DE2233327A1

DE2233327A1 - STEAM POWER PLANT WITH ORGANIC WORK EQUIPMENT

Info

Publication number: DE2233327A1
Application number: DE2233327A
Authority: DE
Inventors: Richard Everett Niggemann
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1972-07-06
Publication date: 1973-01-18
Also published as: GB1381126A; FR2145251A5; US3769789A

Description

Dampfkraftanlagen mit organischem Arbeitsmittel sind bekannt. Organisches Arbeitsmittel im Rankine-Kreislauf zu verwenden, hat viele Vorteile. Erstens ergibt der positive Abfall der Sattdampflinie im Temperatur-Entropie-Diagramm trockene Entspannung, ohne Erosion der Turbine» und die Möglichkeit, die Turbine'bei günstigsten Drehzahlen zu betreiben, ohne daß Läufer-Beanspruchungen Probleme aufwürfen· Ferner bieten organische Arbeitsmittel hinsichtlich des Schmelzpunktes, der Wärmebeständigkeit, des Betriebsdruck-Niveaus und des Preises einen großen Auswahlbereich, so daß für eine gegebene Dampfkraftanlage ein oder mehrere Arbeitsmittel besonders günstig sein können*Are steam power plants with organic working fluid known. Organic working fluid in the Rankine cycle too use has many advantages. First, there is the positive drop in the saturated steam line in the temperature-entropy diagram dry relaxation, without erosion of the turbine »and the possibility of operating the turbine at the most favorable speeds without the rotor loads causing problems · Furthermore, organic working media offer in terms of the melting point, the heat resistance, the operating pressure level and the price a large selection range, so that one or more working media for a given steam power plant can be particularly cheap *

Die Erfindung eignet sich für die Erzeugung mechanik acher oder elektrischer Arbeit aus Wärme» In manchen Anwen-*The invention is suitable for generating mechanics or electrical work from heat.

572-(BOOO1k + BOOO14 A)~Bgn-r572- (BOOO1 k + BOOO14 A) ~ Bgn-r

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düngen ist Anfahren bei niedriger Temperatur erforderlich, so daß jedes Arbeitsmittel, welches bei der Anf ahrtemper.atur fest, schlammig oder auch nur zähflüssig ist, uner-swünscht wäre. Wegen der Zersetzung organischer Flüssigkeiten bei hoher Temperatur und des dadurch bewirkten Anfalls unkondensierbaren Gases ist erwünscht, daß das organische Arbeitsmittel gute Wärniebeständigkeit habe.fertilizing is required starting at low temperature, so that every working medium which is at the start temperature is solid, muddy or even just viscous, undesirable were. Because of the decomposition of organic liquids at high temperatures and the resulting attack incondensable gas is desirable that the organic Work equipment has good heat resistance.

Man hat schon zahlreiche organische Arbeitsmittel versucht und dabei gefunden, daß viele von ihnen Nachteile wie z. B. geringe Wärmebeständigkeit, verhältnismäßig hohen Schmelzpunkt und verhältnismäßig niedrigen Abdampfdruck haben.Numerous organic working materials have already been tried and many of them have disadvantages such as B. low heat resistance, relatively high Have a melting point and a relatively low evaporation pressure.

Die Erfindung sieht eine Dampfkraftanlage mit Toluol als Arbeitsmittel vor. Toluol ist typisch für die organischen Flüssigkeiten insofern, als sein Dampf sich bei der Entspannung von hohem auf niedrigem Druck überhitzt. Dies ergibt einen ziemlich niedrigen adiabatischen Druck in der Kraftmaschine und eine verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit der Turbinenschaufelenden, so daß eine einstufige Turbine bei bestem Wirkungsgrad und betriebssicher innerhalb der für die Beanspruchung des Turbinenläufers gesetzten Grenzen betrieben werden kann.The invention provides a steam power plant with toluene as work equipment. Toluene is typical of organic liquids insofar as its vapor is in the Relaxation from high to low pressure overheated. This results in a fairly low adiabatic pressure in the Engine and a relatively low speed of the turbine blade ends, so that a single-stage turbine with the best efficiency and operationally reliable within the limits set for the stress on the turbine rotor Limits can be operated.

Die Hauptbestandteile der Anlage sind ein überkritischer Erhitzer (das ist ein feuergas-beheizter Erhitzer für das flüssige Arbeitsmittel) mit einem Ekonomiser (dies ist im folgenden ein rauchgas-beheizter Speiseflüssigkeits-Vorwärmer), eine einstufige Turbine, die einen Wechselstromerzeuger antreiben mag, ein Regenerator (dies bedeutet im folgenden einen abdampf-beheizten Speiseflüssigkeits-Vor-The main components of the system are a supercritical heater (this is a fuel gas heated heater for the liquid working medium) with an economizer (in the following this is a flue gas-heated feed liquid preheater), a single-stage turbine that may drive an alternator, a regenerator (this means in following a steam-heated feed liquid pre

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wärmer), ein Kondensator und eine Speisepumpe. Als Arbeitsmittel wird Toluol benutzt wegen seines Gefrierpunktes von -95 °C, seiner guten Wärmebeständigkeit, seines verhältnismäßig hohen Anlagedruckniveaus, das gedrängte Wärmeübertragung ergibt, und weil es im Handel leicht erhältlich ist.warmer), a condenser and a feed pump. Toluene is used as a working medium because of its freezing point -95 ° C, its good heat resistance, its relatively high system pressure level, the crowded heat transfer and because it is readily available in stores.

