DD292950B5 - Verfahren zur verlustarmen Erzeugung von Elektroenergie - Google Patents

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

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, wobei der abgearbeitete Dampf am Ausgang der Turbine (4) so geteilt wird, daß ein Volumenteilstrom der Kondensation (8) zugeführt wird. Das erfindungsgemälJe Verfahren eignet sich besonders für Kraftwerke, die unter hoher Ausnutzung der Enthalpie des Dampfes ökologisch arbeiten.

Dampf- oder Wärmekraftwerke sind mit fossiler und/oder nuklearer Rohenergie betriebene Anlagen, in welchen Dampf als Arbeitsmittel auf der Grundlage des Clausius-Rankine-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.

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 Zwischengeschäften 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 Lösung hat den Nachteil, daß die Wirbelbettheizung konstruktiv aufwendig und somit auch kostenaufwendig ist. Da diese Wirbelbettheizung auf der Verbrennung fossiler, fester Brennstoffe beruht, ist die ökologische Verträglichkeit in Frage gestellt.

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.

Diese bekannte vorbeschriebene Lösung arbeitet energieökonomisch ungünstig, da ein Teil der durch den Dampf verrichteten Arbeit wiederum zur Dampfkomprimierung eingesetzt wird, und dieser am Ende der Verfahrenskette als Elektroenergiepotential fehlt.

Aus dem DD-WP 139620 ist eine Kraftprozeßkombination zur Erzeugung von technischer Arbeit - bestehend aus einem Gasturbinen- und einem Wa«erdampfprozeß - bekannt. Hierbei wird durch Verbrennung fossiler Brennstoffe oder durch Kernreaktion freigesetzte Wärmeenergie indirekt in einem Röhrenofen an ein unter Druck stehendes Gas- bzw. Gas-Dampf-Gemisch übertragen. Im Temperaturbereich zwischen 300 und 1 000⁰C 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-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 auf kondensierten Dampfanteiles dem Röhrenofen zur Wiederholung des Kreisprozesses zugeführt.

Nachteilig an dieser bekannten Kraftprozeßkombination ist die Vermischung von Gas und Dampf als Energiequelle, weil diese regelmäßig Verunreinigungen verursacht bzw. die Gefahr der möglichen Verunreinigungen erhöht. In der Folge kommt es zu Havarien in der Turbine.

Schließlich ist aus der DE-AS 1576990 eine Dampfkraftanlage bekann;, bei der der abgearbeitete Dampf am Austritt einer HD-Turbine geteilt und ein Teil über eine ND-Turbine der Kondensation zugeführt sowie der verbleibende Teil des Dampfes unter Einbeziehung eines Wärmetauschers als Arbeitsmittel für einen weiteren Kreislauf genutzt wird. Bei dieser bekannten Lösung ist von Nachteil, daß lediglich eine indirekte Wärmeausnutzung des verblühenden Teilstromes erfolgt.

Das Ziel der Erfindung besteht in der ökologisch bewußteren Erzeugung von Elektroenergie in Dampfkraftwerken durch Abgabe schadstoffarmer, die Umwelt nicht beeinträchtigender Abgase, in der Senkung der Energieverluste durch Wärmekopplung und den Verzicht auf mechanische Baugruppen sowie in der Einsparung von Arbeitszeit und Kosten bei gleichzeitiger Optimierung des Sicherheitsrisikos.

Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so zu entwickeln, bei dem abgearbeiteter Dampf durch kontrollierte Wasserstoffverbrennung zur weiteren Nutzung aufbereitet wird.

Dies Wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der verbleibende andere Volumenteilstrom über einen mit dem Überhitzer 3 in Wirkverbindung stehenden Dampfaufbereiter 5 und einen mittels wasserstoffreichen Gases sowie zusätzlicher Wasserstoffverbrennung beheizten Vakuumdampferzeuger 6, dem wahlweise ein oder mehrere Überhitzer 2,3 nachgeordnet ist/sind, der Turbine 7 zugeführt wird, und daß der die Turbine 7 verlassende Dampf wiederum geteilt odar vollständig zur Kondensation 8 gefördert wird.

In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Dampfstromteilung im Verhältnis 1:5, wobei der größere Volumenteilstrom zur Kondensation 8 gelangt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin dadurch gelöst, daß als Brennstoff wasserstoffreiches Gas, vorzugsweise Kokereiodsr Stadtgas, verwendet wird.

Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß beliebig viele Verfahrensketten nacheinander koppelbar sind.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß als Zugdampf für den Vakuumdampferzeuger 6 ein geringer Volumenstrom Frischdampf verwendet wird.

