DE2809527A1 - Verfahren zum speichern von waerme zur spitzenbedarfsdeckung - Google Patents

Verfahren zum speichern von waerme zur spitzenbedarfsdeckung

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DE2809527A1 DE19782809527 DE2809527A DE2809527A1 DE 2809527 A1 DE2809527 A1 DE 2809527A1 DE 19782809527 DE19782809527 DE 19782809527 DE 2809527 A DE2809527 A DE 2809527A DE 2809527 A1 DE2809527 A1 DE 2809527A1
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Description

7ΊΟΟ4
30952?
STONE & IiEBSTER ENGINEERING CORPORATION Boston, Massachusetts (V0St0A0)
Verfahren zum Speichern von Wärme zur Spitzenbedarfsdeckung
Die Erfindung betrifft allgemein die Erzeugung von elektrischer Energie a
Insbesondere betrifft die Erfindung die Erzeugung von zusätzlicher elektrischer Energie zur Spitzenbedarfsdeckung β
Eine spezielle Anwendung findet die Erfindung in der Speicherung von Wärme in einem Wärmespeichermedium und der Verwendung der gespeicherten Wärme zur Erzeugung von elektrischer Energie zur Spitzenbedarfsd©ckungo
Es ist bekannt j in üblichen Kraftwerksanlagen
Heizöl oder Erdgas als Energiequelle zum Erzeugen elektrischer Energie zu verwenden^ Diese BrennstoffeP die sich besonders gut für die Erzeugung von zusätzlicher elektrischer Energie zur Spitzenbedarfsdeckung eignen9 waren bisher relativ billig und reichlich zu habeno Angesichts, der gestiegenen Kosten von Erdöl und Erdgas und der bei diesen Brennstoffen zu erwartenden Versorgungsschwierigkeiten ist es jetzt leider notwendige nach anderen Energiequellen zu suchen und neue Verfahren zur rationellen Verwertung von bekannten und neuen Energiequellen zu entwickelno
■= 2 ·=
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2 H ü 9 b 2 b
Es ist schon vorgeschlagen worden, elektrische Energie aus Kohle zu erzeugen, die reichlich vorhanden und relativ billig ist. Man kann Kohle vergasen und das dabei erzeugte Gas zum Antrieb von Gasturbinen verwenden, die zum Erzeugen von elektrischer Energie dienen. Im Betrieb von Gasturbinen fällt Abwärme an, die sich auf niedriger Temperatur befindet und entweder in die Atmosphäre abgegeben oder teilweise zum Erzeugen von Dampf verwendet wird, der dann für die Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie zur Verfügung stand. Nun sind aber die Verfahren zur Vergasung von Kohle und zur Verwendung des erzeugten Gases für die Erzeugung elektrischer Energie nicht vollkommen befriedigend, teilweise deshalb, weil es bei diesen Verfahren nicht möglich ist, die Erzeugung elektrischer Energie dem Energiebedarf des Netzes anzupassen und bei Spitzenbedarf zusätzliche elektrische Energie zu erzeugen.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines zum Erzeugen elektrischer Energie dienenden Verfahrens, in dem Kohle als Energiequelle verwendet wird und das sich gut zum Erzeugen von zusätzlicher elektrischer Energie zur Spitzenbedarfsdeckung eignet«
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines zum Erzeugen elektrischer Energie dienenden, umweltfreundlichen Verfahrens, in dem Kohle als Energiequelle verwendet wird und das sich gut zum Erzeugen von zusätzlicher elektrischer Energie zur Spitzenbedarfsdeckung eignet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht ferner in
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der Schaffung eines zum Erzeugen elektrischer Energie dienenden Verfahrens, in dem Kohle als Energiequelle verwendet und Wärme beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung relativ geringem Bedarf an elektrischer Energie in einem Wärmespeicher gespeichert und beim Betrieb zur Spitzenbedarf sdeclcung zum Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie verwendet wird.
Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, zum Erzeugen elektrischer Energie ein Verfahren zu schaffen, in dem Kohle als Energiequelle verwendet wird und in dem beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung mit kontinuierlicher Leistung gefahren werden und Energie gespeichert werden kann, die beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung zum Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie verwendet werden kanno
Schließlich besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Wärmespeichers, der ohne weiteres in einem Verfahren verwendet werden kann, in dem mit Kohle als Energiequelle elektrische Energie erzeugt wird und der eine wirtschaftlichere Erzeugung von elektrischer Energie zur Spitzenbedarfsdeckung ermöglichte
Allgemein betrifft die Erfindung zum Erzeugen von elektrischer Energie dienendes Verfahren,, in dem durch Vergasung von Kohle heiße Brenngase erzeugt werden und mit diesen eine Gasturbine zum Antrieb eines Generators beaufschlagt wird, der elektrische Energie zur Grund- und Spitzenbedarfsdeckung erzeugte Die Abgase der Gas= turbine werden einem Wärmeaustausch mit einem Wärmeaustauschgas unterworfenj das dadurch erhitzt wird0 Das erhitzte Wärmeaustauschgas wird dann in eine Wärme«=
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speicherstufe eingeleitet, in der beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung der größte Teil der von dem erhitzten Wärmeaustauschgas abgegebenen ¥ärme gespeichert wird, so daß die gespeicherte Wärme für den Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung zur Verfügung steht. In der ¥ärmespeiclierzone wird ein Wärmespeichermedium wie beispielsweise Natriumhydroxid verwendet, das durch den Übergang aus dem festen in den flüssigen Zustand große Wärmemengen absorbiert und diese speichern kann.
Danach wird das Wärmeaustauschgas in einer ersten Dampferzeugungsstufe zum Erzeugen von Dampf verwendet, der zum Erzeugen von elektrischer Energie zur Grund- und Spitzenbedarfsdeckung dient.
Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung werden das erhitzte Wärmeaustauschgas und gespeichertes, zusätzliches Wärmeaustauschgas in der Gegenrichtung durch die WärmeSpeicherstufe geführt, um dieser gespeicherte Wärme zu entnehmen. Das auf diese Weise erhitzte Wärmeaustauschgas wird in einen Dampferzeuger zum Erzeugen von Dampf verwendet, der beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung zum Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie dient.
Die Erfindung schafft somit zum Erzeugen von elektrischer Energie ein verbessertes Verfahren, in dem Wärme gespeichert wird, die von Abgasen abgegeben wird, die bei der Verbrennung von gasförmigen Produkten eines Kohlevergasungsverfahrens anfallen, und in dem die gespeicherte Wärme beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung zum Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie verwendet wird.
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Ausführungsbeispiole der Erfindung werden nachstehend an Hand der beigefügten Zeichnungen beschriobene In diesen zeigt
Fig» 1 schematise].! eine Ausführungsform der Erfindung,
Figo 2 in einer isometrischen Darstellung die Anordnung einiger Teile der Anlage einer Ausführungsform mit zwei Wärmespeichereinheiten,
Fig0 3 teilweise schematisch eine andere Einrichtung zum Einleiten vom Wärmeaus tauschgas in den Dampfkessel 18 und die Wärmespeieherstufe 10 und
Figo 4 teilweise schematisch eine weitere Anordnung zum Einleiten vom Wärmeaustauschgas in den Dampfkessel 18 und die Wärmespeicherstufe 10o
In der in Figo 1 gezeigten Anlage wird in einer Wärmespeicherstufe 10 Abwärme den Abgasen der Gasturbine 12 entnommen und gespeicherte Die Wärmespeicherstufe 10 kann aus einer oder mehreren Wärmespeichereinheiten bestehen.
