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Verfahren zur Nutzung höherer Frischdampftempera-
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turen im Kraftwerksbau, genannt MÜR-PROZESS Der Mür-Prozeß für kombinierte
Dampf-Gas-Kraftwerke Erläuterung des lijir-Prozesses Nachstehend wird das erfindungsgemäße
Verfahren beschrieben, das mit Mischungsüberhitzung und Hückführung der Abdampfwärme
in den Prozeß arbeitet und in abgekürzter Form Mür-Prozeß genannt wird leim derzeitigen
Stand der-Technik ist es leider nicht möglich, die für Gasturbinen erreichbaren
Temperaturen oberhalb 650° C bis z. Zt. ca. 1000° C und höher zur Wirkungsgradverbesserung
auch für Dampfturbinen zu nutzen. Für einen wirtschaftlichen Einsatz derart hoher
Temperaturen durch indirekte Beheizung im Überhitzer des Kessels fehlen noch die
erforderlichen kostengünstigen Werkstoffe.
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Da weiterhin bei höheren Temperaturen über 6500 c die Dampfdrücke
durch Werkstoffestigkeit und Kosten enger begrenzt sind, ergäbe sich auch eina hohe
Abdampfenthalpie, die den möglichen Wirkungsgradgewinn und den vertretbaren Mehraufwand
beeinträchtigen würde.
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Erfindungsgemäß soll nun die Temperaturerhöhung durch direkte Beheizung
erfolgen ähnlich wie bei Gasturbinen, wo die heißen Rauchgase mit dem Arbeitsmedium
Luft vermischt werden, nur ist beim Mür-Prozeß das Arbeitsmedium, das mit heißen
Rauchgasen vermischt wird, Dampf und nicht Luft. Die hohe Abdampfenthalpie wird
durch Enthitzung und Zwischenkondensation abgesenkt.
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Auf den ersten Blick könnte zwar eine entfernte Ähnlichkeit mit dem
Remix-Prozeß der Firma Sulzer gesehen werden, wo ein Teil des Turbinenabdampfes
dem Gasstrom in der Brennkammer eingespeist wirdt Doch hat dieser mit vorliegender
Erfindung nicht5gemein, denn dort bestehen dabei die Nachteile, daß mehr Luft in
die Brennkammer einströmt als zur Verbrennung notwendig ist, eine Zwischenkondensation
infolge des größeren Gasanteiles eine geringere Wasserrückgewinnung bringen würde,
diese auch nicht vorgesehen ist, und infolge ihres Fehlens die im Abgas enthaltene
Dampfmenge über den Kamin entweicht Dabei geht außerdem deren anteiliges Arbeitsvermögen
von ca. 1 bar bis s auf Vakuum verloren, welches bei Zwischenkondensation zurückgewonnen
werden kann.
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Beim Mür-Prozeß wird das Dampf-Gas-Gemisch von Turbinenaustrittstemperatur
bei ca- 400 bis 5500 C bis zu Sattdampftemperatur um einige hundert Grad in einem
Enthitzer abgekühlt, wobei es gilt, die entsprechende Wärmemenge möglichst optimal
wieder in den Prozeß einzubinden, am zweckmäßigsten durch Überhitzung des Dampfes,
welcher der Brennkammer der Hochtemperatur-Turbine (Hot-Turbine) zuströmt,- auf
ca 3500 C bis 500° C.
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Eine Erzeugung von Hochdruck-Dampf im Enthitzer, der im Kessel weiter
überhitzt wird, ist zwar grundsätzlich möglich, jedoch komplizierter und aufwendiger
und daher unzweckmäßig.
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Die hinter dem Enthitzer noch verbleibende Überhitzungswärme kann
je nach dem Ergebnis der angestrebten Optimierung entweder vollständig zur Überhitzung
des Niederdruckkreislaufes eingesetzt werden oder nur zum Teil wie in jenen Fällen,
wo vorher ein Temperaturabbau durch Speisewasservorwärmung oder durch Erzeugung
von Dampf erfolgte, der auf verschiedene Art in den Kreislauf eingebunden wird,
z. B. durch Einströmen in eine Mür-Zwischenüberhitzung, soweit in dieser Druckstufe
vorhanden, durch Einsatz zur Entgasung oder für Turbohilfsantriebe, Die Höhe der
für den Niederdruckkreislauf (ND-Kreislauf) verbleibenden Überhitzung richtet sich
dann nach dem Optimierungsergebnis.
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Nutzungsmöglichkeiten der Zwischenkondensation Der Zweck der Zwischenkondensation
besteht darin, aus dem der Hot-Turbine entweichenden Gemisch von Dampf und Rauchgas
durch Wärmeabgabe das Wasser herauszukondensieren. Der Druck muß hierbei mindestens
um den Betrag der in Kamin und Zwischenkondensation auftretenden Druckverluste über
dem Atmosphärendruck liegen, Da in der Zwischenkondensation bewußt der Schwefelsäuretaupunkt
unterschritten wird, ist für die Wärmetauscher korrosionsfester Werkstoff erforderlich.
Günstig ist hierbei, daß seine Festigkeitsbeanspruchung je nach Auslegung (z. Bt
max. 200 C, 3 bar, normal 1100 C, 1,5 bar) relativ niedrig liegen kann.. Auch rechtfertigt
die bessere Brennstoffnutzung den teuren Werkstoff durchaus. Da eine Rauchgaskühlung
unter 1000 C zur weiteren Wasserrückgewinnung sinnvoll ist, wird eine nasse Rauchgaswäsche
angeschlossen, nach der die Rauchgase wieder aufzuheizen sind.
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Die in der Zwischenkondensation abzuführende Wärmemenge kann auf der
beheizten Seite ein Temperaturniveau erreichen, das etwa um die Grädigkeit des Wärmetauschers,
die zu optimieren ist, unterhalb 1000 G liegt, wenn z. B.. Warmwasser für Fernheizzwecke
erzeugt wird. Wird sekundärseitig jedoch Dampf erzeugt, so ist es zweckmäßig, mehrere
Druckstufen vorzusehen, da der Sattdampfdruck als Partialdruck eines Gemisches nicht
konstant bleibt, sondern mit sinkender Gemischtemperatur stets jener Nässeanteil
herauskondensiert, der über den jeweiligen Sättigungszustand des Gases hinausgeht.
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Zudem wird der Wärmeübergang bei kondensierendem Dampf durch den Gasanteil
entsprechend verschlechtert. Angesicht der ohnehin er forderlichen Zwischenkondensation
bieten sich für einen getrennten ND-Kreislauf günstige Alternativen an, weil es
möglich ist, das vorzugsweise bei caw 1 bar(absolut>in der Zwischenkondensation
anfallende verunreinigte Kondensat ohne vorhergehende Destillation weiterzuverwenden.
Dies bietet lediglich bei höherem Schwefelgehalt der Brennstoffe gewisse Schwierigkeiten.
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Sall dieses unsaubere Kondensat anderweitig Verwerdung finden, z-
B.
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durch Einsatz des Zwischenkondensates für Bewässerung (evtl als Ersatz
für entnommenes Grundwasser) oder durch Aufbereitung, dann wird in die mit dem Dampf-Gas-Gemisch
in der Zwischenkondensation beheilten Verdampfer statt Zwischenkondensat lVieerwasser
oder Abwasser eingeleitet und verdampft, welches im Rotwell des Hauptkondensators
als Destillat anfällt und für weitere Verwendung verfügbar ist.
