DE10055202A1 - Electrical generation steam cycle with increased efficiency, branches off working fluid and condenses it for cooling during expansion process - Google Patents
Electrical generation steam cycle with increased efficiency, branches off working fluid and condenses it for cooling during expansion processInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Dampfkraft-/Arbeitsprozeß mit erhöhtem mechanischem Wirkungsgrad im Kreisprozeß durch Kreislaufnutzung von Wasser in flüssiger und dampfförmiger Form als Arbeitsfluid und Kühlmittel im mehrstufigen Entspannungsprozeß sowie im damit verbundenen mehrstufigen Verdichtungsprozeß. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Dampfkraft-/Arbeits prozesses durch direkte Kopplung einer mehrstufigen Dampfturbine mit einem mehrstufigen Turboverdichter und im externen Leitungssystem für das Arbeitsfluid angeordneten Wärmetauscher einheiten.The invention relates to a steam power / work process with increased mechanical efficiency in the cycle process by using the cycle Water in liquid and vapor form as working fluid and Coolant in the multi-stage relaxation process as well as in it associated multi-stage compression process. Furthermore, the Invention an arrangement for performing the steam power / work process through direct coupling of a multi-stage Steam turbine with a multi-stage turbocompressor and in the external Pipe system for the working fluid arranged heat exchanger units.
Derartige Verfahren und Anordnungen werden in erster Linie für die Elektroenergie- und Gebrauchswärmegewinnung benötigt.Such methods and arrangements are primarily for the Electrical energy and heat recovery are needed.
Bei der Umwandlung von thermischer in mechanische Energie ist der Wirkungsgrad auf Maximalwerte begrenzt, die durch die Temperaturen der Verbrennung, des bei der Verbrennung beigesetzten Abgases und der eingesetzten Kühlmittel bestimmt sind. Materialtechnische Grenzen in den angewendeten Energieumwandlungsprozessen beeinflussen die Differenz zwischen dem theoretisch erreichbaren und dem praktisch realisierten Wirkungsgrad nach dem jeweiligen Stand der Technik. Da die Turbomaschinenforschung bereits an einem sehr hohen Entwicklungsniveau angelangt ist, resultieren spürbare Verbesserungsmöglichkeiten im wesentlichen aus der Thermodynamik der Kreisprozesse.When converting thermal into mechanical energy, the Efficiency limited to maximum values by the temperatures of the Combustion, the exhaust gas buried in the combustion and the used coolant are determined. Material limits in the applied energy conversion processes affect the difference between the theoretically achievable and the practically realized Efficiency according to the current state of the art. Since the Turbomachinery research already at a very high level of development has arrived, there are noticeable opportunities for improvement in the essentially from the thermodynamics of the circular processes.
Ausgehend von den maximalen Verbrennungstemperaturen müssen nach dem bisherigen Wissensstand die allgemeinen Temperaturen im Energieumwandlungsprozeß erhöht werden, um den Energieanteil zu erhöhen. Bei Einsatz fossiler Brennstoffe im Gasturbinenprozeß haben die hohen Verbrennungstemperaturen zudem Einfluß auf die Stickoxidemission. Based on the maximum combustion temperatures, after the current state of knowledge the general temperatures in Energy conversion process can be increased to increase the energy share increase. When using fossil fuels in the gas turbine process, they have high combustion temperatures also influence nitrogen oxide emissions.
Großtechnisch haben sich zur Gewinnung von elektrischer Energie der Dampfturbinen-Clausius-Rankine-Kreisprozeß, der Gasturbinenkreisprozeß und der Gas- und Dampf-Kombiprozeß (GuD-Prozeß) als die Kombination von beiden Grundprozessen durchgesetzt.On an industrial scale, the generation of electrical energy Steam turbine Clausius Rankine cycle, the gas turbine cycle and the gas and steam combined process (CCGT process) as the combination enforced by both basic processes.
Mittels moderner Dampfkraftprozesse sollen durch Druck- und Temperaturerhöhungen des Arbeitsfluids auf über 300 bar und über 700°C die angestrebten Wirkungsgradverbesserungen erreicht werden. Dies setzt zugleich voraus, daß materialtechnische Lösungen für die Beherrschung dieser Prozeßparameter gefunden werden.Using modern steam power processes, pressure and Temperature increases of the working fluid to over 300 bar and over 700 ° C the desired efficiency improvements are achieved. This sets at the same time that material technology solutions for mastery this process parameter can be found.
Mittels moderner Gasturbinenprozesse wird angestrebt, die Turbineneinsatztemperaturen auf über 1500°C anzuheben und die Standfestigkeit des eingesetzten Materials durch adäquate technische Lösungen zur Maschinenkühlung zu erreichen.By means of modern gas turbine processes, the aim is to Raise turbine operating temperatures to over 1500 ° C and the Stability of the material used through adequate technical Achieve machine cooling solutions.
In bekannten Gas- und Dampf-Kombiprozessen (GuD) profitiert man von den technischen Entwicklungen auf den Gebieten beider Grundprozesse. Im Bestreben, die angezielten Wirkungsgradverbesserungen bei der Energieumwandlung zu erreichen, wurde versucht, Lösungen zur günstigeren Gestaltung der Energieumwandlungsprozesse durch Nutzung von Kreisprozessen zu finden.In well-known gas and steam combined processes (CCGT), you benefit from the technical developments in the areas of both basic processes. In an effort to achieve the targeted efficiency improvements at Energy conversion has been tried to find solutions for cheaper design of energy conversion processes through use of circular processes to find.
So beschreibt die US 3 841 100 einen geschlossenen Gasturbinenprozeß, unter Einsatz von verschiedenen Gasen, wie Luft, Wasserstoff, Helium oder anderen Gasen, bei dem der Arbeitsprozeß in einem Turbokompressor und der Kraftprozeß in einer Gasturbine stattfindet. Die angestrebte Wirkungsgradverbesserung soll dabei durch den Einsatz eines außergewöhnlich großen Kühlmittelreservoirs erreicht werden, mit dessen Hilfe die verbesserte Kühlkapazität von Umgebungsluft während der Nachtzeit nutzbar gemacht wird. Gleichzeitig soll damit der durchgehende Betrieb der Anlage bei Nennlast sichergestellt werden. Dies verdeutlicht, mit welchen großen technischen Aufwendungen um die Gewinnung verhältnismäßig kleiner Wirkungsgradverbesserungen gerungen wird.US 3,841,100 describes a closed gas turbine process, using various gases such as air, hydrogen, helium or other gases in which the working process in a turbo compressor and the power process takes place in a gas turbine. The target Efficiency improvement is said to be achieved by using a exceptionally large coolant reservoirs can be achieved with its Help the improved cooling capacity of ambient air during the Night time is made available. At the same time, the continuous Operation of the system can be ensured at nominal load. This illustrates with what great technical expenses for the extraction relatively small efficiency improvements are wrestled.
Eine weitere technische Lösung für einen mehrstufigen Dampfkraft-/Arbeits prozeß zur Elektroenergiegewinnung wird in der DE 198 56 448 A1 bekanntgemacht. Gemäß dieser Lösung wird ausschließlich Wasserdampf als Arbeitsfluid im Kreisprozeß eingesetzt. Another technical solution for a multi-stage steam power / work Process for the generation of electrical energy is described in DE 198 56 448 A1 announced. According to this solution, only water vapor used as working fluid in the cycle.