Die Anlage besteht im wesentlichen aus einer Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie? einer Einrichtung zum Rückgewinnen von Wärme und Erzeugen von Dampf beim Betrieb die zur Grund- und Spitzenbedarfs= deckung und einer Wärmespeicherstufe zum Speichern von Wärme beim Betrieb zur Grundbedarf sdeclcung«
Die Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie umfaßt die Gasturbine 129 eine Dampfturbine 22 und Generatoren 2h und 26 „ Die Gasturbine 12 ist mit einer Verbrennungsluftzuleitung 7O9 einer Brenngaszu·= leitung 68 und einer Abgasleitung 72 versehen. Die Dampfturbine 22 ist mit einer Dampfzuleitung 96 und einer
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Abdampfleitung 98 versehen.
Die Wärmespeicherstufe 10 besteht aus einer oder mehreren Wärmespeichereinheiten 14 und ist mit einer Wärmeaustauschgaszuleitung 78 und einer Wärmeaustauschgas-Austritssleitung 80 versehen. Den Leitungen 78, 110, 108 und 82 ist je ein Ventil 32, 34, 36 bzw. 40 zugeordnet, so daß der WärmeSpeicherstufe 10 wahlweise Abwärme zugeführt und gespeicherte Wärme entnommen werden kann.
Die Einrichtung zum Rückgewinnen von Abwärme und Erzeugen von Dampf beim Betrieb zur Grund- und Spitzenbedarfsdeckung umfaßt einen Gaserhitzer 16, einen Dampfkessel 18, eine Speisewasservorwärmer 20, einen Umwälzverdichter 28, Leitungen 74, 78, 80, 82, 88 und für Wärmeaustauschgas, Leitungen 84, 100 und 102 für Wasser und Leitungen 86, 94, 96 und 120 für Dampf.
Die Einrichtung zum Rückgewinnen von Abwärme und Erzeugen von Dampf beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung umfaßt einen Umwälzverdichter 30, einen Dampferzeuger 42, Leitungen 82, 108, 110, und 111 für Wärmeaustauschgas, eine Leitung 114 für Wasser, eine Leitung 120 für Dampf und Ventile 64 und 66, die den Leitungen 120 bzw. 114 zugeordnet sind.
Gemäß Fig. 1 wird Brenngas, das in einer nicht gezeigten Kohlevergasungsanlage anfällt, über die Leitung 68 bei einer Temperatur von etwa 50 bis 13O°F der Gasturbine 12 zugeführt und in dieser mit Verbrennungsluft vereinigt, die in die Gasturbine 12 über die Leitung 70 bei etwa 50 bis 130°F eintritt. Die Gasturbine 12 ist eine übliche Gasturbine, die normalerweise einen Brennraum besitzt, in dem Brenngas
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mit Verbrennungsluft umgesetzt wirdo Gasturbinen können bekanntlich zum Antrieb von Generatoren verwendet werden, Der Gasturbine 12 ist ein üblicher Generator 2k zugeordnet, der in dem Fachmann bekannter Weise mit hoher Ausgangsleistung elektrische Energie erzeugen kann.
Die im Betrieb der Gasturbine 12 anfallenden Abgase müssen von der Gasturbine abgezogen werden. Es ist bekannt, die Abgase entweder direkt in die Atmosphäre abzugeben oder sie vor ihrer Abgabe in die Atmosphäre mit Hilfe eines Kühlmittels, beispielsweise von Wasser, zu kühlen. Erfindungsgemäß wird nun von den Abgasen abgegebene Wärme gespeichert, so daß sie beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung zum Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie verwendet werden kann. Dies wird nachstehend ausführlich beschrieben»
Die Abgase der Gasturbine 12 werden von dieser gewöhnlich bei einer Temperatur von etwa 51 ο bis 62o C über die Leitung 72 abgezogen und dem Gaserhitzer 16 zugeführt, in dem sie einem indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmeaustauschgas unterworfen werden, das dem Gaserhitzer 16 über die Leitung 7k bei etwa 190 bis ZOk C und etwa 1,24 bis 2,76 bar zugeführt wird,, Das dem Gaserhitzer 16 zugeführte Wärmeaustauschgas kann aus Luft, Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, sauerstoffarmen Verbrennungsprodukten von Kohlenwasserstoffen oder einem Gemisch derselben bestehen. Vorzugsweise wird Luft als Wärmeaustauschgas verwendet»
Der Gaserhitzer 16 ist ein üblicher Wärmeaustauscher, beispielsweise ein bekannter Platten-Wärmeaustauscher. In Fig„ 1 ist nur ein einziger Gaserhitzer gezeigt, doch versteht es sich, daß man js nach der Belastung
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der Anlage und der Kapazität des einzelnen Gaserhitzers auch mehrere Gaserhitzer verwenden kann.