Der überkritische AnIage-Kreislauf ist so gewählt, daß der Kessel ein Flüssigkeits-Erhitzer wird, was hydrodynamische Instabilität unmöglich und sehr große Warmeübergangs zahlen ohne übergroße Rohrwandtemperaturen möglich macht und sehr kleine Flüssigkeitsmenge im Erhitzer, also geringe Arbextsmittelzersetzung und geringen Energiestau ergibt. Der Erhitzer mit Ekonomiser kann eine gedrängte zylindrische Einheit sein, deren Brenner vom Wärmetauscher rings umgeben ist. Die Verbrennungsgase strömen über die wärmeaufnehmenden Flächen des Erhitzers und erhitzen dabei im Erhitzer die vom Regenerator und vom Ekonomiser kommenden, sich mischenden Flüssigkeitsströme auf die Dampfaustrittstemperatur. The supercritical system cycle is chosen so that the boiler becomes a liquid heater, which makes hydrodynamic instability impossible and very high heat transfer rates makes possible without excessive pipe wall temperatures and very small amount of liquid in the heater, so low Arbextsmittelzersetzung and low energy accumulation results. The heater with economizer can be a compact cylindrical unit, the burner of which is surrounded by the heat exchanger is surrounded. The combustion gases flow over the heat-absorbing ones Surfaces of the heater and heat in the heater the coming from the regenerator and the economizer, mixing liquid streams to the steam outlet temperature.

Die Verbrennungsgase verlassen den Erhitzer und strömen durch einen sie umgebenden Ekonomiser, der die Gase weiter abkühlt und so den Abgasverlust verringert. Ungefähr 20 $ der Speiseflüssigkeit wird in den Ekonomiser eingespeist, um dort vorgewärmt zu werden und die Temperatur des heißen Abgases zu verringern. Der Strom' der in den Ekonomiser eingespeisten und darin vorgewärmten Flüssigkeit mischt sich mit der übrigen Speiseflüssigkeit, die etwa 80 $ des die Anlage durchströmenden Arbeitsmittels beträgt, am Einlaß in den Erhitzer. Diese 80 $ Speiseflüssigkeit strömen vom Speisepumpenauslaß durch den Dampf-Flüssigkeits-Regenerator. Infolge des verhältnismäßig hohenThe combustion gases leave the heater and flow by a surrounding economizer, which cools the gases further and thus reduces the exhaust gas loss. Approximately 20 $ of the feed liquid is fed into the economizer to be preheated there and the temperature to reduce the hot exhaust gas. The flow of the liquid fed into the economizer and preheated therein mixes with the rest of the feed liquid, which is about 80 $ of the working medium flowing through the system is at the inlet to the heater. This 80 $ feed liquid flows from the feed pump outlet through the vapor-liquid regenerator. As a result of the relatively high

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Abdampfdruckes der Anlage, den das als Arbeitsmittel benutzte Toluol ergibt, ist der Regenerator ganz klein, selbst trotz der Tatsache, daß 20 $ der Speiseflüssigkeit den Regenerator umgehen, was vermehrte Wärmeaustauschfläche anstelle nicht verfügbarer Flüssigkeit erfordert. Da 20 $ der Speiseflüssigkeit durch den Ekonomiser strömen, ist der Abgasverlust bemerkenswert gering und der Wirkungsgrad der Anlage entsprechend hoch.The exhaust pressure of the system that was used as the working medium Toluene yields, the regenerator is quite small, even in spite of the fact that 20 $ of the feed liquid the regenerator bypass, which requires increased heat exchange area instead of unavailable liquid. Since $ 20 the As feed liquid flows through the economizer, the waste gas loss is remarkably low and the efficiency of the Plant correspondingly high.

Vom Erhitzer-Auslaß strömt das heiße Arbeitsmittel hohen Druckes durch ein geeignetes Dampfmengen-Steuerventil in die einstufige Turbine, eine Gleichdruckturbine. In einer Elektro-Kraftanlage kann die Turbine mit dem Wechselstromerzeuger und ebenfalls mit einer Speisepumpe treibend entweder unmittelbar oder über ein Zahnradgetriebe verbunden sein. Der Turbinenabdampf strömt durch die Dampfseite des Regenerators, wo er die zum Erhitzer strömende Speise-· flüssigkeit vorwärmt. Vom Ausgang des Regenerators strömt der Dampf zum Kondensator, wo die Abwärme an das Kondensator-Kühlmittel abgegeben wird. In manchen Anwendungen kann diese Abwärme zum Heizen und/oder zum Antrieb einer Adsorptions-Kältemaschine benutzt werden.The hot working fluid flows at a high rate from the heater outlet Pressure through a suitable steam volume control valve into the single-stage turbine, a constant pressure turbine. In a Electric power plant can use the turbine with the alternator and also drivingly connected to a feed pump either directly or via a gear drive be. The turbine exhaust steam flows through the steam side of the regenerator, where it removes the feed- liquid preheats. From the outlet of the regenerator, the steam flows to the condenser, where the waste heat is transferred to the condenser coolant is delivered. In some applications this waste heat can be used for heating and / or for driving an adsorption chiller to be used.

