DE102006057448A1 - Verfahren zur Erhöhung von Leistung und Wirkungsgrad im ORC-Kraftwerksprozess - Google Patents

Verfahren zur Erhöhung von Leistung und Wirkungsgrad im ORC-Kraftwerksprozess Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung von Wirkungsgrad und Leistung in ORC-Kraftwerken, welche von mindestens zwei Wärmequellen gespeist werden, wobei eine Wärmequelle im Temperaturbereich unter 320°C liegt und die zweite Wärmequelle normalerweise im Temperaturbereich zwischen 320-600°C. Gemäß der Erfindung wird das ORC-Treibmittel (Kohlenwasserstoffe, Ammoniak oder Chlorkohlenwasserstoffe) im Wesentlichen mit der Niedertemperatur-Wärmequelle verdampft, um dann mittels der Mitteltemperatur-Wärmequelle und in besonderen Fällen eine Hochtemperatur-Wärmequelle überhitzt zu werden. Durch eine besondere Aufteilung der Überhitzer-Heizfläche und Nachschaltung eines Durchlauf-Wärmetauschers können die Wärmetauscherflächen so optimiert beaufschlagt werden, dass der ORC-Turbogeneratur mit einer Wirkungserhöhung von 9-13% auf 16-20% betrieben werden kann.

Description

  • Der Begriff ORC steht für Organic-Rankine-Cycle-Prozess wobei es sich hier um einen Kraftwerksprozeß handelt, welcher anstelle von Wasserdampf niedrig siedende CnHm-Dämpfe nutzt, um auch sogenannte Niedertemperatur-Wärme zu verstromen.
  • Unter Niedertemperatur-Wärme (NT-Wärme) wird in der Regel Wärme oder Abwärme verstanden, welche im Temperaturniveau unterhalb von 280-300°C liegt.
  • Unter Mitteltemperatur-Wärme (MT-Wärme) wird im Kraftwerksbau das Temperaturniveau zwischen 320-ca. 600°C verstanden; – oberhalb dieses Temperaturniveaus liegt der Bereich der sogenannten Hochtemperatur-Abwärme:
    Potentialbegriffe, welche verwendet werden, wenn sogenannte Abhitze-Kraftwerke konzipiert werden.
  • Kraftwerke, welche Niedertemperaturwärme verstromen, haben aufgrund des niedrigen Enthalpie-Gefälles niedrige Wirkungsgrade:
    Das Verhältnis von Investitionskosten und Ausbeute an elektrischen Strom erreicht häufig nicht die Grenzen der Wirtschaftlichkeit.
  • Das gilt auch dann, wenn z.B. in chemischen, metallurgischen oder verfahrenstechnischen Prozessen (beispielhaft die Zementindustrie) mehrere Abwärmequellen – mit unterschiedlichem Temperaturniveau zur Verfügung stehen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit welchem sowohl die Leistung wie auch der Wirkungsgrad des ORC-Kaftwerksprozesses erheblich gesteigert wird und zwar durch Erzeugung von CnHm-Dämpfen, welche ohne Zwischenschaltung eines Wärmeträger-Mediums (z.B. Thermoöl) sowohl mittels Niedertemperatur – wie auch – additiv – durch Mitteltemperatur-Abwärme aus den vorgenannten chemischen, metallurgischen oder verfahrenstechnischen Anlagen erzeugt werden; wobei die CnHm-Dämpfe im Bereich der Mitteltemperatur-Abwärme zusätzlich überhitzt werden.
  • Dem Stande der Technik entsprechend wird Niedertemperatur-Wärme, – wie diese in steigendem Maße z.B. in geothermischen Kraftwerken genutzt wird, – mittels dem sogenannten ORC-Kraftwerksprozeß verstromt: Bei Thermalwassertemperaturen von 100-165°C werden jedoch nur Wirkungsgrade von 9-13%, max. 14% erreicht.
  • Steht für eine ORC-Kraftwerksanlage neben der NT-Wärme auch MT-Wärme zur Verfügung, wird diese – dem Stande der Technik entsprechend – mittels eines Trägermediums (in der Regel Thermoöl) ausgekoppelt und in den ORC-Verdampfer eingekoppelt.
  • Die Leistung des ORC-Kraftwerkes wird entsprechend erhöht, – der Wirkungsgrad der Anlage verbleibt jedoch auf dem vorgenannten niedrigen Niveau, da die in der Regel größere NT-Wärmemenge die Höhe des verstrombaren Energiegefälles bestimmt.