Durch den indirekten Wärmeaustausch mit den Abgasen in dem Gaserhitzer 16 wird das Wärmeaustauschgas auf etwa 260 bis 538 °C erhitzt.
Die den Gaserhitzer über die Leitung J6 bei etwa 218 bis 316 C und etwa atmosphärischem Druck verlassenden Abgase werden über den Schornstein 60 in die Atmosphäre abgegeben.
Das auf etwa 26O bis 538 C erhitzte Wärmeaustauschgas wird über die Leitung 78 von dem Gaserhitzer abgezogen und in die Wärmespeicherstufe 10 eingeleitet.
Von einem Spitzenbedarf wird hier gesprochen, wenn der von einem Kraftwerk zu deckende elektrische Leistungsbedarf größer ist als die normale elektrisch© Ausgangsleistung des Kraftwerks. Als Grundbedarf wird der elektrische Leistungsbedarf bezeichnet, der der normalen elektrischen Ausgangsleistung des Kraftwerks entspricht.
Beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung wird ein Teil der von dem Wärmeaustauschgas in dem Gaserhitzer 16 aufgenommenen Wärme in der Wärmespeicherstufe 10 gespeichert, damit diese gespeicherte Wärme beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung zum Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie verwendet werden kann. Gemäß Fig. sind außerhalb der Wärmespeicherstufe 10 in geringem Abstand von ihr Absperrventile 32, 3k, 36 und kO üblicher Art angeordnet. Beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung ist das Ventil 32 offen und sind die Ventile 3^ und 36 geschlossen, damit das Wärmeaustauschgas aus dem
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Gaserhitzer 16 über die Leitung 78 in die Wärmeaustauschstufe 10 geleitet und in dieser ein Teil des WErmeinhalts des ¥ärmeaustauschgases gespeichert wird,,
In der Ausführungsform gemäß Fig„ 1 besteht die Wärmespeicherstufe 10 aus einer einzigen Wärmespeichereinheit 14, doch kann man in dem erfindungsgemäßen Verfahren auch mehrere Wärmespeichereinheiten verwenden» Die Anzahl und Größe der verwendeten Wärmespeichereinheiten werden uo a„ im Hinblick auf die zu speichernde Wärmemenge und die Art des in diesen Einheiten verwendeten Wärmespeichermediums gewählt.
In der Wärmespeichereinheit 14 wird Wärme von dem Wärmeaustauschgas auf ein Wärmespeichermedium übertragen,, Die Wärmespeichereinheit lh kann beispielsweise ein üblicher vertikaler Rohrbündel-Wärmeaustauscher sein9 der in seinem Mantelraum das beispielsweise aus einem anorganischen Salz oder einer anderen geeigneten anorganischen Verbindung bestehende Wärmespeichermedium enthält und in dem das Wärmeaustauschgas die Rohre durchströmt0 Das Wärmeaustauschmedium muß die erforderlichen physikalischen Eigenschaften haben und außerdem eine solche Wärmekapazität besitzen, daß es bei seinem Erhitzen durch das Wärmeaus-= tauschgas aus dem festen in den flüssigen Zustand übergeht. Diese Substanzen müssen eine große latente Schmelzwärme besitzen, für den Betrieb in einem großen Temperatur-= bereich geeignet und relativiert seino Vorzugsweise besteht das Wärmespeichermedium aus einer anorganischen Verbindung, insbesondere einem Alkalimetallhydroxid, wie Natriumhydroxidο
Das über die Leitung 78 in die Wärmespeicher= stufe 10 eingeleitete Wärmeaustauschgas wird in der Wärme-
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spei eher einheit 14 einem indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmespeichermedium unterworfen, das dadurch auf eine Temperatur von etwa 232 bis 482 °C erhitzt wird, bei der das zunächst fest Wärmespeichermedium schmelzflüssig· ist.
