DE2625760A1

DE2625760A1 - Thermisches kraftwerk, verbunden mit einer anlage zur meerwasserentsalzung

Info

Publication number: DE2625760A1
Application number: DE19762625760
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Dr Pfenninger
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1976-05-14
Filing date: 1976-06-09
Publication date: 1978-04-20
Also published as: CH593424A5; FR2351252B1; US4094747A; SE436911B; IT1084680B; JPS52137547A; JPS6050964B2; FR2351252A1; DE2625760C2; SE7705457L; GB1518486A

Description

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13.5.76 W/dh

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Thermisches Kraftwerk« verbunden mit einer Anlage zur Meerwasserentsalzung.

Die Erfindung betrifft ein thermisches Kraftwerk mit einer Gasturbine und einem ihr nachgeschaltetem Wärmetauscher, in welchem ein Teil der in den Abgasen der Gasturbine noch enthaltenen Wärme zur Beheizung einer Anlage zur Meerwasser entsalzung ausgenützt wird.

Für den Betrieb von Anlagen zur Meerwasserentsalzung werden meistens Dampfturbinen verwendet, deren Abdampf als Wärmequelle für den DestillationsVorgang dient, indem der Konden sator das als Kühlmittel verwendete Meerwasser aufheizt. (Sonderheft der Soci§te Internationale de Dessalement Paris: Production d'eau douce par dessalement.)

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Die wirtschaftlichsten Temperaturen für den Destillationsvorgang liegen bei etwa 150 - l80°C, was einem Gegendruck der Dampfturbine von etwa 5-6 bar entspricht. Bei sehr teuren Brennstoffen sind höhere Anlagekosten noch wirtschaftlich und man kann auf einen Gegendruck von etwa 2-3 bar zurückgehen; dies entspricht einer Dampftemperatur von etwa 120 - 130⁰C.

Oft ist es wirtschaftlicher, anstelle einer Dampfturbine eine Gasturbine als Wärmequelle für die Entsalzungsanlage zu verwenden, indem die.Abgase der Gasturbine in einem Wärmetauscher zur Aufheizung von Heisswasser für die Meerwasser-Destillation verwendet werden (Brown Boveri Mitt., Bd. 54 (1967) S. 9-I6). Leider ist die Temperatur der Abgase sehr hoch: Sie beträgt bei den heutigen Gasturbinen normalerweise 450 - 550°C. Eine Senkung dieser Temperatur durch ein grösseres Druckverhältnis der Gasturbine würde den thermischen Prozess stark verschlechtern, weil beim Ueberschreiten des optimalen Druckverhältnisses Leistung und Wirkungsgrad der Gasturbine stark abnehmen.

Die Abgastemperatur ist deshalb für die Entsalzungsanlage zu hoch, weil sie zu hohen Dampftemperaturen bei der Destillation und dadurch zwangsweise zu hohen Dampfdrücken führt. Die hohen Dampfdrücke würden aber die vielstufige Kaskaden-

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verdampfung sehr verteuern oder sogar verunmöglichen. Ferner würden die hohen Temperaturen eine Verkrustung der Rohre durch den Salzgehalt des Meerwassers verursachen. Geht man aber mit der Temperatur des Heisswassers für den Destillationsvorgang auf etwa 120 - 170⁰C zurück, so wird die wertvolle Wärme am Austritt aus der Gasturbine durch Entropievermehrung stark entwertet.

Die heute verwendeten Anlagen zur Meerwasserentsalzung sind daher, wirtschaftlich betrachtet, unbefriedigend.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung des guten Wirkungsgrades einer Gasturbine, der ein Wärmetauscher zur Beheizung einer Anlage zur Meerwasserentsalzung nachgeschaltet ist, die Abwärme der Gasturbine wirtschaftlich auszunützen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher als Abhitzekessel mit wasserseitig zwei voneinander getrennten Teilen ausgebildet ist, von welchem jener Kesselteil, der die hohen Abgastemperaturen ausnützt, zur Dampferzeugung für eine Dampfturbine dient, und der zweite Kesselteil indirekt oder direkt die Wärmequelle für die Anlage zur Meerwasserentsalzung bildet.

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Durch die Kombination der Gasturbine mit einer Dampfturbine wird eine Erhöhung des thermischen Gesamtwirkungsgrades erreicht. Die Abgas-Austrittstemperaturen aus dem Kesselteil, der zur Dampferzeugung für die Dampfturbine dient, liegen bei etwa I80 - 200°C, was eine optimale Auslegung des ganzen Dampfteils erlaubt. Die Grädigkeit des Kesselteils für die Dampferzeugung kann dadurch günstiger gewählt werden, was diesen Kesselteil wesentlich verbilligt. Die Anzapfdampf-Vorwärmung des Speisewassers kann bis auf 150 - 170⁰C erhöht werden, wodurch der Dampfprozess verbessert, der Kondensator verkleinert und die Dampfnässe in der Dampfturbine verringert wird. Die niedrigen Abgastemperaturen nach dem ersten Kesselteil passen aber auch ausgezeichnet für den zweiten Kesselteil, der zur Erzeugung von Heisswasser für die Entsalzungsanlage oder zur direkten Beheizung des Meerwassers dient. Die Gesamtanordnung ergibt eine nahezu optimale Ausnützung des Brennstoffes. Wirtschaftlich ist die kombinierte Anlage mit Meerwasserentsalzung sowohl der reinen Gasturbinen- als auch der reinen Dampfturbinenanlage mit Meerwasserentsalzung überlegen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Kraftwerk mit Erzeugung von Heisswasser für die

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Beheizung der Anlage zur Meerwasserentsalzung,

Fig. 2 ein ähnliches Kraftwerk wie nach Fig. 1, jedoch mit direkter Beheizung des Meerwassers.