  • Durch Zwischenschaltung der Thermoöl-Wärmeauskoppelung kann das mögliche Temperaturgefälle aus dem MT-Wärmeangebot nicht optimal genutzt werden:
    Für den ORC-Prozess geht nutzbare Wärme verloren.
  • Alternativ zu dieser Wärmeauskoppelung mittels Thermoöl kommen gem. 4 im MT-Bereich auch konventionelle Abhitze-Dampfkessel (6) zum Einsatz, welchen eine separate Dampf-Turbine (14) zugeordnet ist.
  • Auch mit dieser Variante werden in der Regel keine höheren Kraftwerksleistungen oder höhere Wirkungsgrade erreicht.
  • 4 zeigt – dem Stand der Technik entsprechend – beispielhaft die Schaltung eines solchen geothermischen ORC-Kraftwerkes in Kombination mit einer Gasturbine.
  • Der Brennkammer (2) der Gasturbine (1) ist der Luftverdichter (3) vorgeschaltet: Auf gleicher Welle (5) ist der stromerzeugende Generator (4) angeordnet.
  • Der Abhitzekssel (6) wird durch das Turbinenabgas (7) beheizt, – der erzeugte Dampf wird der Wasserdampf-Turbine (14) zugeführt, welche in diesem Beispiel auf der gemeinsamen ORC-Turbo (8) – Generator (9) – Welle (15) sitzt.
  • Die ORC-Turbine (8) wird mittels CnHm-Dampf aus dem ORC-Verdampfer (10) gespeist.
  • Die Wärmezufuhr erfolgt über die Thermalwasserleitung (18) in die Wärmetauscherfläche (11), in welcher die Wärme an die CnHm-Flüssigkeit abgegeben wird und die CnHm-Flüssigkeit verdampft. Das abgekühlte Thermalwasser wird über die Thermalwasserleitung (19) dem Thermalwasser-Entnahmegebiet wieder zugeführt. Der ORC-Kreis wird über den CnHm-Kondensator (19) und die Rezirkulationspumpe (12) funktionell geschlossen.
  • Die Nachteile dieser Kraftwerks-Technologie können wie folgt zusammengefasst werden:
    • – zu geringe Kraftwerk-Wirkungsgrade,
    • – die Wärmeauskoppelung aus Abgasanlagen ist nicht optimal,
    • – zusätzliche Wärmeauskoppelung-Systeme sind erforderlich, (z.B. Thermoöl-Kreislauf oder Dampfkessel),
    • – Lastschwankungen können nicht kompensiert werden,
    • – die Investitionskosten sind zu hoch.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren darzustellen, welches – bei Vorhandensein von wenigstens zwei Wärmequellen mit unterschiedlichem Temperaturniveau – die für die Verstromung nutzbare, d.h. auskoppelbare Wärmemenge erhöht, insbesondere und gleichzeitig aber den Wirkungsgrad des ORC-Kraftwerkprozesses erheblich verbessert, z. B. von 9-13% auf 16-20%
  • 1 zeigt die Schaltung des erfindungsgemäßen ORC-Kraftwerkprozesses für zwei Wärmequellen mit unterschiedlichem Temperaturniveau.
  • Die in der Regel größere NT-Wärmequelle wird dargestellt durch das zulaufende (18) und wieder ablaufende (19) Thermal-wasser, welches im ORC-Verdampfer (10) durch die Wärmetauscherfläche (11) die mittels Rezirkulationspumpe (12) eingespeiste CnHm-Flüssigkeit vorwärmt und verdampft.
  • Anstelle von Thermalwasser kann die Wärmeauskoppelung auch aus den Rauch- oder Prozessgasen einer verfahrenstechnischen Anlage erfolgen, und zwar durch Direktverdampfung der CnHm-Flüssigkeiten oder auch mittels einer Thermoöl-Wärme-Auskoppelung.
  • Als CnHm-Treibmittel können zum Einsatz kommen: Butan, Pentan, Propan, Hexan; – aber auch Ammoniak, Chlorkohlenwasserstoffe oder Perfluorpetan sind als ORC-Wärmeträger im Einsatz.
  • Die verdampften CnHm werden über die Dampfleitung (20) dem CnHm-Überhitzer (15) zugeführt.