Beim Schmelzen soll zuerst das im oberen Teil der Wärmespeichereinheit befindliche Wärmespeichermedium schmelzen, weil in diesem Fall die Einheit nicht dadurch beschädigt werden kann, daß das Wärmespeichermedium beim Schmelzen herunterfällt oder sich verlagert. Wenn beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung· das Wärmespeichermedium zum Erstarren gebracht wird, soll zuerst das im unteren Teil der Wärmespeichereinheit 14 befindliche Wärmespeichermedium erstarren, damit die Einheit nicht dadurch beschädigt werden kann, daß das erstarrte Wärmespeichermedium während des Erstarrungsvorganges fällt oder sich verlagert.
Aus diesem Grund wird gemäß Fig. 1 beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung das Wärmeaustauschgas in den oberen Teil 15 der Wärmespeichereinheit 14 eingeleitet und von deren unterem Teil 17 abgezogen.
Von dem unteren Teil 17 der Wärmespeichereinheit 14 wird das Wärmeaustauschgas in den Dampfkessel 18 eingeleitet, in dem weitere von dem Wärmeaustauschgas in dem Gaserhitzer 16 aufgenommene Wärme zum Erzeugen von Dampf verwendet wird. Dies wird nachstehend beschrieben.
Bei Verwendung mehr als einer Wärmespeichereinheit leitet man das Wärmeaustauschgas jeweils in einer der aufeinanderfolgenden Wärmespeichereinheiten ein, bis in dieser Einheit die gewünschte Wärmemenge gespeichert ist. Dabei kann man das heiße Wärmeaustauschgas jeder Wärme-
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speichoreinheit über die Leitung 78 zuführen und jeder Wärmespeichoreinheit den Ventilen 32, 3*1, 36 und kO in Fig. 1 entsprechende Ventile zuordnen. Beispielsweise sind gemäß Fig. 2 der "Wärmespeichereinheit i4A,die Ventile 32A, 3^A, 36A und 4OA zugeordnet j die die Abgabe von ¥ärmeaustauschgas aus der Leitung JS steuern. Beim Zuführen von Wärmeaustauschgas zu einer Wärmespeichereinheit ist das dieser zugeordnete Ventil, das dem Ventil 32 in Fig. entspricht, offen und sind den Ventilen 34, 36 und hO entsprechenden Ventile geschlossen. In diesem Fall werden während des Aufheizens einer Värmespeichereinheit die übrigen Wärmespeichereinheiten nicht mit Wärmeaustauschgas beschickt und daher auch nicht aufgeheizt, weil die diesen anderen Wärmespeichereinheiten zugeordneten Ventile, die den Ventilen 32, 3^» 36 und kO entsprechen, geschlossen sind.
Damit verständlich wird9 wie beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung das Wärmeaustauschgas jeweils nur einer Wärmespeichereinheit zugeführt wird, zeigt Fig«, 2 in einer isometrischen Barstellung zwei Wärmespeichereinheit en. Aus der Fig. 2 geht auch hervor, daß Wärmeaustauschgas gleichzeitig in alle Wärmespeichereinheiten eingeleitet werden kann. In der Zeichnung sind nur zwei Wärmespeichereinheiten dargestellt, doch kann die beschriebene Arbeitsweise auch auf Anlagen mit mehr als zwei Wärmespeichereinheit en Anwendung findenβ
In der Anordnung gemäß Fig. 2 kann beim Betrieb zur Grundbedarfsdeclcung das Wärmeaustauschgas über die Leitungen 78 und 78A in den oberen Teil 15-A. der ersten Wärmespeichereinheit 14 A eingeleitet werdeno Zu diesem Zweck ist das Ventil 32A offen und sind die Ventile 32B9 36B, 34a, 36A und 4OA geschlossen«, Wenn das Gas in der
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Wärmespeichereinheit 14A abwärts strömt und über die Leitung 80, den Dampfkessel 18 und den Speisewasservorwärmer 20 zu den Umwälzverdichter 28 zurückgeführt wird, verhindert das geschlossene Ventil 34A einen Eintritt von Wärmeaustauschgas in die Leitung 11OA. Man erkennt, daß das gesamte Wärmeaustauschgas aus der Leitung 78 in den oberen Teil 15 A der Wärmespeichereinheit 14A tritt, in der es einem indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärmespeichermedium unterworfen wird, bis dieses auf eine Temperatur von etwa 232 bis 482 °C erhitzt ist. Das Wärmeaustauschgas wird von der Wärmespeichereinheit 14A über die Leitung 8OA abgezogen und dann über die Leitung 80 in den Dampfkessel 18 eingeleitet, in dem es in der nachstehend beschriebenen Weise zur Dampferzeugung verwendet wird.
