ausnutzung der Enthalpie des Dampfes ökologisch arbeiten.The inventive method is particularly suitable for power plants that work ecologically with high utilization of the enthalpy of the steam.

Characteristic of the known state of the art

Dampf- oder Wärmekraftwerke sind mit fossiler und/oder nuklearer Rohrenergie betriebene Anlagen, in welchen Dampf als Arbeitsmittel auf der Grundlage des Clausius-Rankinke-Prozesses arbeitet. Dabei wird chemische oder Kernbindungsenergie durch Verbrennung oder Kernspaltung in Wärmeenergie umgewandelt, die mit Hilfe des Wasser-Dampf-Kreisprozesses in mechanische Arbeit und danach in elektrische Energie gewandelt wird.Steam or thermal power plants are plants operated by fossil and / or nuclear tube energy, in which steam operates as a working medium on the basis of the Clausius Rankinke process. This chemical or nuclear binding energy is converted by combustion or nuclear fission in heat energy, which is converted by the water-steam cycle into mechanical work and then into electrical energy.

Eine Dampfturbinenanlage mit einer Dampfkesselanlage, die einen integrierten Überhitzer enthält, und mit einem weiteren, zwischen der Dampfkesselanlage und der Hochdruckturbine liegenden Überhitzer arbeitet, offenbart die DE-OS 2637 864. Die zwischengeschalteten Überhitzer werden jeweils mit einer separaten Wirbelbettheizung versehen. Die dabei entstehenden Abgase dienen als Wärmequelle für den Verdampfer. Wahlweise Zu- und Abschaltungen sind möglich. Diese bekannte technische Lösung hat den Nachteil, daß die Wirbelbettheizung konstruktiv aufwendig und somit auch kostenaufwendig ist.A steam turbine plant with a steam boiler plant, which contains an integrated superheater, and works with another, located between the steam boiler plant and the high-pressure turbine superheater, disclosed in DE-OS 2637 864. The intermediate superheater are each provided with a separate fluidized bed heating. The resulting exhaust gases serve as a heat source for the evaporator. Optional connections and disconnections are possible. This known technical solution has the disadvantage that the fluidized bed heating is structurally complex and therefore costly.

Da die Wirbelbettheizung auf die Verbrennung fossiler, fester Brennstoffe ausgebaut ist, ist die ökologische Verträglichkeit in Frage gestellt.Since the fluidized bed heating is based on the combustion of fossil, solid fuels, the ecological compatibility is in question.

Aus dem DD-WP 50507 ist ein Verfahren zur Ausnutzung geringwertiger Abwärme bekannt, bei dem die Enthalpie des Dampfes durch Verdichten und nachfolgendes Überhitzen vergrößert wird, worauf er, vorzugsweise in einer Dampfturbine, Arbeit leistet. Hierbei wird der, einem beheizten Niederdruck-Dampferzeuger entnommene Naß- oder Sattdampf einem von der Dampfturbine angetriebenen Verdichter zugeführt. Der komprimierte Dampf gelangt in einen mit hoher Temperatur betriebenen Überhitzer. In einer Dampfturbine, die gegebenenfalls noch einen Generator antreibt, wird der überhitzte und trockene Dampf, Arbeit leistend, entspannt. Über einen Kondensator wird der kondensierte Dampf wieder in den Niederdruck-Dampferzeuger gefördert. Die Dampfturbine kann abgestuft ausgeführt sein.From DD-WP 50507 a method for exploiting low-grade waste heat is known, in which the enthalpy of the steam is increased by compression and subsequent overheating, whereupon he performs work, preferably in a steam turbine. In this case, the wet or saturated steam taken from a heated low-pressure steam generator is supplied to a compressor driven by the steam turbine. The compressed steam enters a high temperature superheater. In a steam turbine, which optionally drives a generator, the superheated and dry steam, labor, relaxed. Via a condenser, the condensed steam is returned to the low-pressure steam generator. The steam turbine can be designed stepped.

