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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage,
die den Wirkungsgrad der Turbinen der Anlage verbessern kann, indem
Wasserstoff gewonnen und elektrischer Strom in Antwort auf den Bedarf
davon erzeugt wird.
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Hintergrund
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Im
Allgemeinen sind Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlagen,
die so arbeiten, dass sie gleichzeitig elektrischen Strom erzeugen
und Wasserstoff gewinnen, bekannt (siehe unter anderem die japanische
Patentanmeldungs-Offenlegungsveröffentlichung
Nummer 2004-224661).
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Solch
eine bekannte Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage
wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wird
der Dampf, der von einem Dampfgenerator 1 eines Stromerzeugungssystems 22 erzeugt
wird, das typischerweise ein Siedewasserreaktor sein kann, an eine
Hochdruckturbine 24 über
eine Hauptdampfleitung 15 zugeführt, um die Hochdruckturbine 24 drehanzutreiben,
und dann wird er an eine Niederdruckturbine 26 geleitet,
um wiederum die Niederdruckturbine 26 drehanzutreiben,
um einen Generator 3 drehanzutreiben und elektrischen Strom
zu erzeugen.
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Der
Dampf, der in den Hochdruck- und Niederdruckturbinen 24, 26 Arbeit
verrichtet hat, wird durch einen Kondensator 3 zu flüssigem Wasser
zurück
kondensiert, und sein Druck wird durch eine Kondensatorpumpe 5 angehoben.
Dann wird das Wasser durch einen Niederdruck-Speisewasserheizer 6 aufgeheizt,
und sein Druck wird durch eine Speisewasserpumpe 7 weiter
angehoben. Danach wird das Wasser durch einen Hochdruck-Speisewasserheizer 2 aufgeheizt
und zu dem Dampfgenerator 1 durch eine Speisewasserleitung 18 zurückgeführt, um
einen Kreislauf zu bilden. In der tatsächlichen Anlage sind einige
Hochdruck-Speisewasserheizer 2, einige Kondensatorpumpen 5,
einige Niederdruck-Speisewasserheizer 6 und einige Speisewasserpumpen 7 angeordnet,
je nach der Größe der Anlage.
Die Speisewasserheizer 2, 6 sind strom auf und stromab
in Bezug auf die Speisewasserpumpen 7 angeordnet, um das
Speisewasser aufzuheizen.
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Der
Dampf, der aus der Hochdruckturbine 24 herauskommt, wird
teilweise in einen Zwischenwärmeaustauscher 8 über eine
Heizeinlassleitung 16 des Zwischenwärmeaustauschers 4 geleitet.
Während
der Zwischenwärmeaustauscher 8 arbeitet,
um Wärme
auszutauschen, wird Wärme über eine
Zwischenringleitung 19 übertragen.
Die Wärme
wird dann dazu verwendet, einen Reformer 9 zur Erzeugung
von Wasserstoff in einer Wasserstoffgewinnungsanlage 23 aufzuheizen.
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Andererseits
wird der Dampf, der zum Austauschen von Wärme in dem Zwischenwärmeaustauscher 8 verwendet
wird, zu einem Mischgas-Vorerhitzer 10 über eine Heizausgangsleitung 17 des
Zwischenwärmeaustauschers 8 geleitet.
Er wird dann verwendet, um Wärme
in dem Mischgas-Vorerhitzer 10 auszutauschen, und danach
wird er zu der Niederdruckturbine 26, um die Niederdruckturbine 26 antreiben,
zusammen mit dem Dampf geleitet, der direkt von der Hochdruckturbine 24 übertragen
wird.
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In
der Wasserstoffgewinnungsanlage 23 wird das Rohmaterial
(Mischgas aus Methanol, Ethanol oder Dimethylether und Dampf) durch
den Mischgas-Vorerhitzer 10 aufgeheizt und verarbeitet,
um Wasserstoff durch den Reformer 9 zu erzeugen. Da das
in dem Reformer 9 erzeugte Gas gasförmige Substanzen außer Wasserstoff
enthält,
wird nur Wasserstoff durch einen Wasserstoffseparator 14 abgetrennt.
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In
der oben beschriebenen, bekannten Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage
wird die Wärme
des Dampfes, der durch den Dampfgenerator 1 des Stromgeneratorsystems erzeugt
wird, an die Zwischenringleitung 19 über den Zwischenwärmeaustauscher 8 übertragen.
