DE1231065B

DE1231065B - Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer nach einem Hochtemperatur-Kreisprozess arbeitenden Anlage

Info

Publication number: DE1231065B
Application number: DEA45844A
Authority: DE
Inventors: Rolf Kueng
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1964-04-23
Filing date: 1964-04-23
Publication date: 1966-12-22

Description

Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer nach einem Hochtemperatur-Kreisprozeß arbeitenden Anlage Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb einer nach einem Hochtemperatur-Kreisprozeß arbeitenden Anlage, beispielsweise einer Kraftwerksanlage mit einem magnetogasdynamischen Generator, bei der die Verbrennungsgase nach teilweiser Verwertung ihrer Energie noch weiter abgekühlt werden müssen, bevor sie zur Erhitzung der Verbrennungsluft des Kreisprozesses in einen Lufterhitzer eintreten können.
Bei thermischen Prozessen mit Verbrennung fossiler Brennstoffe ist es bekannt, die Verbrennungsgase nach teilweiser Verwertung ihrer Energie zu teilen und nur einen Teilstrom für die Erhitzung der Verbrennungsluft zu verwenden.
Bei Hochtemperaturprozessen muß die Verbrennungsluft - es kann auch mit Sauerstoff angereicherte Luft sein - so hoch erhitzt werden, daß durch die Verbrennung die gewünschte Betriebstemperatur erreicht wird. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, den Prozeß als Kreisprozeß zu führen und die Luft durch Verbrennungsgase zu erhitzen. Dabei kann das Problem auftreten, daß die Temperatur der Verbrennungsgase trotz einer schon erfolgten Energieverwertung noch höher ist als die zulässige Temperatur, mit welcher der Lufterhitzer beaufschlagt werden darf. Es sind daher geeignete Maßnahmen notwendig, um die Temperatur der Verbrennungsgase noch weiter abzusenken.
Die nächstliegende und üblicherweise angewendete Lösung, nämlich Zumischung von Umgebungsluft zu den Verbrennungsgasen, führt wegen der damit verbundenen Volumenvergrößerung zwangläufig auch zu einer Vergrößerung des Lufterhitzers und der übrigen nachgeschalteten Bauelemente. Zur Vermeidung dieses Nachteils werden erfindungsgemäß die Verbrennungsgase nach teilweise Verwertung ihrer Energie geteilt, und nur jenem Teilstrom, welcher für Erhitzung der Verbrennungsluft verwendet wird, werden vor dem Eintritt in den Lufterhitzer in an sich bekannter Weise Gase niedrigerer Temperatur beigemischt, während der restliche Teilstrom einer anderweitigen Verwendung zugeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnung beschrieben, deren beide Figuren beispielsweise eine Kraftwerksanlage mit einem magnetogasdynamischen Generator in zwei verschiedenen Ausführungen schematisch darstellen. Wie aus F i g. 1 hervorgeht, werden die aus dem magnetogasdynamischen Generator 1 austretenden Verbrennungsgase geteilt. Der eine Teilstrom geht durch die Leitung 2 zum Lufterhitzer 3, während der restliche Teilstrom durch eine Abzweigleitung 4 seiner weiteren Verwendung zugeführt wird. Es kann das, wie gezeigt, eine wassergekühlte Gasturbine 5 sein, aber auch der Strahlungsteil eines Dampfkessels oder ein sonstiger Energieverbraucher.
Zum Schutz des Lufterhitzers vor zu hoher Temperatur der Verbrennungsgase werden diesen vor ihrem Eintritt in den Lufterhitzer über die Zuführungsleitung 6 Gase niederigerer Temperatur beigemischt. Es kann das beispielsweise kalte Umgebungsluft sein, wenn die Volumenvermehrung der Verbrennungsgase möglichst klein gehalten werden soll, es eignen sich aber auch die Abgase eines thermischen Prozesses dafür, deren geringer Wärmeinhalt auf diese Weise noch nutzbringend verwendet werden kann. Die Beimischung kann durch selbständiges Ansaugen erfolgen, was einen gewissen Energieverbrauch bedingt und daher einen Druckabfall in den Verbrennungsgasen verursacht, oder die Gase niedrigerer Temperatur werden durch einen Verdichter 7 zugeführt.
Der Lufterhitzer 3 kann ein einzelnes Aggregat sein, aber auch aus mehreren parallel- oder hintereinandergeschalteten, gleich- oder verschiedenartigen Aggregaten bestehen. Die austretenden Verbrennungsgase werden in einem Abhitzekessel8 weiter ausgenutzt, der eine Dampfturbine 9 speist, welche einen elektrischen Generator 10 antreibt. Zur Dampfkraftanlage gehört ferner der Kondensator 11 und die Speisepumpe 12.