Die technisch-ökonomischen Auswirkungen der Erfindung, insbesondere ihre Effektivität,bestehen in der bewußteren Erzeugung von Elektroenergie in Dampfkraftwerken durch Abgabe ochadstoffarmer, die Umwelt nicht beeinträchtigender Abgase sowie in der Senkung der Energieverluste durch Wärrnekopplung und dem Verzicht auf mechanische Baugruppen.

Die Erfindung zeichnet sich ferner durch die Einsparung von Arbeitszeit und Kosten bei gleichzeitiger Optimierung des Sicherheitsrisikos aus.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen

Fig. 1: das Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerkes für Beispiel 1 und Fig.2: das Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerkes für Beispiel 2.

Beispiel 1

Einem Dampferzeuger 1, betrieben mit einem wasserstoffreichen Brenngas, schließen sich in bekannter Art zwei Überhitzer 2 und 3 sowie die Turbine 4 und der Generator 9 an. Eine Kondensatdampfleitung 11 verbindet die Turbine 4 mit der Kondensation 8. Eine im Durchlaß schwächere Abdampfleitung 10 führt von der Turbine 4 zu einem Dampfaufbereiter 5, der wärmetechnisch mit dem Überhitzer 3 gekoppelt ist. Dieser Dampfaufbereiter 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. Die Ableitung des abgearbeiteten Dampfes erfolgt wiederum über eine Kondensatdampfleitung 11 und eine Abdampfleitung 10. Die Verfahrenskette wird beendet durch die vollständige Ableitung des Dampfes über die Kondensatdampfleitung 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.

Der auf diese Weise abgearbeitete Dampf wird am Ausgang der Turbine 4 derart geteilt, daß Vs des Volumenstromes der Kondensation 8 und '/5 des Volumenstromes einem Dampfaufbereiter 5 zugeführt werden. Durch die Wärmekopplung des Dampfaufbereiters 5 mit dem Überhitzer 3 kommt es zur erneuten 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, die im Generator 9 Elektroenergie erzeugt.

Am Ausgang der Turbine 7 kann erneut eine Aufteilung des Volumenstromes erfolgen, oder die Verfahrenskette wird durch vollständige Zuführung zu Kondensation 8 beendet.

Beispiel 2

Einem Dampferzeuger 1, betrieben mit einem wasserstoffreichen Brenngas, schließt sich ein Überhitzer 2 an. Dem Überhitzer 2 folgt ein Vakuumdampferzeuger 6, derzusätzlich mit Wasser gespeist wird. Im Anschluß an den Vakuumdampferzeuger 6 ist ein

Überhitzer 3 sowie die Turbine 4 und der Generator 9 angeordnet. Eine Kondensatleitung 11 verbindet die Turbine 4 mit der Kondensation 8. Eine im Durchlaß schwächere Abdampfleitung 10 führt von der Turbine 4 zu dem Dampfaufbereiter 5, der

wärmetechnisch mit dem Überhitzer 3 gekoppelt ist. Der Dampfaufbereiter 5 ist mit einem weiteren Vakuumdampferzeuger 6 verbunden. Diese Verfahrenskettc kann sich beliebig oft wiederholen und wird durch eine vollständige Ableitung des Dampfes über die Kondensatdampfleitung 11 abgebrochen.

Der im Dampferzeuger 1 und im Überhitzer 2 erzeugte Dampf durchläuft die Anlage analog Beispiel 1.

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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Dampferzeuger

2 Überhitzer

3 Überhitzer

4 Turbine

5 Dampfaufbereiter

6 Vakuumdampferzeuger

7 Turbine

8 Kondensation

9 Generator

10 Abdampfleitung

11 Kondensatdampfleitung

In Betracht gezogene Druckschriften:

DE - AS 1576 990

DD - PS 139 620

DD - PS 50 507

Claims (5)

1. 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, wobei der abgearbeitete Dampf am Ausgang der Turbine (4) so geteilt wird, daß ein Volumenteilstrom der Kondensation (8) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Volumenteilstrom über einen mit dem Überhitzer (3) in Wirkverbindung stehenden Dampfaufbereiter (5) und einen mittels wasserstoffreichen Gases sowie zusätzlicher Wasserstoffverbrennung beheizten Vakuumdampferzeuger (6), dem wahlweise ein oder mehrere Überhitzer (2,3) nachgeordnet ist/sind, der Turbine (7) zugeführt wird, und daß der die Turbine (7) verlassende Dampf wiederum geteilt oder vollständig zur Kondensation (8) gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfstromteilung vorzugsweise im Verhältnis 1:5 erfolgt, wobei der größere Volumenteilstrom zur Kondensation (8) gelangt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstoffreiche Gas vorzugsweise Kokerei- oder Stadtgas ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beliebig viele Verfahrensketten

nacheinander koppelbar sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vakuumdampferzeuger (6) ein geringer Volumenstrom Frischdampf zugeführt wird.