DE1185416B - Verfahren und Einrichtung zur Ausnutzung von Muellwaerme - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur Ausnutzung von Müllwärme Die Beseitigung der ständig zunehmenden Müllmengen ist vor allem in größeren Städten zu einem wichtigen Problem geworden. Abgesehen von der Platzfrage ist es auch aus anderen z. B. hygienischen Gründen (Grundwassergesetz) zweckmäßig, den Müll nicht einfach irgendwo zu lagern, sondern zu verbrennen. Solche Müllverbrennungsanlagen sind an sich bekannt; auch hat man bereits daran gedacht, die dabei anfallende Wärme (Müllwärme) zur Dampferzeugung auszunutzen.
• Für eine wirtschaftliche Verwendung der Müllwärme kommt vor allem eine Stromerzeugungsanlage in Betracht, da die Müllwärme während des ganzen Jahres anfällt und deshalb z. B. von einer nur zeitweise betriebenen Fernheizung nicht dauernd abgenommen werden kann.
• Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß eine vorteilhafte Ausnutzung der Müllwärme nicht nur zur Dampferzeugung möglich ist und damit nicht an das Vorhandensein einer Dampfturbine als Antriebsmaschine für einen Generator gebunden ist. Diese Erkenntnis ist insofern wesentlich, als neuzeitliche Stromerzeugungsanlagen vielfach keine Dampfturbinen, sondern Gasturbinen aufweisen.
• Man hat bereits die Verwendung der in einer industriellen Ofenanlage anfallenden Abwärme zur Erzeugung von Heißluft für eine Heißluftturbine vorgeschlagen, wobei gleichzeitig die Abluft der Turbine die Verbrennungsluft der Ofenanlage liefern soll. In diesem Falle handelt es sich also um eine lediglich aus wärmewirtschaftlichen Gründen erfolgende Koppelung von zwei Anlagen, die an sich auch getrennt für einen wirtschaftlichen Zweck sinnvoll betrieben werden können.
• Außerdem ist es bekannt, die aus dem einer Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher austretenden Abgase einer Absorptionskälteanlage zuzuführen, die zur Zwischenkühlung von Luft in einem z. B. der gleichen Gasturbine vorgeschalteten Luftverdichter dient.
• Ferner ist ein Verfahren zur Müllverwertung bekannt, nach dem die bei der Verbrennung von Müll entstehenden Gase zum unmittelbaren Betrieb einer Gasturbine verwendet werden, die mit einem ausschließlich zur Lieferung von Druckluft für die Müllverbrennung dienenden Luftverdichter und einem ihre restliche Nutzleistung aufnehmenden Generator gekuppelt ist.
• Mit diesen bekannten Verfahren und Anlagen hat der Gegenstand der Erfindung nur je das eine oder andere Einzelmerkmal gemeinsam, während er sich in seinem Zusammenhang von dem ganzen Stand der Technik im Sinne einer vorteilhaften Ausnutzung bestimmter Voraussetzungen unterscheidet. So handelt es sich einerseits um die Verwertung einer fremden, aber nicht aus einer industriellen Ofenanlage od. dgl. stammenden Abwärme. Andererseits werden die bei einem Verbrennungsvorgang entstehenden heißen Gase mittelbar für das gegebenenfalls im Kreislauf geführte Arbeitsmittel der Turbine ausgenutzt.
• Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß die Müllwärme durch an sich bei Abwärmeverwertung in offenen oder geschlossenen Gasturbinenanlagen bekannte Maßnahmen ausgenutzt wird, indem sie zum Vorwärmen der verdichteten bzw. über einen Umwandlungsprozeß zum Kühlen der zu verdichtenden Arbeitsluft dient.
• Im Rahmen dieses Erfindungsgedankens gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die von der Müllwärme oder einer sonstigen fremden Abwärme aus einem für sich ebenfalls nur einer Vernichtung dienenden Verbrennungsvorgang vorgewärmte verdichtete Luft kann bei einer offenen Gasturbinenanlage der Brennkammer und bei einer geschlossenen Gasturbinenanlage (Heißluftturbine) dem Lufterhitzer zugeführt werden. Ferner kann die Müllwärme, gegebenenfalls zeitweise und/oder teilweise, zum Betrieb einer Absorberanlage ausgenutzt werden, die ein zusätzliches Kühlmittel (Sole) zur Vor- und/oder Zwischenkühlung der zu verdichtenden Arbeitsluft einer Gas-e> liefert. Statt dessen läßt sich auch gegebenenfalls die eigene Abwärme der mit einer Müllverbrennung gekoppelten Gasturbinenanlage zum Betrieb einer Absorberanlage ausnutzen. Alle diese für sich zum Teil bekannten Verfahrenseinzelheften werden nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Hauptanspruches unter Schutz gestellt.