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Speziell im Hinblick auf Fernwärmeversorgung (FW) können die Wärmetauscher
der Zwischenkondensation so ausgeführt werden, daß im Sommer zwar Dampf erzeugt
wird und die volle Kondensationsleistung durch Kühlturmeinsatz verfügbar ist, im
Winterhalbjahr jedoch die benötigte Wärmemenge über zusätzlich installierte Warmwassererzeuger
auf die FW-Versorgung verlagert wird.- Für Spitzenbelastungen kann das Dampf-Gas-Gamisch
mit höherer Temperatur-evtl. gleich nach Austritt aus dem Enthitzer - auf die Warmwassererzeuger
geleitet werden und, sofern dies nicht ausreicht, kann zusätzlich der Gegendruck
der Hot-Turbine zur Erhöhung der Sattdampftemperatur angehoben werden.
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Eine geringere Dimensionierung der NDBurbine ist besonders bei größeren
Anlagen durch die Anwendung eines Zweistoffkreislaufes erreichbar, z. B. mit Frigen
u. a., wie dies beispielsweise im Patent 1576997 der Firma Escher Wyss GmbH, Ravensburg,
erwähnt wird.
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Der Druck der Zwischenkondensation kann je nach Optimierungsergebnis
auch höher gelegt werden, z. B, bei 5 oder 10 bar. Die über Wärmetauscher umzusetzende
Wärmemenge, besonders zur Überhitzung des Sekundärdampfes, wird dabei größer, die
Leistungsausbeute aus der weiteren Entspannung des Rauchgases über eine getrennte
Gasturbine wird allerdings infolge der tieferen Gastemperatur sinken, die Wasserausbeute
jedoch bei gleicher Rauchgasabkühlung wie bei 1 bar entsprechend steigen.
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Die Zwischenkondensation kann dann entfallen, wenn entsprechend große
Verdichter bei Entspannung des Gemisches auf Vakuum die Rauchgase aus dem Kondensator
absaugen. Ob dies jedoch angesichts des Aufwandes an Verdichterantriehsleistung
und an Investitionen, z. B.
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für vergrößerte Wärmetauscherflächen u. av wirtschaftlich ist, erscheint
zweifelhaft. Diese Möglichkeit ist nur der Vollständigkeit halber angeführt. Der
Expansionsendpunkt wird dann zwar je nach Auslegung noch im Heißdampfgebiet liegen,
doch ist darauf Rücksicht zu nehmen, daß die ND-Beschaufelung und die Kondensatorberohrung
auf die Verschmutzung des Arbeitsmediums fallweise empfindlicher reagieren können
als im MD-Bereich.
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Ausführungsmöglichkeiten des Mür-Prozesses Die nachfolgenden Beispiele
sollen lediglich das Prinzip veranschaulichen. Sie stellen keine optimalen Lösungen
dar. Da ein i-s- Diagramm oberhalb 1000 G nicht verfügbar war, konnten keine Beispielrechnungen
für diesen Bereich durchgeführt werden, der gerade für den IMur-Prozeß einen größeren
Wirkungsgradgewimi erwarten läßt.
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Weiterhin ist noch zu klären, welche maximalen Frischdampftemperaturen
technö-logisch realisierbar sind. Auch die bei Einsatz von Keramikbeschauflung für
die Hot-Turbinen maximal erreichbaren Frischdampftemperaturen sind bei nachstehenden
Beispielrechnungen nicht voll ausgeschöpft, deren Zahlenwerte gewisse Reserven enthalten,
soweit es den Wirkungsgrad hetrifft..(verglw Anlage 2) Grundsätzlich muß der zur
Mischungsüberhitzung eingesetzte Brennstoffanteil von mindesten 50 % der Gesamtmenge
ohnehin für Gasturbinen geeignet sein. Die verschiedenen Schältungsmöglichkeiten
des Mür-Prozesses hängen dabei auch von der Art des für die Sattdampferzeugung verfügbaren
restlichen Brennstoffanteiles ab.
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Bei fossilen Brennstoffen sind höhere Dampfzustände erreichbar, wobei
sich die Sattdampfentnahme hinter einer Vorschaltturbine anbietet Der dadurch gegenüber
direkter Sattdampferzeugung(z. B. aus Kernkraftwerk@n) erzielbare bessere Wirkungsgrad
ist mit entsprechenden Mehrkosten verbunden, z. B. für Vorschaltturbine, höhere
Vorwärmung, höhere Druckstufe ut a.
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Sollte über den für die Mischungsüberhitzung benatigten Brennstofanteil
hinaus ein für Gasturbinen geeigneter Brennstoff verfügbar sein, so kann dem der
Vorschaltturbine zugeordneten HD-Eessel eine Gasturbine vorgeschaltet werden, deren
Abgase den Verbrennungssauerstoff liefern. Alternativ kann vorwiegend bei kleineren
Anlagen eine Gasturbine vorgesehen werden, deren Abgase in einem Abhitzekessel den
I4D-Dampf für den Mür-Prozeß erzeugen.
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Bei Energiequellen, die vorwiegend Sattdampf erzeugen, z. B. Kernenergie,
Abhitzeanlagen, geothermische oder solare Wärme u. a. m*, richtet sich der Mür-Prozeß
nach dem maximal erreichbaren Sattdampfdruck, der je nach Einzelfall etwa zwischen
5 und 70 bar liegen kann. Der Sattdampf wird dann direkt ohne Durchlaufen einer
Vorschaltturbine in die Brennkammer bzw. in die Mischungskammer des Mür-Prozesses
eingespeist.
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Bei Einbindung von Reaktorwärme ist zu prüfen, ob die beim Druckwasserreaktor
vorhandene Wärmetauscherbarriere ausreicht, oder eine weitere Barriere erforderlich
ist, um bei Leckage das Entweichen von radioaktivem Dampf über den Rauchgaskamin
zu vermeiden.
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Je nach Wahl des Prozeßverlaufes sowie je nach Anzahl der tffischungsüberhitzungen
kann das Druckgefälle in einem oder mehreren Beschaufelungsabschnitten verarbeitet
werden, deren Unterbringung auf einer oder auf mehreren Turbinenwellen im Zusammenhang
mit der Verkleinerung der Verdichter neu zu durchdenken ist. Hinsichtlich der erforderlichen
Korrosionsbeständigkeit bietet eine keramische Beschauflung Vorteile.
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Dies ermöglicht auch ein stärkeres Anheben der Twemperaturen und damit
des Wirkungsgrades. Bei der Entwicklung der Hot-Turbinen wird sich zeigen, bis zu
welchen Werten die Drücke im Bereich höherer -Temperaturen angehoben werden können.
Auch davon hängt die- optimale Anzahl der Mischungsüberhitzungen ab. Gegenüber herkömmlichen
Gasturbinen ist bei Hot-Turbinen das Druckverhältnis hinsichtlich des Wirkungsgrades
von der Temperatur unabhängig, jedoch werkstoffseitig begrenzt.
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Ausführungsbei spiele 1.) Abhitzekessel mit Mür-Prozeß (Anlage 1
u. 2) Zur Erläuterung sind die Wärmeschaltbilder für 2 Ausführungsbeispiele beigefügt,
von denen das Beispiel@ gemäß Anlage 1 und 2 das kompliziertere ist und einen Mür-Prozeß
darstellt, der auf eine Basisanlage,- bestehend aus Gasturbine mit Abhitzekessel,
aufgestockt ist.
