DE102021124166A1 - Plant for combined heat and power, especially with high efficiency through process control - Google Patents
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Abstract
Eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung 1 weist einen Stromerzeugungsgenerator zur Netzversorgung und eine Dampfturbine auf, die eine Entnahmekondensationsturbine 7 ist. Die Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung ist besonders vorteilhaft ausgelegt, wenn die Anlage einen möglichst hohen Wirkungsgrad hat, der auf die durch den Brennstoff verkörperte Energie bezogen werden kann. An einer Stufe der o. g. Entnahmekondensationsturbine 7 ist vorteilhafterweise eine Absorptionswärmepumpe 3 mit ihrer Quellenseite angeschlossen. An einer Senkenseite hat die Absorptionswärmepumpe 3 einen Wärmetauscher angeschlossen, der in einem Nutzwärmekreislauf, z. B. in einem Fernwärmekreislauf, eingebunden ist.A cogeneration plant 1 has a power generation generator for power supply and a steam turbine which is an extraction condensation turbine 7 . The plant for combined heat and power is designed particularly advantageously if the plant has the highest possible efficiency, which can be related to the energy embodied by the fuel. At a stage of the above Extraction condensation turbine 7 is advantageously connected to an absorption heat pump 3 with its source side. On a sink side, the absorption heat pump 3 has connected to a heat exchanger that is used in a useful heat circuit, e.g. B. is involved in a district heating circuit.
Description
Die vorliegende Erfindung behandelt eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung, wie z. B. ein Gas- und-Dampf-Kraftwerk (GuD-Kraftwerk) mit einer Absorptionsmaschine, die mit mehreren Wärmetauschern, von denen einer als Desorber bzw. Generator arbeitet, Energie aus einem energetisch sonst nicht oder schlecht nutzbaren Stoffstrom aufnehmen kann.The present invention deals with a system for cogeneration, such as. B. a gas and steam power plant (GaD power plant) with an absorption machine, which can absorb energy from a material flow that is otherwise not or poorly usable energetically with several heat exchangers, one of which works as a desorber or generator.
Die vorliegende Erfindung behandelt also eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung bzw. ein Kraftwerk mit einer Absorptionswärmepumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention therefore deals with a plant for combined heat and power generation or a power plant with an absorption heat pump according to the preamble of claim 1.
Technisches Gebiettechnical field
Mit dem Begriff „Absorptionsmaschine“, womit ein bestimmter Typ Energieumwandlungsmaschine der Klimatisierung und/oder Energierückgewinnung unter Nutzung einer hoch-hygroskopischen Flüssigkeit sowie eines Kühlmittels in einem Mehr-Kammern-System (mit den Komponenten Verdampfer, Absorber, Generator bzw. Desorber und Kondensierer) unter Einleitung von Energieträgern, wie durch Verbrennungsvorgänge temperierte Gase oder andere temperierte Medien, bezeichnet wird, wird gemeinhin als Oberbegriff (bzw. als synonyme Bezeichnung) sowohl der Typ „Absorptionswärmepumpe“ als auch die eigentliche „Absorptionskältemaschine“ bezeichnet. Hierbei werden die Energieträger in Wärmetauscher eingeleitet und vermischen sich nicht mit den Medien im Inneren der Absorptionsmaschine, z. B. könnte ein (ausreichend gereinigtes) Rauchgas, ein Dampf oder eine auf Wasser basierende Flüssigkeit von außen eingeleitet werden. Im Inneren der Absorptionsmaschine befinden sich wenigstens zwei Medien, ein Kühlmittel und ein Absorbens, die zusammen eine Energieträgerpaarung bilden. Während generell gesagt werden kann, dass eine Absorptionsmaschine mit einem kontinuierlichen kalorischen Umwandlungsprozess arbeitet, unterscheiden sich hiervon die Adsorptionskältemaschinen, in denen ein diskontinuierlicher thermischer Prozess umgesetzt wird.With the term "absorption machine", which means a certain type of energy conversion machine for air conditioning and/or energy recovery using a highly hygroscopic liquid and a coolant in a multi-chamber system (with the components evaporator, absorber, generator or desorber and condenser) under the introduction of energy sources, such as gases or other temperature-controlled media, is referred to as a generic term (or as a synonym) as well as the type "absorption heat pump" as well as the actual "absorption chiller". Here, the energy carriers are introduced into heat exchangers and do not mix with the media inside the absorption machine, e.g. a (sufficiently cleaned) flue gas, steam or water-based liquid could be introduced from the outside. Inside the absorption machine there are at least two media, a coolant and an absorbent, which together form a pairing of energy carriers. While it can generally be said that an absorption machine works with a continuous caloric conversion process, this differs from the adsorption chillers, in which a discontinuous thermal process is implemented.