Der mehrstufige Dampfkraft-/Arbeitsprozeß wird hierbei in an sich bekannter Weise durch direkte Kopplung eines mehrstufigen Turboverdichters mit einer mehrstufigen Gasturbine durchgeführt. Als Arbeitsfluid kommen im wesentlichen Wasserdampf und das dampfförmige Umsetzungsprodukt aus der Knallgasreaktion zum Einsatz. Die Energiezufuhr zum Prozeß erfolgt dabei durch die innere Verbrennung von Knallgas, wobei das aus der Knallgasreaktion resultierende zusätzliche wasserdampfförmige Arbeitsfluid direkt an der Beschaufelung der mehrstufigen Dampfturbine zum Einsatz gebracht wird.The multi-stage steam power / work process is known per se Way by directly coupling a multi-stage turbocompressor with a multi-stage gas turbine. As working fluid come in essential water vapor and the vaporous reaction product the detonating gas reaction. The energy supply to the process takes place thereby by the internal combustion of oxyhydrogen gas, which from the Oxyhydrogen reaction resulting additional water vapor working fluid directly on the blades of the multi-stage steam turbine brought.
Den bekannten technischen Lösungen haften entscheidende Mängel an. Entweder gelingt die angestrebte Wirkungsgradverbesserung durch Inkaufnahme von Prozeßdiskontinuitäten und aufwendige Überdimensionierung von Anlagenkomponenten, beispielsweise dem Kühlmittelspeicher, oder es müssen Energieträger zum Einsatz gebracht werden, die einen besonderen Herstellungsprozeß erfordern, um mit ihren Verbrennungsprodukten ohne Beeinträchtigung des Energieumwandlungsprozesses einen Teil des einheitlichen Arbeitsfluids bilden zu können. Zudem stellt die vorgesehene innere Verbrennung von Knallgas an der Turbinenbeschaufelung erhebliche materialtechnische Anforderungen wegen der dort auftretenden thermischen Spitzenbelastung. Für die angestrebte Gebrauchsenergiegewinnung im Kreisprozeß mit erhöhtem mechanischem Wirkungsgrad sind die bekannten technischen Lösungen nur eingeschränkt geeignet.The known technical solutions have decisive shortcomings. Either the desired improvement in efficiency can be achieved Acceptance of process discontinuities and complex Oversizing plant components, for example the Coolant storage, or energy sources must be used that require a special manufacturing process to work with their Combustion products without affecting the Energy conversion process part of the uniform working fluid to be able to educate. In addition, the intended internal combustion of Oxyhydrogen gas at the turbine blading material material Requirements due to the thermal peak load occurring there. For the desired production of energy in the cycle with Increased mechanical efficiency are the known technical Solutions are only suitable to a limited extent.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Mängel des bekannten Standes der Technik zu überwinden. Die zu entwickelnde Lösung für die Gestaltung eines Dampfkraft-/Arbeitsprozesses mit erhöhtem mechanischem Wirkungsgrad im Kreisprozeß soll einerseits beherrschbare thermische Materialbelastungen zulassen und andererseits durch die einfache Gestaltung der verfahrenstechnischen und apparatetechnischen Prozeßkomponenten den wirtschaftlichen Betrieb der Gebrauchsenergiegewinnung ermöglichen. It is therefore an object of the invention to address the shortcomings of the prior art overcoming technology. The design solution to be developed a steam power / work process with increased mechanical Efficiency in the cyclic process should on the one hand be controllable thermal Allow material loads and on the other hand through the simple design the process engineering and technical process components enable economical operation of the production of energy.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und 19 gelöst, wobei die zweckmäßigen Ausführungsformen und Ausgestaltungen durch die jeweiligen Unteransprüche beschrieben sind. Die entwickelte technische Lösung nutzt die gewonnene Erkenntnis, daß durch die Nähe des im Kreisprozess eingesetzten Wasserdampfes zum Verflüssigungspunkt auch im Gasturbinenprozeß die Möglichkeit besteht, zwei Arbeitsfluidaggregatszustände zu nutzen. Es wurde erkannt, daß die direkte Kühlung durch Zuführen von Arbeitsfluid im flüssigen Zustand ein effizientes Mittel ist, um Irreversibilitäten zu reduzieren. Die intensive Beschaufelungskühlung durch Wasserverdampfung läßt eine höhere Prozeßgrenztemperatur zu, weswegen sich der zu überbrückende Temperaturbereich durch Regeneration vergrößert. Ein derartiges Mehrphasensystem verbessert die Beeinflussungsmöglichkeit des Arbeitsfluidmassestroms. Das Abwärmetemperaturniveau des auf diese Weise realisierbaren Joule-Brayten-Prozesses ist mit über 200°C noch ausreichend hoch. Ebenso liegt die untere Prozeßgrenztemperatur mit 100°C in einem noch nutzbaren Bereich. Da ein flüssiger Teilmassenstrom nach dem entwickelten technischen Konzept zur effektiven Prozeßkühlung benötigt wird, soll diese Funktion ein sogenannter Clausius-Rankine-Prozeß übernehmen. Damit ergibt sich ein geschlossener GuD-Prozeß mit einem gemeinsamen Arbeitsfluid im direkten Verbund. Die günstigen thermodynamischen Wärmeübertragungseigenschaften durch Verdampfung und Kondensation gemäß dem Clausius-Rankine-Prozeß sowie die hohen Prozeßtemperaturen bei niedrigem Druckniveau mit Wärmeregeneration gemäß dem Joule-Brayten-Prozeß ergeben in direkter Verbindung eine neuartige Verfahrenskombination.The object is achieved by the characterizing features of claim 1 and 19 solved, the expedient embodiments and Refinements are described by the respective subclaims. The developed technical solution uses the knowledge that due to the proximity of the water vapor used in the cycle to Liquefaction point even in the gas turbine process there is the possibility to use two working fluid aggregate states. It was recognized that the direct cooling by supplying working fluid in the liquid state is an efficient means of reducing irreversibility. The intense Blading cooling by water evaporation leaves a higher Process temperature limit, which is why the to be bridged Temperature range increased by regeneration. Such a thing Multi-phase system improves the possibility of influencing the Working fluid mass flow. The waste heat temperature level on this The Joule-Brayten process is still feasible at over 200 ° C sufficiently high. The lower process limit temperature is also included 100 ° C in a still usable range. Because a fluid Partial mass flow according to the developed technical concept effective process cooling is required, this function should take over the so-called Clausius-Rankine process. This results in a closed combined cycle process with a common working fluid in the direct bond. The favorable thermodynamic Heat transfer properties through evaporation and condensation according to the Clausius-Rankine process as well as the high Process temperatures at low pressure levels with heat regeneration according to the Joule-Brayten process result in a direct connection novel process combination.
Damit ergibt sich der neugestaltete Dampfkraft-/Arbeitsprozeß mit erhöhtem mechanischem Wirkungsgrad für die Elektroenergiegewinnung im Kreisprozeß durch Nutzung von Wasser in flüssiger und dampfförmiger Form als Arbeits- und Kühlmittel als ein mehrstufiger Entspannungsprozeß und einem damit verbundenen mehrstufigen Verdichtungsprozeß. Hierbei wird der Arbeitsprozeß direkt kreislaufmäßig mit dem Kraftprozeß verbunden. This results in the redesigned steam power / work process increased mechanical efficiency for electrical energy production in the cycle by using water in liquid and vapor form as working and coolant as a multi-stage Relaxation process and an associated multi-stage Densification process. Here the work process becomes direct connected with the cycle of strength.