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Fur den Nür-Prozeß ist eine 2-fache Mischungsüberhitzung vorgesehen
etwa bei 45 bar, 8000 C und bei 10 bar 950° C (dargestellt 9000 C wegen Begrenzung
des i,-s-Diagrammes) Die Zwischenkondensation erfolgt knapp oberhalb 1 bar, anschließend
Expansion in einer Kondensationsturbine, die vereinfacht dargestellt ist, der ED-Dampf
wird in Wirklichkeit in mehreren Druckstufen erzeugt. Statt des ID-Vampfes kann
auch Warmwasser für Fernheizzwecke erzeugt werden Hierzu erfolgt bei ca 1,3 bar
hinter der Hot-Turbine eine Umschaltung über ein Dreiwegeventil von den Verdampfern
auf die FW-Warmwasserwärmetauscher. Soweit die entgegen der Darstellung mehrstufigen
ND-Verdampferheizflächen vorgesehen sind, können sie durch teilweises kondensatseitiges
Abdecken der Heizflächen zur Warmwassererzeugung verwendet werden.
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Das Konzept, so z- B. die mehrstufige Ausführung des Abhitzekessels,
ist selbstverständlich von Fall zu Fall zu optimieren und u. U, zu vereinfachen.
So kann z. B. eine Zusatzfeuerung vorgesehen werden als Reserve bei Gasturbinenausfall.
Statt aus einem Abhitzekessel kann der Sattdampf auch aus einem Druckwasserreaktor
entnommen werden. Dies vereinfacht die Schaltung, da der Sattdampf nur in einer
statt in mehreren Druckstufen anfällt.
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y 2.) Kernkraftwerk mit Mür-Prozeß (Anlage 3) Eine einfachere und
übersichtlichere Anwendung des Mür-Prozesses ist in Anlage 3 dargestellt, wo er
zur Aufstockung der Leistung eines Kernkraftwerkes dient. Der Mür-Prozeß wurde hier
nur in einer Überhitzungsstufe bei ca. 10 bar vorgesehen, Der Mür-Kreislauf kann
auch für DWR-Frischdampfdruck (ca. 50 bis 70 bar) ausgelegt werden, wobei@,@,auf
eine zweite Mischungsüberhitzung zu verzichten ist, wenn sich bei einem Druck von
50 bar Frischdampftemperaturen oberhalb 8000 C werkstoffmäßig realisieren lassen.
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Ein Kernkraftwerk (DWR) von 600 MWe Nettoleistung kann durch vorstehende
einmalige Überhitzung bei 10 bar eine Spitzenlast von 1 200 MWe erreichen, die sich
aus 300 MWe Reaktorleistung (Gefälle von 50 auf 10 bar sowie Vakuumgefälle) und
einer aufgestockten Leistung des Mür-Prozesses von 900 tNe (aufgeteilt z. B. auf
vier Hot-Turbinen je 225 MWe) zusammensetzt. Bei Ausfall des KKW können hierbei
die Hot-Turbinen eine anteilige Reserveleistung übernehmen, wenn ein entsprechend
größerer Verdichter oder ein Dampferzeuger in Reserve gehalten werden, um das dann
fehlende Arbeitsmedium Reaktordampf zu ersetzen, Während hier der Mür-Prozeß nur
auf einen Teil des Druckgefälles aufgestockt ist.; kann er alternativ auch auf einen
Teil des Massenstromes beschränkt werden.
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Der Mür-Prozeß im i,-s-Diagramm -Für das in Anlage 2 dargestellte
Ausführungsbeispiel in Verbindung mit Bw-Versorgung ist in Anlage 1 der Expansionsverlauf
des NUr-Prozesses im i-,-s-Diagramm dargestellt. Vergleichsweise ist gestrichelt
die Expansionslinie eines 400 MW-Kombi-Blockes (Bauart Gersteinwerk) eingetragen.
Zur Sattdampferzeugung dient ein Abhitzekessel. Nur der Dampfkreislauf wurde dargestellt.
Die entsprechenden Drücke, Druckverluste und Temperaturen sind zunächst angenommen
und sind später durch die aus einer Optimierung resultierenden Werte zu ersetzen.
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Kombination mit Gasturbinenabhitzekessel (s. Anlage 1 und 2) Der im.
Abhitzekessel erzeugte Sattdampf von ca. 50 bar (1) wird im Abdampfenthitzer der
Hot-Turbine auf ca. 5000 (2), anschließend durch Mischungsüberhitzung auf ca. 8000
C (3) überhitzt. Im ersten Gehäuse der Hot-Turbine erfolgt die Entspannung von ca.
45 auf 12 bar (4), danach abermals Mischungsüberhitzung (5) und Entspanung von 10
auf ca 1,3 bar (6).. Die Überhitzungswärme des Abdampfes wird im Enthitzer auf den
50 bar-Sattdampf übertragen (6 bis 7).
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Um eine zu hohe Temperatur für die Niederdruckturbine zu vermeiden,
wird der Abdampf durch Erzeugung von Sattdampf von ca. 12 oder 1,1 bar gekühlt (8),
bevor er zur Überhitzung und letztlich zur Ererzeugung des Niederdruckdampfes in
der Zwischenkondensation dient, wobei er kondensiert. Der erzeugte ND-Dampf von
pa = ca. 1,1 bar expandiert in der ND-Turbine auf Vakuum (9 bis 10). Der Entgaserdampf
wird durch Gasturbinenabgase in der dritten Druckstufe des ungefeuerten Abhitzekessels
erzeugt.
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Von außen werden folgende Wärmemengen zugeführt: durch die Abgaswärme
der vorgeschalteten Gas turbine erfolgt Vorwärmung und Verdampfung im Abhitzekessel
(1) in den beiden Brennkammern vor den Hot-Turbinen wird die Wärmemenge von 2 bis
3 und von 4 bis 5 zugeführt.
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In elektrische Energie werden folgende Wärmemengen umgesetzt: vorgschaltete
Gasturbine (9500 C bis 4800 C) hi von 3 bis 4 im 1 . Gehäuse der Hot-Turbine hi@v@n
5 bis 6 im 2. Gehäuse der Hot-Turbine hi von 9 bis 10 in der Kondensationsturbine
Die vom Abdampf der Hot-Turbine im Enthitzer abgegebene Enthalpiedifferenz 6 bis
7 ist zwar gegenüber der Enthalpieerhöhung des 50 bar-Dampfes von 1 auf 2 kleiner,
doch dafür ist der Massenstrom um die Rauchgasmenge größer.
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-Wirdzur-besseren Ausnutzung der Gasturbinenabgaswärme in einem zusätzlichen
Verdampfer noch 12 bar-Dampf erzeugt, der zwischen den beiden Gehäusen der Hot-Tur@ine
zugespeist wird (Pkt. 4 der Anlage 1), so kann ein Teil der Abdampfwärmemenge hinter
Enthitzer - etwa Punkt 7 bis 8 - zur Anfangsüberhitzung von Punkt 11 auf 12 verwendet
werden. Die jeweiligen Enthalpiedifferenzen sind dann mit den Mengen verhältnissen
abzustimmen.