Wenn der Reformer 9 der Wasserstoffgewinnungsanlage 23 über die
Zwischenringleitung 19 aufgeheizt wird, ist es notwendig,
die Wärme
in dem Reformer 9 wirkungsvoll zu übertragen, um den Dampf soviel
wie möglich
für die
Stromerzeugung auszunutzen. Zu diesem Zweck ist es effektiv, Wasser,
das eine große spezifische
Wärme hat,
als thermisches Medium für die
Zwischenringleitung 19 zu benutzen, und die Wärme auszunutzen,
die erzeugt wird, wenn dieses Wasser kondensiert wird.
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Wenn
die thermische Leitfähigkeit
des gesättigten
Dampfes und die des überhitzten
Dampfes bei 250°C
verglichen werden, ist beispielsweise die Wärmemenge, die erzeugt wird,
wenn 1 kg ge sättigter Dampf
kondensiert wird, gleich 1,715 kJ, während die Wärmemenge, die von 1 kg von überhitztem
Dampf als Resultat einer Temperaturänderung erzeugt wird, nur etwa
1,340 kJ ist, wenn die Temperaturänderung ein sehr großer Temperaturabfall
von 800°C
auf 250°C
ist.
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Das
Aufsammeln von Abfallwärme
wird jedoch bei bekannten Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlagen
nicht ausreichend berücksichtigt.
Während
einige bekannte Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlagen
mit Wärmemedium-Umwälzmitteln
ausgerüstet sind,
steht bisher kein bewährtes,
spezifisches Mittel zum Zwecke der Übertragung von Wärme zur
Verfügung.
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Wenn
der Dampf, der in der Dampferzeugungsanlage erzeugt wird, ein gesättigter
Dampf ist, wie es im Falle von Leichtwasser-Nuklearreaktoren (die
Siedewasserreaktoren und Druckwasserreaktoren umfassen) der Fall
ist, die in kommerziellen Nuklear-Stromerzeugungsanlagen verwendet
werden, und wenn er zum Aufheizen des Zwischenwärmeaustausches verwendet wird,
wird der Dampf ausnahmslos kondensiert, so dass er zu flüssigem Wasser
wird.
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In
bekannten Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlagen
wird jedoch das durch die Kondensation in den Zwischenwärmeaustauschern
erzeugte Wasser nicht zweckmäßig in Betracht
gezogen, und die Wärmeauslassleitungen
der Zwischenwärmeaustauscher
sind mit den jeweiligen Turbineneinlässen verbunden. Mit dieser
Anordnung wird das Wasser, das durch Kondensation in den Zwischenwärmeaustauschern
erzeugt wird, gezwungen, in die Turbinen zu fließen, um folglich zu Problemen Anlass
zu geben, die einen verminderten Betriebswirkungsgrad der Turbinen
und eine Erosion der internen Strukturen der Turbinen einschließen.
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Zusätzlich,
wenn der in der Dampferzeugungsanlage erzeugte Dampf ein überhitzter
Dampf ist, wie es in dem Fall von Schnellbrüter-Reaktoren und gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren
und selbst im Fall von Boilern von thermischen Leistungsanlagen
der Fall ist, die auch einen überhitzten Dampf
erzeugen, ist es wirkungsvoll, die Wärme, die als Ergebnis der Kondensation
in den Zwischenwärmeaustauschern
erzeugt wird, wenn der Dampf von der Stromerzeugung verwendet wird,
soviel wie möglich
auszunutzen. In solchen Situationen wird wiederum flüssiges Wasser
durch Kondensation erzeugt, was folglich zu Problemen Anlass gibt,
die einen verminderten Betriebswirkungsgrad der Turbinen und die
Erosion der internen Strukturen der Turbinen einschließen, wenn
das durch die Kondensation erzeugte Wasser in die Turbinen eingeleitet
wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
Hinblick auf die oben aufgezeigten Probleme ist es daher eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage
bereitzustellen, die die Wärme
des Dampfes, der in der Dampferzeugungsanlage des Stromgeneratorsystems
davon erzeugt wird, effektiv an den Reformer der Wasserstoffgewinnungsanlage übertragen
kann und die das kondensierte Wasser, das durch Kondensation des
Dampfes, der zum Aufheizen des Zwischenwärmeaustauschers verwendet wird,
geeignet verarbeiten kann, um den Abfall des Betriebswirkungsgrades
der Turbinen und die Erosion der internen Strukturen der Turbine
zu unterdrücken.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Anlage gemäß dem Patentanspruch 1 oder
dem Patentanspruch 7 gelöst.