Die Verbrennungsluft des Kreisprozesses wird durch den Verdichter 13 auf den notwendigen Betriebsdruck gebracht, durchströmt den Lufterhitzer 3 und geht über die Leitung 14 zum magnetogasdynamischen Generator 1, dem bei 15 der Brennstoff zugeführt wird. In F i g. 2 ist eine ähnlich aufgebaute Kraftwerksanlage dargestellt. Ein Teilstrom der Verbrennungsgase, die aus dem magnetogasdynamischen Generator 1 austreten, wird nach der Abkühlung durch Gase niedrigerer Temperatur auch hier durch den Lufterhitzer 3 geleitet, doch vereinigt er sich nachher wieder mit dem restlichen Teilstrom. Dieser geht, gleich wie in F i g. 1, über die Abzweigleitung 4 und wird entweder direkt oder nach Energieabgabe, z. B. im Hochtemperaturteil eines Abhitzekessels, unter Umgehung des Lufterhitzers dem dort austretenden Teilstrom über die Umgehungsleitung 16 zugeführt, was den Einbau eines wassergekühlten Drosselorgans 17 in die Umgehungsleitung erfordert. Die Gesamtmenge der heißen Gase wird nun der weiteren Verwendung, nach F i g. 2 einer Gasturbine 18 zugeführt.
Zur Abkühlung des den Lufterhitzer durchströmenden Teilströmes kann auch hier ein beliebiges Gas verwendet werden. Es ist aber auch möglich und oftmals zweckmäßiger, aus dem Kreisprozeß an einer Stelle tieferer Temperatur Gase zu entnehmen, z. B. nach der Gasturbine 18, und sie über eine Rückführleitung 19 direkt dem heißen Teilstrom beizumischen oder dem der Zuspeisung dienenden Verdichter 7 zuzuleiten.
Der Vorteil einer Einrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber den bekannten, bei denen die Gesamtmenge der Verbrennungsgase den Lufterhitzer durchströmt, besteht darin, daß eine kleinere Gasmenge niedrigerer Temperatur beigemischt werden muß. Dadurch werden alle nach der Beimischung von den Verbrennungsgasen durchströmten Bauteile wie Lufterhitzer und sonstige Wärmetauscher, Abhitzekessel, Kraftmaschinen, Leitungen usw. wesentlich kleiner. Da nur mehr ein Teilstrom der Verbrennungsgase abgekühlt wird, werden auch die thermodynamischen Verluste kleiner, und der Gesamtwirkungsgrad wird verbessert. Bei Zumischung der Gase niedrigerer Temperatur unter Druck werden der dazu benötigte Verdichter und die von ihm aufgenommene Leistung kleiner. Durch die Wiedervereinigung der beiden Teilströme und das dabei benötigte Drosselorgan entsteht eine zusätzliche Regelmöglichkeit für die Gesamtanlage. Die zu erhitzende Luftmenge bleibt gleich; die wärmetauschende Teilmenge der Verbrennungsgase muß daher im Lufterhitzer stärker abgekühlt werden, damit die Luft am Austritt das gleiche Temperaturniveau erreicht.
Für die Gegenstände der Ansprüche 2 bis 8 wird nur in Verbindung mit dem Gegenstand des Hauptanspruches Patentschutz begehrt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betrieb einer nach einem Hochtemperatur-Kreisprozeß arbeitenden Anlage, beispielsweise einer Kraftwerksanlage mit einem magnetogasdynamischen Generator, bei der die Verbrennungsgase nach teilweiser Verwertung ihrer Energie noch weiter abgekühlt werden müssen, bevor sie zur Erhitzung der Verbrennungsluft des Kreisprozesses in einen Lufterhitzer eintreten können, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase nach teilweiser Verwertung ihrer Energie geteilt werden und nur jenem Teilstrom, welcher für die Erhitzung der Verbrennungsluft verwendet wird, vor dem Eintritt in den Lufterhitzer (3) in an sich bekannter Weise Gase niedrigerer Temperatur beigemischt werden, während der restliche Teilstrom einer anderweitigen Verwendung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilströme nach dem Lufterhitzer (3) wieder vereinigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem den Lufterhitzer (3) durchströmenden Teilstrom zuzumischende Gas Umgebungsluft ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem den Lufterhitzer (3) durchströmenden Teilstrom zuzumischende Gas Abgas eines thermischen Prozesses ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kreisprozeß an einer Stelle tieferer Temperatur Gase entnommen und dem den Lufterhitzer (3) durchströmenden Teilstrom beigemischt werden.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abzweigleitung (4) für den restlichen Teilstrom und eine Zuführungsleitung (6) für die Gase niedrigerer Temperatur.
7. Einrichtung nach Anspruch 2 und 6, gekennzeichnet durch eine Umgehungsleitung (16) für den restlichen Teilstrom um den Lufterhitzer (3). B. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, gekennzeichnet durch eine Rückführleitung (19) für die dem Kreisprozeß entnommenen Gase. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 973 903; schweizerische Patentschrift Nr. 227 321; französische Patentschrift Nr. 1312 727.