DE10024655A1

DE10024655A1 - Energie-Erzeugungsanlage für Schiffe oder Kraftwerke

Info

Publication number: DE10024655A1
Application number: DE2000124655
Authority: DE
Inventors: Gottfried Rockmeier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2001-11-22

Abstract

Die Energie - Erzeugungsanlage für Kraftwerke und Schiffe ist eine kompakte Dampfturbinen - Anlage, ohne Dampfkessel. DOLLAR A Der Dampf wird hier in einer Brennkammer, die in einigen Bereichen denen einer Gasturbine ähnlich ist, erzeugt. DOLLAR A Es handelt sich um einen Turbo - Verdichter, Luftkühler, Heizstrecke, Brennkammer, Dampfturbine, Kondensator und Wasserringpumpen sowie einer Wärmepumpe. DOLLAR A Im Turbo - Verdichter wird Luft angesaugt und verdichtet, in einer Brennkammer, die von außen mit Wasser gekühlt wird mittels einspritzen von Kraftstoff verbrannt. DOLLAR A Das erhitzte Kühlwasser wird in die Brennkammer eingespritzt und das Gas - Dampfgemisch wird über eine Dampfturbine geleitet. DOLLAR A Der Turbine nachgeschaltet ist ein Kondensator, aus dem eine Wärmepumpe die Kondensationsenergie entnimmt, sie dem Kondensator wieder zuführt, sowie Wasserringpumpen, die das Gas aus dem Kondensator ziehen. DOLLAR A Über diese Wärmepumpe werden auch die anderen Kühlungen, wie Luftkühlung nach dem ersten Verdichter, Öl - Kühlung der Anlage und die Kühlung der Wassermenge der Wasseringpumpen versorgt. DOLLAR A Durch die hohen Verbrennungstemperaturen ist auch die Vernichtung von Schadstoffen, die dosiert eingespritzt werden, möglich.

Description

Der Erfindung zu Grunde liegt eine andere Form der Dampferzeugung, um wesentlich kompakter und ohne Dampfkessel eine Dampfturbine zur Stromerzeugung zu betreiben.

Dies ist für Schiffe und stationäre Anlagen gleichermaßen möglich.

Bei der Stromerzeugung in einem stationären Kraftwerk, z. B. kleinere Industrieanlagen, kann eventuell noch Sondermüll mit verbrannt und damit unschädlich gemacht werden.

Die neue Energie-Erzeugungsanlage besteht aus: Turboverdichter, aufgeteilt in Niederdruck, L.P.- und Hochdruck H.P.-Verdichter, einer Brennkammer, einer Dampfturbine mit Kondensator und mit einer oder mehreren Gaspumpen.

Der Turboverdichter, 1, 2- oder mehr-stufig entspricht im wesentlichen einem Verdichter von Gasturbinen.

Er kann von einem auf der Achse sitzenden Turbinenrad angetrieben werden. Hier ist aber auch der Antrieb mittels Elektromotor möglich und sinnvoller.

Nachfolgend ist eine Brennkammer angeordnet, in dieser wird Kraftstoff eingespritzt und mit der Luft aus dem Verdichter mit hoher Temperatur verbrannt.

Die Brennkammer ist mehrschalig aufgebaut, und wird von außen mit Wasser gekühlt. Dieses Wasser erhitzt sich immer mehr und wird dann in die Brennkammer im richtigen Mengenverhältnis zum Kraftstoff eingespritzt.

Es wird soviel Wasser eingespritzt, bis die Temperatur auf einen für die Dampfturbine erträglichen Wert abgekühlt ist. Dieses Wasser wird zu Dampf und kann direkt oder nach dem passieren eines Wasser und Festkörperabscheiders auf die Dampfturbine geleitet werden, um hier seine Energie abzugeben.

Allerdings ist auch noch das Verbrennungsgas noch vorhanden, und passiert ebenfalls die Dampfturbine.

Nach der Dampfturbine ist ein Kondensator angeordnet, der das nun in Form von Dampf vorliegende Einspritz-Wasser zu Kondensat herunterkühlt.

Das nach der Passage der Dampfturbine immer noch anfallende Gas aus der Verbrennung wird mittels einer oder mehrerer Pumpen in den Schornstein gedrückt und somit auch der Unterdruck im Kondensator aufrecht erhalten.

Turboverdichter

Ausführung in leicht, wie bei Gasturbinen möglich, aber vor allem bei stationären Anlagen ist auch eine sehr stabile und schwerere Ausführung möglich.

Es ist wichtig für den gesamten Wirkungsgrad, daß die Luft nach dem ersten Verdichter gekühlt wird, eventuell ist der ganze Verdichter mit einer Wasser- Kühlung zu versehen. (Eventuell mit kaltem Kondensat, oder über Wärmepumpe). Es ist auch vorzusehen, die Luft mit heißem Gas aus der Brennkammer vor dem Eintritt in die Brennkammer aufzuheizen. Siehe Brennkammer.

Brennkammer

Die Brennkammer ist eine Zylindrische Buchse, aus sehr Wärmebeständigen Material und wird von außen mit Wasser gekühlt.

Sie kann auch einen Luft-Vorwärmer enthalten, der nach dem Prinzip des Wärmedurchgangs arbeitet. - Heizstrecke.

Die Heizstrecke ist ein Zylinder, mit an der Innen- und Außenseite angesetzten Luft-Leitblechen zur Vergrößerung der Oberfläche und, durch Stege verbunden eine größere Metallmasse, die in die Brennkammer ragt und hier aufgeheizt wird. Der Zylinder stellt die Kühlfläche dar und wird innen und außen von der Luft durchströmt. Dabei heizt sich die Luft weiter auf, bevor sie an den Stegen vorbei in die Brennkammer gelangt.