Der für die Kühlung benötigte Massestromanteil wird vom Gesamtmassestrom des Arbeitsfluids vor der ersten Verdichtungsstufe abgezweigt und in Verbindung mit einer im Unterdruck betriebenen Entspannungsstufe kondensiert. Der kondensierte Masseteilstrom des Arbeitsfluids wird vollständig für Kühlzwecke im Entspannungsprozeß und für Zwecke der Kühlung und der thermischen Verdichtung im Verdichtungsprozeß genutzt. Der zu Zwecken der Kühlung eingesetzte Teilmassenstrom des Arbeitsfluids wird dem Arbeitsfluid unter Umgehung der jeweils vorgeschalteten Verdichtungsstufen direkt zugeführt.The mass flow share required for cooling is from Total mass flow of the working fluid before the first compression stage branched off and in connection with one operated in the negative pressure Relaxation level condensed. The condensed partial mass flow of the Working fluids are made completely for cooling purposes in the relaxation process and for cooling and thermal compression purposes Compaction process used. The one used for cooling purposes Partial mass flow of the working fluid is below the working fluid Bypassing the upstream compression stages directly fed.
Mit dieser neuartigen Prozeßgestaltung werden bereits beachtliche Effektivitätsverbesserungen sowohl hinsichtlich des zu realisierenden mechanischen Wirkungsgrades als auch hinsichtlich der Apparate anforderungen erreicht.With this new process design are already remarkable Effectiveness improvements both with regard to the to be realized mechanical efficiency as well as with regard to the apparatus requirements achieved.
In einer Ausführungsform des Prozesses erfolgt der Einsatz des zu Zwecken der Kühlung genutzten Teilmassenstroms des Arbeitsfluids überwiegend durch Direkteinspritzung von vorgewärmtem Kondensat.In one embodiment of the process, the is used Partial mass flow of the working fluid used for cooling mainly through direct injection of preheated Condensate.
Weiterhin ist es möglich, die im nutzbaren Temperaturbereich liegende Abwärme aus dem Entspannungsprozeß zur Verdampfung eines Teils des kondensierten Teilmassenstroms zu nutzen und den dabei gewonnenen Wasserdampf an den entsprechenden Zwischendruckstufen des mehrstufigen Verdichtungsprozesses dem Arbeitsfluid zu injizieren.It is also possible to determine the temperature range that can be used Waste heat from the expansion process to evaporate part of the to use condensed partial mass flow and the thereby obtained Water vapor at the corresponding intermediate pressure levels of the multi-stage compression process to inject the working fluid.
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Zufuhr von thermischer Energie zum Kreisprozeß durch innere Verbrennung von Knallgas im Kraftprozeß.In a special embodiment of the method, the supply takes place from thermal energy to the cycle through internal combustion of Oxygen gas in the power process.
Das benötigte Knallgas wird zum Zwecke der Leistungsregulierung in einem mit dem Dampfkraft-/Arbeitsprozeß gekoppelten Elektrolyseprozeß gewonnen.The required detonating gas is used for the purpose of power regulation one coupled with the steam power / work process Electrolysis process won.
Es ist auch möglich, die Zufuhr von thermischer Energie zum Kreisprozeß durch den indirekten Wärmeaustausch von chemischer Reaktionswärme bei der äußeren Verbrennung von fossilen Energieträgern vorzunehmen. It is also possible to supply thermal energy to the cycle through the indirect heat exchange of chemical reaction heat in the external combustion of fossil fuels.
Der vorgeschlagene Kreisprozeß erlaubt es auch, die Zufuhr von thermischer Energie durch indirekten Wärmeaustausch von Solarenergie im Kraftprozeß zu realisieren.The proposed cycle also allows the supply of thermal energy through indirect heat exchange from solar energy to realize in the power process.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird durch die Unterdruckentspannung die untere Prozeßgrenztemperatur des zu Kühlzwecken einzusetzenden Teilmassenstrom des Arbeitsfluids auf eine wählbare Größe gesenkt.In a further embodiment variant, the Vacuum relaxation the lower process limit temperature of the Partial mass flow of the working fluid to be used for cooling purposes selectable size decreased.
Es ist vorgesehen, bedarfsweise die Kühlung der Turbinenbeschaufelung im Kraftprozeß durch Verdampfung des Kühlmittels mit anschließender Injektion vorzunehmen.It is provided, if necessary, the cooling of the turbine blading in the power process by evaporation of the coolant with subsequent Injection.
Es ist auch möglich, bei der Kühlmittelgewinnung in einer im Vakuumbereich zu betreibenden zusätzlichen Turbinenstufe zusätzlich mechanische Energie auszukoppeln. Die Kühlmittelgewinnung kann andererseits jedoch unter Verzicht auf eine im Unterdruckbereich zu betreibende Entspannungsstufe durch Auskopplung für externe Zwecke benötigter Gebrauchswärme erfolgen.It is also possible to use a coolant in a Vacuum area to be operated additional turbine stage additionally decouple mechanical energy. The coolant extraction can on the other hand, however, waiving one in the negative pressure area Operative relaxation level by decoupling for external purposes required heat of use take place.
In einer Ausführungsvariante des vorgeschlagenen Kreisprozesses ist vorgesehen, das auf den Sättigungszustand abgekühlte und verdichtete Arbeitsfluid durch das den Kraftprozeß verlassende Arbeitsfluid vorzuwärmen.In one embodiment variant of the proposed cycle provided that the cooled to the state of saturation and compressed Working fluid through the working fluid leaving the power process preheat.
Im Teillastbetrieb kann zur Vermeidung von An- und Abfahrprozessen die im Kraftprozeß gewonnene Elektroenergie wenigstens teilweise zur Aufheizung des verdichteten Arbeitsfluids vor dem Entspannungsprozeß genutzt werden.In part-load operation can avoid start-up and shutdown processes the electrical energy obtained in the power process at least partially Heating of the compressed working fluid before the expansion process be used.
Es ist möglich, den Arbeitsfluid-Massestrom im Kraftprozeß durch den Einsatz des Kühlmittels in den Entspannungsstufen zu erhöhen.It is possible to flow the working fluid mass flow through the power process Increase the use of coolant in the relaxation levels.
Die Verdichtung des Arbeitsfluids im Arbeitsprozeß erfolgt unter Anwendung von jeweiligen Zwischenkühlungen bevorzugt mehrstufig. The compression of the working fluid in the work process takes place under The use of intermediate cooling is preferred in several stages.
Das den Kraftprozeß verlassende entspannte Arbeitsfluid wird nach Nutzung eines Teils seiner Restwärme für die Voraufheizung des verdichteten Arbeitsfluids in einem Kaskadenverdampfer gekühlt.The relaxed working fluid leaving the power process becomes after Use of some of its residual heat for preheating the compressed working fluid cooled in a cascade evaporator.
Vorzugsweise wird der Einsatz des Kühlmittels sowohl im Kraftprozeß als auch im Arbeitsprozeß zur Steuerung des variablen Arbeitsfluid- Massestroms genutzt.The coolant is preferably used both in the power process as well as in the work process for controlling the variable working fluid Mass flow used.