Die Unteransprüche
sind auf vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anlage gerichtet.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage
bereitgestellt, die aufweist: eine Dampferzeugungsanlage, eine Turbine zur
Erzeugung von elektrischem Strom unter Verwendung von Dampf, der
durch die Dampferzeugungsanlage erzeugt worden ist, einen Kondensator zum
Kondensieren des von der Turbine abgegebenen Dampfes, eine Speisewasserpumpe
zum Umwälzen
des kondensierten Wassers, das durch den Kondensator kondensiert
worden ist, an die Dampferzeugungsanlage, einen Speisewassererhitzer,
der stromauf in Bezug auf die Speisewasserpumpe angeordnet ist,
um das Speisewasser aufzuheizen, einen Reformer zur Erzeugung von
Formierungsgas, das Wasserstoff enthält, durch Verarbeitung von Menthol,
Ethanol oder Dimethylether unter Verwendung von Dampf, einen Wasserstoffseparator
zum Abtrennen von hochreinem Wasserstoff von dem erzeugten Formierungsgas,
eine Zwischenringleitung zum Umwälzen
eines thermischen Mediums, um die durch die Dampferzeugungsanlage
erzeugte Wärme an
den Reformer zuzuführen,
einen Zwischenwärmeaustauscher
zum Übertragen
der Wärme
des Dampfes auf die Zwischenringleitung, eine Heizeinlassleitung
des Zwischenwärmeaustauschers,
die mit dem Heizeinlass des Zwischenwärmeaustauschers verbunden ist,
um Dampf von der Dampferzeugungsanlage zuzuführen, und eine Wärmeauslassleitung
des Zwischenwärmeaustauschers,
die mit dem Wärmeauslass
des Zwischenwärmeaustauschers
und dem Speisewassererhitzer verbunden ist, um das Speisewasser
zu erhitzen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage
bereitgestellt, die aufweist: eine Stromerzeugungsanlage, eine Turbine
zur Erzeugung von elektrischem Strom unter Verwendung des von der
Stromerzeugungsanlage erzeugten Dampfes, einen Kondensator zum Kondensieren
des von der Turbine ausgestoßenen Dampfes,
eine Speisewasserpumpe zum Umwälzen des
kondensierten Wassers, das von dem Kondensator kondensiert worden
ist, an die Dampferzeugungsanlage, einen Speisewassererhitzer, der
in Bezug auf die Speisewasserpumpe stromauf angeordnet ist, um das
Speisewasser zu erhitzen, einen Reformer zur Erzeugung eines Mischgases,
das Wasserstoff enthält,
durch Verarbeitung von Methanol, Ethanol oder Dimethylether unter
Verwendung von Dampf, einen Wasserstoffseparator zum Abtrennen von
hochreinem Wasserstoff aus dem erzeugten Mischgas, eine Haupt-Zweigleitung
zum Abzweigen von einem Teil des in die Turbine eingeführten Dampfes
und zum Umwälzen
des Teiles des Dampfes, um ihn zu dem Reformer zuzuführen, und
eine Wärmeauslassleitung,
die mit dem Wärmeauslass
des Reformers und dem Speisewassererhitzer verbunden ist, um das
Speisewasser zu erhitzen.
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Mit
einer Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung
ist es somit möglich,
den Abfall des Betriebswirkungsgrades der Turbinen und die Erosion der
internen Struktur der Turbine dadurch zu unterdrücken, dass die Wärme des
Dampfes, der in der Dampferzeugungsanlage des elektrischen Stromgeneratorsystems
davon erzeugt wird, an den Reformer der Wasserstoffgewinnungsanlage übertragen
wird, und dass das kondensierte Wasser ordnungsgemäß verarbeitet
wird, das durch Kondensieren des Dampfes, der zum Aufheizen des
Zwischenwärmeaustauschers
verwendet wird, erzeugt wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels
der Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage gemäß der Erfindung,
das die Anordnung derselben zeigt;
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage gemäß der Erfindung,
das die Anordnung derselben zeigt;
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels
der Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage gemäß der Erfindung,
das die Anordnung derselben zeigt;
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4 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels
der Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage gemäß der Erfindung,
das die Anordnung derselben zeigt; und
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5 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer bekannten Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage,
die die Anordnung derselben zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Nun
werden Ausführungsbeispiele
der Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung in größerem Detail
durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In den Zeichnungen werden die Komponenten, die gleich
oder zueinander ähnlich
sind, durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und sie
werden nicht weiter beschrieben.