  • Der CnHm-Überhitzer (15) ist – nach einem erfindungsgemäßen Merkmal – in die Überhitzer-Heizflächen (15.1) und (15.2) geteilt, um die Dampftemperaturregelung mittels des Drei-Wege-Ventils (32) durch Teil-Bypassierung der Überhitzerheizfläche (15.1) so sicherzustellen, dass die Endüberhitzerstufe (15.2) in allen Lastfällen immer mit der gesamten CnHm-Dampfmenge beaufschlagt wird, – und die dem Überhitzer (15) nachgeschaltete Heizfläche (14) mit einer größeren regelbaren Wärmemenge beaufschlagt werden kann.
  • Evtl. Schieflagen = f (geringe Überhitzer-Druckverluste von 1, max. 2 bar) d.h. mögliche Überhitzungen und damit Crackgefahren für die CnHm-Dämpfe werden so vermieden.
  • Der so überhitzte CnHm-Dampf wird über die Heißdampf-Leitung (21) der ORC-Turbine zugeführt und mittels dem Generator (9) verstromt.
  • Die Kondensation des CnHm-Dampfes erfolgt in dem dargestellten Luftkondensator (13).
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird den Überhitzer-Heizflächen (15.1) und (15.2) eine Durchlauf-Wärmetauscher-Heizfläche (14) nachgeschaltet, in welcher eine anlagenspezifische CnHm-Menge vorgewärmt und verdampft werden kann.
  • Durch diese Wärmetauscherfläche (14) kann die abzukühlende Abgasmenge (7) weiter abgekühlt werden, als dies zum Beispiel bei einer Wärmeauskoppelung mittels Thermoöl oder Wasserdampf möglich wäre:
    Die für die Verstromung nutzbare ausgekoppelte Abwärmemenge wird größer.
  • Der Temperaturverlauf dieser CnHm-Durchlauf-Wärmetauscherfläche (14) hat gegenüber der Temperaturverlaufkurve des Abgases (7) nur einen und zwar „optimalen" Pinch-Point (PP).
  • Als Pinch-Point PP wird gem. 2 und 3 die kleinste Temperatur-Differenz zwischen den Abkühlkurven (TWT) und den Aufwärmkurven (TE) bzw. (TV) bezeichnet.
  • Bei Aufteilung der Durchlaufwärmetauscher-Fläche (14) in jeweils einen separaten CnHm-Vorwärmer und einen CnHm-Verdampfer würden zwei Pinch Points (PP), entstehen – in unterschiedlicher Größe und unterschiedlicher Lage, – je nach Lastverhalten oder Verschmutzungsgrad der Heizflächen (14) und (15).
  • Die hier vorgeschlagene Schaltung des CnHm-Wärmetauschers (14) als Durchlauf-Heizfläche stellt die Erreichung nur eines optimalen Pinch-Points PP sicher und damit die niedrigste erreichbare Temperatur im Abgasstrom (7.2). Damit wird auch die auskoppelbare Wärme maximiert.
  • Der Kombination aus den geteilten Überhitzerstufen (15.1) und (15.2) wird neben der schieflagenfreien CnHm-Heissdampftemperatur-Regelung – als weiteres Merkmal der Erfindung – auch eine Verlagerung des Wärmeangebotes vom ORC-Verdampfer (10) auf den CnHm-Durchlaufwärmetauscher (14) ermöglicht.
  • In 2 zeigt das T-Q-Diagramm die Temperatur-Verlaufkurven = f (ausgetauschter Wärmemenge ΔQ) im Auslegungszustand für das ORC-GT-Kraftwerk nach 1:
    Hierin bedeuten:
    • ΔQWT1
    = Ausgekoppelte MT Wärme im Auslegungsfall,
    ΔQWT2
    = Ausgekoppelte NT-Wärme im Auslegungsfall,
    TWT1
    = MT-Temperatur-Verlauf im Auslegungsfall,
    TUE
    = CnHm-Dampf-Temperaturverlauf im Auslegungsfall,
    PP1
    = Pinch-Point im HT-Bereich im Auslegungsfall,
    TV1
    = CnHm-Verdampfungs-Temperatur im Auslegungsfall, zeigt auch die ausgekoppelte Verdampfungswärme an.
    TE1
    = CnHm-Vorwärmer-Temperatur im Auslegungsfall, zeigt auch die ausgekoppelte Vorwärmungswärme an.
    TV2
    = CnHm-Verdampfer-Temperatur im Auslegungsfall, zeigt auch die ausgekoppelte Verdampfungswärme an.
    TE2
    = CnHm-Vorwärmer-Temperatur im Auslegungsfall, zeigt auch die ausgekoppelte Vorwärmungswärme an.
