DE102009007341A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie über Kraft-Wärme-Kopplung - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie über Kraft-Wärme-Kopplung Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie über Wärme-Kraft-Kopplung, umfassend eine Kraft-Wärme-Kopplungseinheit und eine ausgangsseitig der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit angeschlossene Abgasleitung, dadurch gekennzeichent, dass mindestens ein Wärmeübertrager zur Energierückgewinnung aus dem Abgas der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit vorgesehen ist, der über eine Abzweigungsleitung mit der Abgasleitung in Verbindung steht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Anstelle des Begriffes „Abgasleitung” könnte auch der Begriff „Rauchgasleitung” verwendet werden. Die Kraft-Wärme-Kopplungseinheit wird gelegentlich auch als Wärme-Kraft-Kopplungseinheit bezeichnet. Im übrigen handelt es sich bei der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit um eine stationäre Einheit.
  • Derartige Vorrichtungen weisen einen Wirkungsgrad auf, der üblicherweise im Bereich von 50 bis 80% liegt. Es besteht heutzutage ein Bedarf, den Wirkungsgrad solcher Vorrichtungen weiter zu erhöhen. Dies gilt nicht nur für neue sondern auch für ältere Vorrichtungen.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass damit ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, dass mindestens ein Wärmeübertrager zur Energierückgewinnung aus dem Abgas der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit vorgesehen ist, der über eine Abzweigungsleitung mit der Abgasleitung in Verbindung steht.
  • Vorteilhafterweise ist besagtem mindestens einen Wärmeübertrager in der Abzweigungsleitung mindestens ein Ventilator zum Ansaugen von zumindest einem Teil des Abgases aus besagter Abgasleitung vorgeschaltet. Durch besagten mindestens einen Ventilator wird kein (zusätzlicher) Gegendruck auf die Kraft-Wärme-Kopplungseinheit ausgeübt bzw. unter Umständen sogar der Gegendruck reduziert, wodurch der Wirkungsgrad der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit ebenfalls erhöht und damit der Gesamtwirkungsgrad noch weiter erhöht würde.
  • Günstigerweise ist die Ansaugleistung des mindestens einen Ventilators einstellbar.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Kraft-Wärme-Kopplungseinheit eine Gasturbine umfasst.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kraft-Wärme-Kopplungseinheit einen von den Abgasen der Gasturbine durchströmten Abhitzekessel umfasst.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass die Kraft-Wärme-Kopplungseinheit einen dem Abhitzekessel nachgeschalteten Economiser umfasst.
  • In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist besagte Abgasleitung mit einem stromabliegenden Abgaskamin verbunden und ist besagter Wärmeübertrager mit besagtem Abgaskamin oder einem weiteren Abgaskamin zum Abführen des Abgases verbunden.
  • Zweckmäßigerweise ist der mindestens eine Wärmeübertrager Bestandteil eines Kreislaufes, in dem ein Wärmespeicher angeordnet ist, an den mindestens ein Verbraucher zur Nutzung von aus dem Abgas rückgewonnener Energie anschließbar ist.
  • Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass eine Erhöhung des Wirkungsgrades durch Energierückgewinnung über einen Wärmeübertrager, der über eine Abzweigungsleitung mit der Abgasleitung verbunden ist, möglich ist. Zudem hat der Wärmeübertrager keinen Einfluss auf die Kraft-Wärme-Kopplungseinheit und deren Steuerung.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen im einzelnen beschrieben wird. Dabei zeigt:
  • 1 ein Schemadiagramm einer Vorrichtung gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in stark vereinfachter Form; und
  • 2 ein Fließdiagramm zur Energierückgewinnung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung von elektrischer Energie über Kraft-Wärme-Kopplung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung in sehr schematisierter Form. Besagte Vorrichtung 10 umfasst eine Kraft-Wärme-Kopplungseinheit 12 und eine ausgangsseitig angeschlossene Abgasleitung 14, die mit einem Abgaskamin 16 in Verbindung steht. Wie ebenfalls schematisch angedeutet, geht Erdgas 18 in die Kraft-Wärme-Kopplungseinheit 12 hinein und gibt diese neben Abgas (Rauchgas) 20 über die Abgasleitung 14 und den Abgaskamin 16 und auf anderen Wegen Strom 22, Dampf 24 sowie Speisewasser 26 ab.