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels
der Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage gemäß der Erfindung,
das die Anordnung derselben zeigt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird ein Siedewasserreaktor als Dampfgenerator 1 des elektrischen
Stromgeneratorsystems 22 verwendet. Der von dem Dampfgenerator 1 erzeugte
Dampf wird an eine Hochdruckturbine 24 über eine Haupt-Dampfleitung 15 zugeführt, um
die Hochdruckturbine 24 zum Rotieren anzutreiben. Nach
dem Antreiben der Hochdruckturbine 24 zum Rotieren wird
der Dampf dann zu einer Niederdruckturbine 26 geleitet,
um wiederum die Niederdruckturbine 26 anzutreiben. Die
Welle der Hochdruckturbine 24 und die der Niederdruckturbine 26 sind
direkt an die Welle des Generators 3 angelenkt, so dass
der Generator 3 zum Erzeugen von elektrischem Strom drehangetrieben
wird.
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Der
Dampf, der in den Hochdruck- und Niederdruckturbinen 24, 26 Arbeit
geleistet hat, wird an einen Kondensator 4 übertragen
und durch einen Kondensator 4 zu flüssigem Wasser zurück kondensiert.
Der Druck des kondensierten Wassers wird durch die Kondensatorpumpe 5 angehoben.
Sodann wird das Wasser durch einen Niederdruck-Speisewassererhitzer 6 erhitzt,
und sein Druck wird durch eine Speisewasserpumpe 7 weiter
angehoben. Danach wird das Wasser durch einen Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 aufgeheizt
und zu der Stromerzeugungsanlage 1 über eine Speisewasserleitung 18 zurückgeführt, um
einen Kreislauf zu bilden. In einer tatsächlichen Anlage werden einige
Hochdruck-Speisewassererhitzer 2, einige Kondensatorpumpen 5 und
einige Niederdruck-Speisewassererhitzer 6 und einige Speisewasserpumpen 7 angeordnet
je nach der Größe der Anlage.
Die Speisewassererhitzer 2, 6 sind stromauf und
stromab in Bezug auf die Speisewasserpumpe 7 angeordnet,
um das Speisewasser zu erhitzen.
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Der
Dampf, der durch den Dampfgenerator 1 erzeugt wird, wird
teilweise von der Hauptdampfleitung 15 durch Betätigung eines
Transferventils, einen Umschaltventils oder dergleichen, wenn erforderlich, abgezweigt
und an den Zwischenwärmeaustauscher 8 über eine
Heizeinlassleitung 16 des Zwischenwärmeaustauschers 8 übertragen.
Während
der Zwischenwärmeaustauscher 8 arbeitet,
um die Wärme auszutauschen,
wird das Wasser in der Zwischenringleitung 19 in gesättigten
Dampf umgesetzt. Die Heizauslassleitung 17 des Zwischenwärmeaustauschers 8 ist
mit einem Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 in dem elektrischen
Stromgeneratorsystem 22 verbunden. Das Wasser, das in dem
Zwischenwärmeaustauscher 8 kondensiert
wird, oder die Mischungen des kondensierten Wassers mit unkondensiertem
Dampf wird an den Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 übertragen
und verwendet, um das Speisewasser aufzuheizen. Alternativ kann
eine solche Anordnung getroffen werden, dass die Heizauslassleitung 17 des
Zwischenwärmeaustauschers 8 mit
einem Niederdruck-Speisewassererhitzer 6 verbunden ist,
wenn ein Übertragungsventil,
ein Schaltventil oder dergleichen entsprechend der Temperatur des von
ihm abgelassenen Dampfes betätigt
wird. Es kann überflüssig sein,
zu sagen, dass die Heizauslassleitung 17 nur mit dem Niederdruck-Speisewassererhitzer 6 oder
dem Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 verbunden
sein kann. Ferner ist es je nach der Anlage ebenfalls möglich, eine
Pumpe 41 an der Heizauslassleitung 17 des Zwischenwärmeaustauschers 8 anzuordnen
und das Wasser, das in dem Zwischenwärmeaustauscher 8 kondensiert
wird oder die Mischungen des kondensierten Wassers und des unkondensierten
Dampfes an den Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 unter
hohem Druck zu übertragen.