Schließlich ist auch vorgesehen, den zu Zwecken der thermischen Verdichtung eingesetzten Teilmassenstrom des Arbeitsfluids unter Umgehung der jeweils vorgeschalteten Verdichtungsstufen dem Arbeitsfluid direkt zuzuführen.Finally, it is also provided for thermal purposes Compression used partial mass flow of the working fluid Bypassing the upstream compression stages Supply working fluid directly.
Die für die Durchführung des vorgeschlagenen Dampfkraft- Arbeitsprozesses vorgesehene Anordnung enthält Einrichtungen zur Kühlmittelzuführung, die direkt in das Gehäuse des Turboverdichters integriert sind. Weiterhin sind Einrichtungen zur Energiezuführung vorgesehen, die direkt in das Dampfturbinengehäuse integriert sind. Zur Vermeidung höherer Druckverluste sind die externen Wärmetauschereinheiten für die Kühlung und für die Erwärmung des Arbeitsfluids in einer gemeinsamen Baugruppe angeordnet. Die für die indirekte Wärmeübertragung benötigten Wärmetauscherflächen sind axial an den Wellen des Turboverdichters und der Dampfturbine angeordnet.The for the implementation of the proposed steam power Arrangement provided for the work process contains facilities for Coolant supply directly into the housing of the turbocompressor are integrated. There are also energy supply facilities provided, which are integrated directly into the steam turbine housing. to Avoiding higher pressure drops are the external ones Heat exchanger units for cooling and heating the Working fluids arranged in a common assembly. The for the indirect heat transfer required heat exchanger surfaces are axial arranged on the shafts of the turbocompressor and the steam turbine.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, vor der ersten Verdichtungsstufe - in Förderrichtung des Arbeitsfluids gesehen - eine Einrichtung zur Voraufheizung des Arbeitsfluids im Anfahrzustand anzuordnen.In a special embodiment of the invention it is provided the first compression stage - in the conveying direction of the working fluid seen - a device for preheating the working fluid in the Arrange starting position.
Zwischen den Verdichtungsstufen sind bevorzugt Einrichtungen für die wahlweise Zuführung von dampfförmigen und flüssigen sowie massestromerhöhenden Kühlmittelteilströmen angeordnet. Between the compression stages there are preferred devices for the optional supply of vaporous and liquid as well arranged mass flow increasing coolant flows.
Nach der letzten Verdichtungsstufe kann ein Direktkühler für den Zusatz von flüssigem Kühlmittel zum verdichteten Arbeitsfluid angeordnet werden.After the last compression stage, a direct cooler can be added from liquid coolant to the compressed working fluid become.
Es ist auch möglich, nach dem Direktkühler für das verdichtete Arbeitsfluid einen Regenerator zur Voraufheizung des Arbeitsfluids unter Einsatz des die letzte Turbinenstufe verlassenden entspannten Arbeitsfluids anzuordnen.It is also possible after the direct cooler for the compressed Working fluid under a regenerator for preheating the working fluid Use of the relaxed one leaving the last turbine stage Arrange working fluids.
Weiterhin kann vorgesehen werden, nach dem Regenerator - in Förderrichtung des entspannten Arbeitsfluids gesehen - ein das Verdampfen eines Kühlmittelteilstroms sichernden Kaskadenverdampfer für das Arbeitsfluid anzuordnen.It can also be provided after the regenerator - in Direction of delivery of the relaxed working fluid seen - a that Evaporation of a cascade evaporator securing the partial coolant flow to arrange for the working fluid.
Nach dem Kaskadenverdampfer kann auch eine Einrichtung zum Auskoppeln eines für Kühlzwecke vorgesehenen Teilmassestroms des Arbeitsfluids angeordnet werden.After the cascade evaporator, a device for Decoupling a partial mass flow of the intended for cooling purposes Working fluids are arranged.
Es ist auch möglich, im Bereich der Dampfturbine eine der Kondensation des ausgekoppelten Teilmassestroms des Arbeitsfluids dienende Turbinenstufe anzuordnen.It is also possible to use condensation in the area of the steam turbine of the decoupled partial mass flow of the working fluid To arrange turbine stage.
Nach der der Entspannung des für Kühlzwecke vorgesehenen Teilmassestroms des Arbeitsfluids dienenden Turbinenstufe kann ein für die Verflüssigung des Kühlmittels vorgesehener Kondensator angeordnet werden.After the relaxation of the intended for cooling purposes Partial mass flow of the working fluid serving turbine stage can be a for the condenser provided the liquefaction of the coolant become.
Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefaßt darin, daß der Kühlteilmassenstrom zusätzlich in einer Turbinenstufe im Vakuumbereich entspannt wird, wodurch sich die untere Prozeßtemperatur reduziert und die auskoppelbare Nutzenergie erhöht. The advantages of the invention are summarized in that the Refrigerator mass flow additionally in a turbine stage in the vacuum range is relaxed, which reduces the lower process temperature and the decouplable useful energy increases.
Weiterhin wird die Abwärme des Dampfturbinen-Prozesses zur thermischen Verdichtung genutzt, wodurch sich die erforderliche Turboverdichterantriebsleistung reduziert.Furthermore, the waste heat from the steam turbine process becomes thermal compression is used, whereby the required Turbo compressor drive power reduced.
Das Zwischenkühlen im Arbeitsprozeß erfolgt durch Zumischen von Wasser zum Arbeitsfluid, wodurch entsprechende Wärmeüber tragerflächen entfallen können. Dies führt zur Reduzierung der zu überwindenden Druckverluste und der Anlagenkosten. Das vorschlagsgemäße Injizieren von verdampftem Kühlfluid zur Turbinen-Beschaufelungskühlung erhöht ohne Inanspruchnahme entsprechender Verdichterleistung den Massestrom des Arbeitsfluids in den nachfolgenden Entspannungsstufen. Das damit verfügbare Mehrphasensystem ermöglicht die vereinfachte Steuerung und Variationen des Arbeitsfluidmassestroms.The intermediate cooling in the work process takes place by admixing Water to the working fluid, creating appropriate heat transfer bearing surfaces can be omitted. This leads to the reduction of overcoming pressure losses and system costs. The proposed injection of evaporated cooling fluid Turbine blading cooling increased without use corresponding compressor output the mass flow of the working fluid in the subsequent relaxation levels. The available with it Multi-phase system enables simplified control and Variations in working fluid mass flow.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail using exemplary embodiments become. The attached drawing shows:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild über das Zusammenwirken der Einzelkomponenten des Dampfkraft-/Arbeitsprozesses; Figure 1 is a schematic block diagram of the interaction of the individual components of the steam power / work process.
Fig. 2 die schematische Schnittdarstellung eines mit einer mehrstufigen Dampfturbine gekoppelten mehrstufigen Turboverdichters mit Angabe ausgewählter Zustandspunkte Z1-Z12; Figure 2 is a schematic sectional view of a coupled with a multi-stage steam turbine multistage turbocompressor with indication of selected state points Z1-Z12.