• Nachstehend werden zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand der auf der Zeichnung schematisch dargestellten Anordnungen mehrere Ausführungsbeispiele derartiger Einrichtungen und Schaltungen beschrieben.
• Gemäß den F i g. 1 bis 3 handelt es sich um eine offene Gasturbinenanlage mit einem Luftverdichter 1, einer Turbine 2, einem Generator 3 und einer Brennkammer 4. Außerdem ist ein Müllverbrennungskessel 5 vorhanden, dessen Rohrsystem 6 eintrittsseitig an die Druckleitung 7 des Luftverdichters 1 und austrittsseitig an eine zur Brennkammer 4 führende Leitung 8 angeschlossen ist.
• Ergänzend zu einer solchen aus F i g. 1 ersichtlichen Anordnung ist gemäß den F i g. 2 und 3 noch ein Wärmetauscher 9 vorgesehen, der wärmeaufnahmeseitig an die Austrittsleitung 10 der Turbine 2 angeschlossen ist und ein Rohrsystem 11 enthält, das mit dem Rohrsystem 6 des Kessels 5 gemäß F i g. 2 parallel und gemäß F i g. 3 in Reihe geschaltet ist.
• Bei den vorstehend beschriebenen Anordnungen wird also die im Kessel s erzeugte Müllwärme zur (weiteren) Vorwärmung der vom Luftverdichter 1 gelieferten Arbeitsluft ausgenutzt, so daß diese mit entsprechend (noch) höherer Temperatur der Brennkammer zugeleitet wird.
• Die F i g. 4 und 5 beziehen sich auf eine geschlossene Gasturbinenanlage mit einem ND-Verdichter 12, einem HD-Verdichter 13, einer Turbine 14 mit vorgeschaltetem Lufterhitzer 15, einem Generator 16, einem Anlasser 17 sowie einem Vorkühler 18 und einem Zwischenkühler 19 für das Verdichteraggregat. Außerdem ist wieder ein Müllverbrennungskessel 20 vorgesehen, dessen Rohrsystem 21 gemäß F i g. 4 in die vom HD-Verdichter 13 über einen zusätzlichen Wärmetauscher 22 zum Lufterhitzer 15 führende Leitung 23 eingeschaltet ist. Gemäß F i g. 5 ist das Rohrsystem 21 des Müllverbrennungskessels 20 dagegen sowohl ein- als auch austrittsseitig an einen weiteren Wärmetauscher 24 angeschlossen, der seinerseits ein Rohrsystem 25 enthält, das in die vom HD-Verdichter 13 über den Wärmetauscher 22 zum Lufterhitzer 15 führende Leitung 23 eingeschaltet ist.
• Bei diesen beiden Anlagen wird also die im Kessel 20 anfallende Müllwärme direkt bzw. indirekt mit zur Vorwärmung der als Arbeitsmittel der Turbine 14 dienenden Kreislaufluft herangezogen.
• Bei den F i g. 6 und 7 handelt es sich ebenfalls um eine geschlossene Gasturbinenanlage, zu der ein ND-Verdichter 26, ein HD-Verdichter 27, eine Turbine 28 mit vorgeschaltetem Lufterhitzer 29 und davor einem Wärmetauscher 30, einem Generator 31, einem Anlasser 32 sowie einem Vorkühler 33 und einem Zwischenkühler 34 für das Verdichteraggregat gehören. Sowohl der Vorkühler als auch der Zwischenkühler werden hier mit drei verschiedenen Medien beschickt, nämlich nicht nur mit normalem Kühlwasser, sondern außerdem mit Heizwasser und mit Sole. Die beiden letztgenannten Medien sind im Zusammenhang mit einer Absorberanlage 35 vorhanden und nehmen ebenso wie das Kühlwasser, und zwar entsprechend ihrer im Vergleich zu diesem höheren bzw. geringeren Temperatur an erster bzw. letzter Stelle Wärme aus der dem ND-Verdichter bzw. dem HD-Verdichter zugeführten Luft auf. Die Hin- und Rückleitungen für das Heizwasser sind mit 36 bzw. 36' und für die Sole mit 37 bzw. 37' bezeichnet, während das Rohrsystem 38 für das Kühlwasser nur innerhalb der beiden Kühler dargestellt ist.