In beiden Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Nach Fig. 1 besteht die Gasturbinengruppe aus dem Axialverdichter 1, der Brennkammer 2, der Gasturbine 3 und dem Generator Jj. Der nachgeschaltete Abhitzekessel 5 besteht wasserseitig aus zwei Teilen. Der erste Kesselteil 6 ist der Dampferzeuger, welcher Hochdruckdampf für die Dampfturbinengruppe liefert, die, soweit sie in ihren wesentlichsten Bauteilen dargestellt ist, aus der Dampfturbine 7, dem Generator 8, dem Kondensator 9, der Speisewasserpumpe 10 und dem Speisewasservorwärmer 11 besteht.

Der zweite Kesselteil 12 dient der Aufheizung von Heisswasser, das im geschlossenen Wasserkreislauf 13 geführt ist und im Wärmetauscher I¹I einen Teil seiner Wärme an das zu erwärmende Meerwasser abgibt.

Das Meerwasser strömt bei 15 der Entsalzungsanlage 16 zu, die für eine Kaskadenverdampfung eingerichtet ist. Die Pumpe 17 drückt das Meerwasser durch eine Anzahl in Serie geschal-

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tete Kondensatoren l8, in denen es durch Rohre geleitet wird. Anschliessend durchströmt das Heerwasser den Wärmetauscher 14, in welchem es auf die gewünschte Betriebstemperatur aufgeheizt wird, und anschliessend die Ausdampfer 19, die ebenfalls in Serie geschaltet sind und von denen ebensoviele vorhanden sind wie von den Kondensatoren. Die am Schluss verbleibende Salzlauge wird bei 20 abgeleitet.

Die Wirkungsweise einer solchen Anlage -ist bekannt. Das im Wärmetauscher I¹I aufgeheizte und unter Druck stehende Heerwasser kann sich von einem Ausdampfer 19 zum nächsten etvias entspannen, dadurch dampft an der freien Wasseroberfläche reines Wasser aus. Dieser Dampf steigt durch die Verbindungsleitung 21 in den zu dieser Stufe gehörigen Kondensator 18, in welchem Vakuum herrscht und wo der Dampf an den kalten, das Meerwasser führenden Rohren kondensiert. Gleichzeitig wird durch den Kondensationsvorgang das Meerwasser in den Rohren etwas erwärmt, so dass ihm im Wärmetauscher 14 nurmehr eine kleinere Wärmemenge zugeführt werden muss.

Das Kondensat fliesst in Pfeilrichtung durch die Leitung zur nächsten Stufe, gelangt mit dem Dampf dieses Ausdampfers in den zugehörigen Kondensator, fliesst wieder ab und so fort. Das derart gewonnene, von Stufe zu Stufe an Menge zunehmende Kondensat ist als Trinkwasser verwendbar und wird bei 23 abgeleitet.

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Der Kessel 5 kann ein reiner Abhitzekessel sein, welcher ausschliesslich die in den Abgasen der Gasturbine noch enthaltene Wärme verwertet, es kann aber auch der Zusatzbrenner 2 M vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass die Dampfturbinengruppe für eine grössere Leistung ausgelegt werden kann, wenn der Zusatzbrenner ständig in Betrieb ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Zusatzbrenner nur für einen Notfall vorzusehen, um bei einem Stillstand der Gasturbinengruppe, beispielsweise wegen einer Havarie, einen Notbetrieb der Dampfturbine und der Entsalzungsanlage aufrechterhalten zu können.

Fig. 2 zeigt ein ähnliches Kraftwerk wie Fig. 1, doch wird das Meerwasser nicht über einen zwischengeschalteten Wasserkreislauf in einem separaten Wärmetauscher, sondern direkt im Abhitzekessel 5 erwärmt, indem der zweite Kesselteil 12 in den Strömungsweg des Meerwassers eingeschaltet ist. Diese Anordnung ist besonders dann von Vorteil, wenn die Temperatur der Abgase nach dem zweiten Kesselteil schon relativ tief ist und eine Verkrustung der Rohre nicht mehr zu befürchten ist.

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Claims

Patentansprüche

j 1.)Thermisches Kraftwerk mit einer Gasturbine und einem ihr nachgeschalteten Wärmetauscher, in welchem ein Teil der in den Abgasen der Gasturbine noch enthaltenen Wärme zur Beheizung einer Anlage zur Meerwasserentsalzung ausgenützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher als Abhitzekessel (5) mit wasserseitig zwei voneinander getrennten Teilen (6, 12) ausgebildet ist, von welchen jener Kesselteil (6), der die hohen Abgastemperaturen ausnützt, zur Dampferzeugung für eine Dampfturbine (7) dient, und der zweite Kesselteil (12) indirekt oder direkt die Wärmequelle für die Anlage (16) zur Meerwasserentsalzung bildet.
2. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kesselteil (12) Heisswasser zur Beheizung der Anlage (16) für die Meerwasserentsalzung liefert.
3. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kesselteil (12) zur direkten Erwärmung des Meerwassers dient.

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Kraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zusatzbrenner (2¹J) im Abhitzekessel (5), der bei Stillstand der Gasturbine (3) den Notbetrieb der Dampfturbine (7) und der Anlage (16) zur Meerwasserentsalzung gewährleistet.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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