DE19545312C2 - Binary thermal power plant with two closed circuits to increase the efficiency - Google Patents

Binary thermal power plant with two closed circuits to increase the efficiency

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DE19545312C2 DE1995145312 DE19545312A DE19545312C2 DE 19545312 C2 DE19545312 C2 DE 19545312C2 DE 1995145312 DE1995145312 DE 1995145312 DE 19545312 A DE19545312 A DE 19545312A DE 19545312 C2 DE19545312 C2 DE 19545312C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein binäres Wärmekraftwerk mit zwei geschlossenen Kreisläufen und auf ein in diesem Kraftwerk genutztes Verfahren zur Wirkungsgradsteigerung durch den (par­ tiellen) Ersatz des Arbeitsmediums Wasserdampf durch Dampf aus organischen Medien, wie Kohlenwasserstoffen, wodurch eine Nutzung der Kondensationswärme des Wasserabdampfes aus der Turbine ermöglicht wird.The invention relates to a binary thermal power plant with two closed circuits and one in this power plant method used to increase efficiency by the (par tiellen) Replacement of the working medium water vapor by steam organic media, such as hydrocarbons, creating a Utilization of the condensation heat of the water vapor from the Turbine is enabled.

Bei bestehenden kalorischen Kraftwerken mit Dampfturbinen mit dem Arbeitsmedium Wasserdampf fällt die Kondensationswärme des Wasserdampfes, welche am Prozeß wieder abgeführt werden muß, als Verlustleistung am Gesamtprozeß an (Ausnahme bei der Nut­ zung zur Fernwärmeauskoppelung). Im wesentlichen kann nur das Enthalpiegefälle h" des gasförmigen Dampfes zur Erzeugung von Nutzleistung herangezogen werden.For existing caloric power plants with steam turbines with the working medium water vapor falls the heat of condensation of Water vapor, which must be removed again at the process, as power loss in the overall process (exception in the groove tion for district heating decoupling). In essence, only the Enthalpy gradient h "of the gaseous vapor to produce Benefit be used.

In der DE 34 20 293 A1 wird ein binäres Rankine-Cyclus-Kraft­ werk mit einem verbesserten organischen Arbeitsfluid bzw. -flüssigkeit beschrieben. Bei diesem werden in einem ersten geschlossenen Kreislauf als Arbeitsfluid bzw. -flüssigkeit Verbindungen verwendet, die ausgewählt werden aus der Gruppe der bizyklischen Kohlenwasserstoffe, der substituierten bi­ zyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe, der heterobizyk­ lischen aromatischen Kohlenwasserstoffe, der substituierten heterobizyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe, der bizyk­ lischen Verbindungen, in denen ein Ring aromatisch ist und der andere kondensierte Ring nicht aromatisch ist, und ihren Mischungen. In dem zweiten geschlossenen Kreislauf wird als zweite Arbeitsflüssigkeit ein aliphatischer Kohlenwasserstoff verwendet. In einem Wärmeaustauscher, der in beiden Kreisläufen enthalten ist, wird die Wärmeenergie der ersten Arbeitsflüssig­ keit mindestens teilweise an die zweite Arbeitsflüssigkeit zum Zwecke von deren Verdampfung abgegeben. In DE 34 20 293 A1 is a binary Rankine cycle force with an improved organic working fluid or Liquid described. This will be in a first closed circuit as working fluid or fluid Used connections that are selected from the group the bicyclic hydrocarbons, the substituted bi cyclic aromatic hydrocarbons, the heterobizyk lische aromatic hydrocarbons, the substituted heterobicyclic aromatic hydrocarbons, the bicyclic lischer compounds in which a ring is aromatic and the other condensed ring is not aromatic, and theirs Mixtures. In the second closed circuit is called second working fluid is an aliphatic hydrocarbon used. In a heat exchanger, in both circuits is included, the heat energy of the first working fluid at least partially to the second working fluid for Purposes of their evaporation submitted.  

In der DE 22 63 966 werden Antriebsmaschinen oder Kraftmaschi­ nen beschrieben, in denen Wärmeenergie durch Ausdehnung und Kondensation von erhitztem Druckdampf in Kraft umgewandelt wird. Als Arbeitsmedium werden bestimmte Kohlenstoffverbin­ dungen vorgeschlagen.In DE 22 63 966 are prime movers or Kraftmaschi NEN described in which heat energy by expansion and Condensation of heated pressurized steam converted into force becomes. As a working medium certain Kohlenstoffverbin proposed.