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In
der oben beschriebenen Zwischenringleitung 19 wird der
von dem Zwischenwärmeaustauscher 8 erzeugte
Dampf an einen Reformer 9 übertragen. Formierungsgas,
das Wasserstoff und Kohlendioxid als hauptsächliche Bestandteile enthält, wird
aus einer Mischung von Methanol, Ethanol oder Dimethylether und
Dampf in dem Reformer 9 vorbereitet. Da diese chemische
Reaktion eine endothermische Reaktion ist, muss Wärme von
außen
zugeführt
werden, um zu bewirken, dass die Reaktion kontinuierlich stattfindet.
Wärme kann
durch Kondensieren des Dampfes, der von dem Zwischenwärmeaustauscher 8 übertragen
wird, zugeführt
werden.
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Ein
Mischgas-Vorerhitzer 10 ist an der Auslassseite des Reformers 9 der
Zwischenringleitung 19 angeordnet. Der Mischgas-Vorerhitzer 10 ist
so ausgelegt, dass er die Abfallwärme des Wassers, das durch
den Reformer 9 kondensiert wird oder der Mischung des kondensierten
Wassers und des unkondensierten Dampfes als Wärmequelle für das Mischgas aus Methanol,
Ethanol oder Dimethylether und Dampf verwendet, das als Rohmaterialgas
verwendet werden soll. Das Wasser, das durch die Kondensation erzeugt
wird und das in dem Mischgas-Vorerhitzer 10 abgekühlt wird,
wird in einem Auffangtank 11 gesammelt und dann zu dem
Zwischenwärmeaustauscher 8 über eine
Umwälzpumpe 12 zurück umgewälzt, sodass
es wiederum in gesättigten
Dampf umgewandelt wird.
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In
der Wasserstoffgewinnungsanlage 23 des Ausführungsbeispiels,
das die oben beschriebene Anordnung hat, wird das Mischgas aus dem
Rohmaterial aus Methanol, Ethanol oder Dimethylether und Dampf von
einer Rohmaterialzufuhreinrichtung 13 an den Reformer über den
Mischgas-Vorerhitzer 10 übertragen. Das Mischgas wird
dann aufgeheizt und einer chemischen Reaktion unterworfen, die den
Effekt eines Katalysators in dem Reformer 9 ausnutzt, um
ein Formierungsgas zu erzeugen, das Wasserstoff und Kohlendioxid
als die zwei hauptsächlichen Bestandteile
enthält.
Auf diese Weise ist es möglich, hochreinen
Wasserstoff zu erzeugen, da nur Wasserstoff durch einen Wasserstoffseparator 14 aus
dem erzeugten Formierungsgas extrahiert wird.
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So
wird mit diesem Ausführungsbeispiel
der von dem Dampfgenerator 1 erzeugte Dampf durch den Zwischenwärmeaustauscher 8 zum
Aufheizen genutzt, und das kondensierte Wasser wird an den Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 zugeführt und
als Wärmequelle
von dem Letzteren benutzt, so dass es möglich ist, den Abfall des Betriebswirkungsgrades der
Turbinen und die Erosion der internen Strukturen der Turbinen aufgrund
des Zuflusses von kondensiertem Wasser in die Turbinen beachtlich
zu unterdrücken.
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Da
der Zwischenwärmeaustauscher 8 so ausgelegt
ist, dass er die latente Wärme
ausnutzt, die durch eine Phasenänderung
von Dampf (Gas) zu Wasser (Flüssigkeit)
erzeugt wird, ist es möglich,
die Flussrate des Dampfes, der zum Beheizen des Zwischenwärmeaustauschers 8 abge zweigt
wird, auf ein Minimum herabzusetzen und die Flussrate des Dampfes,
der der Hochdruckturbine 24 zum Zwecke der elektrischen
Stromerzeugung zugeführt
wird, auf ein Maximum zu erhöhen.
Zusätzlich,
da die latente Wärme,
die durch eine Phasenänderung
einer Substanz von Dampf zu flüssigem
Wasser oder umgekehrt erzeugt wird, in der Zwischenringleitung 19 ausgenutzt
wird, ist es möglich,
die von dem Zwischenwärmeaustauscher 8 aufgesammelte
Wärme durch die Übertragung
von Kondensationswärme
wirkungsvoll auf den Reformer 9 zu übertragen.