  • Von der Abgasleitung 14 zweigt eine Abzweigungsleitung 28 ab, in der hintereinander ein Ventilator 30 und ein Wärmeübertrager 32 angeordnet sind, wobei der Wärmeübertrager über eine Abgasleitung 34 mit einem von dem Abgaskamin 16 separaten Abgaskamin 36 in Verbindung steht. Bei dem Wärmeübertrager kann es sich beispielsweise um einen Brennwertwärmeübertrager oder einen Economiser handeln. Der Einfachheit halber sind in der 1 keine weiteren Details hinsichtlich Einrichtungen zur Übertragung und Wiederverwendung der über den Wärmeübertrager 32 rückgewonnenen Energie gezeigt. Beispielhafte Details zeigt die 2. An dieser Stelle ist es lediglich noch darauf hinzuweisen, dass über die Abgasleitung 34 ein wesentlicher Teil der Abgase aus der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit 12 abgezweigt wird und somit die Menge des Abgases 38 aus dem Abgaskamin 36 deutlich höher ist als die Menge des Abgases 20 aus dem Abgaskamin 16.
  • Die 2 zeigt im Prinzip den Teil der Vorrichtung von 1 ab der Abzweigungsleitung 28 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. Der darin als V1 bezeichnete Ventilator entspricht dem Ventilator 30 von 1. Weiterhin entspricht der darin mit W1 bezeichnete Wärmeübertrager den Wärmeübertrager 32 in 1. Die in 2 gezeigten Komponenten können insgesamt als auch eine Prozesseinheit zur Energierückgewinnung bezeichnet werden. Zur Energierückgewinnung wird ein Teil der Abgase aus der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit 12 mittels des Ventilators V1 über die Abzweigungsleitung 28 abgezogen. Im vorliegenden Fall beläuft sich der Abgasvolumenstrom aus der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit 12 auf maximal ca. 60.000 Nm3/h feucht. Es ist vorgesehen, dass der Großteil des Abgases über die Abzweigungsleitung 28 zur Energierückgewinnung läuft und ein kleiner Anteil den vorhandenen Weg über den Abgaskamin 16 geht. Beispielsweise können ca. 55.000 Nm3/h feucht über die Abzweigungsleitung 28 und ca. 5.000 Nm3/h über die Abgasleitung 14 zum Abgaskamin 16 gehen. Der Grund dafür, dass nicht die gesamte Abgasmenge über die Abzweigungsleitung 28 geleitet wird, ist der, dass in Notfällen, betrieblichen Störungen etc. an der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit 12 der vorhandene Weg, d. h. die Abgasleitung 14 reibungslos verwendet werden kann. Die Abgastemperatur beläuft sich nach Verlassen der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit 12 auf ca. 150°C. Somit ist ein ausreichend hohes Temperaturniveau vorhanden, welches eine Energierückgewinnung seitens der Abgase als sinnvoll gelten lässt.
  • Nach Passieren des Ventilators V1 durchlaufen die Abgase den Wärmeübertrager W1 (Rippenrohrwärmeübertrager), an dem die in dem Abgas enthaltene Energie (in Form von Wärme) an ein Medium übertragen wird. In einer idealen Betrachtung der Wärmeübertragung kann das Temperaturniveau der Abgase von ca. 150°C auf 50–55°C gesenkt werden. Nach Verlassen des Wärmeübertragers W1 werden die Abgase auf den Abgaskamin 36 geleitet und verlassen diesen in die Umgebung.