  • In 2 gibt das T-Q-Diagramm die Veränderung der Wärme-Aufnahmen und der Temperaturverläufe wieder für den Fall, dass sich die Wärmeaufnahme im ORC-Verdampfer (10) um den Wert (X) verringert hat.
  • Zu einer solchen Wärmeleistungsreduzierung im ORC-Verdampfer (10) kann es in geothermischen Kraftwerken kommen z.B. durch temporäre Änderungen der Thermalwassermengen und/oder Temeraturen, – oder auch durch Salzablagerungen auf den ORC-Verdampfer-Heizflächen (11).
  • In einem solchen Fall kann durch Erhöhung des Wärmeangebotes vor der Wärmetauscherfläche (14) die CnHm-Dampfproduktion um den Betrag erhöht werden, wie die Wärmeaufnahme der CnHm-Überhitzer-Heizflächen (15.1) und (15.2) im ORC-Verdampfer (10) sinkt.
  • Die entsprechende Aufteilung bzw. Verschiebung der zu verdampfenden CnHm-Mengen vom ORC-Verdampfer (10) in den Wärmetauscher (14) wird mittels des Dreiwegeventils (31) gesteuert.
  • Die Steuerung des Ventiles (31) erfolgt gem. 5 – als weiteres Merkmal der Erfindung – durch einen sogenannten Split-Range-Leistungsregler (NC), welcher in der Wirkung als Folgeregelung auf die Dreiwege-Ventile (32) und (31) wirkt, z.B. durch geteilte Regelimpulse von 4-16 m A für das Dreiwege-Ventil (32) und 16-20 m A für das Dreiwege-Ventil (31).
  • 5 zeigt das Schalt- und Fließschema eines geothermischen ORC-Kraftwerkes, in welches der Abgaswärmetauscher einer Gasturbine leistungs- und wirkungsgraderhöhend – gemäß den Erfindungsmerkmalen – eingebunden ist.
  • Wie bereits bei 1 beschrieben, besteht die ORC-Anlage aus den Hauptkomponenten CnHm-Verdampfer (10), der ORC-Turbine (8) mit dem Generator (9), dem Luftkondensator (13) und der Rezirkulationspumpe (12).
  • Die geothermische Wärme wird mittels Thermalwasser über die heiße Thermalwasserleitung (18) dem CnHm-Verdampfer (10) zugeführt, – das abgekühlte Thermalwasser wird über die Rohrleitung (19) dem ORC Verdampfer (10) wieder entnommen.
  • Anstelle von Thermalwasser könnte die CnHm-Verdampfungs-Wärme auch durch die NT-Abwärme einer Chemie-, Metallurgie-Verfahrensanlage (z.B. dem Füllerkühler eines Zementwerkes) entnommen werden.
  • Das im Kondensator (13) anfallende flüssige CnHm wird mittels Rezirkulationspumpe (12) durch die Rohrleitungen (12.1) dem ORC-Verdampfer (10) und durch die Rohrleitung (12.2) dem Durchlaufverdampfer (14) zugeführt.
  • Die Mengenverteilung erfolgt durch das Dreiwegeventil (31), welches durch den Lastoptimierer (NC) geregelt wird.
  • Der CnHm-Überhitzer besteht aus den zwei Stufen (15.1) und (15.2), – wobei die Stufe (15.1) mittels Dreiwegeventil (32) durch den Lastoptimierer (NC) betriebsabhängig teilbeaufschlagt werden kann, während die CnHm-Überhitzer-Endstufe immer mit der gesamten CnHm-Dampfmenge beaufschlagt wird.
  • Anstelle der Gasturbine bzw. der MT-Wärme abgebenden verfahrenstechnischen Anlage kann – als ein weiteres Merkmal der Erfindung auch ein mittels Öl, Gas, oder mit Biomasse gefeuerter Heißgaserzeuger vor dem CnHm-Überhitzer installiert werden, – mit den Wärmetauscher-Heizflächen (14) und (15) gemäß 1
  • Die dann für diesen CnHm-Überhitzer eingesetzte Edelbrennstoffmenge (in Form von Öl, Gas, oder Bio-Brennstoffe) wird mit hohem Wirkungsgrad verstromt, da bei der hier durch Brennstoffe zusätzlich eingesetzten Energie keine Kondensationswärme verloren geht. Im Gegenteil: Der Gesamtwirkungsgrad der ORC-Anlage wird deutlich erhöht:
    Je nach Temperatur-Niveau der NT-Wärmequelle steigt der Wirkungsgrad von 9-13% auf 16-20%.