Schließlich ist aus der DE 24 19 688 A1 ein Dampfturbinenprozeß mit organischen Medien bekannt, bei welchem jeder Turbinenstufe Naßdampf mit solchem Flüssigkeitsgehalt zugeführt wird, daß er nach seiner Entspannung zumindest annähernd Sattdampfzustand erreicht. Als weitere Maßnahme ist daraus bekannt, das organi­ sche Arbeitsmedium als Abzapfdampf aus der Turbine zur Vorwär­ mung von Speisewasser zu benutzen.Finally, from DE 24 19 688 A1 a steam turbine process known with organic media, in which each turbine stage Wet steam is supplied with such liquid content that he after its relaxation at least approximately saturated steam condition reached. As a further measure it is known that organi cal working medium as a bleed steam from the turbine for preheating use of feed water.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Arbeits­ prozeß zu beschreiben, bei welchem ein Großteil der zumeist in Flüssen oder Kühltürmen abgeführten Kondensationswärme des aus der Turbine austretenden Wasserdampfes in einem Prozeß zur Erzeugung von Nutzleistung verwendet werden kann.The invention is therefore based on the object, a working to describe a process in which a majority of mostly in Rivers or cooling towers dissipated condensation heat of the turbine escaping water vapor in a process for Generating useful power can be used.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patent­ ansprüche gelöst.This task is characterized by the features of the independent patent claims resolved.

Zur Verbesserung des Nutzwirkungsgrades von kalorischen Kraft­ werken wird gewissermaßen anstatt des bisherigen Arbeitsmediums Wasserdampf, welcher eine sehr hohe Verdampfungsenthalpie auf­ weist, Dampf aus Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Äthern und teilhalogenierten Kohlenwasserstoffen eingesetzt, welche ins­ gesamt ein (wesentlich) besseres Verhältnis von Nutzenthalpie zu Verdampfungsenthalpie aufweisen.To improve the efficiency of caloric power works, so to speak, instead of the previous working medium Water vapor, which has a very high enthalpy of vaporization indicates, steam from hydrocarbons, alcohols, ethers and used partially halogenated hydrocarbons, which in Overall, a (much) better ratio of Nutzenthalpie to have enthalpy of vaporization.

Durch Nutzung des Abdampfes aus der (Wasserdampf-)Turbine durch Entnahme oder Kondensation ist eine Dampferzeugung dieser Medien in Kombination mit bestehenden Dampfturbinen in einer Stufe oder mehreren Stufen möglich. Der Massenstrom aus diesen Medien ist durch die geringe Verdampfungsenthalpie um ein Viel­ faches höher gegenüber der (Wasser-)Dampfturbine. Die Nutzung erfolgt in einer nachgeschalteten, auf das zweite Arbeitsmedium abgestimmten Dampfturbine.By using the exhaust steam from the (steam) turbine through Withdrawal or condensation is a steam generation of these Media in combination with existing steam turbines in one Level or several levels possible. The mass flow of these Media is a lot due to the low enthalpy of evaporation times higher than the (water) steam turbine. The use  takes place in a downstream, on the second working medium tuned steam turbine.

Neben der Ausrüstung neuer Anlagen mit diesen Medien ist die Adaptierungsmöglichkeit bestehender (Wasser-)Dampfkraftwerke von besonderer Bedeutung. Zusätzlich zu den Gas- und Dampf­ turbinenprozessen mit diesen Medien lassen sich Kombinations­ prozesse mit Hubkolbenmotoren (Nutzung von Abgas + Kühlwasser­ wärme) verwirklichen.In addition to equipping new facilities with these media is the Adaptation of existing (hydro) steam power plants really important. In addition to the gas and steam Turbine processes with these media can be combined processes with reciprocating engines (use of exhaust + cooling water heat).

Die vorliegende Erfindung löst somit die Aufgabe dadurch, daß mit dem Wasserdampf der ersten Turbine sowohl in Kondensation als auch in Entnahmestufen (stufenförmig ähnlich der Speise­ wasservorwärmung), je nach Siedepunkt des Mediums, der Konden­ sationswärmeübergang zur Dampferzeugung für dieses Medium (kleine Verdampfungsenthalpie zu Nutzenthalpie) erfolgt (Siede­ punkt unter 100°C - Übergang der Verdampfungsenthalpie des Mediums im Kondensationsbereich der Dampfturbine mit weiterer Energiezufuhr durch Anzapfung oder Entnahme für die Erwärmung über 100°C).The present invention thus achieves the object in that with the water vapor of the first turbine both in condensation as well as in removal stages (stepwise similar to the food water preheating), depending on the boiling point of the medium, the condenses Heat transfer for steam generation for this medium (small enthalpy of enthalpy to enthalpy of use) takes place (Siede point below 100 ° C - transition of the evaporation enthalpy of the Medium in the condensation region of the steam turbine with another Energy supply by tapping or removal for heating over 100 ° C).