Wenn in der Wärmespeichereinheit 14A die gewünschte Wärmemenge gespeichert ist, wird das. Wärmeaustauschgas der Wärmespeichereinheit 14B zugeführt. Zu diesem Zweck wird das Ventil 32B geöffnet und werden die Ventile 32A, 3^B und UOB geschlossen. Das Wärmeaustauschgas wird dann durch die Wärmespeichereinheit 14B geleitet, bis diese die gewünschte Wärmemenge aufgenommen hat. Bei Verwendung von mehr als zwei Wärmespeichereinheiten wird die Zuführung von Wärme zu jeweils einer der aufeinanderfolgenden Wärmespeichereinheiten fortgesetzt, bis in jeder Wärmespeichereinheit die gewünschte Wärmemenge gespeichert ist.
Da die Wärmespeicherstufe 10 verlassende Wärmeaustauschgas enthält noch so viel Wärme, daß es zur Dampferzeugung verwendet werden kann, mit dem zum Erzeugen elektrischer Energie die Dampfturbine 22 beaufschlagt werden kann.
Jetzt sei wieder Fig. 1 betrachtet. Beim Betrieb
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zur Grundbedarfsdeckung ist das Ventil kO in der Leitung 82 geschlossen, so daß Wärmeaustauschgas bei einer Temperatur von etwa 260 bis 316 °C über die Leitung 80 von der Wärmespeicherstufe 10 abgezogen und in den Dampfkessel 18 eingeleitet und in diesem einem indirekten Wärmeaustausch mit Wasser unterworfen wird«, Dieses tritt in den Dampfkessel 18 über die Leitung 8k bei etwa 177 bis 302 C ein und wird durch den indirekten Wärmeaustausch in Dampf verwandelt, der über die Leitung 86 bei etwa 177 bis 302 °C und etwa 993 bis 88 bar von dem Dampfkessel 18 zu der Dampfturbine 22 geführt wirds in der er als Energieträger für die Erzeugung von elektrischer Energie dient»
Das gekühlte Wärmeaustauschgas wird über die Leitung 88 bei etwa 204 - 288 °C von dem Dampfkessel 18 zu dem Speisewasservorwärmer 20 geführt und in diesem einem indirekten Wärmeaustausch mit Wasser unterworfen, das über die Leitung 102 bei etwa 110 bis 149 C in den Speisewasservorwärmer 20 eingeleitet wirdo Das erhitzte Wasser wird über die Leitung 84 bei etwa 177 bis 302 0C von dem Speisewasservorwärmer 20 zu dem Dampfkessel 18 geführt und in diesem in der vorstehend angegebenen Weise durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmeaustauschgas verdampft o
Durch den indirekten Wärmeaustausch mit dem Wasser in dem Speis ewas servo rwärmer 20 wird das Wärmeaus=· tauschgas auf etwa 177 his 204 °C abgekühlt, so daß es danach im wesentlichen die gesamte durch den indirekten Wärmeaustausch mit den Abgasen in dem Gaserhitzer 16 aufgenommene Wärme wieder abgegeben hato Das abgekühlte Wärmeaustauschgas wird über die Leitung 90 bei etwa
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177 bis 204 C von dem Speisewasservorwärmer 20 dem Umwälzverdichter 28 zugeführt.