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Auf
diese Weise wird die Wärme
des Dampfes, der durch den Dampfgenerator 1 erzeugt wird, der
ein Siedewasserreaktor ist, mit Hilfe der Zwischenringleitung 19 wirkungsvoll
auf den Reformer 9 der Wasserstoffgewinnungsanlage 23 übertragen, und
das kondensierte Wasser, das als Ergebnis einer Ausnutzung des Dampfes
durch den Zwischenwärmeaustauscher 8 erzeugt
wird, wird an den Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 zugeführt, so
dass es möglich
ist, den Abfall des Betriebswirkungsgrades der Turbinen und die
Erosion der internen Strukturen der Turbinen aufgrund des Zuflusses
von kondensiertem Wasser in die Turbinen beachtlich zu unterdrücken.
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage gemäß der Erfindung,
dass die Anordnung derselben zeigt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird ein superkritischer, wassergekühlter Reaktor als Dampfgenerator 1 des
elektrischen Stromgeneratorsystems 22 statt dem Siedewasserreaktor
des ersten Ausführungsbeispiels
verwendet. Die Komponenten des zweiten Ausführungsbeispiels, die die gleichen
oder ähnlich
zu denen des ersten Ausführungsbeispiels sind,
werden respektive durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und
sie werden nicht weiter beschrieben.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist ein superkritischer, wassergekühlter Reaktor als Dampfgenerator 1 des
elektrischen Stromgeneratorsystems 22 installiert. Der
Dampf in einem superkritischen Druckzustand, der durch den Dampfgenerator 1 erzeugt wird,
wird an die Hochdruckturbine 24 geliefert und treibt die
Letztere zum Rotieren an. Nach dem Antreiben der Hochdruckturbine 24 zum
Rotieren treibt der Dampf des weiteren eine Zwischendruckturbine 25 und
dann die Niederdruckturbine 26 an, um elektrischen Strom
mit Hilfe des Generators 3 zu erzeugen. Der Dampf, der
in der Hochdruck-, Zwischendruck- und Niederdruckturbinen 24, 25, 26 Arbeitet
verrichtet hat, wird an einen Kondensator 4 übertragen
und zu Wasser zurück
kondensiert.
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Danach
wird das Wasser durch eine Kondensatorgruppe 5 über einen
Niederdruck-Speisewassererhitzer 6 aufgeheizt,
so dass es heiß wird, und
es wird an den Dampfgenerator 1 durch eine Speisewasserpumpe 7 über einen
eine Entlüftungseinrichtung 27 zurückgeführt, so
dass es einen Kreislauf bildet.
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Der
Dampf wird zwischen der Hochdruckturbine 24 und der Zwischendruckturbine 25 teilweise abgezweigt
und an einen Zwischenwärmeaustauscher 8 übertragen.
Es ist jedoch zu beachten, dass der Dampf stromab von der Hochdruckturbine 24 oder
von irgendeiner der Stufen der Hochdruckturbine 24 abgezweigt
werden kann. Die Heizauslassleitung 17 des Zwischenwärmeaustauschers 8 ist
mit einem Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 des elektrischen
Stromgeneratorsystems 22 verbunden. Ein Teil oder die Gesamtheit
des Dampfes, der in dem Zwischenwärmeaustauscher 8 zum
Austauschen von Wärme
verwendet wird, wird kondensiert und an dem Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 übertragen, so
dass er zum Aufheizen von Speisewasser verwendet wird. Es ist zu
beachten, dass die Heizauslassleitung 17 des Zwischenwärmeaustauschers 8 mit
der Entlüftungseinrichtung 24 oder
dem Niederdruck-Speisewassererhitzer 6 verbunden sein kann, wenn
dies entsprechend dem Dampfdruck und/oder der Temperatur notwendig
ist.
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Auf
diese Weise wird die Wärme
des Dampfes, der von dem Dampfgenerator 1 erzeugt wird,
der ein superkritischer, wassergekühlter Reaktor ist, mit Hilfe
der Zwischenringleitung 19 wirkungsvoll an den Reformer 9 der
Wasserstoffgewinnungsanlage 23 übertragen, und das kondensierte
Wasser, das als Ergebnis der Ausnutzung des Dampfes durch den Zwischenwärmeaustauscher 8 erzeugt
wird, wird an den Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 zugeführt, so dass
es möglich
ist, den Abfall des Betriebswirkungsgrades der Turbinen und die
Erosion der internen Strukturen der Turbinen aufgrund des Einfließens von
kondensiertem Wasser in die Turbinen beachtlich zu unterdrücken.