Fig. 3 die schematische Schnittdarstellung von achsparallel angeordneten Wärmetauschereinheiten zum Einsatz externer Energieträger; Fig. 3 is a schematic sectional view of axially parallel heat exchange units external to use energy sources;
Fig. 4 Tabelle mit Kennwerten für ausgewählte Zustandspunkte Z1-Z22; Fig. 4 table with characteristic values for selected state points Z1-Z22;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild über das Zusammenwirken der Einzelkomponenten des Dampfkraft-/Arbeitsprozesses ohne Nutzung der im Unterdruck arbeitenden Turbinenstufe 20 zur Kondensation des für Kühlzwecke vorgesehenen ausgekoppelten Teilmassestroms 19. Fig. 5 is a schematic block diagram of the interaction of the individual components of the steam power / work process without use of working in negative pressure turbine stage 20 for condensing the provided for cooling purposes decoupled partial mass stream 19.
In einer Anordnung gemäß der Fig. 1, 2 und 4 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Dampfkraft-/Arbeitsprozesses mit erhöhtem mechanischem Wirkungsgrad ist ein dreistufiger Turboverdichter 2 mit einer dreistufigen Dampfturbine 1 direkt gekoppelt. Vor der ersten Verdichterstufe 11.1 ist eine Einrichtung 12 zur Voraufheizung des Arbeitsfluids in Form von Wasserdampf angeordnet. Diese Einrichtung 12 sorgt für den benötigten Aggregatszustand bei der In- bzw. Außerbetriebnahme der Energieumwandlungsanlage. Im Betriebszustand nimmt diese Prozeßnebenkomponente keinen Einfluß auf die Zustandsgrößen des Arbeitsfluids. Es folgt eine dreistufige Verdichtung durch die Verdichtungsstufen 11.1 bis 11.n. Zwischen den einzelnen Verdichtungsstufen sind Einrichtungen zur Kühlmittelzuführung 5 angeordnet.In an arrangement according to FIGS. 1, 2 and 4 for carrying out the steam power / work process according to the invention with increased mechanical efficiency, a three-stage turbocompressor 2 is directly coupled to a three-stage steam turbine 1 . A device 12 for preheating the working fluid in the form of water vapor is arranged in front of the first compressor stage 11.1 . This device 12 ensures the required state of aggregation when the energy conversion system is started up or shut down. In the operating state, this process secondary component has no influence on the state variables of the working fluid. A three-stage compression follows through compression stages 11.1 to 11 .n. Devices for supplying coolant 5 are arranged between the individual compression stages.
Diese Einrichtungen 5 sind Direktkühler, mit deren Hilfe dem Arbeitsfluid Kühlmedium in Form von Kühlwasser und Wasserdampf zugeführt wird. Zur Erhöhung des regenerierenden Temperaturbereichs dient der Direktkühler 14, mit welchem das Arbeitsfluid von der Verdichtungsendtemperatur bis auf den Sättigungszustand abgekühlt wird. Der vom Abwärmestrom der Dampfturbine 1 im Regenerator 15 vorgewärmte verdichtete Wasserdampf wird zunächst in der vor der ersten Hochdruckturbinenstufe 16.1 angeordneten Wärmetauschereinheit 3 erhitzt und in der Turbinenstufe 16.1 teilentspannt. These devices 5 are direct coolers, with the aid of which cooling medium in the form of cooling water and water vapor is supplied to the working fluid. The direct cooler 14 , with which the working fluid is cooled from the compression end temperature to the saturation state, is used to increase the regenerating temperature range. The preheated by the waste heat stream of the steam turbine 1 in the regenerator 15 compressed water vapor is first heated in the arranged before the first high pressure turbine stage 16.1 heat exchange unit 3 and partially expanded in the turbine stage 16.1.
Danach gelangt das Arbeitsfluid zum zwischen der ersten Hochdruckturbinenstufe 16.1 und der zweiten Turbinenstufe 16.2 angeordneten weiteren Wärmetauschereinheit 3, mit deren Hilfe dem Arbeitsfluid weitere Fremdenergie zugeführt wird. In der Turbinenstufe 16.2 wird das Arbeitsfluid sodann erneut entspannt. Es gelangt danach zum Regenerator 15 und dient dort zur Voraufheizung des endverdichteten Arbeitsfluids.The working fluid then arrives at the further heat exchanger unit 3 arranged between the first high-pressure turbine stage 16.1 and the second turbine stage 16.2 , with the aid of which additional external energy is supplied to the working fluid. The working fluid is then expanded again in the turbine stage 16.2 . It then reaches the regenerator 15 and is used there for preheating the final compressed working fluid.
Das den Regenerator 15 verlassende teilabgekühlte Arbeitsfluid wird anschließend dem Kaskadenverdampfer 17 zugeführt, der mit einer Druckregelung ausgestattet ist. Mit Hilfe dieses Kaskadenverdampfers 17 wird das den Regenerator 15 verlassende Arbeitsfluid weiter abgekühlt. Der erforderliche Kühlmassenstrom wird nach dem Kaskadenverdampfer 17 vom Arbeitsfluid mit Hilfe der Einrichtung 18 zum Auskoppeln eines für Kühlzwecke vorgesehenen Teilmassestroms 19 abgezweigt und mit Hilfe einer dritten Turbinenstufe 20 zur Kondensation des ausgekoppelten Teilmassestroms 19 entspannt und im nachgeschalteten Kondensator 21 verflüssigt. Das verflüssigte Kühlmittel durchläuft anschließend die Kühlmittelaufbereitung und den Kondensataufheizer 13 und steht sodann als einheitliches flüssiges Kühlmittel für Kühlzwecke in den Komponenten erste Hochdruckturbinenstufe 16.1, zweite Hochdruckturbinenstufe 16.2, den Einrichtungen 5 zur Kühlmittelzuführung vor den Verdichtungsstufen 11.2 und 11.n, dem Direktkühler 14 sowie dem Kaskadenverdampfer 17 zur Verfügung. In den vorgenannten Einrichtungen wird das flüssige Kühlmittel jeweils dem Arbeitsfluid zugesetzt und dabei verdampft. Den vor den Verdichtungsstufen 11.2 und 11.n angeordneten Einrichtungen 5 zur Kühlmittelzuführung wird neben dem verflüssigten Kühlmittel aus dem Kondensataufheizer 13 auch jeweils ein weiterer Kühlmittelstrom zugeführt, der im Kaskadenverdampfer 17 verdampft und mit unterschiedlichen Zustandsparametern den Einrichtungen 5 zur Kühlmittelzuführung zugeführt wird.The partially cooled working fluid leaving the regenerator 15 is then fed to the cascade evaporator 17 , which is equipped with a pressure control. With the help of this cascade evaporator 17 , the working fluid leaving the regenerator 15 is further cooled. The required cooling mass flow is branched off after the cascade evaporator 17 from the working fluid with the aid of the device 18 for decoupling a partial mass flow 19 provided for cooling purposes and expanded with the aid of a third turbine stage 20 for condensing the decoupled partial mass flow 19 and liquefied in the downstream condenser 21 . The liquefied coolant then passes through the coolant preparation and the condensate heater 13 and is then available as a uniform liquid coolant for cooling purposes in the components first high-pressure turbine stage 16.1 , second high-pressure turbine stage 16.2 , the devices 5 for supplying coolant before the compression stages 11.2 and 11 .n, the direct cooler 14 and the Cascade evaporator 17 available. In the aforementioned devices, the liquid coolant is added to the working fluid and evaporated in the process. The .n before the compression stages 11.2 and 11 arranged means 5 for coolant supply is also in each case supplied next to the liquefied coolant from the Kondensataufheizer 13, a further coolant flow which vaporizes in the cascade evaporator 17 and the means 5 is supplied to the coolant supply having different state parameters.