Diese vorbeschriebene Lehre arbeitet energieökonomisch ungünstig, da ein Teil der durch den Dampf verrichteten Arbeit wiederum zur Dampfkomprimierung eingesetzt wird, und am Ende der Verfahrenskette als Elektroenergiepotential fehlt. Aus dem DD-WP139620 ist eine Kraftprozeßkombination, zur Erzeugung von technischer Arbeit- bestehend aus einem Gasturbinen- und einem Wasserdampfkraftprozeß-bekannt. Hierbei wird durch Verbrennung fossiler Brennstoffe oder durch Kernraktion freigesetzte Wärmeenergie indirekt in einem Röhrenofen an ein unter Druck stehendes Gas- bzw. Gas-Dampf-Gemisch übertragen. Im Temperaturbereich zwischen 300 und 1000⁰C und bei annähernd konstantem Druck erfolgt unter Volumenzunahme eine chemisch endotherme Reaktion. Die erzeugten Reaktionsprodukte expandieren unter Abgabe von technischer Arbeit als Arbeitsmittel in einer Gasturbine und reagieren danach bei abgesenkten Drücken und Temperaturen unter Volumenabnahme, ebenfalls bei annähernd konstanten Drücken, exotherm wieder zum ursprünglichen Gas- bzw. Gas-Dampf-This above teaching works energy-economically unfavorable, since a part of the work done by the steam is in turn used for vapor compression, and at the end of the process chain is missing as electrical energy potential. From the DD-WP139620 a power process combination, for the production of technical work consisting of a gas turbine and a steam power process is known. In this case, heat energy released by combustion of fossil fuels or nuclear fraction is indirectly transferred in a tube furnace to a pressurized gas or gas-vapor mixture. In the temperature range between 300 and 1000 ⁰ C and at approximately constant pressure takes place under volume increase, a chemical endothermic reaction. The generated reaction products expand under release of technical work as working fluid in a gas turbine and then react at reduced pressures and temperatures with volume decrease, also at approximately constant pressures, exothermically back to the original gas or gas-steam.

Gemisch. Nach Abgabe eines Teiles der Reaktionsenthalpie und der physikalischen Enthalpie an einen Wasserdampf kraftprozeß wird das Gas oder das Gasgemisch auf den Ausgangsdruck verdichtet und nach Ersatz des eventuell auskondensierten Dampfanteiles dem Röhrenofen zur Wiederholung des Kreisprozesses zugeführt.Mixture. After delivery of a part of the enthalpy of reaction and the physical enthalpy to a steam power process, the gas or the gas mixture is compressed to the outlet pressure and supplied after replacement of the possibly condensed vapor content of the tube furnace to repeat the cycle.