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels
der Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage gemäß der Erfindung,
das die Anordnung derselben zeigt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird ein Druckwasserreaktor als Dampfgenerator 1 des elektrischen
Stromgeneratorsystems 22 statt des Siedewasserreaktors
des ersten Ausführungsbeispiels
verwendet. Die Komponenten des dritten Ausführungsbeispiels, die gleich
oder ähnlich
zu denen des ersten Ausführungsbeispiels
sind, werden respektive durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet,
und sie werden nicht weiter beschrieben.
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Wie
in 3 gezeigt ist, sind der Dampfgenerator und der
Nuklearreaktor-Druckkessel als Dampfgenerator 1 des elektrischen
Stromgeneratorsystems 22 installiert. Der von dem Siedewasserreaktor
des ersten Ausführungsbeispiels
und dem superkritischen, wassergekühlten Reaktor des zweiten Ausführungsbeispiels
erzeugte Dampf enthält
eine oder mehr als eine radioaktive Substanz. Andererseits enthält der von
dem Dampfgenerator des dritten Ausführungsbeispiels erzeuge Dampf
keinerlei radioaktive Substanz. Daher ist eine Zwischenringleitung 19 so
angeordnet, dass radioaktive Substanzen nicht in die Wasserstoffgewinnungsanlage 23 einfließen können, wenn
Wärme an
den Reformer 9 in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen übertragen wird.
Solch eine Zwischenringleitung 19 ist jedoch nicht erforderlich,
wenn der Dampfgenerator als Dampfgenerator 1 verwendet
wird.
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Der
oben erwähnte
Nuklearreaktor-Druckkessel 28 und der Dampfgenerator 1 sind
miteinander durch einen kalten Zweig 40, durch den kaltes Wasser
fließt,
im Vergleich mit einem heißen
Zweig 29, durch den heißes Wasser fließt, verbunden,
um einen Kreislauf zu bilden. Das Wasser in dem Kreislauf wird unter
Druck gesetzt, so dass es nicht siedet, und es wird zwangsweise
durch eine primäre
Kühlmittel-Kreislaufpumpe 31 umgewälzt, so
dass die von dem Nuklearreaktor-Druckkessel 28 erzeugte
Wärme an
den Dampfgenerator 1 übertragen
wird.
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Der
Dampf, der durch den Dampfgenerator 1 erzeugt wird, wird
teilweise von der Haupt-Dampfleitung 15 durch
Betätigung
eines Ventils, wenn erforderlich, abgezweigt und an den Reformer 9 der
Wasserstoffgewinnungsanlage 23 über die Haupt-Dampfzweigleitung 15a übertragen.
Ein Mischgas-Vorerhitzer 10 ist an der Auslassseite des
Reformers 9 angeordnet. Der Mischgas-Vorerhitzer 10 ist
so ausgelegt, dass er die Abfallwärme des Wassers, das von dem Reformer 9 kondensiert
wird, oder der Mischung des kondensierten Wassers und des unkondensierten Dampfes
als Wärmequelle
für das
Mischgas aus Methanol, Ethanol oder Dimethylether und Dampf verwendet,
das als Rohmaterialgas verwendet werden soll.
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Die
Heizauslassleitung 17a des Mischgas-Vorerhitzers 10 ist
mit dem Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 verbunden,
der das ihm zugeführte Wasser
erhitzt, wobei er die Wärme
des durch den Mischgas-Vorerhitzer 10 kondensierten Wassers ausnutzt.
Es ist zu beachten, dass die Heizausgangsleitung 17a des
Mischgas-Vorerhitzers 10 mit der Entlüftungseinrichtung 27 oder
dem Niederdruck-Speisewassererhitzer 6 verbunden sein kann, wenn
dies entsprechend dem Dampfdruck und/oder der Temperatur erforderlich
ist.
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Der
Dampfgenerator eines Schnellbrüter-Reaktors
oder der eines gasgekühlten
Hochtemperaturreaktors kann als Dampfgenerator installiert sein.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird somit die Wärme
des Dampfes, der durch den Dampfgenerator 1 erzeugt wird,
der ein Dampfgenerator eines Druckwasserreaktors ist, wirkungsvoll
an den Reformer 9 übertragen,
und das kondensierte Wasser wird an den Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 zugeführt, so
dass es möglich
ist, den Abfall des Betriebswirkungsgrads der Turbinen und die Erosion
der internen Strukturen der Turbinen aufgrund des Zuflusses von
kondensiertem Wasser in die Turbinen beachtlich zu unterdrücken.