Diese Voraussetzung erfüllen eine Vielzahl von Medien (z. B. Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Äther, teilhalogenierte CH), welchen allen gemeinsam ist, daß sie eine wesentlich kleinere Verdampfungsenthalpie als Wasser haben und das Enthalpiegefälle im dampfförmigen Zustand in allen Fällen den Nutzleistungs­ verlust an der (Wasser-)Dampfturbine durch die Auskoppelung wegen der mehrfachen Dampfmassenproduktion mit Nutzenthalpie­ gefälle mehrfach wettgemacht wird.This requirement is fulfilled by a large number of media (eg Hydrocarbons, alcohols, ethers, partially halogenated CH), which is common to all, that they are a much smaller one Have enthalpy of vaporization as water and the enthalpy gradient in the vapor state in all cases the useful power loss at the (water) steam turbine through the decoupling because of the multiple steam mass production with Nutzenthalpie be made up several times.

Da jedoch beim Wasserdampf im wesentlichen die Gesamtenthalpie zur Verdampfung des Mediums mit wesentlich geringerer Ver­ dampfungsenthalpie, jedoch (anteilsmäßig) sehr hohem Nutz­ enthalpiegefälle im dampfförmigen Zustand, zur Verfügung steht, kann ein wesentlich größerer Massenstrom dieses Mediums ver­ dampft und zur Nutzleistungsabgabe herangezogen werden. Selbst­ verständlich sind durch die dem Wasserdampf gegenüber geänder­ ten Parameter hinsichtlich Druck, Dichte, spezifisches Volumen, usw. für das entsprechende Medium bei der Dampfturbinenaus­ legung und -gestaltung zu berücksichtigen.However, since the water vapor is essentially the total enthalpy for evaporation of the medium with much lower Ver enthalpy of vaporization, but (proportionally) very high utility enthalpy gradient in the vapor state, is available, can a much larger mass flow of this medium ver steams and be used for Nutzleistungsabgabe. itself are understandable by the steam opposite geänder parameters regarding pressure, density, specific volume,  etc. for the corresponding medium in the steam turbine design and design.

Selbstverständlich können diese Prozeßmedien auch in einem neu zu errichtenden kalorischen Kraftwerk eingesetzt werden, sowie bei Ersatz der (Wasser-)Dampfturbine bei der Neuanschaffung in Abstimmung auf diese Prozeßmedien. Des weiteren läßt sich die­ ser Prozeß auch im Zuge eines Gas- und Dampfturbinenprozesses einsetzen. Of course, these process media can also be used in a new to be erected caloric power plant, as well as when replacing the (water) steam turbine with the new purchase in Vote on these process media. Furthermore, can the This process also in the course of a gas and steam turbine process use.  

Bewertungstabelle von Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und Ethern hinsichtlich Verhältnis von Nutzenthalpie h" im gasförmigen Zustand zu Verdampfungsenthalpie h v (r') zum Einsatz in Dampfkraftprozessen im Vergleich zu Wasserdampf.Evaluation Table of Hydrocarbons, Alcohols and Ethern in terms of ratio of Nutzenthalpie h "im gaseous state to enthalpy of vaporization h v (r ') to Use in steam power processes compared to water vapor.

Im konkreten Fall bedeutet dies, daß beinahe sämtliche angeführten Medien besonders im Temperaturbereich bis ca. 250°C wesentlich bessere Nutzleistungsausnutzung durch den geringen Verdampfungswärmeanteil aufweisen, da diese aus dem Prozeß wieder abgeführt werden muß. Die gesamte Verdampfungswärme bzw. Gesamtenthalpiegefälle bis zur Flüssigphase des Wasserdampfes kann durch Entnahme an geeigneter Stelle der Niederdruckstufe zur Verdampfung o. a. Medien genutzt werden. Es kann ein um ein mehrfaches höherer Massenstrom dieser Medien genutzt verdampft werden, mit dem entsprechenden Nutzleistungsgefälle - und Ausnutzung. In this specific case, this means that almost all of the listed media are special in the temperature range up to approx. 250 ° C significantly better utilization of usable power have by the low evaporation heat content, since these from the process must be removed again. The total heat of evaporation or Total enthalpy gradient up to the liquid phase of the water vapor can be removed by removal at a suitable point of the low-pressure stage for evaporation o. a. Media used become. It can be used by a multiple higher mass flow of these media be evaporated, with the appropriate Nutzleistungsfall - and utilization.  