Mit verschiedenen Ausführungsformen von Absorptionsmaschinen, die mit der im Inneren der Absorptionsmaschine genutzten Energieträgerpaarung Wasser als erster Energieträger und Lithiumsalz der Bromwasserstoffsäure (verkürzt auch als Lithium-Brom-Salz bezeichnet) als zweiter Energieträger betrieben werden, beschäftigt sich der Fachaufsatz mit der Bezeichnung „Absorption Cooling: A Review of Lithium Bromide-Water Chiller Technologies“ der Autoren Xiaolin Wang und Hui T. Chua, der dazu gedacht ist, einen allgemeinen Überblick über die verschiedenen Entwicklungspfade zu Wasser-Lithium-Bromid-Absorptionsmaschinen zusammenzufassen. In dieser Hinsicht gibt der Fachaufsatz einen einleitenden Überblick.The technical article entitled "Absorption Cooling" deals with various embodiments of absorption machines that are operated with the energy carrier pairing used inside the absorption machine, water as the first energy carrier and lithium salt of hydrobromic acid (also referred to as lithium-bromine salt for short) as the second energy carrier : A Review of Lithium Bromide-Water Chiller Technologies” by authors Xiaolin Wang and Hui T. Chua, which is intended to summarize a general overview of the various development paths towards water-lithium bromide absorption machines. In this regard, the paper provides an introductory overview.
Um eine Absorptionswärmepumpe herum, die als zentrales Bauteil für die Kondensatrückgewinnung im Abgas angeordnet werden kann, werden in dem Abschlussbericht „Endbericht ActiveCond - Aktive Abgaskondensation mit Wärmepumpen zur Effizienzsteigerung bei seriennahen, automatisch beschickten Biomassefeuerungen“ der Autoren Babette Hebenstreit, Rosemarie Schnetzinger und Ernst Höftberger verschiedene Kleinanlagenkonzepte vorgestellt, die dann zahlreichen thermodynamischen und ökonomischen Systemanalysen unterzogen werden. Durch die verschiedenen Konzepte, die in dem Abschlussbericht angesprochen werden, kann jenes Dokument ebenfalls als Orientierungshilfe, welche Anlagen und Anlagentypen als Absorptionsmaschinen zu bezeichnen sind, zitiert werden.Around an absorption heat pump, which can be arranged as a central component for condensate recovery in the exhaust gas, the final report "Final report ActiveCond - Active exhaust gas condensation with heat pumps to increase efficiency in near-series, automatically charged biomass furnaces" by the authors Babette Hebenstreit, Rosemarie Schnetzinger and Ernst Höftberger describes various Small plant concepts are presented, which are then subjected to numerous thermodynamic and economic system analyses. Because of the various concepts addressed in the final report, that document can also be cited as a guide as to which plants and plant types are to be considered absorption machines.
Statt die zahlreichen Ausgestaltungsmöglichkeiten und den Variantenreichtum an möglichen Absorptionsmaschinen mit einem Kältemittel, wie z. B. Wasser, und mit einer hoch-hygroskopischen Flüssigkeit, wie z. B. Lithiumsalz der Bromwasserstoffsäure, dezidiert im Rahmen des behandelten technischen Gebietes zu umreißen, sei auf die beiden oben genannten Aufsätze bzw. Berichte verwiesen. Deren Inhalt soll vollumfassend als Darstellung interessanter Aspekte des behandelten technischen Gebiets in die Erfindungsbeschreibung inkludiert werden.Instead of the numerous design options and the variety of possible absorption machines with a refrigerant such. As water, and with a highly hygroscopic liquid such. B. lithium salt of hydrobromic acid, specifically within the scope of the treated technical field, reference is made to the two above-mentioned articles or reports. Its content should be fully included in the description of the invention as a presentation of interesting aspects of the technical field covered.
Vergleichbare Kühlmittel sind Ethanol und Ethylenglycol anstelle des Wassers. Anstelle der Lithiumbromid-Lösung lässt sich auch eine Calciumnitrat-Lösung verwenden. Des Weiteren sind auch andere, vergleichbare Kühlmittel (z. B. Thermalöle, z. B. Ammoniak) und andere Absorbens (Imidazolium, Pyridinium, Pyrrolidinium, Guanidinium, Uronium, Thiouronium, Piperidinium, Morpholinium, Ammonium, Phosphonium, Halogenide, Tetrafluoroborate, Trifluoracetate, Triflate, Hexafluorophosphate, Phosphinate, Tosylate, Imide und Amide) geläufig.Comparable coolants are ethanol and ethylene glycol instead of the water. A calcium nitrate solution can also be used instead of the lithium bromide solution. There are also other comparable coolants (e.g. thermal oils, e.g. ammonia) and other absorbents (imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, guanidinium, uronium, thiouronium, piperidinium, morpholinium, ammonium, phosphonium, halides, tetrafluoroborates, trifluoroacetates , triflates, hexafluorophosphates, phosphinates, tosylates, imides and amides).
Stand der TechnikState of the art
In der Fachpresse und im Internet sind immer wieder Berichte und Hinweise auf bereits realisierte und auch auf geplante und noch zukünftig zu realisierende Installationen von Absorptionsmaschinen zu lesen (z. B. das Projekt des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energieforschung, Walter-Meißner-Str. 6, D 85748 Garching; z. B. das Projekt „BreBiSorp“ der Hochschule München, Lothstr. 34, D 80335 München; z. B. der Abschlussbericht zu dem Gutachten „Nachrüstung bestehender Holzkesselanlagen zu schadstoffarmen BHKW mit Brennwertnutzung - Verfahrensanalyse, Bewertung, Potenziale“ der Autoren Dr. A. Heinz, Dipl.-Ing. (FH) S. Winter, Dipl.-Ing. A. Vogel, Prof. Dr.-Ing. H.-J. Röhm).In the specialist press and on the Internet, reports and references to installations of absorption machines that have already been implemented, as well as those that are planned and still to be implemented in the future (e.g. the project of the Bavarian Center for Applied Energy Research, Walter-Meißner-Str. 6 , D 85748 Garching; e.g. the "BreBiSorp" project of the Munich University of Applied Sciences, Lothstrasse 34, D 80335 Munich; e.g. the final report on the expert report "Retrofitting existing wood-fired boiler systems to low-emission CHP units with the use of calorific value - process analysis, evaluation, potentials " by the authors Dr. A. Heinz, Dipl.-Ing. (FH) S. Winter, Dipl.-Ing. A. Vogel, Prof. Dr.-Ing. H.-J. Röhm).