Es ist ferner eine Vorrichtung zum Abscheiden der im Kondensator im Dampf vorhandenen nicht-kondensierbaren. Gase vorgesehen. Diese Vorrichtung fördert die konzentrierten nicht-kondensierbaren Gase in einen gesonderten Behälter und verhindert, daß diese Gase sich im Kondensator ansammeln. Wenn man diese Gase sich im Kondensator so ansammeln ließe, daß der Teildruck der nicht-kondensierbaren Gase 1 $ des Gesamt-Kondensatordruckes erreichte, dann würde dadurch der Kondensations-Koeffizient sinken, der KondensatordruckIt is also a device for separating the non-condensables present in the condenser in the vapor. Gases provided. This device conveys the concentrated non-condensable gases into a separate container and prevents these gases from accumulating in the condenser. If these gases were allowed to accumulate in the condenser in such a way that the partial pressure of the non-condensable gases reached 1 $ of the total condenser pressure, then the condensation coefficient, the condenser pressure, would decrease

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steigen und der Wirkungsgrad des Kreislaufes geringer werden. Aus dem Kondensator läuft das Kondensat in einen Sammelbrunnen ab. Eine Strahlpumpe saugt das Kondensat aus dem Brunnen ab und hebt seinen Druck auf den Eingangsdruck des Kreislaufes. Die Speisepumpe hat zwei Auslässe, nämlich einen, welcher einen Strom hohen Drucks zum Eingang der Anlage liefert, und einen, der einen Strom niedrigen Druckes zur Strahlpumpe liefert; hierdurch wird der Pumpleistungs- . Bedarf der Anlage verringert. Der Hauptstrom fließt von der Speisepumpe zum Regenerator und zum,Ekonomiser.increase and the efficiency of the circuit decrease. The condensate runs out of the condenser into a collecting well away. A jet pump sucks the condensate out of the well and raises its pressure to the inlet pressure of the Circulatory system. The feed pump has two outlets, namely one which carries a high pressure flow to the inlet of the system supplies, and one supplying a low pressure stream to the jet pump; This is the pump power. Reduced system requirements. The main stream flows from the feed pump to the regenerator and to the economizer.

Für die Wahl von Toluol als Arbeitsmittel gibt es mehrere Gründe. Toluol hat seinen Siedepunkt bei -95 C 5 daher ist es für Kaltstart besonders geeignet. Die Wärmebeständigkeit von Toluol ist größer als die der meisten organischen Flüssigkeit. Toluol hat in einer luftgekühlten, nach dem Rankine-Kreislauf arbeitenden Kraftanlage hohen Abdampfdruck, nämlich 0,56 at bei 93 °C. Der hohe Abdampfdruck der mit Toluol betriebenen Kraftanlage ermöglicht eine kleine, schnell-laufende Turbine und einen kleinen und leichten Regenerator, selbst wenn 20 $ der Speiseflüssigkeit um ihn herum zum Ekonomiser umgeleitet werden. Toluol hat selbst bei Temperaturen weit oberhalb seiner kritischen Temperatur Wärmebeständigkeits-Eigenschaften, welche die Verwendung eines überkritischen Verdampfers von gedrängter Bauart, großem Wärmedurchsatz und geringem Flüssigkeitsinhalt ermöglichen, wo unterkritische Verdampfer von geringem Flüssigkeitsinhalt (Zwangs dur chi auf-Ke s s el) hydrodynamischer !Instabilität ausgesetzt sind. Das Ergebnis ist geringster Raumbedarf, was für den Einbau wünschenswert ist, und größter Anlage-Wirkungsgrad dank der Anordnung des Ekonomisers, welchem Flüssigkeit unter, Umgebung des Regenerators zugeführt wird,There are several for the choice of toluene as a working medium Reasons. Toluene has its boiling point at -95 C 5 it is particularly suitable for cold starts. The heat resistance of toluene is greater than that of most organic liquid. Toluene has been air-cooled, according to the Rankine cycle working power plant high exhaust pressure, namely 0.56 at at 93 ° C. The high pressure of the power plant operated with toluene enables a small, high-speed turbine and a small and light regenerator, even if $ 20 of the edible liquid around it be redirected to the economizer. Toluene has heat resistance properties even at temperatures well above its critical temperature, which the use of a supercritical evaporator of compact design, large Heat throughput and low liquid content allow where subcritical evaporators with low liquid content (Forced by chi on-Ke s s el) more hydrodynamic! Instability are exposed. The result is the smallest space requirement, which is desirable for installation, and the greatest system efficiency thanks to the arrangement of the economizer, to which liquid is fed below the area around the regenerator,