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Die Gesamtleistung der Anlage liegt bei ca. 200 bis 250 tS, wovon
die Gasturbine ca. 105 BS aufbringt.
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Kombination von RD -Kessel und Mür-Prozeß Wird jedoch die Verdampfungswärme
nicht aus Gasturbinenabhitze, sonst dern aus einer Kesselfeuerung bezogen, die evtl.
den Merbrennungssauerstoff aus Gasturbinenabgasen erhält, so kann entsprechend deshöheren
Rauchgastemperaturviveaus der Frischdampfzustand soweit angehoben werden, daß eine
Vorschaltdampfturbine installiert werden kann, deren Expansionslinie so gelegt wird,
daß sie nahe an der Sattdampflinie endet. Soll z.. B. der erwähnte Druck vor der
Hot-Turbine von 50 bzw. 45 bar beibehalten werden, so ergibt sich je nach Turbinenwirkungsgrad
ein Frischdampfzustand von z. B. 250 bar, 4750 C (Punkt A) oder 300 bar, 5100 C.
Die Expansionslinie- einer solchen Vorschaltturbine wird dann etwa von A nach 1
verlaufen.
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Zugleich kann der Vorteil höherer Regenarativ-Vorwärmung genutzt werden,
Hierzu ist eine getrennte Vorwärmturbine erforderlich, da eine Anzapfung der Hot-Turbinen
angesichts der hohen Temperaturen nicht möglich ist.
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Die Wärmemenge gemäß Punkt 7 - 8 kann zur Zwischenüberhitzung der
mit Sattdampf von ca. 50 bar betriebenen Vorwärmeturbine dienen.
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Für einen Block von ca. 800 MW sind damit folgende Turbineneinheiten
nötig: 1- normale Gasturbine von ca. 100 BZW, deren Abgase den Verbrennungssauerstoff
für einen HD-Kessel liefern.
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2. HD-Turoine 250 bar auf 50 bar 3. zweigehäusige Rot-Turbine von
ca.. 45 auf 12 bar und von ca. 10 auf 1,3 bar 4. evtl. Vorwärmturbine von 50 bar
auf ca. 5 bar 5. Kondensationsturbine von 1,1 bar auf Vakuum, evtl.
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aufgeteilt in verschiedene Einzelturbinen zum Antrieb von Speisepumpe
und Verdichtern, soweit diese nicht von der Rot-Turbine angetrieben werden.
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Für den Mür-Prozeß geeignete Brennstoffe Entgegen dem Remix-Prozeß,
wo die gesamte im Prozeß entstehende Rauchgasmenge durch eine Gasturbine strömt,
also auch die gesamte Brennstoffmenge in einer für Gasturbinen geeigneten Form zugeführt
werden muß, kann beim NUr-Prozeß zumindest die zur Sattdampferzeugung benötigte
anteilige Wärmemenge aus Kohle oder anderen für Gasturbinen ungeeigneten Wärmequellen
bezogen werden, wie aus Leichtwasserreaktoren, aus geothermischen Snergiequellen,
aus Abhitzeanlagen, aus Müllbrennungsanlagen, aus Sonnenwärme u, ä. m. Die genannten
Energiequellen bieten sich wegen ihrer geringen Arbeitskosten bei höheren 8'estkosten
für Grundlast an.. Die umgekehrte Tendenz, nämlich höhere Arbeitskosten gegenüber
geringeren Festkosten, zeigt der auf einen Sattdampfprozeß aufstockbare jViür-Prozeß,
was ihn bosonders für Spitzenlasterzeugung geeignet macht, soweit die diskontinuierliche
Brennstoffabnahem vorrangig bei Gasen keine größeren Versorgungsschwierigkeiten
aufwirft.
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Betriebsverhältnisse beim Mür-Prozeß Eine Fahrweise mit Betrieb der
Mür-Brennkammer nur für Spitzenstromerzeugung setzt ein störungsfreies Umschalten
von Sattdampfturbine auf Hochtemperaturturbine voraus. Zwar liegt es nahe, für Sattdampf
und Heißdampf die gleichen Turbinen zu verwenden, doch ergeben sich hier neben thermodynamisch
bedingten Änderungen von Gefälle und Volumenstrom auch Schwierigkeiten hinsichtlich
Werkstoff, Entwässerung und Temperaturgradienten..
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-Eine mögliche Lösung besteht darin, Sattdampfturbine und Hochtemperatur-Turbine
(Hot-Turbine) getrennt vorzusehen und bei Laständerung umzuschalten. Vor allem bei
größeren Einheiten kann sich eine Aufteilung in mehrere parallel betriebene Turbinen
lohnen, um im Zwischenbereich zwischen Grundlast und Spitzenlast Fahrweise und spezifischen
Brennstoffverbrauch zu verbessern, indem z. B. bei Installation von je 2 x 50 d0
Sattdampf- und Hot-Turbinen je 1 Sattdampf-und 1 Eot-Turbine (für je 50 % der Auslegungsdampfmenge)
betrieben werden.
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Nimmt man in Kauf, daß auch bei Schwachlast fossile Brennstoffe eingesetzt
werden, damit. die Hot-Turbinen in Betrieb bleiben können, wenn auch mit geringerer
Überhitzung, so erübrigt sich eine Sattdampfturbine. Bei größeren Leistungen ist
ein der Düsenregulierung ähnliches Teillastverhalten dadurch erreichbar, daß mehrere
parallel arheitende Rot-Turbinen vorgesehen werden, die mit sinkender Last nacheinander
stillgesetzt werdenv Durch diese Verringerung der Strömungsquerschnitte in Anpassung
an die sinkende Durchsatzmenge werden der Druck vor Hot-Turbine, der Durchsatz durch
die einzelne Turbine und das Wärmegefälle annähernd konstant gehalten, was einen
günstigen Teillastwirkungsgrad bewirkt.
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Weiterhin bietet der tEr-Prozeß günstige Anwendungsmöglichkeiten bei
Ablagen mit einer teilweisen Kohlevergasung zum Zwecke der Entschwefelungv Der Restkoks
dient im Kessel zur Dampferzeugung, während das entschwefelte Kohlegas in der Brennkammer
zur Dampfüberhitzung eingesetzt wird. Je nach Überhitzung ergibt sich somit vom
Kreislauf her ein Mindestvergasungsgrad. Eine Gasabgabe an andere Mür-Anlagen erfordert
einem höhoren Vergasungegrad.
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Der beim Remix-Prozeß angeführte Vorteil, da3 die Verbrennung in Gegenwart
von Wasserdampf stattfindet, wodurch die Flammtemperatur gesenkt werden kann und
eine niedrige Emission von Stickoxiden erreicht wird, ist für die in den Brennkammern
des NUr-Prozesses eingesetzten Brennstoffe ebenfalls erzielbar, indem zunächst eine
Teildampfmenge zur Temperatureinregelung in die Brennkammer eingegeben wird, während
die Restdampfmenge in einem Mischungsüberhitzer beigemischt wird. Eine tangentiale
Einführung des einen oder beider Teilströme mit mäßiger Geschwindigkeit kann die
Durchmischung fördern.