Eine weitere Beschreibung einer möglichen Ausgestaltung einer Absorptionsmaschine ist der
Soweit ersichtlich werden viele Projekte so gestaltet, dass zumindest der Desorber mit einem möglichst reinen Gas als Energieträger zu beschicken ist.As far as can be seen, many projects are designed in such a way that at least the desorber can be charged with a gas that is as pure as possible as an energy source.
Einige Ideen und Informationen lassen sich also aus den zuvor genannten Druckschriften entnehmen, sodass die zuvor genannten Druckschriften mit ihrer Benennung als vollumfänglich in vorliegende Erfindungsbeschreibung inkorporiert gelten. Hierdurch soll vermieden werden, erneut und wiederholt allgemein bekannte Zusammenhänge zwischen dem Betrieb von Absorptionsmaschinen und den mechanischen Ausgestaltungen solcher Maschinen erörtern zu müssen, sondern durch Verweis auf die Druckschriften sollen diese Zusammenhänge als ebenfalls definiert für vorliegende Erfindung angesehen werden dürfen.Some ideas and information can therefore be found in the documents mentioned above, so that the documents mentioned above are considered to be fully incorporated in the present description of the invention with their naming. This is to avoid having to once again and repeatedly discuss well-known relationships between the operation of absorption machines and the mechanical configurations of such machines, but by referring to the publications these relationships should be considered as also defined for the present invention.
Aufgabenstellungtask
Besonders vorteilhaft wäre es, wenn eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung einen möglichst hohen Wirkungsgrad hat, z. B. bezogen auf die Energie, die durch den Brennstoff verkörpert ist.It would be particularly advantageous if a plant for cogeneration had the highest possible efficiency, e.g. B. related to the energy embodied by the fuel.
Erfindungsbeschreibunginvention description
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.The object according to the invention is achieved by a plant for combined heat and power generation according to claim 1 . Advantageous developments can be found in the dependent claims.
Eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung kann eine solche Anlage wie ein kalorisches Kraftwerk sein. Solche Anlagen werden üblicherweise dazu verwendet, aus der zur Verfügung stehenden Kraft z. B. einen elektrischen Strom mittels Stromerzeugungsgenerator zu erzeugen und die im Übrigen zur Verfügung stehende Wärme, z. B. als Fernwärme, zu verwenden. Entsprechende kalorische Kraftwerke gibt es z. B. in Gestalt von GuD-Kraftwerken (Gas-und-Dampf-Turbinen-Kraftwerken) und auch in Gestalt von Kohle-Kraftwerken.A plant for combined heat and power can be such a plant as a thermal power plant. Such systems are commonly used to z. B. to generate an electric current by means of a power generator and the rest of the available heat, z. B. as district heating to use. Corresponding caloric power plants are available e.g. B. in the form of GuD power plants (gas and steam turbine power plants) and also in the form of coal-fired power plants.
Der in dem Kraftwerk vorhandene Stromerzeugungsgenerator kann z. B. dazu ausgelegt sein, einen elektrischen Strom zur Netzversorgung liefern zu können. Die Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung treibt den Generator an, damit dieser einen elektrischen Strom in ein elektrisches Netz liefern kann bzw. eine elektrische Spannung zur Verfügung stellen kann.The power generation generator present in the power plant can e.g. B. be designed to be able to deliver an electric current to the mains supply. The cogeneration plant drives the generator so that it can supply electricity to an electrical network or provide electrical voltage.
In einer solchen Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung gibt es eine Dampfturbine, die idealerweise mehrstufig realisiert ist. Die Dampfturbine ist als Entnahmekondensationsturbine gestaltet. Die Dampfturbine hat Anschlüsse, an denen ein Kondensat aus der Turbine entnommen werden kann und an Verbraucher wie z. B. eine Absorptionswärmepumpe weitergeleitet werden kann.In such a plant for combined heat and power generation, there is a steam turbine that is ideally implemented in multiple stages. The steam turbine is designed as an extraction condensing turbine. The steam turbine has connections where a condensate can be removed from the turbine and to consumers such. B. an absorption heat pump can be forwarded.
Nachdem die Dampfturbine vorteilhafterweise mehrere Stufen hat, stehen mehrere Stufen zur Verfügung, an denen eine Absorptionswärmepumpe angeschlossen werden kann. Ist die Entnahmekondensationsturbine z. B. eine dreistufige Turbine, so kann eine Absorptionswärmepumpe mit einem Arbeitsanschluss an z. B. einer zweiten Stufe angeschlossen sein. An einer dritten Stufe kann eine Quelle der Absorptionswärmepumpe angeschlossen sein. Die Quellenseite der Absorptionswärmepumpe kann hierbei über einen Wärmetauscher an einer letzten Stufe, z. B. an einer dritten Stufe, der Entnahmekondensationsturbine angeschlossen sein.Since the steam turbine advantageously has several stages, there are several stages available to which an absorption heat pump can be connected. Is the extraction condensation turbine z. B. a three-stage turbine, an absorption heat pump with a working connection to z. B. be connected to a second stage. A source of the absorption heat pump can be connected to a third stage. The source side of the absorption heat pump can have a heat exchanger at a last stage, e.g. B. at a third stage, be connected to the extraction condensation turbine.