Die gemeinsame Welle von Dampfturbine 1 und Turboverdichter 2 ist mit einem Generator zur Umwandlung der gewonnenen mechanischen Energie in Elektroenergie sowie mit einem Anwurfmotor zum Starten der Anordnung gekoppelt. The common shaft of steam turbine 1 and turbocompressor 2 is coupled to a generator for converting the mechanical energy obtained into electrical energy and to a starting motor for starting the arrangement.
In der Fig. 4 sind für dieses Ausführungsbeispiel ausgewählte Zustandskenngrößen sowohl für das eingesetzte Arbeitsfluid als auch für das aus dem Arbeitsfluid gewonnene Kühlmittel angegeben. Z1 kennzeichnet den Zustand des Arbeitsfluids im Betriebszustand nach Verlassen des Kaskadenverdampfers 17. Das Arbeitsfluid erreicht den Zustand Z2 nach der ersten Verdichtungsstufe 11.1 des Turboverdichters 2. Durch die Wirkung der zwischen der ersten Verdichtungsstufe 11.1 und der zweiten Verdichtungsstufe 11.2 angeordneten Einrichtung 5 für die Kühlmittelzuführung zum teilverdichteten Arbeitsfluid erreicht dieses vor der zweiten Verdichtungsstufe 11.2 den Zustand 23. Nach der zweiten Verdichtungsstufe 11.2 besitzt das teilverdichtete Arbeitsfluid den Zustand 24. Durch die Wirkung der zwischen der zweiten 11.2 und der dritten Verdichtungsstufe 11.n angeordneten Einrichtung 5 zur Kühlmittelzuführung erreicht das Arbeitsfluid unmittelbar vor der dritten Verdichtungstufe 11.n den Zustand 26. Mit dem der dritten Verdichtungsstufe 11.n nachgeordneten Direktkühler 14 wird das Arbeitsfluid in den Zustand 27 überführt. Der Zustand 28 kennzeichnet den Zustand des Arbeitsfluids beim Eintritt in die Dampfturbine 1. Zuvor hat das Arbeitsfluid dabei den Regenerator 15 durchlaufen, mit dessen Hilfe ein Teil der fühlbaren Wärme des die Dampfturbine 1 verlassenden entspannten Arbeitsfluids auf das verdichtete Arbeitsfluid übertragen wurde. Unter der Wirkung der Energiezuführung über den vor der ersten Hochdruckturbinenstufe 16.1 angeordneten Wärmetauschereinheit erreicht das Arbeitsfluid den Zustand 29. Das in dieser Turbinenstufe 16.1 teilentspannte Arbeitsfluid erreicht damit den Zustand Z10. Unter der Wirkung der Energiezuführung über den vor der zweiten Hochdruckturbinenstufe 16.2 angeordneten Wärmetauschereinheit 3 erreicht das Arbeitsfluid unmittelbar vor der zweiten Hochdruck turbinenstufe 16.2 den Zustand Z11. Im Ergebnis der Entspannung des Arbeitsfluids und des damit verbundenden Energieentzugs erreicht das Arbeitsfluid nach der Turbinenstufe 16.2 den Zustand Z12.In FIG. 4, selected state parameters is indicated both for the working fluid used as well as the recovered from the working fluid cooling means for this embodiment. Z1 denotes the state of the working fluid in the operating state after leaving the cascade evaporator 17 . The working fluid reaches state Z2 after the first compression stage 11.1 of the turbocompressor 2 . Due to the action of the device 5 arranged between the first compression stage 11.1 and the second compression stage 11.2 for the coolant supply to the partially compressed working fluid, the latter reaches state 23 before the second compression stage 11.2 . After the second compression stage 11.2 , the partially compressed working fluid has the state 24 . By the action of the second .n between 11.2 and the third compression stage 11 arranged device 5 for coolant supply the working fluid reaches immediately before the third compression stage 11 .n the state 26th With the direct cooler 14 downstream of the third compression stage 11 .n, the working fluid is transferred to state 27 . The state 28 identifies the state of the working fluid when it enters the steam turbine 1 . The working fluid has previously passed through the regenerator 15 , with the aid of which part of the sensible heat of the relaxed working fluid leaving the steam turbine 1 has been transferred to the compressed working fluid. Under the effect of the energy supply via the heat exchanger unit arranged in front of the first high-pressure turbine stage 16.1 , the working fluid reaches state 29 . The working fluid partially relaxed in this turbine stage 16.1 thus reaches state Z10. Under the effect of the energy supply over the arranged upstream of the second high-pressure turbine stage 16.2 heat exchange unit 3, the working fluid reaches immediately before the second high-pressure turbine stage 16.2 the state Z11. As a result of the expansion of the working fluid and the associated withdrawal of energy, the working fluid reaches state Z12 after turbine stage 16.2 .
Das die Turbinenstufe 16.2 verlassende Arbeitsfluid durchströmt danach den Regenerator 15, wobei es einen weiteren Teil seiner fühlbaren Wärme an das verdichtete Arbeitsfluid abgibt. Danach erreicht das entspannte Arbeitsfluid den Z13. The working fluid leaving the turbine stage 16.2 then flows through the regenerator 15 , giving off a further part of its sensible heat to the compressed working fluid. The relaxed working fluid then reaches the Z13.
In diesem Zustand wird das Arbeitsfluid genutzt, um im Kaskadenverdampfer 17 den für Kühlzwecke ausgekoppelten und verflüssigten Teilmassestrom 19 des Arbeitsfluids im Kaskadenverdampfer 17 in unterschiedlicher Weise zu verdampfen. Nach der ersten Stufe des Kaskadenverdampfers 17 weist das entspannte Arbeitsfluid den Zustand Z14 und nach der zweiten Stufe des Kaskadenverdampfers 17 den Zustand Z15 auf.In this state, the working fluid is used to evaporate the partial mass flow 19 of the working fluid in the cascade evaporator 17, which is decoupled and liquefied for cooling purposes, in the cascade evaporator 17 in different ways. After the first stage of the cascade evaporator 17 , the expanded working fluid has the state Z14 and after the second stage of the cascade evaporator 17 the state Z15.