Nachteilig an dieser bekannten Kraftprozeßkombination ist die Vermischung von Gas und Dampf als Energiequelle, da diese regelmäßig Verunreinigungen verursacht bzw. die Gefahr der möglichen Verunreinigungen ei.'iöht. In Folge kommt es zu Havarien in der Turbine.A disadvantage of this known power process combination is the mixing of gas and steam as an energy source, since this regularly causes contamination or the risk of possible impurities ei.'iöht. As a result, there are accidents in the turbine.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der ökologisch bewußteren Erzeugung von Elektroenergie in Dampfkraftwerken durch Abgabe schadstoffarmer, die Umwelt nicht beeinträchtigende Abgase, in der Senkung der Energieverluste durch Wärmekopplung und den Verzicht auf mechanische Baugruppen sowie die Einsparung von Arbeitszeit und Kosten bei gleichzeitiger Optimierung des Sicherheitsrisikos.The aim of the invention is the ecologically conscious generation of electric power in steam power plants by emitting low-emission, environmentally non-polluting gases, in reducing energy losses through heat coupling and the absence of mechanical components and the saving of working time and costs while optimizing the security risk.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur verlustarmen Erzeugung von Elektroenergie zu entwickeln, bei dem abgearbeiteter Dampf durch kontrollierte Wasserstoffverbrennung zur weiteren Nutzung aufbereitet wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der abgearbeitete Dampf am Ausgang der Turbine geteilt wird, so daß ein Volumenstrom in bekannter Art und Weise der Kondensation zugeführt wird, und der verbleibende Volumenstrom über einen Dampfaufbereiter, welcher mit dem Überhitzer in Wirkverbindung steht, und einen mittels wasserstofreichem Gas sowie zusätzlicher Wasserstoffverbrennung beheizten Vakuumdampferzeuger, dem wahlweise ein oder mehrere Überhitzer nachgeordnet ist/sind, zugeführt wird, und daß der die Turbine verlassende Dampf wiederum geteilt oder vollständig zur Kondensation gefördert wird. In einer bevorzugten Form erfolgt die Dampfstromleitung im Verhältnis 1:5, wobei der größere Volumenstrom zur Kondensation gelangt.The invention has for its object to develop a method for low-loss generation of electrical energy, is processed in the processed steam by controlled hydrogen combustion for further use. According to the invention the object is achieved in that the processed steam is divided at the outlet of the turbine, so that a volume flow in a known manner of condensation is supplied, and the remaining volume flow through a steam conditioner, which is in operative connection with the superheater, and a by means of hydrogen-rich gas and additional hydrogen combustion heated vacuum steam generator, which is optionally downstream of one or more superheater is / are supplied, and that the steam leaving the turbine is in turn divided or completely promoted for condensation. In a preferred form, the steam flow line is in the ratio 1: 5, wherein the larger volume flow passes to condensation.

Erfindungsgomäß wird die Aufgabe weiterhin dadurch gelöst, daß als Brennstoff wasserstoffreiches Gas, vorzugsweise Kokereioder Stadtgas verwendet wird.Erfindungsgomäß the object is further achieved in that is used as the fuel hydrogen-rich gas, preferably Kokereioder city gas.

Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß beliebig viele Verfahrensketten nacheinander koppelbar sind. In einer weiteren Ausführungsform wird als Zugdampf für den Volumendampferzeuger ein geringer Volumenstrom Frischdampf verwendet.The object is also achieved in that any number of process chains can be coupled successively. In a further embodiment, a small volume flow of live steam is used as the drawing steam for the volumetric steam generator.

Die technisch-ökonomischen Auswirkungen der Erfindung, insbesondere ihre Effektivität, besteht in der ökologisch bewußteren Erzeugung von Elektroenergie in Dampfkraftwerken durch Abgabe schadstoffarmer, die Umwelt nicht beeinträchtigende Abgase sowie in der Senkung der Energieverluste durch Wärmekopplung und dem Verzicht auf mechanische Baugruppen. Die Erfindung zeichnet sich ferner durch die Einsparung von Arbeitszeit und Rosten bei gleichzeitiger Optimierung des Sicherheitsrisikos aus.The technical-economic effects of the invention, in particular their effectiveness, consists in the ecologically conscious generation of electric power in steam power plants by emitting low-emission, not affecting the environment exhaust gases and in the reduction of energy losses through heat coupling and the abandonment of mechanical components. The invention is further characterized by the saving of working time and rust while optimizing the security risk.

Ausführungsbeisplelt "

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention will be explained in more detail below with reference to two embodiments. In the accompanying drawings shows

Fig. 1: das Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerkes für Beispiel 1 Fig. 2: das Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerkes für Beispiel 2.FIG. 1: the process diagram of a steam power plant according to the invention for example 1 FIG. 2: the process diagram of a steam power plant according to the invention for example 2.