Die Absorptionswärmepumpe hat eine Senkenseite. An der Senkenseite der Absorptionswärmepumpe kann ein Wärmetauscher angeschlossen sein. Über diesen an der Senkenseite der Absorptionswärmepumpe vorhandenen Anschluss kann ein Wärmetauscher an der Absorptionswärmepumpe angeschlossen sein. Auch ist es möglich, dass über diesen an der Senkenseite der Absorptionswärmepumpe angeschlossenen Wärmetauscher sekundärseitig ein Nutzwärmekreislauf, wie z. B. ein Fernwärmekreislauf, geführt ist.The absorption heat pump has a sink side. A heat exchanger can be connected to the sink side of the absorption heat pump. A heat exchanger can be connected to the absorption heat pump via this connection present on the sink side of the absorption heat pump. It is also possible that on the secondary side connected to the sink side of the absorption heat pump heat exchanger, a useful heat circuit such. B. a district heating circuit is performed.
Hierdurch ist es möglich, Energie, die in dem Kondensat der Entnahmekondensationsturbine vorhanden ist, zusätzlich über die Absorptionswärmepumpe für einen thermischen Kreislauf wie für einen Nutzwärmekreislauf, wie z. B. ein Fernwärmekreislauf, zur Verfügung zu stellen.This makes it possible to use energy that is present in the condensate of the extraction condensation turbine, in addition to the absorption heat pump for a thermal cycle such as for a useful heat cycle such. B. a district heating circuit to make available.
Nachfolgend sollen besondere Ausgestaltungsmöglichkeiten für eine verwendbare Absorptionswärmepumpe bzw. eine Absorptionskältemaschine dargelegt werden.Particular configuration options for a usable absorption heat pump or an absorption refrigeration machine are to be presented below.
Wie eingangs angesprochen, bezeichnet die Fachwelt durch den Begriff „Absorptionskältemaschine“ oder „Absorptionsmaschine“ sowohl Absorptionswärmepumpen als auch Absorptionskältemaschinen (im eigentlichen Sinne), wobei die Absorptionskältemaschine hierbei vorrangig im Klimatisierungsbetrieb betrieben wird. Eine Absorptionskältemaschine hat mehrere Anschlüsse, an die Rohre angeschlossen werden können. Durch diese Rohre sind Gase, Flüssigkeiten oder sonstige Energieträger auf unterschiedlichen Temperaturniveaus durchzuleiten. Einer der Anschlüsse, an die die Rohre anzuschließen bzw. angeschlossen sind, ist als Niedertemperaturanschluss zu bezeichnen (der Anschluss ist vorzugsweise der Quellenanschluss, d. h., der Quellenanschluss wird als Niedertemperaturanschluss an die Dampfturbine geführt). Die Absorptionskältemaschine bzw. die Absorptionswärmepumpe lässt sich derart betreiben, dass sie ein Gerät zur Klimatisierung oder zur Kühlung ist. Die Absorptionskältemaschine bzw. die Absorptionswärmepumpe lässt sich auch so betreiben, dass eine Niveauanpassung eines Mediums mit einer Eingangstemperatur auf ein Temperaturniveau stattfindet (wobei sekundärseitig nicht das exakt selbe Medium aus der Absorptionswärmepumpe ausgeleitet wird). Es kann auch gesagt werden, die Absorptionskältemaschine ist ein Gerät in einer Klimaanlage bzw. sie ist ein Gerät in einer Kälteanlage. Damit die Absorptionskältemaschine zur Klimatisierung genutzt werden kann, wird ein Niedertemperaturanschluss eines Verdampfers, der auch als Evaporator bezeichnet werden kann, an einen Klimatisierungsanschluss angeschlossen. Die durch die Absorptionskältemaschine geführte Strömungsstrecke, die sowohl durch den Absorber als auch durch den Kondensierer gehen kann, kann als Strecke für ein Medium verwendet werden, das im Kreislaufbetrieb mit einem Klima-Kühlturm verschaltet ist. Dadurch kann Energie am Niedertemperaturanschluss abgeleitet werden, die zu dem Klima-Kühlturm weiterzuleiten ist.As mentioned at the beginning, experts use the term "absorption chiller" or "absorption machine" to refer to both absorption heat pumps and absorption chillers (in the actual sense), with the absorption chiller being primarily operated in air conditioning mode. An absorption chiller has several ports to which pipes can be connected. Gases, liquids or other energy carriers at different temperature levels are to be passed through these pipes. One of the ports to which the tubes are or will be connected shall be designated as the low-temperature port (the port is preferably the source port, i.e. the source port is routed to the steam turbine as the low-temperature port). The absorption chiller or the absorption heat pump can be operated in such a way that it is a device for air conditioning or for cooling. The absorption chiller or the absorption heat pump can also be operated in such a way that a level adjustment of a medium with an input temperature to a temperature level takes place (whereby the exact same medium is not discharged from the absorption heat pump on the secondary side). It can also be said that the absorption chiller is a device in an air conditioning system or it is a device in a refrigeration system. So that the absorption chiller can be used for air conditioning, a low-temperature connection of an evaporator, which can also be referred to as an evaporator, is connected to an air conditioning connection. The flow path guided through the absorption chiller, which can go both through the absorber and through the condenser, can be used as a path for a medium that is connected to an air-conditioning cooling tower in circulation mode. As a result, energy can be derived from the low-temperature connection, which is to be forwarded to the air-conditioning cooling tower.
