DE202008003304U1

DE202008003304U1 - Vorrichtung zur Kraft-Wärmeerzeugung

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Publication number: DE202008003304U1
Application number: DE202008003304U
Authority: DE
Original assignee: GAMMEL ENGINEERING GmbH
Current assignee: GAMMEL ENGINEERING GmbH
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2008-03-08
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2018-03-09

Abstract

Vorrichtung (100) zur Kraft-Wärmeerzeugung mit einer Heißgase erzeugenden Feuerungseinheit (110), wobei die thermische Energie der Heißgase über einen Gas/Gas-Wärmetauscher (120) nutzbar ist, um mittels eines Kompressors (130) komprimierte Luft für den Betrieb einer mit einem elektrischen Generator (141) gekoppelten Turbine (140) zu erhitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie der am Ausgang der Turbine (140) vorliegenden Heißluft über wenigstens einen Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) nutzbar ist, um die Flüssigkeit eines Wasserdampf-Kreislaufes zwecks einer Nutzung zu verdampfen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraft-Wärmeerzeugung mit einer Heißgase erzeugenden Feuerungseinheit, wobei die thermische Energie der Heißgase über einen Gas/Gas-Wärmetauscher nutzbar ist, um mittels eines Kompressors komprimierte Luft für den Betrieb einer mit einem elektrischen Generator gekoppelten Turbine zu erhitzen.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden im Stand der Technik verwendet, um mittels der thermischen Energie der entstehenden Heißgase über Generatoren einerseits elektrische Energie zu erzeugen und die im Anschluss daran verbleibende thermische Restenergie als Wärme zu nutzen. Die bekannten Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass ihr bei etwa 15% bis 20% liegender elektrischer Wirkungsgrad immer noch vergleichsweise gering ist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Kraft-Wärmeerzeugung zu schaffen, das einen im Vergleich zum Stand der Technik verbesserten Wirkungsgrad aufweisen und dabei verschleiß- und wartungsarm sind.
Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die thermische Energie der am Ausgang der Turbine vorliegenden Heißluft über wenigstens einen Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher nutzbar ist, um die Flüssigkeit eines Wasserdampf-Kreislaufes zwecks einer Nutzung zu verdampfen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Merkmalskombination, dass die thermische Energie der am Ausgang der Turbine vorliegenden Heißluft über wenigstens einen Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher nutzbar ist, um die Flüssigkeit eines Wasserdampf-Kreislaufes zwecks einer Nutzung zu verdampfen, erreicht, dass eine kaskadisierte mehrstufige Nutzung der bei einem Verbrennungsprozess entstehenden thermischen Energie realisiert ist, wobei für jeweils unterschiedliche Temperaturbereiche ein jeweils temperaturoptimiertes Fluidmedium für eine Wandlung von thermischer in mechanische Energie eingesetzt wird. Der Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt dementsprechend bei etwa 25%, was eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik bedeutet.
Gemäß ersten bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass als Nutzung eine Bereitstellung von Heizwärme bzw. eine Bereitstellung von Prozesswärme vorgesehen ist.
Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass als Nutzung der Betrieb einer weiteren, mit einem elektrischen Generator (211) gekoppelten Dampfturbine (210) vorgesehen ist, wobei der am Ausgang der Dampfturbine vorliegende Wasserdampf in einem Nutzwärme liefernden Kondensator kondensiert und das dabei wiedergewonnene Wasser über eine Pumpe in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher zurückleitbar ist. Der am Ausgang der Dampfturbine vorliegende Wasserdampf strömt dabei vorzugsweise über eine erste Seite eines Regenerators in den Kondensator ein, wobei das wiedergewonnene Wasser über eine zweite Seite des Regenerators in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher zurückleitbar ist.
Des Weiteren ist vorzugsweise für die Kühlung des Kondensators eine Wärmetauschereinheit mit einem Kühlkreislauf vorgesehen, dessen thermische Energie als Nutzwärme einer weiteren Verbrauchereinheit zuführbar ist.
Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass ein Teil des am Ausgang des Kondensators vorliegenden Wassers über einen stromabwärts des Gas/Gas-Wärmetauschers angeordneten Vorwärm-Wärmetauscher mindestens indirekt in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher zurückleitbar ist.
Die am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers vorliegende Heißluft ist vorzugsweise als vorgewärmte Verbrennungsluft für die Feuerungseinheit nutzbar. Im Förderweg der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers vorliegenden Heißluft ist dabei stromaufwärts der Feuerungseinheit vorzugsweise eine oder mehr Steuereinrichtungen für eine Dosierung der Heißluftzufuhr vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass ein Teil der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers vorliegenden Heißluft zur Trocknung von in einer heißluftumströmten Trocknungseinrichtung eingebrachter feuchter Biomasse nutzbar ist, die in getrockneter Form für eine Feuerung in der Feuerungseinheit vorgesehen ist. Die Biomasse ist dabei vorzugsweise aber nicht notwendigerweise von Holzhackschnitzeln gebildet.