example 1

Einem Dampferzeuger 1, betrieben mit einem wasserstoffreichen Brenngas, schließen sich in bekannter Art zwei Überhitzer 2; 3 sowie die Turbine 4 und der Generator 9. Eine Kondensatdampfleitung 11 verbindet die Turbine 4 mit der Kondensation 8. Eine im Durchlaß schwächere Abdampfleitung 10 führt von derTurbine 4 zu einem Dampfaufbereiter 5, der wärmetechnisch mit dem Überhitzer 3 gekoppelt ist. Dieser Dampfauf bereiter 5 ist mit einem Vakuumdampferzeuger 6 verbunden, der zusätzlich mit Wasser gespeist wird. Die Eindüsung des Zugdampfes erfolgt vorteilhaft durch räumlich versetzt angeordnete Düsen, um so eine Verwirbelung zu erzeugen. Ein weiterer Überhitzer 3 schließt sich an und leitet den überhitzten Dampf zur Turbine 7 und in Folge zum Generator 9. Die Ableitung des abgearbeiteten Dampfes erfolgt wiederum über eine Kondensatdampfleitung 11 und eine Abdampf leitung 10. Die Verfahrenskette wird beendet durch die vollständige Ableitung des Dampfes über die Kondensatdampfleitung 11.A steam generator 1, operated with a hydrogen-rich fuel gas, close in a known manner, two superheater 2; 3 and the turbine 4 and the generator 9. A condensate steam line 11 connects the turbine 4 with the condensation 8. A passageway weaker exhaust steam line 10 leads from the turbine 4 to a steam conditioner 5, which is thermally coupled to the superheater 3. This Dampfauf preparer 5 is connected to a vacuum steam generator 6, which is also fed with water. The injection of the steam draw is advantageously carried out by spatially offset nozzles so as to produce a turbulence. Another superheater 3 joins and passes the superheated steam to the turbine 7 and in sequence to the generator 9. The derivative of the processed steam is again via a condensate steam line 11 and a Abdampf line 10. The process chain is terminated by the complete discharge of the steam over the condensate vapor line 11.

Im Dampferzeuger 1 wird Wasser durch Verbrennung von wasserstoffreichem Gas, in diesem Fall Kokereigas, in Dampf umgewandelt, der in den Überhitzern 2 und 3 hochtemperiert wird. Eine Wasserstoffanreicherung ist möglich. Die sich anschließende Turbine 4 nutzt die Enthalpie des Dampfes aus, und erzeugt mechanische Arbeit. Am Ende dieser bekannten Stromerzeugungskette steht der Generator 9.In the steam generator 1, water is converted into steam by combustion of hydrogen-rich gas, in this case coking gas, which is heated to a high temperature in the superheaters 2 and 3. Hydrogen enrichment is possible. The subsequent turbine 4 exploits the enthalpy of the steam, and produces mechanical work. At the end of this known power generation chain is the generator. 9

Der auf diese Art abgearbeitete Dampf wird am Ausgang der Turbine 4 derart geteilt, daß Vs des Volumenstromes der Kondensation 8 und Vs des Vojumenstromes einem Dampfaufbereiter 5 zugeführt werden. Durch die Wärmekopplung des Dampfaufbereiters 5 mit dem Überhitzer 3 kommt es zu einer < rneuten Aufheizung des Dampfes. Der so erhitzte Dampf gelangt in einen Vakuumverdampfer 6 und wirkt dort unterstützend für den Verdampfungsprozeß des separat zugeführten Wassers. Betrieben wird der Vakuumverdampfer 6 durch die heißen Gase des Dampferzeugers 1 und eine zusätzliche Wasserstoffverbrennung. Im Überhitzer 3 wird der Dampf wiederum hochtemperiert und anschließend der Turbine 7 zugeführt, um anschließend im Generator 9 Elektroenergie zu erzeugen.The processed in this way steam is divided at the outlet of the turbine 4 so that Vs of the volume flow of the condensation 8 and Vs of the Vojumenstromes are fed to a steam conditioner 5. Due to the heat coupling of the steam conditioner 5 with the superheater 3, there is a <re heating of the steam. The thus heated steam passes into a vacuum evaporator 6 and there supports the evaporation process of the separately supplied water. The vacuum evaporator 6 is operated by the hot gases of the steam generator 1 and an additional hydrogen combustion. In the superheater 3, the steam is again heated to a high temperature and then fed to the turbine 7 in order subsequently to generate electric energy in the generator 9.