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und dank der Fähigkeit, mit hoher Turbinen-Eingangstemperatur zu arbeiten, welche durch die gute Wärmebeständigkeit des Toluols gegeben ist, sowie dank dem sehr geringen Erhitzer-Flüssigkeitsinhalt als Ergebnis der überkritischen Ve r d amp fung.and thanks to the ability to handle high turbine inlet temperatures to work, which is given by the good heat resistance of toluene, as well as thanks to the very low heater liquid content as a result of the supercritical damping.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Schema einer erfindungsgemäßen ¥ärmekraftanlage und in Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kombination von Erhitzer und Ekonomiser*The drawing shows in Fig. 1 a scheme of a thermal power plant according to the invention and in Fig. 2 a schematic Section through a combination according to the invention of heater and economizer *

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bestellt die WMrmekraftanlage 10 im wesentlichen aus einem mit einem Ekonomiser zusammengebauten Erhitzer 12, welcher Toluoldampf in eine Turbine 14 liefert, deren Abdampf durch einen Regenerator 15 strömt, der den Abdampf kiLilt und die zum Erhitzer-Ekonomiser 12 fließende Speissflüssigkeit erwärmt. Der den Regenerator verlassende Abdampf wird im Kondensator 16 verflüssigt, und das Kondensat fließt in den Kondensat-Sammelbrunnen 18, während die nicht-kondensierbaren Gase im Abscheider 20 abgeschieden werden. Eine Strahlpumpe 22 saugt das Kondensat aus dem Brunnen 18 und fördert es zu einer Pumpe 25, welche Speiseflüssigkeit in die Anlage einspeist. Ein Anfahrbehälter 27 dient zum.Füllen der Anlage beim Anfahren. As can be seen from Fig. 1, the WMrmekraftanlage ordered 10 essentially of one assembled with an economizer Heater 12, which supplies toluene vapor into a turbine 14, the exhaust vapor of which is passed through a regenerator 15 flows that cools the exhaust steam and that to the heater economizer 12 flowing food liquid is heated. The regenerator leaving exhaust steam is liquefied in the condenser 16, and the condensate flows into the condensate collection well 18, while the non-condensable gases in the separator 20 are deposited. A jet pump 22 sucks the condensate from the well 18 and conveys it to a Pump 25, which feeds feed liquid into the system. A start-up container 27 is used for filling the system during start-up.

Die Strahlpumpe 22 hebt den Druck des Kondensats im Brunnen 18 auf einen Druck, welcher Kavitation in der Speisepumpe 25 verhindert; sie fördert das Kondensat in die Speisepumpe 25. Die Speisepumpe 25 kann eine Pumpe mit abgestuftem Kreisel sein, welche zwei im Radius voneinander verschiedene Diffusoren besitzt. Der innere Diffusor liefertThe jet pump 22 raises the pressure of the condensate in the Well 18 to a pressure which prevents cavitation in the feed pump 25; it pumps the condensate into the Feed pump 25. The feed pump 25 may be a pump with a graduated gyroscope which is two in a radius from one another owns different diffusers. The inner diffuser delivers

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durch Leitung 30 Flüssigkeit für den Betrieb der Strahlpumpe 25» und der äußere Diffusor fördert durch Leitung 31 und durch Rückschlagventil 32 Flüssigkeit mit 50 at in den Hauptkreislauf der Anlage. Von dort strömen etwa 80 'fo der Speiseflüssigkeit durch Leitung 35 in Kühlrohre 37 des (nicht gezeichneten) elektrischen Stromerzeugers, um dessen Ständer zu kühlen. Die Speiseflüssigkeit verläßt die Ständer-Kühleinrichtung 37 in einer typischen Anlage mit etwa 100 °C, da sie dort die durch Verluste in der Maschine entstandene Wärme aufgenommen hat.through line 30 liquid for the operation of the jet pump 25 »and the outer diffuser conveys through line 31 and through check valve 32 liquid at 50 atm into the main circuit of the system. From there about 80 'fo of the feed liquid flows through line 35 into cooling tubes 37 of the (not shown) electric power generator in order to cool its stand. In a typical system, the feed liquid leaves the stator cooling device 37 at around 100 ° C., since there it has absorbed the heat generated by losses in the machine.