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Darüber hinaus wird in der Zwischenkondensation auch der Staubanteil
aus den Rauchgasen ausgewaschen. Entsprechende Vorkehrungen gegen die Verschmutzung
der Wärmetauscher sind zu treffen, z B. Vermeidung scharfer Umlenkungen durch gewickelte
oder spiralförmige Ausführung der Berohrung zur besseren Selbstreinigung. Notfalls
ist eine Uberkapazität zu installieren, um ohne Betriebsunterbrechung regelmäßige
Reinigungen vornehmen zu können. Auch bei geringerem Schwefelgehalt der Brennstoffe
ist einer Schwefelsäurekorwossion durch Chemikaliendosierung und entsprechende Werkstoffauswahl
entgegenzuwirken, Im Mür-Prozeß können im Hinblick auf SO2-Belastung der Umwelt
Brennstoffe mit höherem Schwefelgehalt als sonst für Gasturbinenwerkstoffe zulässig
ist in der Brennkammer eingesetzt werden, wenn in der Zwischenkondensation durch
Zugabe entsprechender Chemikalien eine intensive Rauchgasentschwefelung durchgeführt
wird. Die entstehenden Ballaststoffe können in den Nb-Verdampfern eingedickt und
abgeschlämmt werden. Voraussetzung ist hierbei, daß die Werkstoffe für Wärmetauscher
und Gasturbine korossionsb-eständig sind, z. B. Keramikbeschaufelung.
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Um die Wasserverluste gering zu halten, sind die Rauchgase in einem
weiteren Wärmetauscher beispielsweise durch Kondensat abzukühlen, wobei eine entsprechende
Wassermenge herauskondensiert. Je nach Brennstoff und Rauchgasabkühlung ist es sogar-möglich,
einen Teil des bei der Verbrennung entstehenden H2O zurückzugewinnen sowie dessen
anteilige Kondensationswärme dem ND-Kreislauf zuzuführen.
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Zur Erhöhung des AuStriebes im Kamin und zur Vermeidung von Schwaden
können die Rauchgase im Bedarfsfall in dampfbeheizten Wärmetauschern wieder aufgeheizt
werden, sofern dies nicht durch Vermischen mit Abgasen aus Kessel oder Gasturbine
geschieht
Vorteile des iür-Frozesses Insgesamt zeigt der Mür-Prozeß
gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik folgende Vorteile, wobei eine praktizierbare
Lösung hinsichtlich der anstehenden technischen Probleme vorausgesetzt wird.
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Erhöhung des Prozeßwirkungsgrades durch Nutzung der Gasturbinentemperaturen
für Dampfprozesse bei vertretbaren Anlagenkosten.
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Dadurch Verbesserung der Konkurrenzfähigkeit der heimischen Brennstoffe,
da die Senkung des spezifischen Wärmeverbrauchs den durch die Sntschwefelung in
Kohlevergasungsanlagen entstehenden Mehrkosten entgegenwirkt.
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Infolge Wirkungsgradverbesserung sinkt die spezifische Abwärmemenge.
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Geringere Empfindlichkeit gegen Vakuumverschlechterung bei Einsatz
von Trockenkühltürmen.
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Die über Mür-Brennkammern zugeführten Brennstoffe verursachen weniger
Stickoxide und Staubauswurf, was sich in Bezug auf eine zu fordernde Umweltfreundlichkeit
der Gesamtanlage sehr günstig auswirkt.
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Wird der aufwand für Reinigung des Kondensates von Staubschlamm und
für eine entsprechende Spei sewas seraufbereitung (unter Versicht auf Destillation)
in Kauf genommen, so wird die NI)-Verdampfung für andere Verwendungsmöglichkeiten
frei, die folgende Vorteile bieten: Kostensenkung durch Zweistoffkreislauf Destillation
von Abwasser Meerwasserentsalzung mittels Destillation mit möglicher 1utzung -der
enthaltenen Rohstoffe
Einsatz für W-Versorgung, wobei die Mür-Anlagen
durch relativ niedrige Mehrinvestitionen für den ND-Kreislauf für Einsatz sowohl
zur Kondensationsstromerzeugung als auch für Bw-Versorgung ausgestattet werden können.
Hierdurch sind sie das ganze Jahr voll einsetzbar. Damit ist der bisherige kostensteigernde
Nachteil der Bw-Versorgung beseitigt, der die Anlagekosten auf eine relativ niedrige
Benutzungsstundenzahl entfallen läßt. Angesichts der besseren Umweltverträglicbkeit
einer NUr-Anlage, der besseren Voraussetzungen für den Einsatz von Trockenkühltürmen
und der Wirtschaftlichkeit auch bei kleineren Anlagen von ca. 200 MW statt 1 000
i wird die Standortwahl erleichtert, was vor allem für Anlagen mit FW-Versorgung
die Errichtung nahe an Ballungsgebieten begünstigt.
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In Verbindung mit Kohlevergasungsanlagen kann eine Anzahl von MEr-Anlagen
zu einer FW-Versorgungsschine für Ballungsgebiete zusammengefaßt werden Gegenüber
einer nur auf Kernenergie basierenden Versorgungsschiene hat dies folgende Vorteile:
geringere Kapitalbindung, kürzere Bauzeiten, geringeres Risiko höhere spezifische
Stromerzeugung je Gcal Wärmeabgabe, bessere Nutzung in Zeiten niedrigen Wärmebedarfs,
dadurch höhere Benutzungsstundenzahl und -geringere spezifische Bestkosten, größere
Versorgungssicherheit bei Einsatz heimischer Kohle, durch Dezentralisierung geringere
Hochspannungsübertragungskosten, Standardisierung gewisser hinheitsgrößen bei größerer
Stückzahl.
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Bis zur Erstellung und Erprobung einer entsprechenden Kohlevergasungskapazität
können die Mür-Anlagen mit Öl und Erdgas beheizt werden, da diese Brennstoffe mit
Ausbau der Bw-Versorgung im Hausbrand eingespart werden.
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Der Mür-Prozeß in Verbindung mit Gasturbine und Abhitzekessel ist
geeignet zum Einsatz als Spitzen- und Reserveanlage.
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Bei weiterer Entwicklung ist der Mür-Prozeß ebenfalls für fahrbare
Antriebe, z. B. für Schiffe und Lokomotiven, einsetzbar.
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Berechnungsbeispiel zum Nachweis des Wirkungsgrades Einsatz eines
Kernkraftwerkes mit Mür-Prozeß als Heizkraftwerk (s. Anlagen 4 u. 5) Grundlagen
Zur Untermauerung der vorstehenden Aussagen wird ein Berechnungsbeispiel einschl.
Wärmeschaltplan (Anlage 4) angeführt.
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Für die Kombination eines Kernkraftwerkes mit einem aufgestockten
Mür-Prozeß wird nachstehend der erzielbare Prozeßwirkungsgrad bei einem Einsatz
als Heizkraftwerk ermittelt, soweit dies im Rahmen der Schätzwerte für Einzelwirkungsgrade
der Turbinen und Verdichter sowie für Druclcverluste möglich ist.
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Das verwendete i,-s-Diagramm bis 10000 C (s. Anl@gei 1) im Format
DIN A 4 bedingt gewisse Ableseungenauigkeiten. Das darin enthaltene bisherige technische
Meßsystem wurde zwecks Vergleichbarkeit für die Rechnung übernommen.