Berechnungen Dampfturbinenleistung am Beispiel n-Pentan, n-Buanol, und n-Octan sowie EthyletherSteam turbine power calculations using the example of n-pentane, n-Buanol, and n-octane and ethyl ether

Entnahme - Kondensationsturbine FHKW - Linz Mitte
P = 27.300 KWDampf:
T = 525°C
Q = 100 t/h
p = 89,3 barKühlwasserauslegungstemperatur: 12°C
Removal - Condensing turbine FHKW - Linz Mitte
P = 27.300 KW steam:
T = 525 ° C
Q = 100 t / h
p = 89.3 bar Cooling water temperature: 12 ° C

h" bei Dampfdaten 1 t. Dubbel durch interpolieren: 3450 KJ/kg
h" bei Verdampfungswärme bei 12°C: 2473 KJ/kg
Anm.: Verdampfungswärme muß aus dem Prozeß abgeführt werden, h' der Flüssigkeit bleibt erhalten.
h "for steam data 1 t Dubbel interpolate: 3450 KJ / kg
h at evaporative heat at 12 ° C: 2473 KJ / kg
Note: heat of evaporation must be removed from the process, h 'the liquid is retained.

P = Q × (Diff h")/3,6 = 100 × (3450 - 2473)/3,6 = 100 × 977/3,6 = 27.138 KWP = Q × (Diff h ") / 3.6 = 100 × (3450 - 2473) / 3.6 = 100 × 977 / 3.6 = 27,138 KW

Leistungsgewinn durch Nachschalten einer Dampfturbine (Medium n-Pentan)Performance gain by connecting a steam turbine (medium n-pentane)

Siedetemperatur: 36°CBoiling temperature: 36 ° C Auslegungstemperatur: 167°CDesign temperature: 167 ° C h' = 319,8 KJ/kgh '= 319.8 KJ / kg h' = 686,2 KJ/kgh '= 686.2 KJ / kg h" = 678,0 KJ/kgh "= 678.0 KJ / kg h" = 876,9 KJ/kgh "= 876.9 KJ / kg

  • 1. Leistungsverlust der H2O Turbine bei Auskoppelung der gesamten Wärme bei 160° C (Tabellen Wert für 167°C nicht vorhanden)
    h" (160°) = 2756 KJ/kg h" (12°) = 2524 KJ/kg
    P = (2756 - 2524) × 100/3,6 = 232 × 100/3,6 = 6444 KW    1. Power loss of the H2O turbine with decoupling of the total heat at 160 ° C (tables value for 167 ° C not available)
    h "(160 °) = 2756 KJ / kg h" (12 °) = 2524 KJ / kg
    P = (2756-2524) × 100 / 3.6 = 232 × 100 / 3.6 = 6444 KW
  • 2. Gesamtenthalpienutzung des H2O Dampfes von 160°C bis auf 36°C, d. h. nur Flüssigphasenenthalpie von 150,74 KJ/kg verbleibt im Kondensat
    h = 2756 - 150 = 2606 KJ/kg stehen zur Verdampfung von n-Pentan in einer Stufe zur Verfügung    2. Total enthalpy utilization of the H2O vapor from 160 ° C to 36 ° C, ie only liquid-phase enthalpy of 150.74 KJ / kg remains in the condensate
    h = 2756 - 150 = 2606 KJ / kg are available for the evaporation of n-pentane in one stage
  • 3. Pentandampf bei 167°C h" = 876 KJ/kg, sowie bei 36°C flüssig h' = 319,8 KJ/­ kg verbleiben im Prozeß, d. h. gesamt zuzuführende bei 167°C Wärmemenge = 876 - 319,8 = 556 KJ/kg 3. Pentane vapor at 167 ° C h "= 876 KJ / kg, and at 36 ° C liquid h '= 319.8 KJ / kg remain in the process, i. H. total supply at 167 ° C heat quantity 876-319.8 = 556 KJ / kg  
  • 4. Massenverhältnis von H2O Dampf: Pentandampf = 2606 : 556 = 4,69 × mem Pentan kann verdampft werden mit gegebener Menge H2O Dampf4. Mass ratio of H2O vapor: pentane vapor = 2606: 556 = 4.69 × mem Pentane can be vaporized with given amount of H2O vapor
  • 5. Nutzenthalpiegefälle von Pentandampf von 167°C auf 36°C
    876 - 678 = 198 KJ/kg × 4,69 = 928 KJ/kg
    P = 928 × 100/3,6 = 25.795 KW
    P gesamt zusätzlich = 25.795 - 6.444 = 19.351 KW    5. Commercial enthalpy gradient of pentane vapor from 167 ° C to 36 ° C
    876-678 = 198 KJ / kg × 4.69 = 928 KJ / kg
    P = 928 × 100 / 3.6 = 25,795 KW
    P total additional = 25,795 - 6,444 = 19,351 KW
II. n-ButanolII. N-Butanol

Siedepunkt: 117°C; h" = 591 KJ/kg; h' = 0.
Auslegungspunkt: 257°C; h" = 1015 KJ/kg; h' = 700 KJ/kg.Boiling point: 117 ° C; h "= 591 KJ / kg, h '= 0.
Design point: 257 ° C; h "= 1015 KJ / kg; h '= 700 KJ / kg.