Die Speiseflüssigkeit von 100 C strömt in den Regenerator 15· Dieser kann ein Rippenrohr-Wärmetauscher mit hin- und hergeführtem, mehrfachem Durchfluß in Gegenstrom-Anordnung sein. Da der Dampf verhältnismäßig dicht und die Durchflußmenge gering ist, erfordert der Wärmetauscher kleinen Querschnitt des Dampfstromweges und große Länge,, damit der Wärmedurchgangskoeffizient vergrößert und gleichzeitig eine genügende Wärmeaustauschfläche erzielt wird. Die Rippen können aus gewelltem Nickelblech hergestellt sein, während die Trennplatten, die obere und die untere Wandplatte, die Seitenplatten und die Sammler sämtlich aus nichtrostendem Stahl bestehen, was eine Einheit geringen Raumbedarfes und niedrigen Gewichtes ergibt.The feed liquid at 100 C flows into the regenerator 15 This can be a finned tube heat exchanger with and brought in multiple flow in countercurrent arrangement. Because the steam is relatively dense and the flow rate is small, the heat exchanger requires a small cross-section of the vapor flow path and a great length, so that the Heat transfer coefficient increased and at the same time a sufficient heat exchange surface is achieved. Ribs can be made of corrugated nickel sheet, while the partition plates, the upper and lower wall plates, the Side plates and the collector are all made of stainless steel, which is a unit that takes up little space and low weight results.

Die aus der Flüssigkeits-Seite des Regenerators 15 durch Leitung 38 austretende Flüssigkeit hat in einer typischen Anlage etwa 253 °C» sie mischt sich vor dem Ein-, tritt in den Erhitzer 12 bei hO mit dem vom Ekonomiser hZ kommenden Strom vorgewärmter Flüssigkeit.The liquid exiting from the liquid side of the regenerator 15 through line 38 is in a typical system about 253 ° C. It mixes before it enters the heater 12 at hO with the stream of preheated liquid coming from the economizer HZ.

In dem Ekonomiser 42 werden durch Leitung kh etwa 20 $In the economizer 42, through line kh, about $ 20

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der Speiseflüssigkeit der Gesamtanlage eingespeist. Die aus dem Erhitzer und dem Ekonomiser bestehende Kombination ist genauer in Fig. 2 gezeigt; sie ist eine überkritische Zwangdurchiauf-Einheit von gedrängter Bauart. Hohe Strömungsgeschwindigkeit im Erhitzer sichert hohen Wärmedurchgang und verringert dadurch die heißen Stellen. Die Verdampf er-Ekonomiser-Einheit enthält Feuergas-Einlaßöffnungen 4°-, einen zentralen Feuerungsraum 52 von z. B. etwa 1650 ⁰C, einen ringförmigen Erhitzer 55 und einen ringförmigen Ekonomiser 42. Im Erhitzer 55 ist auf der Feuergas-Seite eine Füllung 56 aus zusammengelöteten Kugeln angeordnet, welche eine große gasseitige Wärmeübergangsfläche ergibt. Heizrohre 60 sind mit einer Kugelfüllung 62 versehen, welche die Strömungsgeschwindigkeit und den Wärmeübergangskoeffizienten erhöht.of the feed liquid of the entire system. The combination of the heater and the economizer is shown in more detail in Figure 2; it is a supercritical forced run-through unit of compact design. The high flow rate in the heater ensures high heat transfer and thus reduces the number of hot spots. The evaporator he economizer unit contains flue gas inlet openings 4 ° -, a central furnace 52 of z. B. about 1650 ⁰ C, an annular heater 55 and an annular economizer 42. In the heater 55 , a filling 56 of balls soldered together is arranged on the flue gas side, which results in a large gas-side heat transfer surface. Heating tubes 60 are provided with a ball filling 62, which increases the flow rate and the heat transfer coefficient.

Der Ekonomiser 42 enthält Speiseflüssigkeits-Rohre 63, die mit einer Packung 65 aus zusammengeschweißten Kugeln versehen sind, durch welche die Feuergase hindurchströmen.The economizer 42 includes feed liquid tubes 63, the one with a pack 65 of balls welded together are provided through which the fire gases flow.

Im Betrieb einer typischen erfindungsgemäßen Anlage senkt die durch die Ekonomiserröhre 63 strömende Speiseflüssigkeit die Rauchgastemperatur von dem etwa 426 ⁰C, mit denen das Rauchgas aus dem Erhitzer austritt, auf ungefähr 205 °C, wodurch der Kreis!auf-Wirkungsgrad bedeutend erhöht wird. Der Druck, mit dem die Flüssigkeit aus dem Ekonomiser 42 austritt, ist gleich dem Druck an der Regenerator-Austrittsleitung 38, damit die passende Teilung der Ströme (d. h. etwa 80 # zu 20 #) aufrechterhalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Strömungswiderstand dös Ekonomisers 42 mit demjenigen des Regenerators 15 übereinstimmt. Die Temperatur der aus dem Ekonomiser ausströ-In operation of a typical plant of the invention flowing through the Ekonomiserröhre 63 feed liquid lowers the flue gas temperature from about 426 ⁰ C, which exits the flue gas from the heater to about 205 ° C, is significantly increased so that the circle! On efficiency. The pressure at which the liquid exits the economizer 42 is equal to the pressure on the regenerator exit line 38 in order to maintain the proper division of the flows (ie, about 80 # to 20 #). This is achieved in that the flow resistance of the economizer 42 corresponds to that of the regenerator 15. The temperature of the outflow from the economizer