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Da
der Reformer 9 so ausgelegt ist, dass er die latente Wärme, die
durch einen Phasenübergang von
Dampf zu Wasser erzeugt wird, ausnutzt, ist es zusätzlich möglich, die
Flussrate des Dampfes, der zum Aufheizen des Reformers 9 abgezweigt
wird, auf ein Minimum herabzusetzen und die Flussrate des Dampfes,
der der Hochdruckturbine 24 zum Zwecke der elektrischen
Stromerzeugung zugeführt
wird, auf ein Maximum heraufzusetzen.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird die Wärme des Dampfes, der von dem
Dampfgenerator 1 der elektrischen Stromgeneratoranlage 22 erzeugt
wird, wirkungsvoll an den Reformer 9 der Wasserstoffgewinnungsanlage 23 übertragen,
und der Reformer 9 verarbeitet den Dampf ordnungsgemäß, der zu
dem Zwecke der Aufheizung verwendet wird, so dass es möglich ist,
den Abfall des Betriebswirkungsgrades der Turbinen und die Erosion
der internen Strukturen der Turbinen aufgrund des Zuflusses von
kondensiertem Wasser in die Turbinen beachtlich zu unterdrücken.
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4 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels
der Stromgenerator/Wasserstoffgewinnungs-Kombinationsanlage gemäß der Erfindung,
dass die Anordnung derselben zeigt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird ein thermischer Leistungsboiler als Dampfgenerator 1 des elektrischen
Stromgeneratorsystems 22 des ersten Ausführungsbeispiels
angeordnet. Die Komponenten des vierten Ausführungsbeispiels, die gleich
oder ähnlich
zu denen des ersten Ausfüh rungsbeispiels sind,
werden respektive durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und
sie werden nicht weiter beschrieben.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist ein thermischer Leistungsboiler
als Dampfgenerator 1 des elektrischen Stromgeneratorsystems 22 installiert.
Wiederum ist keine Zwischenringleitung in diesem Ausführungsbeispiel
erforderlich, da der durch den thermischen Leistungsboiler erzeugte
Dampf keine radioaktive Substanz enthält.
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Ein
Teil des Dampfes, der von der Hochdruckturbine 24 an die
Zwischendruckturbine 25 übertragen wird, wird abgezweigt
und an den Reformer 9 der Wasserstoffgewinnungsanlage 23 übertragen,
so dass er für
den Wärmeaustausch
genutzt werden kann. Ein Mischgas-Vorerhitzer 10 ist an
der Auslassseite des Reformers 9 angeordnet.
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Die
Wärme des
Wassers, das durch den Reformer 9 kondensiert wird oder
die der Mischung des kondensierten Wassers und des unkondensierten Dampfes
wird als Wärmequelle
für das
Mischgas aus Methanol, Ethanol oder Dimethylether und Dampf verwendet,
das als Rohmaterialgas verwendet werden soll.
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Die
Heizauslassleitung 17a des Mischgas-Vorerhitzers 10 ist
mit einem Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 verbunden,
so dass das Speisewasser durch die Wärme des Wassers, das durch den
Mischgas-Vorerhitzer 10 kondensiert wird, aufgeheizt wird.
Die Heizausgangsleitung 17a des Mischgas-Vorerhitzers 10 kann
mit einer Entlüftungseinrichtung 27 oder
mit einem Niederdruck-Speisewassererhitzer 6 über ein
Ventil verbunden sein, wenn dies gemäß dem Dampfdruck und/oder der Temperatur
erforderlich ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird somit die Wärme
des Dampfes, der von dem Dampfgenerator 1 erzeugt wird,
der ein thermischer Leistungsboiler ist, wirksam an den Reformer 9 der
Wasserstoffgewinnungsanlage 23 durch die Zwischenringleitung 19 übertragen,
und das Wasser, das als Ergebnis der Ausnutzung des Zwischenwärmeaustauschers 8 zu
dem Zweck der Aufheizung kondensiert wird, wird an den Hochdruck-Speisewassererhitzer 2 geliefert,
so dass es möglich
ist, den Abfall des Betriebswirkungsgrades der Turbinen und die
Erosion der internen Strukturen der Turbinen beachtlich zu unterdrücken.
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Die
vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf die oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt, die
in verschiedenen, unterschiedlichen Art und Weisen modifiziert werden
können,
ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann eine Kohleanlage als Dampfgenerator verwendet
werden.