  • 1. Leistungsverlust an H2O Turbine
    h" (260°) 2796 KJ/kg h" (12°) = 2473 KJ/kg
    h' (117°) = 482 KJ/kg.
    P = (2796 - 2473) × 100/3,6 = 323 × 100/3,6 = 8.972 KW    1. Power loss on H2O turbine
    h "(260 °) 2796 KJ / kg h" (12 °) = 2473 KJ / kg
    h '(117 °) = 482 KJ / kg.
    P = (2796-2473) × 100 / 3.6 = 323 × 100 / 3.6 = 8,972 KW
  • 2. Gesamtenthalpienutzung H2O Dampf bei 260°C
    h" = 2796 - 482 = 2314 KJ/kg für Verdampfung von n-Butanol    2. Total enthalpy H2O steam at 260 ° C
    h "= 2796-482 = 2314 KJ / kg for evaporation of n-butanol
  • 3. Gesamtenthapie n-Butanol (257° - 117°) = 1015 - 591 = 424 KJ/kg
    Wärmemenge zuzuführen = 1015 KJ/kg    3. Total Therapy n-Butanol (257 ° -117 °) = 1015-591 = 424 KJ / kg
    Amount of heat = 1015 KJ / kg
  • 4. Massenverhältnis: 2314 : 1015 = 2,284. Mass ratio: 2314: 1015 = 2.28
  • 5. Nutzenthalpie 2,28 × 424 = 966 KJ/kg
    P = 966 × 100/3,6 = 26.851 KW
    Gesamtnutz P zusätzlich = 26.851 - 8.972 = 17.879 KW    5. useful enthalpy 2.28 × 424 = 966 KJ / kg
    P = 966 × 100 / 3.6 = 26,851 KW
    Total benefit P additionally = 26,851 - 8,972 = 17,879 KW

Anm.: Durch stufenweise Erwärmung ist eine reduzierte Leistungsverminderung der H2O Turbine gegeben, sowie wäre Fernwärmenutzung im Bereich von 110°C möglich. Note: By gradual heating is a reduced power reduction of Given H2O turbine, as well as district heating would be in the range of 110 ° C possible.

III. n-OctanIII. n-octane

Siedepunkt: 125°C; h" = 814; h' = 514 KJ/kg.
Auslegungspunkt: 282°C; h" = 1109; h' = 990 KJ/kg.Boiling point: 125 ° C; h "= 814; h '= 514 KJ / kg.
Design point: 282 ° C; h "= 1109; h '= 990 KJ / kg.

  • 1. Leistungsverlust H2O Turbine
    h" (280°) = 2780 KJ/kg h' (125°) = 503
    h" (12°) = 2473 KJ/kg
    P = (2780 - 2473) × 100/3,6 = 8.527 KW    1. Power loss H2O turbine
    h "(280 °) = 2780 KJ / kg h '(125 °) = 503
    h "(12 °) = 2473 KJ / kg
    P = (2780 - 2473) × 100 / 3.6 = 8,527 KW
  • 2. Gesamtenthalpienutzung H2O Dampf
    2780 - 503 = 2277 KJ/kg    2. Total enthalpy H2O steam
    2780 - 503 = 2277 KJ / kg
  • 3. Gesamtenthalpie n-Octan (282° - 125°) 1109 - 514 = 595 KJ/kg = zuzuführende Wärmemenge3. Total enthalpy n-octane (282 ° - 125 °) 1109 - 514 = 595 KJ / kg = amount of heat to be supplied
  • 4. Massenverhältnis 2277 : 595 = 3,924. Mass ratio 2277: 595 = 3.92
  • 5. Nutzenthalpie (1109 - 814) = 295 × 3,92 = 1128 KJ/kg
    P = 1128 × 100/3,6 = 31.359 KW
    Zusätzl. Nutzl P = 31.359 - 8.527 = 22.832 KW    5. Use enthalpy (1109-814) = 295 × 3.92 = 1128 KJ / kg
    P = 1128 × 100 / 3.6 = 31,359 KW
    Add. P = 31,359 - 8,527 = 22,832 KW

Zusätzliche Fernwärmenutzung möglich, sowie Einsparungen durch stufenweise Erwärmung Additional district heating use possible, as well as savings by stages warming

IV. EthyletherIV. Ethyl ether

Siedepunkt: 34,75°C; h" = 349 KJ/kg; h' = 0.
Auslegungspunkt: 170°C; h" = 532 KJ/kg; h' = 367,1 KJ/kg.Boiling point: 34.75 ° C; h "= 349 KJ / kg, h '= 0.
Design point: 170 ° C; h "= 532 KJ / kg, h '= 367.1 KJ / kg.