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inenden Flüssigkeit in Leitung 68 ist etwa 254 C. Dieser Flüssigkeitsstrom vereinigt sich bei 40 mit dem aus der Regenerator-Leitung 38 kommenden Strom und fließt αμΓόΙι Leitung 70 in die Erhitzerrohre 60. Der Dampf, der den überkritischen Erhitzerteil 55 verläßt, tritt aus dem Erhitzer durch Leitung 72 mit etwas ü als 42 ata mit mehr als 42 ata aus.The liquid in line 68 is about 254 C. This The liquid stream combines at 40 with the stream coming from the regenerator line 38 and flows αμΓόΙι Line 70 into the heater tubes 60. The steam that the supercritical heater part 55 leaves, exits the heater through line 72 with something ü than 42 ata with more than 42 ata.

hitzer durch Leitung 72 mit etwas über 370 C und.mit mehrHeater through line 72 with a little over 370 C and with more

Der Hochdruckheißdampf in Leitung 70 wird durch ein Ventil 75 gesteuert, das den Druck, mit dem der Dampf in die Turbine eintritt, etwas verringert, z. B. auf 4θ ata. Das Ventil 75 wird drehzahlabhängig gesteuert, damit die Drehzahl der Turbine 14 konstant bleibt.The high pressure hot steam in line 70 is through a Valve 75 is controlled, which reduces the pressure at which the steam enters the turbine somewhat, e.g. B. to 4θ ata. The valve 75 is controlled as a function of the speed so that the speed of the turbine 14 remains constant.

Es ist ein Absperrventil 78 vorgesehen, welches auf eine voreingestellte Temperatur im Erhitzer anspricht und sich öffnet und den Strom zur Turbine 14 freigibt.There is a shut-off valve 78 is provided, which on responds to a preset temperature in the heater and opens and releases the flow to the turbine 14.

Die Turbine 14 ist eine einstufige, axial durchströmte Überschall-Gleichdruck-Turbine mit Teilbeaufschlagung. Das organische Arbeitsmittel Toluol überhitzt sich bei Entspannung, so daß in der einzigen Stufe der Turbine hohe Druckverhältnisse verarbeitet, also hohe Wirkungsgrade erzielt werden können. Der zerstörende Effekt der Dampfnässe in den Turbinen-Düsen und -Schaufelkanälen, welche sonst die Schaufeln anfressen und die Strömungsführung verschlechtern würde, fehlt hier. Die Turbine 14 kann z. B. mit 120.000 U/min umlaufen. -The turbine 14 is a single-stage, axially flowed through Supersonic constant pressure turbine with partial admission. That Organic working medium Toluene overheats when it is depressurized, so that high pressure conditions in the single stage of the turbine processed, so high levels of efficiency can be achieved. The destructive effect of the wetness of steam in the turbine nozzles and blade channels, which would otherwise be the It is missing here that would eat away at the blades and worsen the flow guidance. The turbine 14 can, for. B. with 120,000 Revolve per minute. -

Der Dampf verläßt die Turbine 14 mit 0,44 ata und 275 C; er wird, wie gezeichnet, durch Leitung 80 in den Dampfraum des Generators 15 geführt. Der Dampf verläßt den.The steam leaves the turbine 14 at 0.44 ata and 275 C; it is, as shown, through line 80 in the Steam chamber of the generator 15 out. The steam leaves the.

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Regenerator 15 durch Leitung 82 mit 0,43 ata und 117 °C. Dieser Dampf tritt in den Kondensator 16 ein, worin er verflüssigt wird. Der Kondensator Λ6 ist ein Rippenrohr-Wärmetauscher; der Dampf wird innerhalb der Rohre verflüssigt, die Kühlluft fließt um die Rohre zwischen den Rippen. Ein (nicht gezeichnetes) Gebläse führt Umgebungsluft über die Rohre des Kondensators 16. D^e Zersetzung des Toluols bewirkt das Entstehen nicht-kondensierbarer Gase und hochsiedender Verbindungen. Der Abscheider 20 für die Abscheidung nicht-kondensierbarer Gase soll Abnahme des Kondensator-Wärmedurchgangskoeffizienten und Zunahme des Turbinen-Abdampf drucke s , welche die Turbinenleistung und den Anlage-Wirkungsgrad vermindern würden, verhindern.Regenerator 15 through line 82 at 0.43 ata and 117 ° C. This vapor enters the condenser 16, where it is liquefied. The condenser Λ6 is a finned tube heat exchanger; the steam is liquefied inside the tubes, the cooling air flows around the tubes between the fins. A fan (not shown) leads ambient air over the pipes of the condenser 16. The decomposition of the toluene causes the formation of non-condensable gases and high-boiling compounds. The separator 20 for the separation of non-condensable gases is intended to prevent a decrease in the condenser heat transfer coefficient and an increase in the turbine exhaust steam pressure, which would reduce the turbine output and the system efficiency.