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Grundlage bilden ein BBC-Drunkwasserreaktor (DWR) sowie Erdgas als
Brennstoffe Für den Sommerbetrieb des Heizkraftwerkes (RKW) ist eine Nutzung des
Vakuumgefälles möglich, wenn über Wärmetauscher statt Warmwasser zur Fernwärmeversorgung
(F#) ND-Dampf in mehreren -Druckstufen für eine Kondensationsturbine erzeugt
wird. Bei der Auslegung dieses ND-Dampfkreislaufes sind Grädigkeiten und Kosten
zu optimieren. zur. Vereinfachung und zur Whrung der Übersichtlichs keit ist nachstehend
lediglich ein Beispiel für einen Einsatz als Heizkraftwerk (HKW) durchgerechnet.
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Die hauptsächlichen technischen Daten sind aus beiliegendem Wärmeschaltplan
ersichtlich. Für die mit Dampf-Gas-Gemischen arbeitenden Hot-Turbinen wurden Dampf
und Trockengas (C02 + N2) als zwei getrennte Teilströme gerechnet. Die jeweiligen
unterschiedlichen Temperaturen am Expansionsende wurden für die Wärmeabgabe im Enthitzer
für Jeden Teilstrom getrennt zugrunde gelegt
Folgende Wirkungsgrade
wurden eingesetzt innere Wirkungstrade für für Hot-Turbine . . . . . . . 89,5 k
für Verdichter . . . . . . . 87 Generatorverluste und mechanische Verluste für Hot-Turbine
. . . . . . . 2,5 2,5 % Als Zuschlag für die Mür-Brennkammer angesichts der größeren
Leistung nur ein Wert eingesetzt von . . . . . . . . . . . . . 1 % AnEigenbedarf
für die ur-Anlage wurden 43 I;lW entspr.. der Hälfte des Reaktoreigenbedarfs von
85 MW eingesetzt, der bereits die größeren Antriebe (Speisepumpe) umfaßt. Die verdichter
werden direkt von den Turbinen angetrieben.. Das Erdgas wird auf hohem Druckniveau
angeliefert. Eine evtl.
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noch erforderliche Druckerhöhung auf ca.. 70 ata für den RD-Prozeß
ist im Eigenbedarf enthalten Eine geringe Verbesserung des Prozeßwirkungsgrades
ergibt sich, wenn die durch Kühlung von 215 auf 500 C abzuführende Wärme der Luftverdichter
in den Vorwärmkreislauf einbezogen wird.. Die überschüssige Wärme kann zur Dampferzeugung
von ca. 5 ata dienen, der in einer Kondensationsturbine mehr als 1 % de samtleistung
erzeugen wurde.
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Hierzu kann auch die unterhalb des Temperaturengpasses 3120 G (dampfseitig)
überschüssige Überhitzungswärme eingesetzt werden, soweit sie nicht zur 'ernheizung
dient.. Allardings ist durch eine Optimierung des Vorwärmkreislaufes keine nennenswerte
Verbesserung zu erwarten.
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Das Konzept bietet eine von verschiedenen Lösungsmöglichkeiten. Eine
Optimierung wird zeigen, inwieweit der der Wirkung@grad angehoben werden kann. Eine
gewisse Toleranzbreite besteht in der Leistungsermittlung der Rot-Turbinen, soweit
dies *a Anteil des Gasstromes betrifft.
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Einsatzweise Ftir di. Kreislaufrechnung wurde zwar die gesamte Reaktordampfmenge
eingesetzt, für die praktische Ausführung kann Jedoch eine beliebige Teildampfmenge
gewählt werden die dem Jeweiligen W-Bedarf zugeordnet ist Ein Kühlturm kühlt das
FW-Rücklaufkondensat zusätzlich bzw.
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führt im Sommer die Verlustwärme überwiegend ab..
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Ein derart aufgestockter Mür-Prozeß kann natürlich auch zur Leistungserhöhung
eines 1300 MW-Standard-KKW für Spitzenlast vorgesehen werden, wobei die Verlustwärme
auch ohne W-Netz bei 1 ata über einen relativ kostengünstigen Kühlturm abgegeben
werden kann. Bei entsprechend hoher Benutzungsstundenzahl der Spitzenlast wird die
Installation eines zusätzlichen Nl-Dampfkreislaufes mit Kondensationsturbine wirtschaftlich.
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Wird ein Sattdampfkessel als Reserve vorgesehen, damit der Mür-Kreislauf
auch bei Reaktorausfall Leistung abgeben kann, so genügt eine relativ geringe Reservekapazität
an Sattdampfkesseln von etwa 2 t/h je MW, wogegen bei RD-Anlagen mit Zwischenüberhitzung
eine Heißdampfmenge (5300 C/Zn. 5300 C)j von 3 t/h je }N erforderlich ist Ein Reservekessel
kann auch mit dem Normalbetrieb in der Art verbunden sein, daß er die temperaturmäßig
durch indirekte Beheizung erreichbare Überhitzung des Dampfes hinter Enthitzer von
410 bis etwa 6500 C durchführt, wobei die Restwärme zur Erzeugung von 70 ata-Dampf
von 6500 C dient, der zusätzlich in den Mür-ProzeB eingespeist wird.
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Dadurch könnte der Erdgasanteil wesentlich verringert werden Nachstehend
ist angeführt, welcher Anteil der dem Dampf zugeführten Nutzwärme durch indirekte
(Kohlefeuerung, Fall b) statt direkter Beheizung (Erdgas, Fall a) aufgebracht werden
kann.
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a % b
| Wärmeleistung gesamt MW 8930 . 100 8930 100 |
| davon Reaktorwärme MW 3760 42 3760 42 |
| Nutzwärme aus Erdgas MW 5170 58' 3000 33,6 |
| Nutzwärme ars Kohle MW 2170x 24,4 |
X) Der prozentuale Anteil der fossilen Brennstoffe sowie die Gesamtleistung erhöhen
sich hierbei mit dem Anteil der notwendigen 70 ata-Dampferzeugung des Kohlekessels.
Bei teilweise indirekter Beheizung wird der Gasanteil im Arbeitsgemisch geringer,
was bessere Verhältnisse bei Nutzung des Vakuumgefälles ergibt. Die an den Dampf
abgegebene Nutzwärme enthält noch keinen @ Kesselwirkungsgrad.
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Spitzenlast mit Mür-Prozeß Das Berechnungsbeispiel (Anlage 4) findet
nachstehend Anwendung zur Spitzenlasterzeugung, wobei die Dampfmenge für den Mür-Prozeß
auf 10 % der Reaktordampfmenge begrenzt wurde.
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Eine 70 ata-Sattdampfmenge von 730 t/h (376 MW th) kann im Mür-Prozeß
eine Reserveleistung von etwa 350 MW erzeugen. Bei Installation eines entsprechenden
Sattdampfkessels zusätzlich zu einem KI(W (DWR) ergeben sich 2 Möglichkeiten der
Spitzenlasterzeugung
| Wärmeleistung Auslegung Spitze 1 Spitze 2 Reserve |
| KKW-Reaktor MWth 3760 3760 3760 - |
| KKW-Turbine t/h 7275 (100 %) 6545 (90 %) 7275 |
| Dampfkessel+ MWth - - 376 376 |
| Mür-Prozeß MWth - 517 517 517 |
| Summe MWth 3760 4277 4653 893 |
| Nettoleistung |
| KKW-Turbine MW 1228 1115 1228 - |
| Mür-Prozeß MW - 355 355 355 |
| Ngesamt MW 1228 1470 1583 355 |
| Mehrleistung MW - 242 355 (355 |
| II zu - 19,8 28,8 28,8 |
| Netto-Wär- Kcal |
| Kwh 2634 2500 2520 2170 |
| @ëver@@auch |
Der oben angeführte Wert von 376 NWtii bezieht sich auf die abgagebene Nutzleistung
des Kessels. Für den Brennstoffbedarf müssen Kesselwirkungsgrad und Eigenbedarf
des Kesselzubehörs berücksichtigt werden.