  • 1. Leistungsverlust an H2O Turbine
    h" (170°) = 2767 KJ/kg h' (34°C) = 142 KJ/kg
    h" (12°) = 2473 KJ/kg
    P = (2767 - 2473) × 100/3,6 = 8.166 KW    1. Power loss on H2O turbine
    h "(170 °) = 2767 KJ / kg h '(34 ° C) = 142 KJ / kg
    h "(12 °) = 2473 KJ / kg
    P = (2767 - 2473) × 100 / 3.6 = 8,166 KW
  • 2. Gesamtenthalpie H2O Dampf bei 170°C auf 34°C
    2767 - 142 = 2625 KJ/kg    2. Total enthalpy H2O steam at 170 ° C to 34 ° C
    2767 - 142 = 2625 KJ / kg
  • 3. Gesamtenthalpie Ethylether (170° auf 34°) 532 - 0 = 532 KJ/kg3. Total enthalpy of ethyl ether (170 ° to 34 °) 532-0 = 532 KJ / kg
  • 4. Massenverhältnis 2625 : 532 = 4,934. Mass ratio 2625: 532 = 4.93
  • 5. Nutzenthalpie
    (532 - 349,9) = 182,1 KJ/kg × 4,93 = 897,8 KJ/kg
    P = 897,8 × 100/3,6 = 24.937 KW
    Gesamtnutz P zusätzlich = 24.937 - 8.166 = 16.771 KW    5. Nutzenthalpie
    (532 - 349.9) = 182.1 KJ / kg x 4.93 = 897.8 KJ / kg
    P = 897.8 × 100 / 3.6 = 24.937 KW
    Total benefit P additional = 24,937 - 8,166 = 16,771 KW

Die bisher ca. 1 Dutzend eingesehen und überschlägig berechneten Medien ergaben alle eine Prozeßverbesserung (Nutzenthalpiegefälle zu Verdampfungsenthalpie) von ca. 50 bis 80% gegenüber wasserdampfgeführten Prozessen. The so far about 1 dozen viewed and calculated roughly estimated media yielded all a process improvement (Nutzenthalpiefalls to evaporation enthalpy) of about 50 to 80% compared to water vapor-guided processes.  

In der Figur bezeichnenDenote in the figure

11

Wärmetauscher (H2 Heat exchanger (H 2

O)
O)

22

H2 H 2

O-Dampfkessel
O-boiler

33

Niederdruck-Turbine (H2 Low pressure turbine (H 2

O-Dampf)
O vapor)

44

Generator
generator

55

a-a-

55

d Wärmetauscher
d heat exchanger

66

Pumpe
pump

77

Gasturbine
gas turbine

88th

Generator
generator

99

Turbine (Kohlenwasserstoff-, Alkohol- oder Etherdampf)
Turbine (hydrocarbon, alcohol or ether vapor)

1010

Generator
generator

1111

Wärmetauscher
heat exchangers

1212

Pumpe
pump

DAMPF WASSER
KONDENSAT WASSER
DAMPF KOHLENWASSERSTOFF
KONDENSAT CH
HEISSWASSERKREIS
FERNWÄRME bzw. Kühlwasser
RAUCHGAS
STEAM WATER
CONDENSATE WATER
STEAM CARBONATING HYDROGEN
CONDENSATE CH
HOT WATER
REMOTE HEAT or cooling water
SMOKE

Claims (8)