Des Weiteren ist vorzugsweise im Förderweg der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers vorliegenden Heißluft stromaufwärts der Trocknungseinrichtung eine Steuereinrichtung für eine Dosierung der Heißluftzufuhr vorgesehen.
Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass im Wasserdampf-Kreislauf stromaufwärts des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers und im Förderweg der Heißluft aus der Turbine stromabwärts des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers ein weiterer Wärmetauscher zum Vorwärmen des Wassers angeordnet ist.
Des Weiteren können im Förderweg der in der Feuerungseinheit erzeugten Heißgase stromabwärts des Gas/Gas-Wärmetauschers vorzugsweise ein Rauchgasreiniger sowie eine Ventilationseinrichtung zum Fördern der Heißgase vorgesehen sein. Die Restwärme der aus einer Ventilationseinrichtung austretenden Heißgase ist vorzugsweise als Nutzwärme einer weiteren Verbrauchereinheit zuführbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden anhand zweier bevorzugter Ausführungsformen erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Darin zeigen:
1 eine einfache bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt in einem schematischen Blockdiagramm;
2 eine standardmäßige bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt in einem schematischen Blockdiagramm.
Die in den 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtungen (100) zur Kraft-Wärmeerzeugung enthalten eine Heißgase erzeugende Feuerungseinheit (110), wobei die thermische Energie der Heißgase über einen Gas/Gas-Wärmetauscher (120) nutzbar ist, um mittels eines Kompressors (130) komprimierte Luft für den Betrieb einer mit einem elektrischen Generator (141) gekoppelten Turbine (140) zu erhitzen. Die thermische Energie der am Ausgang der Turbine (140) vorliegenden Heißluft ist dabei über wenigstens einen Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) nutzbar, um die Flüssigkeit eines Wasserdampf-Kreislaufes für den Betrieb einer weiteren, mit einem elektrischen Generator (211) gekoppelten Dampfturbine (210) zu verdampfen.
Der am Ausgang der Dampfturbine (210) vorliegende Wasserdampf kondensiert in einem Nutzwärme liefernden Kondensator (220), wobei das dabei wiedergewonnene Wasser über eine Pumpe (230) in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) zurückleitbar ist. Der am Ausgang der Dampfturbine (210) vorliegende Wasserdampf strömt über eine erste Seite (231) eines Regenerators (230) in den Kondensator (220) ein, und das wiedergewonnene Wasser ist über eine zweite Seite (232) des Regenerators (230) in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) zurückleitbar.
Für die Kühlung des Kondensators (220) ist dabei eine Wärmetauschereinheit (221) mit einem Kühlkreislauf vorgesehen, dessen thermische Energie als Nutzwärme (240) einer weiteren Verbrauchereinheit (250) zuführbar ist.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist ein Teil des am Ausgang des Kondensators (220) vorliegenden Wassers über einen stromabwärts des Gas/Gas-Wärmetauschers (120) angeordneten Vorwärm-Wärmetauscher (260) und weiter über den weiteren Wärmetauscher (151) in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) zurückleitbar. Bei dieser Ausführungsform ist des Weiteren die am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) vorliegende Heißluft als vorgewärmte Verbrennungsluft für die Feuerungseinheit (110) nutzbar, wobei im Förderweg der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) vorliegende Heißluft stromaufwärts der Feuerungseinheit (110) zwei Steuereinrichtungen (160, 161) für eine Dosierung der Heißluftzufuhr vorgesehen sind.
Ein Teil der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) vorliegende Heißluft ist dabei zur Trocknung von in einer heißluftumströmten Trocknungseinrichtung (170) eingebrachter feuchter als Holzhackschnitzeln ausgeführte Biomasse (180) nutzbar, die in getrockneter Form (190) für eine Feuerung in der Feuerungseinheit (110) vorgesehen ist. Im Förderweg der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) vorliegenden Heißluft ist des Weiteren stromaufwärts der Trocknungseinrichtung (170) eine Steuereinrichtung (162) für eine Dosierung der Heißluftzufuhr vorgesehen.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist im Wasserdampf-Kreislauf stromaufwärts des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) und im Förderweg der Heißluft aus der Turbine (140) stromabwärts des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) ein weiterer Wärmetauscher (151) zum Vorwärmen des Wassers vorgesehen. Des Weiteren enthält diese Ausführungsform der Erfindung im Förderweg der in der Feuerungseinheit (110) erzeugten Heißgase stromabwärts des Gas/Gas-Wärmetauschers (120) einen Rauchgasreiniger sowie eine Ventilationseinrichtung (122) zum Fördern der Heißgase. Die Restwärme der aus der Ventilationseinrichtung (122) austretenden Heißgase ist wiederum als Nutzwärme einer weiteren Verbrauchereinheit (123) zuführbar.
Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch die Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt sind.