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Bei Reaktorausfall könnte eine Sofortreserve sichergestellt werden,
indem die für Schnell start geeigneten Hot-Turbinen (Gasturbinenbauart) des Mürprozesses
zunächst mit der Restdampfmenge des Reaktors oder über Dampfspeicher in Betrieb
genommen werden, bis der Reservedampfkessel des KKW oder eines anderen Kraftwerkes
angefahren ist.
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Obwohl der Wirkungsgrad bei Spitzen- und Reserveleistung besser wird,
steigen die Arbeitskosten, da der Mür-Prozeß für Gasturbinen geeignete Brennstoffe
erfordert. Doch es entspricht der Tendenz der Spitzenlast, daß man bei geringer
Auslastung höhere Brennstoffkosten in Kauf nimmt, wenn die Mehrinvestitionen zur
Leistungserhöhung niedriger sind als beim KKW, was durch den Einsatz von. Gasturbinen
(Hot-Turbinen) beim Mür-Prozeß erreicht werden kann.
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Gegenüber den herkömmlichen Prozessen zeigen ilür-Anlagen eine Verbilligung
im Bereich der Überhitzung, also bei hohen Dampfparametern und festigkeitsmäßig
hoch beanspruchten Werkstoffen, da die Überhitzung direkt erfolgt. Eine Verteuerung
dagegen entsteht im Niedertemperaturbereich bei der Trennung von Gas und H2O, wobei
der Werkstoff weniger festigkeitsmäßig, dafür aber stärker chemisch (H2S04) beansprucht
wird. Es wird jedoch erwartet, daß nach entsprechender Entwicklungsarbeit sich die
Beanspruchungen im Niedertemperaturbereich bezüglich Werkstoff, Kosten und Verfügbarkeit
langfristig besser beherrschen lassen als im Hochtemperaturbereich.
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Vergleich des Nür-Frozesses mit anderen Heizkraftwerken Zu einem überschlägigen
Vergleich mit Heizkraftwerken größerer Leistung wurden andere Kraftwerkstypen in
ihren Wirkungsgraden auf einen Gegendruck von 0,9 ata umgerechnet, wobei eine dem
NUr-Prozeß (Gegendruck 1,15 ata) vergleichbare Vorlauftemperatur für die Fernwärmeversorgung
von 900 z zugrunde gelegt wird..
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Dabei ergeben sich die nachfolgenden Werte: Erläuterung der Abkürzungen
KWL - = Kernkraftwerk Lingen, 240 MW, fossile Überhitzung mit Erdgas KGW = Kraftwerk
Gersteinwerk, Erdgas, 400 MW Kombi-Blöcke DWR = BBC-Druckwasserreaktor Mür = Mür-Prozeß
Kraftwerk
DWR KWL KGW Mür Auslegungswerte
| Netto-Leistung MW 1228 240 400 (350) |
| Wirkungsgrad aus 34,5 42,0 |
| Vakuum ata 0,096 0,042 0,07 - |
| Wärmezufuhr |
| Erdgas % - 27 100 58 |
| Kernenergie % 100 73 - 42 |
| Gegendruck als @ HKW ata 0,9 0,9 0,9 1,15 |
| Wirkungsgrad als HKD % 25 26 35 39 |
| (errechnet 40,7) Beim Einsatz als HKW zeigt der Mür-Prozeß eine leistungsausbeute,
die gagenüber den bisherigen Spitzenwirkungsgraden der Erdgas-Kombi-Blöcke um etpra
10 7 höher liegt, wobei 42 % Wärme aus Kernenergie in den Mür-Prozeß eingebunden
sind Bei einem Vergleich mit Kernenergie liegt die Leistungsausbeute um etwa 50
% höher.
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Da das erreichbare Wirkungsgradniveau vom eingesetzten Brennstoff
abhängt, sind nachstehend Teilwirkungsgrade für Erdgas und Kernenergie eingeführt.
Diese ergeben sich jeweils für den einen der beiden Brennstoffarten, wenn im Mür-Prozeß
der Anteil der anderen Brennstoffart mit dem Wirkungsgrad bewertet wird, de@ er
bei 100 % Einsatz in einem HKW erreichen kann, also 25 % für Kernenergie (DWR) und
35 % für Erdgas (KGW).
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Danach ergibt sich ein Wirkungsgrad Für Kernenergie, wenn im Mürprozeß
Erdgas mit 35 % (HKW) bewertet wird, zu: #KE # 0,42 + 0,35 # 0,58 = 0,39 #KE = 44,5
% (statt 25 % beim DWR als HKW) bzw, umgekehrt, wenn die Kernenergie mit 25 % Wirkungsgrad
verarbeitet wird, wie es beim Einsatz als HKW der Fall ist: Gas . 0,58 + 0,25 o
0,42 = 0,39 # Gas = 49 % (statt 35 % beim KGW als HKW) Wenn man somit den Vorteil
des Mür-Prozesses als HKW nur jeweils dem einen Brennstoff zugute rechnet, wird
die Leistungsausbeute des Brennstoffes bei Kernenergie um 78 10 bzw. bei Erdgas
um 40 % erhöht.
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Der Mür-Prozeß im Hondensationskraftwerl: Ein Einsatz des Mür-Prozesses
in einem Kondensationskraftwerk ist technisch grundsätzlich möglich, nur ist für
die in mehreren Druckstufen auszuführenden ND-Dampferzeuger der Zwischenkondensation
eine Vorarbeit zu leisten, die über den Rahmen dieser Ausarbeitung hinausgeht.
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Die Nutzung des Vakuumgefçlles wird infolge der mehrstufigen ED-Verdampfer
mit einem etwas geringeren Wirkungsgrad erfolgen als in herkömmlichen Kraftwerken.
enn daher der Wirkungsgradvor-Sprung bei Mür-Kondensations-Kraftwerken etwas geringer
ist als jener bei Mür-Heizkraftwerken gegenüber herkömmlichen Anlagen, so liegt
das Wirkungsgradniveau dennoch oberhalb des bisherigen Spitzenwertes von 42 wobei
Kombi-Blöcken mit 100 % Erdgas was angesichts der Einbinaung von fast 50 V Eernenergie
einen wesentlichen Vorteil bringt.
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Von einer Optimierung der Auslegung wird ein weiterer Wirkungsgradgewinn
erwartet Die zu erzielbare Ersparnis an Brennstoffeinsatz wird Ansporn sein, die
auftretenden technologischen Fragen zu meistern.