Eine Absorptionskältemaschine sollte mehrere Wärmetauscher umfassen. In einer Ausgestaltung der Absorptionskältemaschine als Gerät zur Nutzung der Abwärme industrieller Fertigungsprozesse oder in einem Kraftwerk bzw. in einer Anlage der Kraft-Wärme-Koppelung kann die Absorptionskältemaschine mit zumindest vier Wärmetauschern ausgestattet sein. Sind mehr Wärmequellen durch die Absorptionskältemaschine zusammenzuführen, so können auch mehr als vier Wärmetauscher in der Absorptionskältemaschine vorhanden sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann der Wärmetauscher für die Absorberkammer und für die Kondensiererkammer zu einem integrierten Wärmetauscher zusammengefasst sein. Von den Wärmetauschern ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung zumindest ein Wärmetauscher ein Rohrbündelwärmetauscher. Der Rohrbündelwärmetauscher ist der Wärmetauscher für den Desorber der Absorptionskältemaschine. Rohrbündelwärmetauscher werden gerne an den Stellen einer thermischen Anlage eingesetzt, an denen größere Energiemengen zu übertragen sind.An absorption chiller should include multiple heat exchangers. In one embodiment of the absorption chiller as a device for using the waste heat from industrial manufacturing processes or in a power plant or in a combined heat and power plant, the absorption chiller can be equipped with at least four heat exchangers. If more heat sources are to be brought together by the absorption refrigeration machine, there can also be more than four heat exchangers in the absorption refrigeration machine. In a further embodiment, the heat exchanger for the absorber chamber and for the condenser chamber can be combined to form an integrated heat exchanger. In an advantageous embodiment, at least one of the heat exchangers is a tube bundle heat exchanger. The tube bundle heat exchanger is the heat exchanger for the desorber of the absorption chiller. Tube bundle heat exchangers are often used at those points in a thermal system where larger amounts of energy have to be transferred.
Die Absorptionskältemaschine hat neben den Wärmetauschern auch einen eigentlichen Kern, der als Maschinenkörper bezeichnet werden kann. Der Maschinenkörper trägt wenigstens zwei Kammern. Mit anderen Worten, wenigstens zwei Kammern sind in dem Maschinenkörper vorhanden. In einer besonders integrierten Ausgestaltung umfasst der Maschinenkörper neben den Wärmetauschern wenigstens zwei Kammern. Die Kammern unterscheiden sich in den Drücken, die in den einzelnen Kammern herrschen. In einer Kammer herrscht ein besonders niedriger Druck, z. B. ein Druck in einem Wertebereich um 30 mbar (absolut) oder z. B. um 40 mbar (absolut) herum (± 10 mbar). In der anderen Kammer herrscht hierzu vergleichswiese ein deutlich höherer Druck, z. B. ein 25-mal so hoher Druck. Der Druck in der zweiten Kammer kann z. B. auf einem Druckniveau um 1000 mbar (absolut) (± 100 mbar) liegen.In addition to the heat exchangers, the absorption chiller also has an actual core, which can be described as the machine body. The machine body carries at least two chambers. In other words, at least two chambers are present in the machine body. In a particularly integrated embodiment, the machine body includes at least two chambers in addition to the heat exchangers. The chambers differ in the pressures that prevail in the individual chambers. In one chamber there is a particularly low pressure, e.g. B. a pressure in a value range around 30 mbar (absolute) or z. B. around 40 mbar (absolute) around (± 10 mbar). In the other chamber there is a comparatively higher pressure, e.g. B. a 25 times higher pressure. The pressure in the second chamber can e.g. B. at a pressure level of 1000 mbar (absolute) (± 100 mbar).
Die einzelnen Kammern können zudem noch unterteilt sein. Für die Trennung der Bereiche gibt es vorteilhafterweise z. B. Gitter-Tröpfchensammler. Auf der einen Seite des Gitter-Tröpfchensammler und auf der anderen Seite des Gitter-Tröpfchensammler sind zwei unterschiedliche Bereiche der einen Kammer angesiedelt. Der Gitter-Tröpfchensammler teilt die Kammer in zwei Teilkammern auf. Die Teilkammern sind durch den Gitter-Tröpfchensammler zusammenhängend miteinander verbunden, sodass im Endeffekt auch von einer ersten (Teil-)Kammer und von einer zweiten (Teil-)Kammer gesprochen werden kann.The individual chambers can also be subdivided. For the separation of the areas there are advantageously z. B. Grid droplet collector. On one side of the grid droplet collector and on the other side of the grid droplet collector are two different areas of one chamber settled. The grid droplet collector divides the chamber into two sub-chambers. The sub-chambers are connected to one another by the grid droplet collector, so that in the end one can also speak of a first (sub-)chamber and a second (sub-)chamber.