1. Wärmekraftwerk zur Gewinnung von Nutzenergie aus Wärme­ energie, enthaltend
  • - einen ersten geschlossenen Kreislauf, in welchen als erstes Arbeitsmedium Wasser zirkuliert und im wesentlichen enthalten sind:
  • - ein Dampfkessel (2), welchem die Wärmeenergie zuge­ führt wird,
  • - eine dem Dampfkessel (2) nachgeordnete erste Turbine (3), in welcher der erzeugte Wasserdampf in Bewe­ gungsenergie umgesetzt wird,
  • - mindestens ein Wärmetauscher (5a-d), welchem der Ab­ dampf der ersten Turbine (3) zugeführt und in welchem dem Abdampf mindestens ein Teil seiner Wärmeenergie entzogen wird,
  • - einen zweiten geschlossenen Kreislauf, in welchem als zweites Arbeitsmedium ein Kohlenwasserstoff, ein Alkohol, ein Äther oder ein teilhalogenierter Kohlenwasserstoff zirkuliert, und in welchem im wesentlichen enthalten sind:
  • - der mindestens eine Wärmetauscher (5a-d), in welchem dem zweiten Arbeitsmedium Energie zum Zwecke der Ver­ dampfung zugeführt wird, und
  • - eine dem Wärmetauscher (5a-d) nachgeordnete zweite Turbine (9) oder ein Hubkolbenmotor, wie ein OTTO- Motor oder ein DIESEL-Motor, in welchen der erzeugte Dampf des zweiten Arbeitsmediums in Bewegungsenergie umgesetzt wird.
1. Thermal power plant for the production of useful energy from heat energy, containing
  • a first closed circuit in which water is circulated and essentially contained as the first working medium:
  • a steam boiler ( 2 ) to which the heat energy is supplied,
  • - A steam boiler ( 2 ) downstream of the first turbine ( 3 ), in which the generated water vapor is converted into movement energy,
  • - At least one heat exchanger ( 5 a-d), which is supplied from the steam of the first turbine ( 3 ) and in which the exhaust steam at least a portion of its heat energy is withdrawn,
  • - A second closed circuit in which circulates as a second working medium, a hydrocarbon, an alcohol, an ether or a partially halogenated hydrocarbon, and in which are substantially contained:
  • - The at least one heat exchanger ( 5 a-d), in which the second working medium energy for the purpose of Ver vaporization is supplied, and
  • - A the heat exchanger ( 5 a-d) downstream second turbine ( 9 ) or a reciprocating engine, such as an OTTO engine or a DIESEL engine, in which the generated vapor of the second working medium is converted into kinetic energy.
2. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Wärmeabgabe an das zweite Arbeitsmedium mehrstufig erfolgt, indem
  • - eine vorgegebene Anzahl von Wärmetauschern (5a-d) mit einer entsprechenden Anzahl von Entnahmeöffnungen der ersten Turbine (3) verbunden ist, und indem
  • - ein erster, von dem zu verdampfenden zweiten Arbeitsmedium durchströmter Wärmetauscher (5a) mit einer nahe dem aus­ gangsseitigen Ende der ersten Turbine (3) gelegenen Ent­ nahmeöffnung verbunden ist, und die nachfolgenden Wärme­ tauscher (5b-d) mit sukzessive dem eingangsseitigen Ende der ersten Turbine (3) näher gelegenen Entnahmeöffnungen verbunden sind.
2. Power plant according to claim 1, characterized in that
  • - The heat transfer to the second working medium is multi-stage, by
  • - A predetermined number of heat exchangers ( 5 a-d) is connected to a corresponding number of extraction ports of the first turbine ( 3 ), and by
  • a first heat exchanger ( 5 a) through which the second working medium to be evaporated is connected to a take-out opening located near the end of the first turbine ( 3 ), and the subsequent heat exchangers ( 5 bd) with successively the input end of the first turbine ( 3 ) closer extraction openings are connected.
3. Kraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das zweite Arbeitsmedium wahlweise aus den folgenden Stoffen gebildet ist: Methanol, Ethanol, Ter-Butanol, n-Butanol, Propanol, Isopropylalkohol, Aceton, Methyl­ acetat, Ethylacetat, Ethylether, Methyltertiärbutylether, 1,2-Butadien, Toluol, n-Pentan, n-Hexan, n-Heptan, n-Octan, Cyclopentan, Cyclohexan.
3. Power plant according to claim 1 or 2, characterized in that
  • - The second working medium is optionally formed from the following materials: methanol, ethanol, ter-butanol, n-butanol, propanol, isopropyl alcohol, acetone, methyl acetate, ethyl acetate, ethyl ether, methyl tert-butyl ether, 1,2-butadiene, toluene, n-pentane , n-hexane, n-heptane, n-octane, cyclopentane, cyclohexane.
4. Kraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - in dem zweiten Kreislauf ein weiterer, der Turbine (9) nachgeordneter Wärmetauscher (11) enthalten ist, durch welchen die Wärmeenergie des zweiten Arbeitsmediums mindestens teilweise in ein Fernwärmenetz auskoppelbar ist.
4. Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that
  • - In the second circuit, another, the turbine ( 9 ) downstream heat exchanger ( 11 ) is contained, through which the heat energy of the second working medium is at least partially decoupled in a district heating network.
5. Verfahren zur Gewinnung von Nutzenergie aus Wärmeenergie, bei welchem,
