DE10032625C1 - Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels Kraftwärmekopplung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels KraftwärmekopplungInfo
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Abstract
Das Verfahren dient zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels Kraftwärmekopplung, wobei das von einer Arbeitsmaschine 9 erzeugte Abgas in einen Heißgasstrom (Heißgasleitung 14) ohne Drosselklappe und einen zusätzlichen Rauchgasstrom (Leitung 13 zur Wärmeerzeugung) ohne Drosselklappe zur Wärmeerzeugung aufgeteilt wird. Der Heißgasstrom für den Heißgasverbraucher 2 wird mittels eines Saugzuges 1 geregelt. Fällt der Heißgasverbraucher 2 aus, werden die gesamten Rauchgase über den Abhitzekessel 6 geführt, so dass auf einen Bypasskamin verzichtet werden kann.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels Kraftwärmekopp
lung.
Derartige Kraftwärmekopplungsanlagen bestehen im wesentlichen aus
einer Arbeitsmaschine, z. B. in Form eines Motors oder Gasturbine,
wobei diese einerseits mechanische Energie und andererseits Wärme,
z. B. in Form von Dampf und Heißgas erzeugen. Heißgas wird im
wesentlichen zur Trocknung von Produkten eingesetzt. Hierbei wird
Luft mittels konventioneller Brenner unter Einsatz üblicher Brennstoffe
erhitzt und in der Regel mittels eines Frischluftgebläses in den
Trocknungsofen gefördert. Die für anderweitige Prozesse oder zur
Gebäudeheizung benötigte Wärme wird getrennt von dem Trocknungs
prozess erzeugt.
Es ist bekannt, nach der Arbeitsmaschine, beispielsweise einer
Gasturbine, Heißgas auszukoppeln. Beim gleichzeitigen Erzeugen von
Wärme in einem nachgeschalteten Abhitzekessel werden die Rauchgas
mengen entsprechend dem Bedarf der Verbraucher aufgeteilt, wobei vor
dem Abhitzekessel und dem Heißgasabzweig Drosselklappen eingesetzt
werden oder es wird das Rauchgas erst nach dem Abhitzekessel der
Verwendung als Heißgas mittels einer Zusatzfeuerung zugeführt. Wird
kein Heißgas, z. B. infolge von Störungen oder einem Stillstand des
Abnehmers abgenommen, müssen die Rauchgasmengen über einen
Bypass in die Atmosphäre abgegeben oder die Gasturbine abgeschaltet
bzw. gedrosselt werden. Bei einem Stilllegen der Gasturbine wird
mittels eines Frischlüfters und eines Brenners das Heißgas erzeugt.
Der wesentliche Nachteil des bekannten Verfahrens und der Vor
richtung besteht darin, dass z. B. bei Ausfall oder Stillstand des
Trockners die Anlage zurückgefahren werden muss, wobei die Heiß-
bzw. Abgase über einen Bypasskamin ungenutzt in die Umgebung
abgegeben werden. Bei Ausfall der Arbeitsmaschine ergibt sich eine
Beeinträchtigung der Prozesstemperatur am Heißgasverbraucher, da es
einige Zeit dauert, bis die Zusatzfeuerung über ein Frischluftgebläse
wirksam wird. Wird der Rauchgasstrom mittels Drosselklappen auf den
Abhitzekessel und den Heißgasverbraucher vertrimmt, muss während
der Betriebszeit der Rauchgasstrom mit den geringsten Druckverlusten
angedrosselt werden. Dadurch steigt der rauchgasseitige Druck an und
führt zu einer Leistungseinbuse der Gasturbine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels
Kraftwärmekopplung vorzuschlagen, das ohne elektrische/mechanische
Leistungseinschränkung bei Ausfall des Heißgasabnehmers unter
Verzicht auf einen Bypasskamin, Frischlüfter und Drosseleinrichtungen
arbeitet.
Diese Aufgabe wird nach dem Verfahren dadurch gelöst, dass das von
einer Arbeitsmaschine erzeugte Abgas in einen Heißgasstrom ohne
Drosselklappen und einem zusätzlichen Rauchgasstrom ohne Drossel
klappen zur Wärmeerzeugung aufgeteilt wird und der Heißgas
strom für den Heißgasverbraucher mittels eines Saugzuges geregelt
wird.