Die Absorptionskältemaschine ist in einem inneren Bereich, insbesondere im Inneren des Maschinenkörpers mit wenigstens zwei verschiedenen Medien aufgefüllt bzw. befüllt. Das eine Medium ist vorteilhafterweise eine hoch-hygroskopische Flüssigkeit. Das andere Medium ist vorteilhafterweise ein Kältemittel. Als hoch-hygroskopische Flüssigkeit kommt z. B. eine Lithium-Bromit-Salzlösung in Betracht. Als Kältemittel kommt z. B. Wasser in Betracht. Sowohl die hoch-hygroskopische Flüssigkeit, die als Absorbens zu bezeichnen ist, als auch das Kältemittel sind von einer Kammer zur nächsten Kammer bzw. von einer Teilkammer zur nächsten Teilkammer zu transportieren. Die Absorptionskältemaschine ist so gestaltet, dass sowohl das Kältemittel als auch das Absorbens durch die Kammern durchtransportiert werden können.The absorption refrigeration machine is filled with at least two different media in an inner region, in particular in the interior of the machine body. One medium is advantageously a highly hygroscopic liquid. The other medium is advantageously a refrigerant. As a highly hygroscopic liquid z. B. a lithium bromite salt solution into consideration. As a refrigerant z. B. water into consideration. Both the highly hygroscopic liquid, which can be described as an absorbent, and the refrigerant must be transported from one chamber to the next or from one sub-chamber to the next sub-chamber. The absorption chiller is designed in such a way that both the refrigerant and the absorbent can be transported through the chambers.
Der Desorber ist für einen Energieaustausch einer Antriebsenergie für die Absorptionskältemaschine ausgelegt. Hierzu kann z. B. ein Gas oder ein Dampf oder ein Heißmwasser oder ein Thermoöl in den Desorber, genauer in den Wärmetauscher des Desorbers einströmen. Dieses Medium wird für einen Energieeintrag in die Absorptionskältemaschine genutzt.The desorber is designed for an energy exchange of drive energy for the absorption chiller. For this purpose z. B. a gas or steam or hot water or thermal oil flow into the desorber, more precisely into the heat exchanger of the desorber. This medium is used for energy input into the absorption chiller.
Der Teil „Wärmetauscher“ des Desorbers ist idealerweise, wie oben angesprochen, - zumindest teilweise - durch ein Rohrbündelwärmetauscher realisiert. Der Rohrbündelwärmetauscher setzt sich, wie sein Name es schon sagt, aus einer größeren Anzahl Rohre zusammen, z. B. aus 200 Rohren, die zueinander parallel geführt sind. Die Rohre stellen die Trennebene bzw. Trennungslinie zwischen dem Gas bzw. dem Dampf zum Beheizen und dem Inneren der Absorptionskältemaschine dar.The "heat exchanger" part of the desorber is ideally, as mentioned above, realized - at least partially - by a shell and tube heat exchanger. As the name suggests, the tube bundle heat exchanger consists of a large number of tubes, e.g. B. from 200 tubes that are guided parallel to each other. The tubes represent the dividing plane or dividing line between the gas or steam for heating and the interior of the absorption chiller.
Die zuvor beschriebene Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung mit einer Absorptionskältemaschine kann auf unterschiedliche Arten und Weisen betrieben werden.The previously described system for combined heat and power with an absorption chiller can be operated in different ways.
Eine geeignete Art und Weise des Betriebs der Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung mit ihrer Absorptionskältemaschine besteht darin, dass zwischen einem Sommergrundlastbetrieb und einem Wintergrundlastbetrieb durch Umschalten, z. B. von Ventilen, gewechselt werden kann.A suitable way of operating the system for cogeneration with its absorption chiller is that between a summer base load operation and a winter base load operation by switching, z. B. of valves can be changed.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.Advantageous refinements and developments are set out below, which, viewed individually, both individually and in combination, can also reveal inventive aspects.
Wie gesagt, kann die Entnahmekondensationsturbine eine dreistufige Turbine sein. Natürlich ist es auch möglich, eine Entnahmekondensationsturbine vorzusehen, die mehr als drei Stufen hat. So eine Turbine kann z. B. auch eine vier- oder fünfstufige Entnahmekondensationsturbine sein. Vorteilhafterweise gibt es zumindest eine Dampfentnahme. Der Dampf, der an der Dampfentnahme entnommen werden kann, soll eine Temperatur haben, die höher als eine Dampftemperatur an einem kalten Ende der Dampfturbine ist. Deren letzte Stufe sollte so ausgelegt sein, dass dort eine möglichst niedrige Temperatur in dem Dampf herrscht.As stated, the extraction condensing turbine can be a three-stage turbine. Of course, it is also possible to provide an extraction condensing turbine that has more than three stages. Such a turbine can B. also be a four- or five-stage extraction condensing turbine. Advantageously there is at least one vapor extraction. The steam that can be extracted at the steam extraction should have a temperature that is higher than a steam temperature at a cold end of the steam turbine. The last stage should be designed in such a way that the temperature in the steam is as low as possible.
Der Dampf, der durch die Entnahmekondensationsturbine geleitet wird, sollte idealerweise eine möglichst niedrige Temperatur haben. Als niedrige Temperaturen werden Temperaturen von weniger als 45 °C angesehen, insbesondere sogar weniger als 35° C. Die dritte Stufe kann für eine Abgabetemperatur eines durch die Turbine durchleitbaren Dampfes von nicht mehr als 45 °C, z. B. von nur 35 °C ausgelegt sein.The steam that is passed through the extraction condensing turbine should ideally have as low a temperature as possible. Temperatures of less than 45°C, in particular even less than 35°C, are regarded as low temperatures. B. be designed for only 35 °C.