In die Brennkammer wird nun Brennstoff eingespritzt, die Verbrennung beginnt. In das Gasgemisch wird nun das vorgeheizte Kühlwasser eingespritzt um die Gastemperatur auf unter ca. 600 Grad abzukühlen und Dampf zu erzeugen. Da die Verbrennung mit sehr hohen Temperaturen abläuft, ist hier bei stationären Anlagen sogar die Verbrennung von flüssigem oder Gasförmigem Sondermüll denkbar.

Dampfturbine

Hier kommt eine normale Dampfturbine zum Einsatz, in Bauform und Ausführung angepasst an die Anforderungen der Anlage.

Kondensator

Der Kondensator ist unter der Dampfturbine angeordnet, und kühlt den Rest- Dampf zu Kondensat ab und sorgt in Verbindung mit den Pumpen, die das Verbrennungsgas absaugen, für das benötigte Druckgefälle.

Es wäre möglich, hier eine Wärmepumpe zum Einsatz zu bringen, die für die niedrigen Temperaturen im Kondensator sorgt, und gleichzeitig die entnommene Wärme an das Kondensat wieder abgibt.

Alternativ zu einer Wärmepumpe konventioneller Bauart ist auch eine W.P. mit Zeolith möglich.

Der Verdampfer einer Wärmepumpe stellt im Kondensator die kalte Seite dar und entzieht dem Restdampf die Energie und erzeugt aus diesem Dampf kaltes Kondensat-Wasser.

In diesem kalten Wasser befindet sich nun die warme Seite der Wärmepumpe und erwärmt das Wasser, bevor es wieder in den Prozess zurück geführt wird.

Ein Teil des Verdampfers kann auch Ringförmig um das ende des L.P.-Verdichters angeordnet werden, um die erhitzte Luft zu kühlen bevor sie in den H.P.-Verdichter gelangt.

Gaspumpen

Da das Gas der Verbrennung nach dem passieren der Dampfturbine noch vorhanden ist muß dieses aus dem Kondensator gepumpt werden.

Hier bieten sich Wasserringpumpen an. Sie ziehen das Verbrennungsgas aus dem Kondensator und drücken es in den Schornstein, sorgen so für den notwendigen Unterdruck im Kondensator.

Das Wasser, welches die Wasserringpumpe zur Funktion benötigt wird ebenfalls durch die Wärmepumpe gekühlt.

Claims

1. Das Gesamtkonzept der Anlage, wie auf Seite 1 beschrieben.

2. Die Kühlung der Verdichter, L.P. und H.P. durch kaltes Kondensat oder durch einen (z. B. ringförmigen) Kühler, der die Luft nach dem passieren des L.P.-Verdichters stark abkühlt.
Es könnte in diesem Kühler die Wärme durch den Anschluß an die Wärmepumpe des Kondensators aus der Luft entnommen und dem Kondensat zugeführt werden.

3. Das Heizelement, welches durch Energie-Transport aus der Brennkammer, die verdichtete Luft vor dem Eintritt in die Brennkammer aufheizt.
Dies dient der Erhöhung des Thermischen Wirkungsgrades.

4. Die Möglichkeit mit dieser Anlage eventuell auch flüssige und Gasförmige Schadstoffe verbrennen zu können.

5. Die Kühlung der Verbrennungsgase durch einspritzen von Wasser, welches zuvor als Kühlwasser bereits viel Energie aufgenommen hat und damit vorgewärmt ist, und erst nach der vollständigen Verbrennung des Kraftstoffes und des eventuellen Schadstoffes, erfolgt.

6. Den Kondensator mit einer gekoppelten Wärmepumpe, um die abzuführende Kondensations-Wärme, zusätzlich der Wärme die in den Verdichterstufen der Luft entnommen wurde, dem Kondensatwasser zuzuführen.

1. Alternativ auch eine Wärmepumpe mit Zeolith möglich. Zeolith ist ein Mineral mit einer natürlichen Affinität zu Wasser, und eine W.P. mit Zeolith kommt ohne bewegliche Teile aus. Die Antriebsenergie ist in diesem Fall heißes Gas, und muß sporadisch aus dem Gasstrom entnommen werden.

7. Bei Anlagen auf Schiffen bietet sich ein Aufbau der Anlage in Modulen an. D. h., die am stärksten belasteten Bauteile sind in einem Montagerahmen innerhalb eines Norm-Containers untergebracht, welcher gleichzeitig Transport und Schutzeinheit darstellt.
Alle Verbindungen an Bord sind als Schnellkupplungen ausgeführt, somit kann eine solche Einheit mit wenig Aufwand gelöst und ausgetauscht werden.

8. Flexible Anordnung an Bord eines Schiffes, da die Einbauposition nicht mehr an eine tief im Schiff liegende Welle gebunden ist sondern nur Strom erzeugt wird.
Daher können die Anlagen überall auf dem Schiff aufgestellt werden. Es empfiehlt sich, die Anlagen so zu plazieren, daß sie leicht per Kran von Bord gehoben werden können.

9. Durch eine Aufteilung der gesamten (benötigten) Leistung auf mehrere Einheiten wird eine bessere Regelbarkeit, eine höhere Betriebssicherheit, und nicht zu letzt ein günstigerer Verbrauch durch abschalten einzelner Anlagen, wenn nicht die volle Leistung benötigt wird.