  • Bei dem genannten Medium handelt es sich im vorliegenden Beispiel um Prozesswasser, welches als Energieträger fungieren soll. Besagtes Prozesswasser durchläuft den Wärmeübertrager W1, nimmt dort die Energie auf und wird einem Wärmespeicher WS zugeführt. Der Wärmespeicher WS besitzt zwei Kammern; in der einen befindet sich Prozesswasser auf einem höheren Temperaturniveau und in der anderen Kammer befindet sich Prozesswasser auf einem niedrigeren Temperaturniveau. Es besteht die Möglichkeit, an diesen Wärmespeicher WS Verbraucher anzuschliessen, die die zurückgewonnene Energie nutzen. Im vorliegenden Beispiel ist eine Kesselspeisewasseraufwärmung als Verbraucher gezeigt. Prozesswasser auf dem höheren Temperaturniveau wird dem Wärmespeicher WS entnommen und mittels einer Pumpe P2 über einen Wärmeübertrager W2 (Plattenwärmeübertrager) geleitet. Dort wird die in dem Prozessor enthaltene Energie auf das Kesselspeisewasser zu einem gewissen Anteil übertragen. Das abgekühlte Prozesswasser läuft in den Wärmespeicher WS zurück. Von dort wird es von einer Pumpe P1 wieder zum Wärmeübertrager W1 geführt. Das Kesselspeisewasser wird über Pumpen P3 und P4 durch den Wärmeübertrager W2 geleitet. Der Wärmeübertrager W4 bezeichnet eine bereits integrierte weitere Prozesseinheit, auf die hier nicht weiter eingegangen werden soll. Für den Fall, dass die in 1 gezeigte Kraft-Wärme-Kopplungseinheit 12 ausfällt, wird ein Wärmeübertrager W3 in Betrieb genommen. Dieser dient zur Aufrechterhaltung des Temperaturniveaus in dem Wärmespeicher WS.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
    • 10
    Vorrichtung
    12
    Kraft-Wärme-Kopplungseinheit
    14
    Abgasleitung
    16
    Abgaskamin
    18
    Erdgas
    20
    Abgas
    22
    Strom
    24
    Dampf
    26
    Speisewasser
    28
    Abzweigungsleitung
    30
    Ventilator
    32
    Wärmeübertrager
    34
    Abgasleitung
    36
    Abgaskamin
    38
    Abgas
    P1, P2, P3, P4
    Pumpen
    V1
    Ventilator
    W1, W2, W3
    Wärmeübertrager
    W4
    weitere Prozesseinheit
    WS
    Wärmespeicher

Claims (8)

  1. Vorrichtung (10) zur Erzeugung von elektrischer Energie über Wärme-Kraft-Kopplung, umfassend eine Kraft-Wärme-Kopplungseinheit (12) und eine ausgangsseitig der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit (12) angeschlossene Abgasleitung (14), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmeübertrager (32; W1) zur Energierückgewinnung aus dem Abgas (20) der Kraft-Wärme-Kopplungseinheit (12) vorgesehen ist, der über eine Abzweigungsleitung (28) mit der Abgasleitung (14) in Verbindung steht.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass besagtem mindestens einen Wärmeübertrager (32) in der Abzweigungsleitung (28) mindestens ein Ventilator (30; V1) zum Ansaugen von zumindest einem Teil des Abgases aus besagter Abgasleitung (14) vorgeschaltet ist.
  3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleistung des mindestens einen Ventilators (30; V1) einstellbar ist.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-Wärme-Kopplungseinheit (12) eine Gasturbine umfasst.
  5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-Wärme-Kopplungseinheit (12) einen von den Abgasen der Gasturbine durchströmten Abhitzekessel umfasst.
  6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-Wärme-Kopplungseinheit (12) einen dem Abhitzekessel nachgeschalteten Economiser umfasst.
  7. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Abgasleitung (14) mit einem stromabliegenden Abgaskamin (16) verbunden ist und besagter Wärmeübertrager (32; W1) mit besagtem Abgaskamin (16) oder einem weiteren Abgaskamin (36) zum Abführen des Abgases verbunden ist.
  8. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeübertrager (32; W1) Bestandteil eines Kreislaufes ist, in dem ein Wärmespeicher (WS) angeordnet ist, an den mindestens ein Verbraucher zur Nutzung von aus dem Abgas rückgewonnener Energie anschließbar ist.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101825039A (zh) * 2010-05-10 2010-09-08 中联煤层气有限责任公司 用于煤层气压缩机的燃气发动机的烟气余热回收装置

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DE10032625C1 (de) * 2000-07-07 2001-08-02 Mvv En Ag Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels Kraftwärmekopplung

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