Gemäss einem weiteren Verfahrensschritt geht man so vor, dass bei
Ausfall der Arbeitsmaschine der Heißgasverbraucher von der Heißgasleitung
abgetrennt und unter Zuschaltung von Frischluft und einer
Zusatzfeuerung beheizt wird.
Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, dass bei fehlendem Heißgasbe
darf des Heißgasverbrauchers die Wärmeerzeugung so bemessen wird,
dass der zusätzliche Rauchgasstrom nicht zu einem unzulässig hohen
Druckverlust über den Rauchgasweg führt.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit
einer Arbeitsmaschine zum Erzeugen von mechanischer Energie und
einem heißen Abgasstrom besteht darin, dass der Abgasstrom in eine
Heißgasleitung ohne Drosselklappen und eine Leitung ohne Drossel
klappen zur Wärmeerzeugung unterteilt ist, wobei in der Heißgaslei
tung mit dem Heißgasverbraucher ein regelbarer Saugzug angeordnet
ist, während in der Leitung zur Wärmeerzeugung ein Abhitzekessel
eingebaut ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Saugzug dem
Heißgasverbraucher nachgeordnet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass an die Heißgasleitung eine Frisch
luftleitung mit regelbarer Frischluftklappe angeschlossen ist.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass zwischen Heißgasverbraucher
und Frischluftanschluss eine Zusatzfeuerung angeordnet ist und die
Heißgasleitung mittels einer Absperrklappe abtrennbar ist.
Die Erfindung bringt erhebliche Vorteile, indem die aus der Arbeits
maschine, beispielsweise bei der Stromproduktion, anfallende Abwärme
für Trocknungszwecke optimal eingesetzt werden kann. Durch die
gemeinsame Erzeugung von Wärme und Heißgas verbessert sich die
Nutzungsdauer der Anlage, da die Anlage aufgrund der Gleichzeitigkeit
besser genutzt werden kann. Der Volumenstrom lässt sich regeln, ohne
dass Abgase ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden müssen.
Hierbei lässt sich die Heißgastemperatur beliebig regeln. Dabei lässt
sich auch ein beliebiger Volumenstrom ohne Drosselverluste einstellen,
so dass auch bei Teillast des Trocknungsofens keine Rauchgase
ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden. Ein Stillstand der
Trockungsanlage beeinträchtigt den Betrieb der Anlage nicht. Nachdem
keine Drosseleinrichtungen gebraucht werden, entstehen auf der
Abgasseite keine zusätzlichen Druckverluste. Die Leistung der
Kraftwärmekopplungsanlage wird somit nicht gemindert und damit
auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage nicht beeinträchtigt. Außerdem
werden die Investitionen für die Drosselklappen, den Bypasskamin und
den Frischlüfter eingespart.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung ist die Ausführungsform einer Anlage nach der
Erfindung als Prinzipschaltbild dargestellt. Dargestellt ist eine
Arbeitsmaschine 9 mit einer Gasturbine 5 mit Feuerung 11, die
mechanisch einen Generator 10 zur Stromerzeugung antreibt. Der
Abgasstrom 12 wird in eine Leitung 13 zur Wärmeerzeugung und eine
Heißgasleitung 14 aufgeteilt. In der Heißgasleitung befindet sich ein
Heißgasverbraucher 2 mit einem dahinter angeordneten Saugzug 1, der
über einen Durchflussmesser 17 und einen regelbaren Antrieb 24
geregelt wird. Die Leitung endet in einem Kamin 23. Vor dem Heißgasverbraucher
2 befindet sich eine Zusatzfeuerung 3, die über einen
Temperaturfühler 22 geregelt wird. Vor dem Durchflussmesser 17
befindet sich ein Frischluftanschluss 19 mit einer Frischluftleitung 18
und einer Frischluftklappe 4, die über einen Reglerantrieb 23 geregelt
werden kann. Vor dem Frischluftanschluss 19 befindet sich weiterhin
eine Absperrklappe 20, die ebenfalls über den Reglerantrieb 23 oder
einen gesonderten Antrieb geregelt werden kann. Für die Regelung der
Frischluftklappe 4 ist weiterhin ein Temperaturfühler 21 vorgesehen.