  • Durch entsprechende Wärmebilanz-Verteilungen in diesem kombinierten ORC-System können mittels einem direkt gefeuerten Überhitzer bzw. durch einen den Heizflächen (15) und (14) vorgeschalteten Heißgaserzeuger die Wirkungsgrade um weitere Punkte erhöht werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Erhöhung von Leistung und Wirkungsgrad im ORC-Kraftwerkprozess dadurch gekennzeichnet, dass gemäß 1 und 5 der im Verdampfer (10) erzeugte Kohlenwasserstoff-, Chlorkohienwasserstoff- oder Ammoniakdampf in einem separaten Überhitzer (15) durch Rauch- oder Prozessgase (7) oder durch Wärmestrahlung überhitzt wird, bevor der Dampf der ORC-Entspannungsturbine (8) zugeführt wird.
  2. Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass für den ORC-Kraftwerksprozess mindestens zwei Wärmequellen zur Verfügung stehen.
  3. Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die für die Verdampfung eine Wärmequelle im Temperaturbereich unterhalb 200-300°C zur Verfügung steht und für die Überhitzung der Kohlenwasserstoff-, Chlorkohlenwasserstoff oder Ammoniakdämpfe eine Wärmequelle im Temperaturbereich von 320 bis 600, max. 800°C zur Verfügung steht.
  4. Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Überhitzung der ORC-Dämpfe in einem separaten direkt gefeuerten Überhitzer erfolgt.
  5. Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1-2 dadurch gekennzeichnet, dass die Heizgase (7) für das MT-Wärmeangebot durch einen mit Öl-, Gas- oder Biomasse gefeuerten Heissgaserzeuger erzeugt und bereitgestellt werden.
  6. Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1,2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme für den Verdampfer (10) einer flüssigen Wärmequelle entnommen wird und die Wärme für den Überhitzer (15) einer gasförmigen Wärmequelle entstammt.
  7. Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1,2,3 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Überhitzer (15) für die Kohlenwasserstoff-, Chlor-Kohlenwasserstoff- oder Ammoniak-Dämpfe in die Stufen (15.1) und (15.2) geteilt ist und die Dampfbeaufschlagung der Stufen mittels einer Drei-Wege-Ventilkombination (32) erfolgt in der Schaltung gem. 1 und 5.
  8. Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1-6 dadurch gekennzeichnet, dass den Überhitzerheizflächen (15) eine Durchlauf-Heizfläche (14) nachgeschaltet ist, in welcher eine Teilmenge der Kohlenwasserstoff-, Chlorkohlenwasserstoff- oder Ammoniak-Flüssigkeit vorgewärmt und verdampft wird.
  9. Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1-7 dadurch gekennzeichnet, dass die Treibmittel-Beaufschlagung der Durchlaufheizfläche (14) durch eine Dreiwege-Ventil-Kombination (31) erfolgt.
  10. Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Dreiwege-Ventil-Kombination (31) eine separate regelbare Umwälzpumpe eingesetzt wird.
  11. Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, dass in den ORC-Kraftwerksprozess Energie aus einer zweiten oder dritten MT-Wärmequelle zugeführt wird und mittels Überhitzung und Teilverdampfung von Kohlenwasserstoff, Chlorkohlenwasserstoff oder Ammoniak die Leistung erhöht und gleichzeitig der Wirkungsgrad des ORC-Kraftwerkprozesses von normalerweise 8-13% auf nunmehr 16-20% erhöht wird.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2295736A3 (de) * 2009-08-26 2011-04-27 Schutter Rotterdam B.V. Vorrichtung für die Umwandlung von Abwärme in elektrische Energie
EP2295734A3 (de) * 2009-08-26 2011-05-04 Schutter Rotterdam B.V. Produktionsprozess mit Umwandlung der Abwärme von mehreren Abwärmequellen