Das Kondensat des Dampfes fließt durch Leitung 85 in den Kondensat-Sammelbrunnen 18.The condensate of the steam flows through line 85 into the condensate collection well 18.

Der Anfahrbehälter 27 enthält ein (nicht gezeichnetes) federbelastetes, mit einer Verriegelungseinrichtung versehenes Ventil, das den Strom aus dem Anlaßbehälter.einleiten soll. Während des Anfahrens würden die (nicht gezeichnete) Luftzufuhr- und Brennstoffzufuhr-Einrichtung und ein (ebenfalls nicht gezeichneter) Zünder betätigt werden, um Heißluft in die Erhitzer-Ekonomiser-Einheit 12 zu führen* Sobald die Flamme hergestellt ist und das Metall des^ Erhitzers eine kritische Temperatur erreicht hat, löst eine hierfür vorgesehene Vorrichtung die am Anfahrbehälter 27 angebrachte Verriegelungseinrichtung und gibt die Feder frei, so daß sie Flüssigkeit hohen Druckes in die Hochdruckleitungen 31» 35 und kk einführen und diese füllen kann. Dies gibt ferner Strom zu den Lagern, wie in Fig. 1 gezeichnet, frei. Während das Metall des Erhitzers und die Arbeitsflüs-The starting tank 27 contains a (not shown) spring-loaded valve provided with a locking device, which is intended to initiate the flow from the starting tank. During start-up, the air and fuel supply device (not shown) and an igniter (also not shown) would be actuated to feed hot air into the heater-economizer unit 12 * once the flame is established and the heater metal has reached a critical temperature, a device provided for this purpose releases the locking device attached to the start-up container 27 and releases the spring so that it can introduce high-pressure fluid into the high-pressure lines 31 »35 and kk and fill them. This also gives power to the bearings, as shown in Fig. 1, free. While the metal of the heater and the working fluids

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sigkeit auf ihre Solltemperatur kommen, wird die von der
Pumpe 25 zur Pumpe 22 führende Leitung durch Entnahme einer kleinen Menge Hochdruckflüssigkeit gefüllt.the liquid will reach its setpoint temperature, the
Pump 25 to pump 22 line leading to filled by removing a small amount of high pressure liquid.

Wenn die Erhitzertemperatur eine gewisse Höhe erreicht, wird das Absperrventil 78 geöffnet und der Strom zur Turbine freigegeben. Die Turbine wird dann in etwa 10 bis 15 Sekunden auf 120.000 U/min beschleunigt. Venn die Turbine -ihre
volle Drehzahl nahezu erreicht hat, wird die Speisepumpe 25 höherem Druck als der Anfahrbehälter 27 liefern und das
Rückschlagventil 32 sich öffnen und Flüssigkeitsstrom in
die Anlage einlassen. Wenn die Turbine ihre volle Drehzahl
ganz erreicht hat, wird das (nicht gezeichnete) Kondensator-Gebläse eingeschaltet, und Batterien, die mit dem Brenner verbunden sind, werden wieder aufgeladen. Wenn das Kondensat im Sammelbrunnen 18 eine seinem normalen Betriebspunkt nahe Temperatur erreicht, ist die Anlage bereit, vol-Ie Last aufzunehmen. Dies geschieht schnell, da die Anlage
verhältnismäßig leicht ist und nur etwa 1,5 kg Arbeitsflüssigkeit (Toluol) enthält. Die Anfahrzeit läßt sich
noch weiter verkürzen, wenn der mit der Turbine 14 gekuppelte elektrische Stromerzeuger in programmierter Weise belastet wird, um elektrische Energie in Erhitzer zu Hb fern, die um den Kondensat-Sammelbrunnen gewickelt sind.When the heater temperature reaches a certain level, the shut-off valve 78 is opened and the flow to the turbine is released. The turbine is then accelerated to 120,000 rpm in about 10 to 15 seconds. Venn the turbine - yours
has almost reached full speed, the feed pump 25 will deliver higher pressure than the start-up tank 27 and that
Check valve 32 will open and fluid flow in
let in the system. When the turbine is at full speed
is reached, the condenser fan (not shown) is switched on and batteries connected to the burner are recharged. When the condensate in the collecting well 18 reaches a temperature close to its normal operating point, the system is ready to accept full load. This happens quickly as the plant
is relatively light and only contains about 1.5 kg of working fluid (toluene). The start-up time can be
even further shortened when the coupled with the turbine 14 electric power generator is charged in a programmed manner, to supply electric power in remote heaters to Hb, which are wound around the condensate collection wells.

Wenn die Anlage stillgesetzt ist, wird ein (nicht gezeichneter) batterie-gespeister Elektromotor eingeschaltet, um die Feder am Anlaßbehälter 27 in ihre Vor_TStart-Stellung zu bringen. Auch kann eine Handkurbel vorgesehen werden, um die Feder des Anfahrbehälters zu spannen.When the system is shut down, a (not shown) battery-powered electric motor is switched on to bring the spring on the starting tank 27 in its before _T start position. A hand crank can also be provided to tension the spring of the start-up container.