Gegebenenfalls können die Temperaturfühler 22 und 21 zusammen
gefaßt werden. Der Brenner 3 bzw. die Frischluftklappe 4 werden dann
über einen Regler bzw. über die Leittechnik angesteuert.
An die Leitung 13 zur Wärmeerzeugung ist ein Abhitzekessel 6
angeschlossen, wobei die Abluft anschließend über einen Kamin 16 nach
außen gelangt. An den Abhitzekessel 6 ist weiterhin ein Wärmever
braucher 15 angeordnet.
Mit Hilfe des Saugzuges 1 wird der Rauchsgasvolumenstrom für den
Heißgasverbraucher 2 eingestellt. Damit kann ohne Druckverluste in
der Heißgasleitung das Heißgas unmittelbar nach der Gasturbine 5
ausgekoppelt werden, wobei Drosselklappen entfallen. Das Heißgas
wird unmittelbar auf hohem Temperaturniveau vor dem Abhitzekessel
6 ausgekoppelt. Die vor dem Heißgasverbraucher 2 angeordnete
Feuerung ermöglicht eine Einstellung auf dem gewünschten Niveau.
Wird eine geringere Temperatur gebraucht, dann kann durch geregeltes
Öffnen der Frischluftklappe 4 die Temperatur auch gesenkt werden,
indem Kühlluft zugeführt wird. Fällt die Gasturbine 5 aus, dann wird
die Frischluftklappe 4 geöffnet und die Feuerung erzeugt im sogenannten
"fliegenden Wechsel", d. h. ohne Einbruch der Heißgastemperatur,
das Heißgas. Die Absperrklappe 20 wird dann geschlossen.
Bei Stillstand der Heißgasabnehmer erfolgt eine Ableitung der
Rauchgase durch die Kesselanlage, ohne die Gasturbine 5 zu drosseln
bzw. die Rauchgase über einen Bypass in die Atmosphäre abzuleiten.
Dafür ist der Wärmeerzeuger so bemessen, dass der zusätzliche
Rauchgasstrom über den Abhitzekessel 6 nicht zu einem unzulässig
hohen Druckverlust über den Rauchgasweg führt. Damit ist sicherge
stellt, dass die Gasturbine 5 nicht abschaltet bzw. abgeregelt werden
muss.
Claims (7)
1. Verfahren zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung
mittels Kraftwärmekopplung, wobei das von einer Arbeits
maschine erzeugte Abgas in einen Heißgasstrom ohne Drossel
klappen und einen zusätzlichen Rauchgasstrom ohne Drossel
klappen zur Wärmeerzeugung aufgeteilt wird und der Heißgass
trom für den Heißgasverbraucher mittels eines Saugzuges
geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei
Ausfall der Arbeitsmaschine der Heißgasverbraucher von der
Heißgasleitung abgetrennt und unter Zuschaltung von Frischluft
und einer Zusatzfeuerung beheizt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
bei fehlendem Heißgasbedarf des Heißgasverbrauchers die
Wärmeerzeugung so bemessen wird, dass der zusätzliche
Rauchgasstrom nicht zu einem unzulässig hohen Druckverlust
über den Rauchgasweg führt.
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1
bis 3, mit einer Arbeitsmaschine (9) zum Erzeugen von mechani
scher Energie und einem heißen Abgasstrom (12), dadurch
gekennzeichnet, dass der Abgasstrom (12) in eine Heißgasleitung
(14) ohne Drosselklappe und einen Leitung (13) ohne Drossel
klappe zur Wärmeerzeugung unterteilt ist, wobei in der Heißgas
leitung (14) mit dem Heißgasverbraucher (2) ein regelbarer
Saugzug (1) angeordnet ist, während in der Leitung (13) zur
Wärmeerzeugung mit einem Wärmeverbraucher (15) ein Ab
hitzekessel (6) eingebaut ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Saugzug (1) dem Heißgasverbraucher (2) nachgeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass an die Heißgasleitung (14) eine Frischluftleitung (18) mit
regelbarer Frischluftklappe (4) angeschlossen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, dass zwischen Heißgasverbraucher (2) und Frischluft
anschluss (19) eine Zusatzfeuerung (3) angeordnet ist und die
Heißgasleitung (14) mittels einer Absperrklappe (20) abtrennbar
ist.
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