• An die Absorberänlage 35 ist ferner ein Müllverbrennungskessel39 angeschlossen, dessen Rohrsystem 40 austrittsseitig zu einer Dampfturbine 41 führt, die zum Antrieb eines zweiten Generators 42 dient. Die Abdampfleitung 43 der Turbine führt zu einem (nicht gesondert dargestellten) Apparat der Absorberanlage. Gegebenenfalls kann jedoch der im Rohrsystem 40 des Kessels 39 erzeugte Dampf -es kann sich auch um noch nicht verdampftes heißes Wasser handeln - auch über eine die Turbine 41 umgehende Leitung 44 direkt der Absorberanlage zugeführt werden.
• Die F i g. 7 läßt insofern eine von F i g. 6 abweichende Besonderheit erkennen, als hier das durch das Rohrsystem 40 des Müllverbrennungskessels 39 geleitete Medium nicht direkt aus dem Absorber kommt und nach Durchströmen der Turbine bzw. der Umgehungsleitung 45 wieder in den Absorber zurückgeleitet wird, sondern indem es durch einen in die Rückleitung 36' des Heizwassers eingeschalteten Kondensator 46 geleitet wird. In diesem Kondensator nimmt das teils im Vorkühler, teils im Zwischenkühler wiedererwärmte Heizwasser noch weitere Wärme aus dem Kreislaufmedium des Kessels 39 auf, bevor es wieder in den Absorber gelangt.
• Die Heizwasserwärme kann schließlich zu gegebenen Zeiten ganz oder teilweise auch für eine Fernheizung oder ein sonstiges Abwärmeverwertungssystem ausgenutzt werden. Zu diesem Zweck sind in F i g. 7 von den Leitungen 36' bzw. 36 je eine abzweigende Hin- und Rückleitung 47 bzw. 47' vorgesehen. Diese Leitungen können gedrosselt oder wechselseitig mit den Verbindungen der Leitungen 36' bzw. 36 zum Absorber ganz abgeschaltet werden. Zu diesem Zweck sind an den betreffenden Stellen regelbare Absperrorgane 48 vorgesehen. Wenn die gesamte Heizwasserwärme für eine Fernheizung ausgenutzt wird, ist der Absorber solange außer Betrieb.
• Bei allen erläuterten Ausführungen wird mittels der Müllwärme eine Verbesserung des Wirkungsgrades der offenen oder geschlossenen Gasturbinenanlage erreicht. Soweit die Müllwärme zur Vorwärmung der verdichteten Verbrennungsluft bei der offenen Gasturbine oder zur Vorwärmung der verdichteten Kreislaufluft für die geschlossene Gasturbine ausgenutzt wird, ist dies ohne weiteres verständlich, weil dadurch ein anderweitiger, die Nutzleistung der Turbine verringernder Energieaufwand in der Brennkammer bzw. im Lufterhitzer eingespart wird. Aber auch im Zusammenhang mit einem Absorber hat die Ausnutzung der Müllwärme die angegebene Wirkung, weil dadurch eine entsprechend stärkere Vor- bzw. Zwischenkühlung der noch zu verdichtenden Kreislaufluft bzw. Verbrennungsluft einer Gasturbine erreicht werden kann. Je niedriger aber die Ansaugtemperatur der Luft ist, desto kleiner wird die vom Verdichter aufgenommene Leistung. Damit steht eine um so größere Differenzleistung (Abtriebsleistung) der Turbine für die Stromerzeugung zur Verfügung. Da der Verdichter bei solchen Anlagen im allgemeinen etwa zwei Drittel oder noch mehr der gesamten Turbinenleistung aufnimmt, wirkt sich eine im Sinne der Erfindung durchgeführte Maßnahme besonders stark für die Erhöhung der Nutzleistung aus.