Zwischen der Dampfturbine und der Absorptionswärmepumpe verlaufen Rohre, die sogenannte Verrohrung. Die Anlage hat eine Verrohrung zwischen der Dampfturbine und der Absorptionswärmepumpe. Über die Verrohrung kann ein Abzapfdampf an einen Arbeitsanschluss der Absorptionswärmepumpe geführt werden.Pipes, the so-called piping, run between the steam turbine and the absorption heat pump. The plant has piping between the steam turbine and the absorption heat pump. A bled steam can be routed to a working connection of the absorption heat pump via the piping.
Die Absorptionswärmepumpe kann zur Wandlung eines Temperaturniveaus von der Quellenseite auf die Senkenseite vorgesehen sein. Die Absorptionswärmepumpe ist so gestaltet, dass mit ihr eine Anhebung eines Temperaturniveaus von über die Quellenseite eingeleiteter Quellenwärme auf ein Fernwärmetemperaturniveau möglich ist.The absorption heat pump can be provided for converting a temperature level from the source side to the sink side. The absorption heat pump is designed in such a way that it can be used to raise the temperature level of source heat introduced via the source side to a district heating temperature level.
Der Abgasstrang der Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung kann durch einen Abhitzekessel geführt sein. Der Abhitzekessel kann mehrstufig aufgebaut sein, z. B. ein drei Druckstufen umfassender Abhitzekessel sein.The exhaust line of the plant for combined heat and power can be routed through a waste heat boiler. The waste heat boiler can be constructed in several stages, e.g. B. be a three pressure stages comprehensive waste heat boiler.
An wenigstens einer der Druckstufen ist idealerweise ein Dampfturbinenkreislauf angeschlossen. An einer anderen Stufe kann Prozessdampf ausgekoppelt werden. Genauso ist es aber auch möglich, dass an allen Druckstufen, z. B. an allen drei Druckstufen, je ein Dampfturbinenkreislauf oder - in einer alternativen Ausführung - ein gemeinsamer Dampfturbinenkreislauf angeschlossen ist.A steam turbine circuit is ideally connected to at least one of the pressure stages. Process steam can be extracted at another stage. But it is also possible that at all pressure levels, e.g. B. at all three pressure stages, depending on a steam turbine circuit or - is connected to a common steam turbine circuit - in an alternative embodiment.
Darüber hinaus ist es möglich, einen zusätzlichen Wärmetauscher jenseits einer Rauchgasreinigungsstufe anzusiedeln, d. h. abströmseitig im Abgasstrang der Rauchgasreinigungsstufe und anschließend ein Wärmetauscher vorhanden sein. Hinter der Rauchgasreinigungsstufe ist ein zusätzlicher Wärmetauscher vorhanden. Durch einen solchen Wärmetauscher kann zusätzlich das Wasser, das aus einer Rauchgasentschwefelung stammt, aus dem Abgas (wieder) ausgebracht werden. Auch bei Müllkesseln mit einer Rauchgasreinigungsstufe ist ein abströmseitig vorhandener Wärmetauscher vorteilhaft.In addition, it is possible to locate an additional heat exchanger beyond a flue gas cleaning stage, i. H. on the outflow side in the exhaust line of the flue gas cleaning stage and then a heat exchanger. There is an additional heat exchanger behind the flue gas cleaning stage. With such a heat exchanger, the water that comes from flue gas desulfurization can also be (re)used from the exhaust gas. A heat exchanger on the outflow side is also advantageous for refuse boilers with a flue gas cleaning stage.
In der Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung gibt es vorteilhafterweise mehrere Ventile, eines davon kann als saisonales Betriebsventil gestaltet sein. Abhängig von der Jahreszeit oder abhängig von den saisonalen, klimatischen und/oder thermischen Umständen kann durch eine Einstellung des Betriebsventils ein Arbeitsanschluss der Absorptionswärmepumpe mit Dampf aus dem Dampfturbinenkreislauf beaufschlagt werden. Mithilfe eines solchen Betriebsventils, genauer gesagt mithilfe eines saisonalen Betriebsventils, kann zwischen einem Sommergrundlastbetrieb und einem Wintergrundlastbetrieb umgeschaltet werden. Im Sommergrundlastbetrieb kann eine Rückkühlung stattfinden. Vorteilhaft ist es, wenn im Sommergrundlastbetrieb keine Energie aus der Senkenseite der Absorptionswärmepumpe in den Nutzwärmekreislauf, wie z. B. ein Fernwärmekreislauf, eingeleitet wird.There are advantageously several valves in the cogeneration plant, one of which can be designed as a seasonal service valve. Depending on the time of year or depending on the seasonal, climatic and/or thermal circumstances, steam from the steam turbine circuit can be applied to a working connection of the absorption heat pump by adjusting the operating valve. With the help of such a service valve, more precisely with the help of a seasonal service valve, it is possible to switch between a summer base load operation and a winter base load operation. Recooling can take place in summer base load operation. It is advantageous if no energy from the sink side of the absorption heat pump in the useful heat circuit, such. B. a district heating circuit is initiated.