  • - in einem ersten geschlossenen Kreislauf, in welchem als erstes Arbeitsmedium Wasser zirkuliert,
  • - in einem Dampfkessel (2) Wärmeenergie zugeführt wird,
  • - in einer dem Dampfkessel (2) nachgeordneten ersten Turbine (3) der erzeugte Wasserdampf in Bewegungs­ energie umgesetzt wird, und
  • - in mindestens einem Wärmetauscher (5a-d), welchem der Abdampf der ersten Turbine (3) zugeführt wird, dem Abdampf mindestens ein Teil seiner Wärmeenergie ent­ zogen wird,
  • - in einem zweiten geschlossenen Kreislauf als zweites Arbeitsmedium ein Kohlenwasserstoff, ein Alkohol, ein Äther oder ein teilhalogenierter Kohlenwasserstoff zirkuliert,
  • - dem zweiten Arbeitsmedium in dem mindestens einen Wärmetauscher (5a-d) Energie zum Zwecke der Ver­ dampfung zugeführt wird, und
  • - in einer dem Wärmetauscher (5a-d) nachgeordneten zweiten Turbine (9) oder einem Hubkolbenmotor, wie einem OTTO-Motor oder einem DIESEL-Motor, der er­ zeugte Dampf des zweiten Arbeitsmediums in Bewegungs­ energie umgesetzt wird.
5. Method for obtaining useful energy from thermal energy, in which
  • in a first closed circuit in which water circulates as the first working medium,
  • - Heat energy is supplied in a steam boiler ( 2 ),
  • - In a the steam boiler ( 2 ) downstream first turbine ( 3 ) of the generated water vapor is converted into kinetic energy, and
  • - In at least one heat exchanger ( 5 a-d), which is supplied to the exhaust steam of the first turbine ( 3 ), the exhaust steam at least a part of its heat energy is ent,
  • in a second closed circuit circulates as a second working medium a hydrocarbon, an alcohol, an ether or a partially halogenated hydrocarbon,
  • - The second working medium in the at least one heat exchanger ( 5 a-d) energy for the purpose of Ver evaporation is supplied, and
  • - In a the heat exchanger ( 5 a-d) downstream second turbine ( 9 ) or a reciprocating engine, such as an OTTO engine or a DIESEL engine, which he witnessed steam of the second working fluid is converted into kinetic energy.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Wärmeabgabe an das zweite Arbeitsmedium mehrstufig erfolgt, indem
  • - der Abdampf der ersten Turbine (3) einer vorgegebenen Anzahl von Wärmetauschern (5a-d) über eine entsprechende Anzahl von Entnahmeöffnungen der ersten Turbine (3) zugeführt wird, und indem
  • - einem ersten, von dem zu verdampfenden zweiten Arbeits­ medium durchströmten Wärmetauscher (5a) der Abdampf aus einer nahe dem ausgangsseitigen Ende der ersten Turbine (3) gelegenen Entnahmeöffnung zugeführt wird, und den nachfolgenden Wärmetauschern (5b-d) der Abdampf aus den sukzessive dem eingangsseitigen Ende der ersten Turbine (3) näher gelegenen Entnahmeöffnungen zugeführt wird.
6. The method according to claim 5, characterized in that
  • - The heat transfer to the second working medium is multi-stage, by
  • - The exhaust steam of the first turbine ( 3 ) a predetermined number of heat exchangers ( 5 a-d) via a corresponding number of discharge ports of the first turbine ( 3 ) is supplied, and by
  • - A first, to be evaporated from the second working medium flowed through heat exchanger ( 5 a) of the exhaust steam from a near the output end of the first turbine ( 3 ) located removal opening is supplied, and the subsequent heat exchangers ( 5 bd) of the exhaust steam from the successive Input side end of the first turbine ( 3 ) closer extraction ports is supplied.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das zweite Arbeitsmedium aus Methanol, Ethanol, Ter- Butanol, n-Butanol, Propanol, Isopropylalkohol, Aceton, Methylacetat, Ethylacetat, Ethylether, Methyltertiärbutyl­ ether, 1,2-Butadien, Toluol, n-Pentan, n-Hexan, n-Heptan, n-Octan, Cyclopentan, Cyclohexan gebildet ist.
7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that
  • the second working medium from methanol, ethanol, ter-butanol, n-butanol, propanol, isopropyl alcohol, acetone, methyl acetate, ethyl acetate, ethyl ether, methyl tert-butyl ether, 1,2-butadiene, toluene, n-pentane, n-hexane, n- Heptane, n-octane, cyclopentane, cyclohexane is formed.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Wärmeenergie des zweiten Arbeitsmediums mindestens teilweise durch einen weiteren, der Turbine (9) nachgeord­ neten Wärmetauscher (11) des zweiten Kreislaufs in ein Fernwärmenetz ausgekoppelt wird.
8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that
  • - The heat energy of the second working medium is at least partially decoupled by a further, the turbine ( 9 ) nachgeord Neten heat exchanger ( 11 ) of the second circuit in a district heating network.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2263966A1 (en) * 1972-01-04 1973-07-12 Halocarbon Prod Corp DRIVE OR POWER MACHINE
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DE3420293A1 (en) * 1983-05-31 1985-02-21 Ormat Turbines (1965) Ltd., Yavne Rankine cycle power station with an improved organic working fluid or liquid

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