DE2625760C2

DE2625760C2 - Thermisches Kraftwerk, verbunden mit einer Anlage zur Meerwasserentsalzung

Info

Publication number: DE2625760C2
Application number: DE2625760A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Dr. Baden Pfenninger
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1976-05-14
Filing date: 1976-06-09
Publication date: 1984-08-09
Also published as: CH593424A5; SE7705457L; FR2351252A1; GB1518486A; DE2625760A1; IT1084680B; JPS52137547A; US4094747A; JPS6050964B2; SE436911B; FR2351252B1

Description

Die Erfindung betrifft ein thermisches Kraftwerk mit einer Gasturbine und einem ihr nachgeschaltetem Wärmetauscher, in weLhem ein Teil der in den Abgasen der Gasturbine noch enthaltenen Wärnv zur Beheizung einer Anlage zur Meerwasserentsalzung ausgenützt wird, wobei der Wärmetauscher als Abhirekessel mit wasserseitig zwei voneinander getrennten Teilen ausgebildet ist, von weichen jener Kesselteil, der die hohen Abgastemperaturen ausnützt, zur Dampferzeugung für eine Dampfturbine dient.

Für den Betrieb von Anlagen zur Meerwasserentsalzung werden meistens Dampfturbinen verwendet, deren Abdampf als Wärmequelle für den Destillationsvorgang dient, indem der Kondensator das als Kühlmittel verwendete Meerwasser aufheizt (Sonderheft der Societe Internationale de Dessalement (SIDEM), Paris: Production d'eau douce par dessalement)

Die wirtschaftlichsten Temperaturen für den Destillationsvorgang liegen bei etwa 150—180" 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—16). 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 Oberschreiten 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 Kaskadenverdampfung sehr verteuern oder sogar verunmöglichen. Ferner wurden 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

Kraftwerksanlagen, bei denen die Abwärme eines Gasturbosatzes für eine nachgeschaltete Dampferzeugung zum Betrieb eines Dampfturbosatzes und, beispielsweise, zur Erzeugung von Heizwärme genutzt wird, sind bekannt z. B. aus der CH-PS 5 26 717. Die Heizwärme wird dabei teils über einen Wärmetauscher aus dem Abdampf im Kondensator und teils über eine am Ende des Abgaskanals der Gasturbine vorgesehene Heizfläche gewonnen. Um auch bei großer Kälte den Heizwärmeverbrauch sicherzustellen, ist im Abgaskamin ein abschaitbarer Zusatzbrenner für die erwärmte Heizfläche vorgesehen.
Abgesehen davon, daß die Dampfabwärme für einen Heizprozeß verwendet werden kann, ist eine Lehre für die Verwendung der Abwärme zur Meerwasserentsalzung aus der CH-PS 5 26 717 nicht abzuleiten.

Das Gleiche gilt für eine in der Zeitschrift »Energie«, Jahrg. 25, Nr. 11, Nov. 1973, S. 320 und 321 beschriebene Schaltung für Gas- und Dampfturbinen von Kombikraftwerken. Dabei wird auch die Möglichkeit der Verwendung einer Zusatzfeuerung im Abhitzekessel erwähnt, mit der größere Belastungsschwankungen der Dampfturbine ausgeglichen werden können. Eine solehe Zusatzfeuerung kann daneben bei entsprechender Dimensionierung auch mithelfen, bei Belastungsschwankungen der Turbinen den Heiz- oder Prozeßdampf im gewünschten Zustand zu halten.

Ein Übersichtsartikel über Meerwasserentsalzung in der Zeitschrift »Brennstoff-Wärme-vU aft«, Jahrg. 19 (1967) N r. 9, S. 458—460, erwähnt den Vorteil, den Zweizweckanlagen für die Erzeugung von Kraft und Wärme durch die anfallende große Menge von Abwärme niedriger Temperatur für Destillationsverfahren bieten. Dabei wird u. a. die Mehrstufenentspannungsmethode erwähnt die vorwiegend mit Einzweckanlagen realisiert wird, wogegen sich Zweizweckaiilagen mit Kernenergie nach dieser Quelle noch im Entwurfsstadium befinden sollen. Es finden sich in diesem Artikel jedoch keine Hinweise darauf, mit welcher Maßnahme die eingangs erwähnten Nachteile der bekannten Entsalzungseinrichtungen zu vermeiden sind.

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 durch das im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmal gelöst.