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B e r e c h n u n g s b e i s.p i e l Kernkraftwerk mit Mür-Prozeß
als Heizkraftwerk (s. Anlagen 4 u. 5) Grundlagen DWR ( BBC-Fabrikat)
Brennstoff für Mür-Prozeß: Erdgas,
(vereinfachte Analyse) HD-Prozeß Hot-Turbine von 65 auf 21 ata Erdgasbedarf:
Luftbedarf: bzw. bei 8 %
| kLc =;2,17»?K32O46''/)/3 60D |
| Luftüberschuß 1 = 2z 0 f |
| i = 2 730 |
Brennstoffbilanz (HD) Dampf hinter Enthitzer:
Zur Dampfüberhitzung von 4;120 C auf 7.600 0 (964 Kcal/kg) sind nötig:
Lufterwärmung von 3900 C auf 760 C
Verbrennungsprodukte (HD):
| Die Luft enthält: g-1 r:, |
| «1/ = -,\ |
| Ä/)e?y#!. to ß (1 s 3>r;'222s |
| 6, 77'>' r)'- 1' |
Somit enthalten die Rauchgase des RD-Prozesses:
Turbinenleistung (HD) Näherungsverfahren; Massensröme für Dampf und Gas werden getrennt
gerechnet Die Dampfmenge beträgt einschl. H2Q aus Verbrennung:
Entspannung von 66 ata, 7600 C auf 21 ata
N. Dampfanteil (HD)
Gas (HD) (hoher C02-Anteil)
t2-Abweichung infolge Näherungsverfahrens
N Gasanteil (HD) Verdichterleistung (HD)
Gesamtleistung der HD-Hot-Turbine
ND-Prozeß
Erdgasbedarf (ND)
1 Luftbedarf bei 8 % Luftüberschuß
Brennstoffbilanz (ND) Dampfüberhitzung von 56° C auf 950° C
Rauchgaserhitzung von 540° C auf 9500 C
| Luftwärmung von 390 auf 9500 C
Verbrennungsprodukte (ND)
Das Rauchgas (ND) enthält:
| aus HD-Prozeß aus ND-Prozeß gesamt |
| Die .Verbrennungsluft von 3,22- Za » /H3&;242/6 |
| Az; y |
| O: / = 0,68 ao6 ^ 3 » |
Turbinenleistung (ND) Die Dampfmenge beträgt einschle H20 aus
Verbrennung:
Entspannung von 20 ata, 9500 C auf 1,15 ata
NGas (ND) (hoher CO2-Anteil)
N Gasanteil (ND) Verdichterleistung (ND) 2-stufige Verdichtung mit Zwischenkühlung
1. Stufe von 1 auf 6 ata
2. Stufe von 6 auf 22 ata, t = 500 C
Leistungsbedarf ND-Verdichter
Gesamtleistung der ND-Sot-Turbine
Gesamtprozeß
Eigenbedarf Reaktor Mür-Anlage = gesamte Nettoleistung N =
.zugeführte Wärmemenge Mür-Prozeß HD Q = II ND Reaktor Q = Gesamtwärmebedarf Q =
Netto-Wirkungsgrad
einschl. 4 % Sicherheitszuschlag
Enthitzung des Abdampfgemisches Der Temperaturengpaß liegt auf
der beneizten Seite bei einer Temperatur von 3120 C, entsprechend ca. 3420 G auf
der Seite des beheizenden Dampf-Gas-Gemisches.
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Für die Speisewasservorwärmung auf 237° C ist genügend Restwärme des
Abdampfgemisches unterhalb 342° C vorhanden. Zusätzlich steht noch die Wärmeabfuhr
bei Temperaturen von mehr als 2000 C bei der Zwischenkühlung der Luftverdichter
zur Verfügung. Daher wurde eine Berechnung des Vorwärmstranges als hier nicht'notwendig
angesehen.
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Wärmeabgabe des Gemisches ab 460Q C für Dampf bzw. ab 4200 C für Gas:
| @2 / a 000~ 7fg)$K = 54S c?ffo |
| 6;as / /z, Ssb ~53340> 42D4262-3+ 501 ? |
| cozi 42Ga 3+2- 59)= 2 + OU;c-r-4~ISJ= ;,;&/ |
| C2o Rob - 2w'206X p420-0,46-i242a)2 2,56 |
| Wärmeaufnahme t O /7 - |
| /7 |
Dampf von 712 auf 4120 C im Enthitzer überhitzt
| qag 22T0¢02 fF64 gg w 530tg |
| QR 8>a 000Ä0K3' 3N0-0,2?5-3X2^ /7' |
| Wärmeaufnahme ab 3120 C |
Der Unterschied von 21 Gcal/h entspricht ca. 3 % Wärmeverluste.
Erläuterung
zu Anlage 2 -Mür-Prozeß mit Gasturbine und Abhitzekessel a Gasturbine b Abhitzekessel,
ohne Nachfeeserung, 3-stufig c Mür-Brennkammern mit Mrschkammern (vereinfacht dargestellt)
d Hot-Turbinen für Dampf-Gas-Gemische e1 Enthitzer des Dampf-Gas-Gemisches, zugleich
50-bar-Dampf-Überhitzer e2 Enthitzer, zugleich Überhitzer des 12-bar-Dampfes e3
Enthitzer, zugleich Verdampfer für 12-bar-Dampf e4 Enthitzer, zugleich Überhitzer
des ND-Dampfes f Zwischenkondensation, zugleich Verdampfer für ND-Dampf, in mehreren
Druckstufen ausgeführt, vereinfacht dargestellt.
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g Kondensataufbereitungssystem, vereinfacht dargestellt vergl. hierzu
die ausführlichere Darstellung in Anlage 3 h Warmwasserwärmetauscher für Fernwärmenetz
j Rauchgaskühlung zwecks zusätzlicher Wasserrückgewinnung k Rauchgaswäsche (Additive
z. T. schon bei Kondensation in f zugeben)
Erläuterung zu Anlage
3 Mür-Prozeß und Kernkraftwerk a 3-gehäusiger Sattdampfturbosatz des KKW (DWR) b
Enthitzer des Gas-Dampf-Gemisches, zugleich Überhitzer des Reaktordampfes c Mür-Brennkammer
mit nachgeschalteten Mischkammern (vereinfacht gezeichnet) d Hochtempraturturbinen
für Dampf-Gas-Gemische e Enthitzer des Dampf-Gas-Gemisches, zugleich ND-Dampfüberhitzer
f Zwischenkondensation, zugleich Verdampfer für ND-Dampf, vereinfacht dargestellt,
in Wirklichkeit in mehreren ND-Druckstufen ausgeführt g Kondensataufbereitungssystem
h Rauchgaskühler für Wasserrückgewinnung u. evtl. Wäsche j Rauchgasaufwärmung k
Zweiwegeventil zur Umschaltung der Dampfführung hinter dem HD-Gehäuse des KKW wahlweise
auf Sattdampf-MD-Turbine oder auf Mür-Prozeß
Erläuterung zu Anlage
4 Mür-Anlage mit Kernkraftwerk als Heizkraftwerk ----- Kennzeichen für Gas-Dampf-Gemische
a Reaktor b Enthitzer c Mür-Brennkammern mit nachgeschalteter Mischkammer (vereinfacht
gezeichnet) d Hot-Turbinen e Luftverdichter f Luftvorwärmer g HD-Speisewasservorwärmer
h Entgaserdampferzeuger j ND-Speisewasservorwärmer, im Kondensationsbereich mit
Zugabe von SO2-Bindemittel und Abschlämmung k Wärmetauscher für Fernheiznetz l Absetzbecken
mit Abschlämmung m Kondensatvorratsbehälter n Zwischenkühler für Verdichter
L
e e r s e i t e