DE102011087227A1

DE102011087227A1 - Block type thermal power station used in industrial field, has heat exchanger that is provided to transfer primary heat flow from housing of gas turbine to building heating system by primary side of heat exchanger

Info

Publication number: DE102011087227A1
Application number: DE201110087227
Authority: DE
Inventors: Francois Benkler; Olga Deiss; Jan Eickelkamp; Uwe Kahlstorf; Mario Koebe; Benedict Kriegler; Rafael Reckert; Oliver Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-05-29

Abstract

The power station has a gas turbine (10) that is provided to generate electric current and feed into provider network (11). The gas turbine is provided with housing (12) to reduce sound emissions from gas turbine. A heat exchanger (13) is provided to transfer primary heat flow (14) from housing of gas turbine to building heating system (18) by a primary side (15) of heat exchanger. The heat exchanger is provided to transfer secondary heat flow (16) from housing of gas turbine to heating system by a secondary side (17) of heat exchanger.

Description

Die Gasturbinen eines Gasturbinen-Kraftwerkes zur Erzeugung von elektrischem Strom werden aufgrund von Emissions- und Arbeitsschutzvorschriften üblicherweise mit Einhausungen versehen, die insbesondere die Schallemission der Gasturbine reduzieren sollen. Bei dem Betrieb der Gasturbinen fallen in der Einhausung große Wärmemengen an, die abgeführt werden müssen, um die Gasturbine vor einer Beschädigung durch Überhitzung zu schützen. Dabei können Wärmeleistungen in der Größenordnung von einigen hundert Kilowatt bei hohen Temperaturen anfallen. Die Abfuhr der Wärme geschieht gewöhnlich über eine Absaugleitung in die Umgebung. Die Wärme wird hierbei nicht sinnvoll genutzt. The gas turbines of a gas turbine power plant for the generation of electric power are usually provided on the basis of emission and safety regulations with enclosures that should reduce in particular the sound emission of the gas turbine. In the operation of the gas turbine fall into the enclosure large amounts of heat that must be dissipated to protect the gas turbine from damage due to overheating. It can generate heat outputs in the order of a few hundred kilowatts at high temperatures. The removal of heat is usually done via a suction in the environment. The heat is not used sensibly.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention

Die Erfindung führt daher ein Blockheizkraftwerk mit einer Gasturbine ein, welche ausgebildet ist, elektrischen Strom zu erzeugen und in ein Versorgernetz einzuspeisen. Die Gasturbine verfügt dabei über eine Einhausung, die ausgebildet ist, eine Schallemission der Gasturbine zu reduzieren. Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscher vorgesehen, welcher ausgebildet ist, Wärme von einem ersten Massestrom, der von innerhalb der Einhausung der Gasturbine durch eine Primärseite des Wärmetauschers strömt, auf einen zweiten Massestrom durch eine Sekundärseite des Wärmetauschers zu übertragen und den zweiten Massestrom an eine Gebäudeheizung zu leiten. The invention therefore introduces a combined heat and power plant with a gas turbine, which is designed to generate electric power and to feed it into a supply network. The gas turbine has an enclosure, which is designed to reduce a noise emission of the gas turbine. According to the invention, a heat exchanger is provided, which is designed to transfer heat from a first mass flow, which flows from within the housing of the gas turbine through a primary side of the heat exchanger, to a second mass flow through a secondary side of the heat exchanger and to direct the second mass flow to a building heater ,

Die Erfindung ermöglicht, die beim Betrieb der Gasturbine anfallende Wärme in der Einhausung der Gasturbine für die Gebäudeheizung des Standortes des Gasturbinenkraftwerkes zu nutzen, wodurch die Gebäudeheizung ihrerseits als Kühlung für die Gasturbine wirkt. Dadurch kann der andernfalls für die Gebäudeheizung betriebene energetische Aufwand entfallen oder wenigstens stark reduziert werden. Die Verwendung des Wärmetauschers ermöglicht dabei, die Temperatur im Sekundärkreislauf – also dem im Wärmetauscher durch die Übertragung von Wärme erwärmten zweiten Massestrom – auf für den Betrieb einer Gebäudeheizung übliche Temperaturen abzusenken. So kann die Vorlauftemperatur in einer Warmwasserheizung zwischen 30 und 80 Grad Celsius und in einer Warmluftheizung zwischen 25 und 40 Grad Celsius betragen. Um den zweiten Massestrom auf eine gewählte Temperatur innerhalb dieser Intervalle zu erwärmen, wird ein im Verhältnis zum ersten Massestrom entsprechend größerer zweiter Massestrom verwendet. Eine große Menge Wasser oder Luft auf der Sekundärseite des Wärmetauschers wird also durch eine verhältnismäßig geringere, aber auf eine höhere Temperatur erhitzte Menge eines Wärmetransportmediums auf der Primärseite des Wärmetauschers (erster Massestrom) erwärmt. The invention makes it possible to use the heat generated during operation of the gas turbine in the housing of the gas turbine for the building heating of the location of the gas turbine power plant, whereby the building heating in turn acts as a cooling system for the gas turbine. As a result, the energy expenditure which is otherwise operated for the heating of the building can be omitted or at least greatly reduced. The use of the heat exchanger makes it possible to lower the temperature in the secondary circuit - that is, the second mass flow heated in the heat exchanger by the transfer of heat - to temperatures that are normal for the operation of a building heating system. Thus, the flow temperature in a hot water heating between 30 and 80 degrees Celsius and in a hot air heating between 25 and 40 degrees Celsius. In order to heat the second mass flow to a selected temperature within these intervals, a correspondingly larger second mass flow is used in relation to the first mass flow. A large amount of water or air on the secondary side of the heat exchanger is thus heated by a relatively lower, but heated to a higher temperature amount of a heat transfer medium on the primary side of the heat exchanger (first mass flow).