Durch die Kombination der Gasturbine mit einer Dampfturbine wird eine Erhöhung des thermischen Gesamtwirkungsgrades erreicht Die Abtas-Austrittstemperaturen aus dem Kesselteil, der zur Dampferzeugung

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für die Dampfturbine dient, liegen bei etwa 130—200°C, tung 22 zur nächsten Stufe, gelangt mit dem Dampf was eine optimale Auslegung des ganzen Dampfteils dieses Ausdampfers in den zugehörigen Kondensator, erlaubt Die Grädigkeit des Kesselteils für die Dampfer- fließt wieder ab und so fort Das derart gewonnene, von zeugung kann dadurch günstiger gewählt werden, was Stufe zu Stufe an Menge zunehmende Kondensat ist a-s diesen Kesselteil wesentlich verbilligt Die Anzapf- 5 Trinkwasser verwendbar und wird bei 23 abgeleitet dampf-Vorwärmung des Speisewassers kann bis auf Der Kessel 5 kann ein reiner Abhitzekessel sein, wel-

150—170⁰C erhöht werden, wodurch der Dampfprozeß eher ausschließlich die in den Abgasen der Gasturbine verbessert der Kondensator verkleinert und die noch enthaltene Wärme verwertet er kann aber auch in Dampfnässe in der Dampfturbine verringert wird. Die bekannter Weise mit einem Zusatzbrenner 24 ausgeniedrigen Abgastemperaturen nach dem ersten Kessel- 10 nützt sein. Dies hat den Vorteil, daß die Dampfturbinenteil passen aber auch ausgezeichnet für den zweiten gruppe für eine größere Leistung ausgelegt werden Kesselteil, der zur Erzeugung von Heißwasser für die kann, wenn der Zusatzbrenner ständig in Betrieb ist Entsalzungsanlage oder zur direkten Beheizung des Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Zusatz-Meerwassers dient Die Gesamtanordnung ergibt eine brenner nur für einen Notfall vorzusehen, um bei einem nahezu optimale Ausnützung des Brennstoffes. Wirt- 15 Stillstand der Gasturbinengruppe, beispielsweise wegen schaftlich ist die kombinierte Anlage mit Meerwasser- einer Havarie, einen Notbetrieb der Dampfturbine und entsalzung sowohl der reinen Gasturbinen- als auch der der Entsalzungsanlage aufrechterhalten zu können, reinen Dampftucbinenanlage mit Meerwasserentsal- Fig.2 zeigt ein ähnliches Kraftwerk wie Fig. 1,doch

zung überlegen. wird das Meerwasser hier nicht über einen zwischenge-

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der 20 schalteten Wasserkreislauf in einem separaten Wärme-Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher tauscher, sondern direkt im Abhitzekessel 5 erwärmt, beschrieben. Es zeigt indem der zweite Kesselteil 12 in ^n Strömungsweg

F i g. 1 ein Kraftwerk mit Erzeugung von Heißwasser des Meerwassers eingeschaltet ist Diese Anordnung ist für die Beheizung der Anlage zur Meerwasserentsal- besonders dann von Vorteil, wenn die Temperatur der zung, 25 Abgase nach dem zweiten Kesselteil schon relativ tief

Fig.2 ein ähnliches Kraftwerk wie nach Fig. 1, je- ist und eine Verkrustung der Rohre nicht mehr zu bedoch mit direkter Beheizung des Meerwassers. fürchte'- ist

In beiden Figuren sind gleiche Bauteile mit den glei-

chen Bezugszeichen versehen. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Nach Fi g. 1 besteht die Gasturbinengruppe aus dem 30

Axialverdichter 1, der Brennkammer 2, der Gasturbine 3 und dem Generator 4. 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 14 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 geschaltete Kondea^atoren 18, in denen es durch Rohre geleitet wird. Anschließend durchströmt das Meerwasser 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 14 aufgeheizte und unter Druck stehende Meerwasser kann sich von einem Ausdampfer 19 zum nächsten etwas 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 nunmehr eine kleinere Wärmemenge zugeführt werdeii muß.

Das Kondensat fließt in Pfeilrichtung durch die Lei-

Claims

Patentansprüche:

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, wobei 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, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kesselteil (12) die Wärmequelle für die Anlage (16) zur Meerwasserentsalzung bildet

2. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf des zweiten Kesselteils (12) ein Wärmetauscher (14) vorgesehen ist, der im Wärmeaustausch mit den Heizrohren der Anlage (16) für die Meerwasserentsalzung steht

3. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kesselteil (12) einen Teil des Heizrohrkreislaufs der Anlage (16) für die Meerwasserentsalzung bildet