• Allenfalls läßt sich die Absorberanlage auch ohne Müllwärme allein mit der durch das Heizwasser der Arbeitsluft im Vor- undioder Zwischenkühler bzw. den Verbrennungsabgasen in einem der Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher entzogenen Abwärme betreiben.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Verwertung der bei der Müllverbrennung entstehenden Wärme (Müllwärme) in Gasturbinenanlagen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Müllwärme durch an sich bei Abwärmeverwertung in offenen oder geschlossenen Gasturbinenanlagen bekannte Maßnahmen ausgenutzt wird, indem sie zum Vorwärmen der verdichteten bzw. über einen Umwandlungsprozeß zum Kühlen der zu verdichtenden Arbeitsluft dient. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Müllwärme vorgewärmte verdichtete Luft der Brennkammer (4) einer offenen Gasturbinenanlage (2) zugeführt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Müllwärme vorgewärmte verdichtete Luft dem Lufterhitzer (15) einer geschlossenen Gasturbinenanlage (14) zugeführt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Müllwärme, gegebenenfalls zeitweise und/oder teilweise, zum Betrieb einer Absorberanlage (35) ausgenutzt wird, die Kühlmittel zur Vor- und/oder Zwischenkühlung der zu verdichtenden Arbeitsluft liefert. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerhalb des Müllverbrennungskessels (5) angeordnetes Rohrsystem (6) eintrittsseitig an die Druckleitung (7) eines Luftverdichters (1) und austrittsseitig an eine zur Brennkammer (4) führende Leitung (8) angeschlossen ist. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem innerhalb des Müllverbrennungskessels (5) angeordneten Rohrsystem (6) ein zweites Rohrsystem (11) parallel oder in Reihe geschaltet ist, das zu einem wärmeaufnahmeseitig an die Austrittsleitung (10) der Gasturbine (2) angeschlossenen Wärmetauscher (9) gehört. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerhalb des Müllverbrennungskessels (20) angeordnetes Rohrsystem (21) eintrittsseitig an die Druckleitung (23) eines HD-Verdichters (13), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines anderen Wärmetauschers (22), angeschlossen ist, während ihm austrittsseitig ein Lufterhitzer (15) nachgeschaltet ist. B. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerhalb des Müllverbrennungskessels (20) angeordnetes Rohrsystem (21) sowohl eintritts- als auch austrittsseitig an einen Wärmetauscher (24) angeschlossen ist, dessen wärmeaufnehmendes Element ein zwischen die Druckleitung (23) eines HD-Verdichters (13), gegebenenfalls hinter einem anderen Wärmetauscher (22), und einen Lufterhitzer (15) geschaltetes Rohrsystem (25) ist. 9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerhalb des Müllverbrennungskessels (39) angeordnetes Rohrsystem (40) zum Erzeugen von Abwärme dient, die über eine Turbine (41) oder direkt einer Absorberanlage (35) zugeleitet wird. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrsystem (40) des Müllverbrennungskessels (39) austrittsseitig über eine Turbine (41) oder direkt an einen in die Heizwasser-Rückleitung (36') der Absorberanlage (35) eingeschalteten Kondensator (46) angeschlossen ist. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß von der Heizwasser-Zuleitung (36) und -Rückleitung (36') Leitungen (47' bzw. 47) abzweigen, die zu einem Fernheizsystem oder einem sonstigen Abwärmeverwertungssystem gehören und mit Hilfe von regelbaren Absperrorganen (48) zeitweise an Stelle der Absorberanlage (35) oder gemeinsam mit dieser in den Heizwasserkreislauf einschaltbar sind. 1.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich die eigene Abwärme einer Gasturbinenanlage zum Betrieb einer Absorberanlage ausgenutzt wird, die ein zusätzliches Kühlmittel (Sole) für die zu verdichtende Arbeitsluft der Gasturbinenanlage liefert. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 973 903,_958 441, 843 629; deutsche Auslegeschrift Nr. 1077 918; österreichische Patentschrift Nr. 199 950; schweizerische Patentschrift Nr. 293 241; »M6moires de la Societe des Ingenieurs Civils de France«, April-Juni 1952, S. 175.