Der Umwälzverdichter 28 ist ein üblicher
Verdichter, der den Druck des Wärmeaustauschgases erhöht. Beispielsweise kann der Umwälzverdichter 28 ein einstufiger Kreiselverdichter in Form eines Niederdruck-Ventilators mit zwei Eingängen sein. In Fig. 1 ist nur ein einziger Umwälzverdichter gezeigt, doch kann man je nach dem Leistungsbedarf des Systems und des Fördervolumens des einzelnen Umwälzverdichters auch mehr als einen Umwälzverdichter verwenden.
Das von dem Umwälzverdichter 28 geförderte Gas von etwa I90 bis 204 °C wird über die Leitung 74 in den Gaserhitzer 16 eingeleitet und in diesem erneut einem indirektem Wärmeaustausch mit den Abgasen unterworfen.
Es wurde vorstehend schon erwähnt, daß der aus dem Dampfkessel 18 austretende Dampf zweckmäßig zum Erzeugen von elektrischer Energie verwendet wird. In der Kohlevergasungsanlage befinden sich noch weitere Wärmequellen, beispielsweise ein nicht gezeigter Heißgaskühler. Diese anderen Wärmequellen sind als Dampferzeuger 52 dargestellt, in dem die abgegebene Wärme zum Erzeugen von Dampf für die Verwendung in dem vorliegenden Verfahren verwendet werden kann. Man kann daher beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung das Ventil 64 schließen. Gemäß Fig. 1 wird Dampf von dem Dampfkessel 18 über die Leitungen 86 und 94 abgezogen und in der Leitung 96 mit dem Dampf vereinigt, der über die Leitung 92 bei etwa 177 bis 302 °C und etwa 9,3 bis 88 bar von dem Dampferzeuger 52 abgezogen wird. Über die Leitung 96 werden
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die vereinigten Dampf ströme bei otwa 177 bis 3o2 °C und etwa 9»3trf.s 88 bar in die Dampfturbine 22 eingeleitet„
Die Dampfturbine 22 ist eine übliche Dampfturbine, wie sie normalerweise zum Antrieb eines Generators zum
Erzeugen von elektrischer Energie verwendet wird. Die Dampfturbine 22 treibt einen üblichen Generator 26 an, der in bekannter ¥eise elektrische Energie erzeugt.
Beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung soll der Dampfstrom in der Leitung 96 für einen Betrieb der Dampfturbine 22 mit etwa 20% ihrer Kapazität ausreichen.
Erfindungsgemäß kann beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung die Dampfturbine 22 zum Erzeugen zusätzlicher
elektrischer Energie unter Verwendung der in der Wärmespeicherstufe 10 gespeicherten ¥ärme mit voller Kapazität oder annähernd voller Kapazität arbeiten. Dies wird
nachstehend ausführlich beschrieben.
In der Dampfturbine 22 werden die Temperatur und der Druck des Dampfes beträchtlich herabgesetzt, so daß der Abdampf der Turbine 22 eine Temperatur von etwa 38 bis 66 °C hat. Dieser Abdampf wird über eine Leitung 98 in
den Kondensator 5k eingeleitet, der ein üblicher Wärmeaustauscher ist und in dem Dampf zu Flüssigkeit kondensiert wird.
Kondensat von etwa 38 bis 66 C wird über die Leitung 100 von dem Kondensator 5^ abgezogen und von einer Pumpe 56 in einen üblichen Entgaser 62 gefördert,,
Beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung wird das den Entgaser 62 verlassende Wasser zwei Stellen zugeleitet} und zwar dem Speisewasservorwärmer 20 und dem Dampferzeuger 52<
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Zu diesem Zweck wird das Ventil 66 geschlossen. Das entlaste Wasser wird bei etwa 110 bis 1^9 °C über die Leitung 102 von dem Entgaser 62 abgezogen und zum Teil in den Speisewasservorwärmer 20 eingeleitet und zum Teil von der Leitung 102 abgezweigt und über die Leitung 104 in den Dampferzeuger 52 eingeleitet, in dem das liassor zur Dampferzeugung zwischenorhitzt wird.