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Obwohl die erfindungsgemäße Anlage hier in Zusammenhang mit der Lieferung von Dampf an eine Turbine zum Antrieb eines Stromerzeugers in einer elektrischen Kraftwerksanlage .gezeigt und beschrieben ist, sollte es doch klar sein, daß die Verwendung der Erfindung nicht auf elektrische Anlagen beschränkt ist und die Erfindung z. B. auch zur Speisung einer Turbine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges benutzt werden kann.Although the system according to the invention is here in connection with the delivery of steam to a turbine for propulsion of a power generator in an electrical power plant. is shown and described, it should be clear be that the use of the invention is not limited to electrical systems and the invention z. Belly can be used to feed a turbine to drive a motor vehicle.

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Claims

Expectations

(J / In the Rankine cycle working steam power plant, characterized by a source of organic feed liquid, a fire gas-heated boiler O ^2), which heats this feed liquid to high pressure steam, a turbine (i4), the ER the superheated steam from the heater (12) ¹ holds, a steam-heated liquid preheater (15), hereinafter referred to as a regenerator, which absorbs the exhaust steam from the turbine and through which at least part of the feed liquid flows in contactless heat exchange with the exhaust steam from the turbine, and one hereinafter referred to as an economizer Flue gas-heated feed liquid preheater (kZ) _t through which at least part of the feed liquid flows in contactless heat exchange with the exhaust gas coming from the heater (12) and reduces the exhaust gas temperature.

2. Steam power plant according to claim 1, characterized in that that the organic feed liquid is toluene.

3. Steam power plant according to claim 1, characterized by a device which guides a smaller part of the feed liquid to the economizer (42), and by a device which combines the preheated feed liquid coming from the economizer (k2) and the preheated feed liquid coming from the regenerator (15) and into the fuel gas heated heater (12).

4. Steam power plant working in the Rankine cycle,

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characterized by a source of organic feed liquid, a fuel gas-heated heater (12) which increases the temperature and pressure of the feed liquid, a turbine (^ k) which receives the superheated steam from the heater (12) and is driven by the expanding steam, a device (16) which absorbs and liquefies the steam from the turbine, and an economizer (42) which is assembled with the fuel gas heated heater (12) and which at least part of the feed liquid for contactless heat exchange with that from the heater (12) receives incoming combustion gases, and a device which feeds liquid from the economizer (k2) to the fuel gas-heated heater (1 2 ·).

5. Steam power plant according to claim k, characterized by a regenerator (15) »which preheats at least part of the feed liquid by receiving superheated steam from the turbine (i4) and flowing through it in contactless heat exchange with the feed liquid flowing through the regenerator .

6. Steam power plant according to claim 4, characterized in that that the heater (12) is a supercritical once-through boiler, the one arranged essentially in a ring first set of heater tubes (60) and a device that the fire gases outside via this Heater tubes (60) conducts.

7. Steam power plant according to claim 6, characterized in that the economizer (kz) has a set of tubes (63) which surrounds the heater tubes (60), and that

the combustion gases passed through the preheater pipes (63) will. '

8. Steam power plant according to claim 4, characterized by a line (72), which connects the fuel gas-heated heater (12) with the turbine ("1 * 0 and leads superheated steam to the turbine, and by a in this line (72) arranged amounts of steam - Control valve (75) to control the turbine speed .

9. Steam power plant according to claim 4, characterized by a line (72), which the fuel gas-heated heater (12) connects to the turbine (i4) and supplies superheated steam Turbine leads, and through a start-up valve arranged in this line (72), which steam flows to the turbine leaves when the heater (12) has a predetermined temperature level achieved.

10. Steam power plant according to claim 6, characterized in that the organic liquid is toluene.

11. Steam power plant according to claim 1, characterized by a device (35) · which a larger part of the Feed liquid through the regenerator (I5).

12. Steam power plant working in the Rankine cycle with organic working agent, characterized by a condenser collecting well (18) for the organic working medium, a pump (22) which sucks the working medium from the collecting well, a regenerator

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(15), which preheats feed liquid, a line (35) which leads a larger part of the feed liquid into the regenerator (15), a fuel gas-heated heater ("12), a device (38), which feed liquid from the regenerator ( 15) leads to the heater (12), an economizer (^ 2) with a device which leads at least part of the feed liquid through the economizer in contactless heat exchange with the combustion gas in order to cool this exhaust gas, furthermore a device which feeds preheated feed liquid from Economizer (hz) leads to the heater (12), a turbine (i4), a device (38) which leads steam from the heater (12) to the turbine (i4), a device (80) which leads to steam from the turbine (i4 ) leads to the regenerator (15), a condenser (i6), a device (82) which leads steam from the regenerator (15) to the condenser (16), and a device (85) which condensate from the condenser (16) to the collecting well (18) leads.

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