Der erste Massestrom kann ein Luftstrom sein, es ist allerdings auch vorstellbar, ein flüssiges Wärmetransportmedium wie Wasser oder ein geeignetes Öl zu verwenden. Ein solches Öl besitzt dabei gegenüber Wasser den Vorteil eines höheren Siedepunktes, wodurch ein Verdampfen des Wärmetransportmediums reduziert oder verhindert wird. Verdampft das Wärmetransportmedium, kann dies aufgrund des damit einhergehenden Druckanstiegs zu Problemen führen. Ebenfalls kann ein nur teilweises Verdampfen des Wärmetransportmediums zu Schwierigkeiten bei der Beförderung des Wärmetransportmediums durch den Wärmetauscher hindurch führen. The first mass flow may be an air stream, but it is also conceivable to use a liquid heat transfer medium such as water or a suitable oil. Such oil has the advantage over water of a higher boiling point, whereby evaporation of the heat transfer medium is reduced or prevented. If the heat transport medium evaporates, this can lead to problems due to the associated increase in pressure. Also, only partial evaporation of the heat transfer medium can lead to difficulties in transporting the heat transfer medium through the heat exchanger.

Der Wärmetauscher kann beispielsweise innerhalb der Einhausung der Gasturbine oder aber auch am Ort der Gebäudeheizung angeordnet sein. The heat exchanger can be arranged for example within the enclosure of the gas turbine or else at the location of the building heating.

Der zweite Massestrom ist bevorzugt ein Luftstrom einer Warmluftheizung. Alternativ kann der zweite Massestrom aber auch ein Wasserstrom einer Warmwasserheizung sein. The second mass flow is preferably an air flow of a hot air heating. Alternatively, the second mass flow but also be a water flow of a hot water heater.

Bevorzugt ist die Primärseite des Wärmetauschers ausgangsseitig mit einem Auslass in die Atmosphäre verbunden, wobei dann der erste Massestrom ein Luftstrom ist. Indem der erste Massestrom in die Atmosphäre entlassen wird, wird auch eine nach dem Durchlaufen des Wärmetauschers in dem ersten Massestrom verbleibende Restwärme aus der Einhausung der Gasturbine abgeführt. Preferably, the primary side of the heat exchanger is connected on the output side to an outlet in the atmosphere, in which case the first mass flow is an air flow. By the first mass flow is discharged into the atmosphere, a residual heat remaining in the first mass flow after passing through the heat exchanger is removed from the housing of the gas turbine.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung der in einer Schalleinhausung einer Gasturbine zur Erzeugung von elektrischem Strom anfallenden Abwärme für das Heizen eines Gebäudes. Hierbei wird erfindungsgemäß ein erster Massestrom von innerhalb der Einhausung der Gasturbine durch eine Primärseite eines Wärmetauschers geleitet und dadurch Wärme auf einen durch eine Sekundärseite des Wärmetauschers geleiteten zweiten Massestrom übertragen. Der zweite Massestrom wird an eine Gebäudeheizung des Gebäudes geleitet. A second aspect of the invention relates to the use of waste heat generated in a sound enclosure of a gas turbine for generating electric power for heating a building. In this case, according to the invention, a first mass flow is conducted from within the housing of the gas turbine through a primary side of a heat exchanger, thereby transferring heat to a second mass flow conducted through a secondary side of the heat exchanger. The second mass flow is directed to a building heating of the building.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Abbildung eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. The invention will be described in more detail below with reference to an illustration of an embodiment.