CN102121405A (zh) * 2011-02-28 2011-07-13 无锡三达环保科技有限公司 轧钢板车间加热炉低品位烟气有机郎肯循环余热发电系统
CN102168590A (zh) * 2011-03-15 2011-08-31 中国电力工程顾问集团西南电力设计院 一种利用烟气余热有机碳氢混合物汽轮机发电系统
CN103161527A (zh) * 2013-01-29 2013-06-19 南京瑞柯徕姆环保科技有限公司 蒸汽朗肯-有机朗肯联合循环发电装置
CN103790732A (zh) * 2014-02-19 2014-05-14 山东青能动力股份有限公司 中高温烟气余热双工质联合循环发电装置
EP2801758A1 (de) * 2013-05-06 2014-11-12 Siemens Aktiengesellschaft Abhitzedampferzeuger mit teilweise abschaltbaren Heizflächen sowie Gas- und Dampfturbinenanlage mit einem solchen Abhitzedampferzeuger
DE102013114265A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-18 GMK Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen mbH ORC-Anlage mit Rezirkulationskreislauf und Verfahren zum Betreiben einer derartigen ORC-Anlage
CN106855249A (zh) * 2017-03-10 2017-06-16 孙立宇 一种防止烟气露点腐蚀的余热回收系统

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110000210A1 (en) * 2009-07-01 2011-01-06 Miles Mark W Integrated System for Using Thermal Energy Conversion
EP2455658B1 (de) * 2010-11-17 2016-03-02 Orcan Energy AG Verfahren und Vorrichtung zur Verdampfung organischer Arbeitsmedien
CN105115330A (zh) * 2015-08-31 2015-12-02 天津大学 利用工业余热驱动orc系统的相变蒸发器
CN105927300B (zh) * 2016-05-09 2017-07-25 辽宁工程技术大学 一种自调节预热温度的有机朗肯循环发电系统及发电方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4099374A (en) * 1976-04-15 1978-07-11 Westinghouse Electric Corp. Gasifier-combined cycle plant
US6230480B1 (en) * 1998-08-31 2001-05-15 Rollins, Iii William Scott High power density combined cycle power plant
DE10008125A1 (de) * 1999-02-22 2001-08-23 Frank Eckert Vorrichtung zur Energieumwandlung mittels eines kombinierten Gasturbinen-Dampfkreisprozesses
FR2877074B1 (fr) * 2004-10-27 2006-12-29 Egci Pillard Sa Dispositif de combustion pour ensemble comprenant une turbine a gaz et une chaudiere a recuperation

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2295736A3 (de) * 2009-08-26 2011-04-27 Schutter Rotterdam B.V. Vorrichtung für die Umwandlung von Abwärme in elektrische Energie
EP2295734A3 (de) * 2009-08-26 2011-05-04 Schutter Rotterdam B.V. Produktionsprozess mit Umwandlung der Abwärme von mehreren Abwärmequellen
BE1018869A3 (nl) * 2009-08-26 2011-10-04 Schutter Rotterdam B V Productieproces met conversie van afvalwarmte uit meervoudige afvalwartebronnen.
BE1018868A3 (nl) * 2009-08-26 2011-10-04 Schutter Rotterdam B V Inrichting voor de conversie van afvalwarmte van een productieproces naar elektrische energie.
CN102121405A (zh) * 2011-02-28 2011-07-13 无锡三达环保科技有限公司 轧钢板车间加热炉低品位烟气有机郎肯循环余热发电系统
CN102168590A (zh) * 2011-03-15 2011-08-31 中国电力工程顾问集团西南电力设计院 一种利用烟气余热有机碳氢混合物汽轮机发电系统
CN103161527A (zh) * 2013-01-29 2013-06-19 南京瑞柯徕姆环保科技有限公司 蒸汽朗肯-有机朗肯联合循环发电装置
CN103161527B (zh) * 2013-01-29 2015-02-04 南京瑞柯徕姆环保科技有限公司 蒸汽朗肯-有机朗肯联合循环发电装置
EP2801758A1 (de) * 2013-05-06 2014-11-12 Siemens Aktiengesellschaft Abhitzedampferzeuger mit teilweise abschaltbaren Heizflächen sowie Gas- und Dampfturbinenanlage mit einem solchen Abhitzedampferzeuger
DE102013114265A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-18 GMK Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen mbH ORC-Anlage mit Rezirkulationskreislauf und Verfahren zum Betreiben einer derartigen ORC-Anlage
DE102013114265B4 (de) * 2013-12-18 2015-07-09 GMK Gesellschaft für Motoren und Kraftanlagen mbH ORC-Anlage mit Rezirkulationskreislauf und Verfahren zum Betreiben einer derartigen ORC-Anlage
CN103790732A (zh) * 2014-02-19 2014-05-14 山东青能动力股份有限公司 中高温烟气余热双工质联合循环发电装置
CN106855249A (zh) * 2017-03-10 2017-06-16 孙立宇 一种防止烟气露点腐蚀的余热回收系统

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