Lässt sich zwischen Sommergrundlastbetrieb und Wintergrundlastbetrieb umschalten, kann die Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung auch so gestaltet sein, dass wenigstens 10 % der Fernwärmeleistung mithilfe der Absorptionswärmepumpe in den Nutzwärmekreislauf, wie z. B. ein Fernwärmekreislauf, eingeleitet wird. Die Absorptionswärmepumpe kann an ihrer Senkenseite Energie zur Verfügung stellen, die für ein Einleiten in den Nutzwärmekreislauf, wie z. B. ein Fernwärmekreislauf, vorgesehen ist. Die Absorptionswärmepumpe kann mit unterschiedlichsten Salzen befüllt sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Absorptionswärmepumpe eine Lithium-Brom-Absorptionswärmepumpe ist. Die Absorptionswärmepumpe hat ein Absorptionsmittel, das vorteilhafterweise ein Lithiumsalz der Bromwasserstoffsäure (LiBr) ist.If it is possible to switch between summer base load operation and winter base load operation, the combined heat and power plant can also be designed in such a way that at least 10% of the district heating output is fed into the useful heat circuit, e.g. B. a district heating circuit is initiated. The absorption heat pump can provide energy on its sink side, which is required for initiation into the useful heat circuit, such as e.g. B. a district heating circuit is provided. The absorption heat pump can be filled with a wide variety of salts. It has proven particularly advantageous if the absorption heat pump is a lithium-bromine absorption heat pump. The absorption heat pump has an absorbent which is advantageously a lithium salt of hydrobromic acid (LiBr).
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass in dem Abgasstrang ein Wärmetauscher vorhanden ist, dessen Betriebsweise bzw. dessen primärseitiges Mittel, insbesondere nach saisonalen Bedingungen, verändert werden kann. In einem Sommerbetrieb kann ein Kondensat durch den Wärmetauscher geleitet werden. In einem Winterbetrieb kann statt des Kondensats ein Fernwärmewasser durch diesen Tauscher geleitet werden.A further advantage results from the fact that there is a heat exchanger in the exhaust line, the mode of operation of which or the means on the primary side can be changed, in particular according to seasonal conditions. In a summer operation, a condensate can be passed through the heat exchanger. In winter operation, district heating water can be routed through this exchanger instead of the condensate.
Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.The combinations and exemplary embodiments presented above can also be considered in numerous other connections and combinations.
Die Anzahl der Wärmetauscher und der Druckstufen im Abgasstrang kann auf den Anwandlungsfall, wie die Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden soll, angepasst werden. Als Einsatzgebiete kommen z. B. Müllkessel, Stromerzeugung und/oder Werke der Baustoffherstellung in Betracht.The number of heat exchangers and pressure levels in the exhaust line can be adapted to the application in which the system is to be used for combined heat and power generation. As areas of application z. B. waste boilers, power generation and / or plants of building material production into consideration.
Figurenlistecharacter list
Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei
-
1 eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung in einem Wintergrundlastbetrieb dem Prinzip nach zeigt, -
2 eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung im Sommergrundlastbetrieb dem Prinzip nach zeigt, - die
Figuren 3 bis 7 in einzelnen Teilen eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung im Wintergrundlastbetrieb gemäß der Darstellung nach13 zeigt, - die Figuren
8 bis12 in einzelnen Teilen eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung im Sommergrundlastbetrieb gemäß der Darstellung nach14 zeigt, -
13 die Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung, dieaus den 3 bis 7 bekannt ist, mit Angabe von Energien im Wintergrundlastbetrieb zeigt und -
14 die Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung, die aus den8 bis12 bekannt ist, mit Angabe von Energien im Sommergrundlastbetrieb zeigt.
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1 shows a plant for combined heat and power in a winter base load operation according to the principle, -
2 a system for combined heat and power in summer base load operation shows the principle, - the figures
3 until7 in individual parts a plant for combined heat and power in winter base load operation according to the illustration13 shows, - the figures
8th until12 in individual parts a plant for combined heat and power in summer base load operation according to the illustration14 shows, -
13 the plant for combined heat and power, which consists of the3 until7 is known, with details of energies in winter base load operation and shows -
14 the plant for combined heat and power, which consists of the8th until12 is known, with details of energies in summer base load operation.
Figurenbeschreibungcharacter description
Wie ein Wechsel zwischen Sommergrundlastbetrieb und Wintergrundlastbetrieb mit einer Anlage 1, 101 zur Kraft-Wärme-Kopplung realisiert werden kann, lässt sich besonders gut anhand der angegebenen Energien in den
Ein Kraftwerkstechniker kann anhand der Ausschnitte, der darin angegebenen Temperaturen und Energien sowie der bekanntgegebenen Gasmengen die Funktionsweise des symbolisch dargestellten Kraftwerks nachvollziehen.A power plant engineer can use the excerpts, the temperatures and energies specified therein, and the gas quantities disclosed to understand how the symbolically represented power plant works.
Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in beliebiger Form verbinden.The design options shown in the individual figures can also be connected to one another in any form.
Bezugszeichenlistereference list
(
- 1, 101
- Kraftwerk
- 3, 103
- Absorptionskältemaschine bzw. Absorptionswärmepumpe
- 5, 105
- Abgasstrang
- 7, 107
- Dampfturbine bzw. Entnahmekondensationsturbine
- 1, 101
- power plant
- 3, 103
- Absorption chiller or absorption heat pump
- 5, 105
- exhaust line
- 7, 107
- Steam turbine or extraction condensation turbine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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