Claims

Vorrichtung (100) zur Kraft-Wärmeerzeugung mit einer Heißgase erzeugenden Feuerungseinheit (110), wobei die thermische Energie der Heißgase über einen Gas/Gas-Wärmetauscher (120) nutzbar ist, um mittels eines Kompressors (130) komprimierte Luft für den Betrieb einer mit einem elektrischen Generator (141) gekoppelten Turbine (140) zu erhitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie der am Ausgang der Turbine (140) vorliegenden Heißluft über wenigstens einen Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) nutzbar ist, um die Flüssigkeit eines Wasserdampf-Kreislaufes zwecks einer Nutzung zu verdampfen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nutzung eine Bereitstellung von Heizwärme vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nutzung eine Bereitstellung von Prozesswärme vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nutzung der Betrieb einer weiteren, mit einem elektrischen Generator (211) gekoppelten Dampfturbine (210) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der am Ausgang der Dampfturbine (210) vorliegende Wasserdampf in einem Nutzwärme liefernden Kondensator (220) kondensiert und das dabei wiedergewonnene Wasser über eine Pumpe (230) in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) zurückleitbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der am Ausgang der Dampfturbine (210) vorliegende Wasserdampf über eine erste Seite (231) eines Regenerator (230) in den Kondensator (220) einströmt und das wiedergewonnene Wasser über eine zweite Seite (232) des Regenerators (230) in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) zurückleitbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kühlung des Kondensators (220) eine Wärmetauschereinheit (221) mit einem Kühlkreislauf vorgesehen ist, dessen thermische Energie als Nutzwärme (240) einer weiteren Verbrauchereinheit (250) zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des am Ausgang des Kondensators (220) vorliegenden Wassers über einen stromabwärts des Gas/Gas-Wärmetauschers (120) angeordneten Vorwärm-Wärmetauscher (260) mindestens indirekt in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) zurückleitbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) vorliegende Heißluft als vorgewärmte Verbrennungsluft für die Feuerungseinheit (110) nutzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Förderweg der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit- Wärmetauschers (150) vorliegende Heißluft stromaufwärts der Feuerungseinheit (110) eine oder mehr Steuereinrichtungen (160, 161) für eine Dosierung der Heißluftzufuhr vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) vorliegende Heißluft zur Trocknung von in einer heißluftumströmten Trocknungseinrichtung (170) eingebrachter feuchter Biomasse (180) nutzbar ist, die in getrockneter Form (190) für eine Feuerung in der Feuerungseinheit (110) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse (180) von Holzhackschnitzeln gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Förderweg der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) vorliegenden Heißluft stromaufwärts der Trocknungseinrichtung (170) eine Steuereinrichtung (162) für eine Dosierung der Heißluftzufuhr vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wasserdampf-Kreislauf stromaufwärts des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) und im Förderweg der Heißluft aus der Turbine (140) stromabwärts des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) ein weiterer Wärmetauscher (151) zum Vorwärmen des Wassers vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Förderweg der in der Feuerungseinheit (110) erzeugen Heißgase stromabwärts des Gas/Gas-Wärmetauschers (120) ein Rauchgasreiniger (121) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Förderweg der in der Feuerungseinheit (110) erzeugen Heißgase stromabwärts des Gas/Gas-Wärmetauschers (120) eine Ventilationseinrichtung (122) zum Fördern der Heißgase vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Restwärme der aus der Ventilationseinrichtung (122) austretenden Heißgase als Nutzwärme einer weiteren Verbrauchereinheit (123) zuführbar ist.