Danach gelangt das entspannte Arbeitsfluid in den Kondensataufheizer 13, wodurch es weiter bis auf den Zustand Z1 abgekühlt wird. In diesem Zustand wird dem Arbeitsfluid der für Kühlzwecke ausgekoppelte Teilmassestrom 19 entnommen, der der Turbinenstufe 20 zur Kondensation des ausgekoppelten Teilmassestroms 19 zugeführt wird. Nach dieser Turbinenstufe 20 erreicht dieser ausgekoppelte Teilmassestrom 19 den Zustand Z16. Der Teilmassestrom 19 gelangt sodann in den Kondensator 21, dem Wärmeenergie vorzugsweise zur externen thermischen Energienutzung entzogen wird. Nach dem Kondensator 17 gelangt der Teilmassestrom 19 in den verflüssigten Zustand Z17. Der verflüssigte Teilmassestrom 19 wird anschließend im Kondensataufheizer 13 auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und erreicht damit den Zustand Z18. In dieser Form steht der Teilmassestrom 19 für die unterschiedlichen Kühlaufgaben in den Anlagenkomponenten Einrichtungen zur Kühlmittelzuführung 5 zwischen den Stufen des Turboverdichters 2, nach der letzten Verdichtungsstufe 11.n angeordneten Direktkühler 14 sowie bedarfsweise für die Turbinenstufen 16.1 bis 16.n der Dampfturbine 1 zur Verfügung. Ein Teil des Teilmassestroms 19 wird auch in getrennten Leitungen dem Kaskadenverdampfer 17 zugeführt und durch Förderpumpen unterschiedlich starken Drücken ausgesetzt. Dadurch erreicht das Kühlmittel vor der ersten Stufe des Kaskadenverdampfers 17 den Zustand Z21.The relaxed working fluid then passes into the condensate heater 13 , whereby it is further cooled down to the state Z1. In this state, the partial mass flow 19 which is decoupled for cooling purposes is removed from the working fluid and is supplied to the turbine stage 20 for condensation of the decoupled partial mass flow 19 . After this turbine stage 20 , this decoupled partial mass flow 19 reaches state Z16. The partial mass flow 19 then passes into the condenser 21 , from which thermal energy is preferably extracted for external thermal energy use. After the condenser 17 , the partial mass flow 19 reaches the liquefied state Z17. The liquefied partial mass flow 19 is then brought to a higher temperature level in the condensate heater 13 and thus reaches state Z18. In this form, the partial mass flow 19 is the different cooling requirements in the system components means for coolant supply 5 between the stages of the turbo compressor 2, after the last compression stage 11 .n arranged direct cooler 14 and, if necessary, for the turbine stages 16.1 to 16 1 .n of the steam turbine are available , A part of the partial mass flow 19 is also supplied to the cascade evaporator 17 in separate lines and is subjected to pressures of different strengths by feed pumps. As a result, the coolant reaches state Z21 before the first stage of the cascade evaporator 17 .
Der die erste Stufe des Kaskadenverdampfers 17 verlassende Teilstrom des Kühlmittels besitzt den Zustand Z22 und gelangt in diesem Zustand zur zwischen der zweiten 11.2 und dritten Verdichtungsstufe 11.n angeordneten Einrichtung 5 für die Kühlmittelzuführung. Der andere Teil des Kühlmittels erreicht vor der zweiten Stufe des Kaskadenverdampfers 17 den Zustand Z19 und infolge der erreichten Energiezuführung danach den Zustand Z20. The first stage of the cascade evaporator 17 leaving partial stream of the coolant has the state Z22 and enters this state to between the second and third compression stage 11.2 11 .n arranged means 5 for coolant supply. The other part of the coolant reaches the cascade evaporator 17 before the second stage the state Z19 and as a result of the achieved energy supply thereafter the state Z20.
In diesem Zustand gelangt dieser Teilstrom zur zwischen der ersten 11.1 und der zweiten Verdichtungsstufe 11.2 angeordneten Einrichtung 5 für die Kühlmittelzuführung. Der mechanische Wirkungsgrad der nach diesem Beispiel gestalteten Anordnung erreicht eine theoretische Größenordnung von 72%.In this state, this partial flow reaches the device 5 for the coolant supply arranged between the first 11.1 and the second compression stage 11.2 . The mechanical efficiency of the arrangement designed according to this example reaches a theoretical order of magnitude of 72%.
Gemäß der Fig. 2 und 3 ist die Anordnung zur Durchführung eines Dampfkraft-/Arbeitsprozesses mit erhöhtem mechanischem Wirkungsgrad so gestaltet, daß die Einrichtungen 5 zur Kühlmittelzuführung zwischen den Verdichtungsstufen 11.1 bis 11.n des mehrstufigen Turboverdichters 2 direkt im Gehäuse 7 des Turboverdichters 2 angeordnet sind. Weiterhin ist die Anordnung gemäß dieses Beispiels dadurch charakterisiert, daß die Einrichtungen 6 zur Energiezuführung vor und zwischen den einzelnen Turbinenstufen 16.1 bis 16.n nicht über externe Wärmetauschereinheiten 3, sondern direkt im Dampfturbinengehäuse 8 angeordnet sind. Die indirekte Energiezuführung erfolgt dabei über Wärmetauscherflächen 9, die axial an der Welle 10 der Turbomaschine 1 angeordnet sind.According to the Fig. 2 and 3, the arrangement is such to carry out a steam-power / work process with increased mechanical efficiency that the means 5 .n to the coolant supply between compression stages 11.1 to 11 of the multi-stage turbo compressor 2 is arranged directly in the housing 7 of the turbocompressor 2 are. Furthermore, the arrangement according to this example is characterized in that the devices 6 for supplying energy in front of and between the individual turbine stages 16.1 to 16 .n are not arranged via external heat exchanger units 3 , but rather directly in the steam turbine housing 8 . The indirect energy supply takes place via heat exchanger surfaces 9 , which are arranged axially on the shaft 10 of the turbomachine 1 .
Gemäß der Fig. 5 wird wie im Ausführungsbeispiel 1 der für Kühlzwecke vorgesehene Teilmassestrom 19 dem Arbeitsfluid nach dem Kondensataufheizer 13 entnommen und danach nicht einer im Vakuum arbeitenden Turbinenstufe 20 sondern direkt einem Kondensator 21 zugeführt, mit dessen Hilfe dem System unter Verzicht auf den Beitrag zur mechanischen Energiegewinnung mittels einer zusätzlichen Turbinenstufe gleichzeitig Gebrauchswärme entzogen wird. According to FIG. 5 as the space provided for cooling purposes partial mass flow 19 taken in Embodiment 1 the working fluid after the Kondensataufheizer 13 and then not a working vacuum stage turbine 20 but directly to a condenser 21 supplied with the aid of the system waiving the contribution to mechanical energy is simultaneously extracted by means of an additional turbine stage.