Am Ausgang der Turbine 7 kann wiederum eine Aufteilung des Volumenstromes erfolgen, oder die Verfahrenskette wird durch vollständige Zuführung zur Kondensation 8 beendet.At the outlet of the turbine 7, in turn, a distribution of the volume flow can take place, or the process chain is terminated by complete supply to the condensation 8.

Das in der Kondensation 8 aufbereitete Speisewasser wird dem Verdampfer 1 zugeführt.The treated in the condensation 8 feed water is fed to the evaporator 1.

Beispiel 2 . .Example 2. ,

Einem Dampferzeuger 1, betrieben mit einem wasserstoffreichen Brenngas, schließt sich ein Überhitzer 2 an. Dem Überhitzer 2 folgt ein Vakuumdampferzeuger 6, der zusätzlich mit Wasser gespeist wird. Im Anschluß an den Vakuumdampferzeuger 6 ist ein Überhitzer 3 sowie die Turbine 4 und der Generator 9 angeordnet. Eine Kondensatdampfleitung 11 verbindet die Turbine 4 mit der Kondensation 8. Eine im Durchlaß schwächere Abdampfleitung 10 führt von der Turbine 4 zu dom Dampfaufbereiter 5, der Wärmdtechnisch mit dem Überhitzer 3 gekoppelt ist. Der Dampfaufbereiter 5 ist mit einem weiteren Vakuumdampferzeuger 6 verbunden. Diese Verfahrenskette kann sich beliebig oft wiederholen und wird durch eine vollständige Ableitung des Dampfes über die Kondensatdampfleitung 11 abgebrochen.A steam generator 1, operated with a hydrogen-rich fuel gas, a superheater 2 connects. The superheater 2 is followed by a vacuum steam generator 6, which is additionally supplied with water. Following the vacuum steam generator 6, a superheater 3 and the turbine 4 and the generator 9 is arranged. A condensate vapor line 11 connects the turbine 4 with the condensation 8. A weaker in the passage exhaust steam line 10 leads from the turbine 4 to dom steam conditioner 5, the Wärmdtechnisch is coupled to the superheater 3. The steam conditioner 5 is connected to a further vacuum steam generator 6. This process chain can be repeated as often as desired and is stopped by a complete discharge of the steam via the condensate vapor line 11.

Der im Dampferzeuger 1 und im Überhitzer 2 erzeugte Dampf durchläuft die Anlage analog Beispiel 1.The steam generated in the steam generator 1 and in the superheater 2 passes through the system as in Example 1.

Claims

1. A method for low-loss generation of electric energy, in which a conventional process chain of steam generation, superheating and conversion into mechanical work or electric energy or small amount of live steam generated is coupled to a second electric energy generating process chain, characterized in that the processed steam on Output of the turbine (4) is divided so that a volume flow in a known manner of condensation (8) is supplied, and the remaining volume flow through a steam conditioner (5) which is in operative connection with the superheater (3), and a by means of hydrogen-rich gas and additional hydrogen combustion heated vacuum steam generator (6) optionally having one or more superheaters (2; 3) downstream, and the steam leaving the turbine (7) is again divided or completely condensed ( 8) is promoted.

2. The method according to claim 1, characterized in that the steam flow line is preferably in the ratio 1: 5, wherein the larger volume flow for condensation (8) passes.

3. The method according to claim 1, characterized in that the hydrogen-rich gas is preferably Kokerei- or town gas.

4. The method according to claim 1, characterized in that any number of process chains can be coupled successively.

5. The method according to claim 1, characterized in that the vacuum steam generator (6) a small volume flow of live steam is supplied.