Die Abbildung zeigt ein erfindungsgemäßes Blockheizkraftwerk, welches eine Gasturbine 10 aufweist, die ausgebildet ist, elektrischen Strom zu erzeugen und in ein Versorgernetz 11 einzuspeisen. Die Gasturbine 10 besitzt eine Einhausung 12, die eine Schallemission der Gasturbine 10 reduziert. Innerhalb der Einhausung 12 fällt beim Betrieb der Gasturbine 10 eine große Wärmemenge an, die abgeführt werden muss. Hierfür wird ein erster Massestrom 14 aus der Einhausung 12 zu einem Wärmetauscher 13 geleitet, dessen Primärseite 15 der erste Massestrom 14 durchströmt. Dabei überträgt der erste Massestrom 14 die in der Einhausung 12 aufgenommene Wärme an einen eine Sekundärseite 17 des Wärmetauschers 13 durchströmenden zweiten Massestrom 16, der beispielsweise ein Luftstrom einer Warmluftheizung oder ein Wasserstrom einer Warmwasserheizung sein kann. Der derartig abgekühlte erste Massestrom 14 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel über einen Auslass 19 in die Atmosphäre entlassen. Es ist aber auch ein geschlossener Kreislauf denkbar, bei dem der abgekühlte erste Massestrom 14 zurück in die Einhausung 12 der Gasturbine 10 geleitet wird. The figure shows an inventive combined heat and power plant, which is a gas turbine 10 which is configured to generate electrical power and into a utility network 11 feed. The gas turbine 10 has an enclosure 12 that produces a sound emission of the gas turbine 10 reduced. Inside the enclosure 12 falls during operation of the gas turbine 10 a large amount of heat that must be dissipated. This will be a first mass flow 14 from the enclosure 12 to a heat exchanger 13 directed, its primary side 15 the first mass flow 14 flows through. The first mass flow transfers 14 those in the enclosure 12 absorbed heat to a secondary side 17 of the heat exchanger 13 flowing through the second mass flow 16 which may be, for example, an air stream of hot air heating or a water flow of hot water heating. The thus cooled first mass flow 14 is in the illustrated embodiment via an outlet 19 released to the atmosphere. But it is also conceivable a closed circuit, in which the cooled first mass flow 14 back to the enclosure 12 the gas turbine 10 is directed.

Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn für den ersten Massestrom 14 ein anderes Wärmetransportmedium als Luft verwendet wird. This is particularly useful if for the first mass flow 14 a heat transfer medium other than air is used.

Der derartig aufgewärmte zweite Massestrom 16 wird einer Gebäudeheizung 18 zugeführt, die ein Gebäude 20 beheizt. Durch das Heizen des Gebäudes 20 kühlt sich der zweite Massestrom 16 ab, so dass er in einem Kreislauf wieder durch die Sekundärseite 17 des Wärmetauschers 13 geführt werden kann. The thus heated second mass flow 16 becomes a building heating 18 fed to a building 20 heated. By heating the building 20 the second mass flow cools down 16 off, allowing it to recycle through the secondary side 17 of the heat exchanger 13 can be performed.

Die Erfindung ermöglicht es, die überschüssige Wärme aus der Einhausung 12 der Gasturbine 10 abzuführen und die Gasturbine 10 so zu kühlen, wobei erfindungsgemäß energetische Resourcen für das Beheizen des Gebäudes 20 geschont werden. The invention allows the excess heat from the enclosure 12 the gas turbine 10 dissipate and the gas turbine 10 so to cool, according to the invention energetic resources for heating the building 20 be spared.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher erläutert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Variationen der Erfindung können vom Fachmann aus der Beschreibung abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie durch die Ansprüche angegeben, zu verlassen. Although the invention has been described and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples. Variations of the invention may be derived from the description by those skilled in the art without departing from the scope of the invention as defined by the claims.

Claims

A combined heat and power plant with a gas turbine ( 10 ), which is designed to generate electrical power and into a supply network ( 11 ), wherein the gas turbine ( 10 ) over an enclosure ( 12 ), which is formed, a sound emission of the gas turbine ( 10 ), characterized by a heat exchanger ( 13 ), which is formed, heat from a first mass flow ( 14 ) from within the enclosure ( 12 ) of the gas turbine ( 10 ) through a primary page ( 15 ) of the heat exchanger ( 13 ) to a second mass flow ( 16 ) by a secondary side ( 17 ) of the heat exchanger ( 13 ) and the second mass flow ( 16 ) to a building heating ( 18 ).

The combined heat and power plant of the preceding claim, wherein the first mass flow ( 14 ) is an airflow.

The combined heat and power plant of any one of the preceding claims, wherein the second mass flow ( 16 ) is an air flow of a hot air heater.

The combined heat and power plant of one of claims 1 or 2, wherein the second mass flow ( 16 ) is a water flow of a hot water heater.

The combined heat and power plant of one of the preceding claims, wherein the primary side ( 15 ) of the heat exchanger ( 13 ) on the output side with an outlet ( 19 ) is connected to the atmosphere.

Use of in a sound enclosure ( 12 ) a gas turbine ( 10 ) for the production of electric power accumulating waste heat for the heating of a building ( 20 ), wherein a first mass flow ( 14 ) from within the enclosure ( 12 ) of the gas turbine ( 10 ) through a primary page ( 15 ) of a heat exchanger ( 13 ) and thereby heat to a through a secondary side ( 17 ) of the heat exchanger ( 13 ) second mass flow ( 16 ) and the second mass flow ( 16 ) to a building heating ( 18 ) of the building ( 20 ).