11
mehrstufige Dampfturbine
multi-stage steam turbine
22
mehrstufiger Turboverdichter
multi-stage turbo compressor
33
Wärmetauschereinheit
heat exchanger unit
44
externes Leitungssystem
external piping system
55
Einrichtungen zur Kühlmittelzuführung
Coolant supply devices
66
Einrichtungen zur Energiezuführung
Energy supply devices
77
Gehäuse des Turboverdichters
Turbocompressor housing
88th
Dampfturbinengehäuse
steam turbine casings
99
Wärmetauscherflächen
heat exchanger surfaces
1010
Welle der Turbomaschine
Turbomachine shaft
11.111.1
erste Verdichtungsstufe
first compression stage
11.111.1
. . . , , ,
1111
.n Verdichtungsstufen
.n compression levels
1212
Einrichtungen zur Voraufheizung des Arbeitsfluids
Devices for preheating the working fluid
1313
Kondensataufheizer
Kondensataufheizer
1414
Direktkühler
direct cooler
1515
Regenerator
regenerator
16.116.1
. . . , , ,
1616
.n Turbinenstufen
.n turbine stages
1616
.n letzte Turbinenstufe
.n last turbine stage
1717
Kaskadenverdampfer
cascade evaporator
1818
Einrichtungen zum Auskoppeln eines für Kühlzwecke
vorgesehenen Teilmassestroms
Devices for decoupling a partial mass flow provided for cooling purposes
1919
für Kühlzwecke ausgekoppelter Teilmassestrom
Partial mass flow decoupled for cooling purposes
2020
Turbinenstufe zur Kondensation des ausgekoppelten
Teilmassestroms
Turbine stage for the condensation of the extracted partial mass flow
2121
Kondensator
capacitor
2222
Pumpe
pump
2323
Wasseraufbereitung
water treatment
2424
Generator
generator
2525
Anlaßmotor
Z1 Zustand des Arbeitsfluids nach dem
Kaskadenverdampfer starter motor
Z1 State of the working fluid after the cascade evaporator
1717
Z2 Zustand des Arbeitsfluids nach der ersten
Verdichtungsstufe
Z3 Zustand des Arbeitsfluids vor der zweiten
Verdichtungsstufe
Z4 Zustand des Arbeitsfluids nach der zweiten
Verdichtungsstufe
Z5 Zustand des Arbeitsfluids vor der dritten
Verdichtungsstufe
Z6 Zustand des Arbeitsfluids nach der dritten
Verdichtungsstufe
Z7 Zustand des Arbeitsfluids nach dem Direktkühler Z2 State of the working fluid after the first compression stage
Z3 State of the working fluid before the second compression stage
Z4 State of the working fluid after the second compression stage
Z5 State of the working fluid before the third compression stage
Z6 State of the working fluid after the third compression stage
Z7 State of the working fluid after the direct cooler
1414
beim Verlassen des Turboverdichters when leaving the turbo compressor
22
Z8 Zustand des Arbeitsfluids beim Eintritt in die Dampfturbine Z8 State of the working fluid when entering the steam turbine
11
Z9 Zustand des Arbeitsfluids vor der Turbinenstufe Z9 State of the working fluid before the turbine stage
16.116.1
Z10 Zustand des Arbeitsfluids nach der Turbinenstufe Z10 State of the working fluid after the turbine stage
16.116.1
Z11 Zustand des Arbeitsfluids vor der Turbinenstufe Z11 State of the working fluid before the turbine stage
16.216.2
Z12 Zustand des Arbeitsfluids nach der Turbinenstufe Z12 State of the working fluid after the turbine stage
16.216.2
Z13 Zustand des Arbeitsfluids nach dem Regenerator Z13 State of the working fluid after the regenerator
1515
Z14 Zustand des Arbeitsfluids nach der ersten Stufe des Kaskadenverdampfers Z14 state of the working fluid after the first stage of cascade evaporator
1717
Z15 Zustand des Arbeitsfluids nach der zweiten Stufe des Kaskadenverdampfers Z15 state of the working fluid after the second stage of cascade evaporator
1717
Z16 Zustand des ausgekoppelten Teils des Arbeitsfluids nach der Turbinenstufe Z16 State of the decoupled part of the working fluid the turbine stage
2020
Z17 Zustand des zu Kühlzwecken ausgekoppelten Teils des Arbeitsfluids nach dem Kondensator Z17 State of the part of the Working fluids after the condenser
2121
Z18 Zustand des zu Kühlzwecken ausgekoppelten Teils des Arbeitsfluids nach dem Kondensataufheizer Z18 State of the part of the coupled out for cooling purposes Working fluids after the condensate heater
1313
Z19 Zustand des zu Kühlzwecken ausgekoppelten Teils des Arbeitsfluids vor der zweiten Stufe des Kaskadenverdampfers Z19 State of the part of the Working fluids before the second stage of the cascade evaporator
1717
Z20 Zustand des zu Kühlzwecken ausgekoppelten Teils des Arbeitsfluids nach der zweiten Stufe des Kaskadenverdampfers Z20 State of the part of the coupled out for cooling purposes Working fluids after the second stage of the cascade evaporator
1717
Z21 Zustand des zu Kühlzwecken ausgekoppelten Teils des Arbeitsfluids vor der ersten Stufe des Kaskadenverdampfers Z21 State of the part of the coupled out for cooling purposes Working fluids before the first stage of the cascade evaporator
1717
Z22 Zustand des zu Kühlzwecken ausgekoppelten Teils des Arbeitsfluids nach der ersten Stufe des Kaskadenverdampfers Z22 State of the part of the coupled out for cooling purposes Working fluids after the first stage of the cascade evaporator
1717
E Energiefluß
W Wasser
D Dampf
R Regenerator
G Gas
L Verbrennungsluft
H Heizwärme
E energy flow
W water
D steam
R regenerator
G gas
L combustion air
H heating
Claims (28)
dadurch gekennzeichnet,
daß Arbeitsprozeß und Kraftprozeß direkt kreislaufmäßig mit dem Kühlprozeß verbunden wird,
daß der für die Kühlung benötigte Massestromanteil vom Gesamtmassestrom des Arbeitsfluids vor der ersten Verdichtungsstufe abgezweigt und kondensiert wird,
daß der kondensierte Masseteilstrom des Arbeitsfluids vollständig für Kühlzwecke im Entspannungsprozeß und für Zwecke der Kühlung und der thermischen Verdichtung im Verdichtungsprozeß genutzt wird und
daß der zu Zwecken der Kühlung eingesetzte Teilmassestrom des Arbeitsfluids unter Umgehung der jeweils vorgeschalteten Verdichtungsstufen dem Arbeitsfluid direkt zugeführt wird.1. steam power / work process with increased mechanical efficiency for the generation of electrical energy in the cycle process by using water in liquid and vapor form as a working fluid and coolant in the multi-stage relaxation process and in the associated multi-stage compression process,
characterized by
that the work process and the power process are directly connected to the cooling process,
that the mass flow fraction required for cooling is branched off and condensed from the total mass flow of the working fluid before the first compression stage,
that the condensed mass flow of the working fluid is fully used for cooling purposes in the expansion process and for cooling and thermal compression purposes in the compression process and
that the partial mass flow of the working fluid used for cooling purposes is supplied directly to the working fluid bypassing the upstream compression stages.
daß die Einrichtungen (5) zur Direktkühlung des Arbeitsfluids im Gehäuse (7) des Turboverdichters (2) integriert sind,
daß die Einrichtungen (6) zur direkten Energiezuführung zum Arbeitsfluid in das Dampfturbinengehäuse (8) integriert sind,
daß die höhere Druckverluste vermeidenden zusätzlichen externen Wärmetauschereinheiten (3) für die Kühlung und Erwärmung des Arbeitsfluids in einem gemeinsamen Kaskadenverdampfer (17) zwischen der Dampfturbine (1) und dem Turboverdichter (2) angeordnet sind. 19. Arrangement for carrying out the steam power / work process with increased mechanical efficiency by direct coupling of a multi-stage steam turbine ( 1 ) with a multi-stage turbocompressor ( 2 ) and arrangement of heat exchanger units ( 3 ) in the external line system ( 4 ) for the working fluid according to claim 1 , characterized,
that the devices ( 5 ) for direct cooling of the working fluid are integrated in the housing ( 7 ) of the turbocompressor ( 2 ),
that the devices ( 6 ) for direct energy supply to the working fluid are integrated in the steam turbine casing ( 8 ),
that the additional external heat exchanger units ( 3 ) avoiding the higher pressure losses for the cooling and heating of the working fluid are arranged in a common cascade evaporator ( 17 ) between the steam turbine ( 1 ) and the turbocompressor ( 2 ).
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|---|---|---|---|
| DE10055202A DE10055202A1 (en) | 2000-08-04 | 2000-11-07 | Electrical generation steam cycle with increased efficiency, branches off working fluid and condenses it for cooling during expansion process |
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|---|---|---|---|
| DE10038839 | 2000-08-04 | ||
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- 2000-11-07 DE DE10055202A patent/DE10055202A1/en not_active Withdrawn
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