Der vorstehend beschriebene Betrieb mit
Speicherung von Wärme und Erzeugung von elektrischer Energie zur Grundbedarfsdeckung wird fortgesetzt, bis zur Spitzenbodarfsdeckung eine Erzeugung zusätzlicher elektrischer !Energie und eine entsprechende Dampferzeugung erwünscht ist.
Beim Botrieb zur Spitzenbedarfsdeckung kann die in der ¥ärmespeicherzone 10 gespeicherte Wärme zum Erzeugen von Dampf und dieser zum Erzeugen von zusätzlicher elektrischer Energie verwendet werden. Dabei ist es zweckmäßig, das von dem Gaserhitzer 16 über die Leitung abgezogene Gas über das offene Ventil 36 und die Leitung 108 in die Leitung 80 einzuleiten und in dieser mit den Gasen zu vereinigen, die mittels des Umwälzverdichters 30 durch den Dampferzeuger kZ und die Wärmespeicherstufe 10 umgewälzt werden. Das auf diese ¥eise erhaltene Wärmeaustausch-Mischgas dient zur Entnahme von gespeicherter Wärme aus der Wärmestufe 10.
Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung sind die Ventile 36 und 3k offen und ist das Ventil 32 geschlossen, so daß Wärmeaustausch-Mischgas über die Leitung 80 in die Wärmespeieherstufe 10 eingeleitet und in der Wärmespeichereinheit Ik einem indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmespeichermedium unterworfen wird. Dabei wird das Wärmeaustausch-Mischgas auf etwa 232 bis k^k °C erhitzt und das
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Wärmespeichermedium auf eine Temperatur von etwa 232 bis 482 C abgekühlt, bei der das Wärmespeichermedium fest ist« TJm die Gefahr einer Beschädigung der Wärmespeichereinheit beim Erstarren des Wärmespeichermediums möglichst zu vermeiden, wird das Wärmeaustausch-Mischgas in den unteren Teil 17 der Wärmespeiehereinheit 14 eingeleitet j, wie dies vorstehend besprochen worden ist β
Die beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung von dem Wärmeaustausch-Mischgas der WärmeSpeicherstufe 10 entnommene Wärme wird zum Erzeugen von Dampf verwendet;, der zum Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie verwedent werden kann, Zu diesem Zweck sind beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung das der Leitung 110 zugeordnete Ventil 3^ und das der Leitung 82 zugeordnete Ventil 40 offen» Mittels des Umwälzverdichters 30 wird das Wärme·= austausch-Mischgas über die Leitungen 78 und 110 bei etwa 232 bis 454 C von der Wärmespeicherstufe 10 abgezogene Der Umwälzverdichter 30 ist ein üblicher Ventilator, der den Druck des Wärmeaustausch-Mischgases erhöhte
Die von dem Wärmeaustausch-Mischgas der Wärmespeicherstufe 10 entnommene Wärme wird zum Erzeugen eines Teils des beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung benötigten Dampfes verwendeto Der Umwälzverdichter 30 gibt über die Leitung 112 heißes Wärmeaustausch=Mischgas bei etwa 232 bis 454 °C an den Dampferzeuger 42 ab, in dem das Wärmeaustausch-Mischgas einem indirekten Wärmeaustausch mit Wasser unterworfen wird9 das in den Dampferzeuger 42 über die Leitung 114 bei etwa 110 bis 149 °C eingeleitet wird. Der Dampferzeuger 42 ist ein üblicher Wärmeaustauscher, beispielsweise ein bekannter Rohrbündel-Wärmeaustauschere
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Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung ist ferner das Ventil 66 offen, über das ein Teil des von dem Entgaser 62 über die Leitung 102 abgezogenen Wassers abgezweigt und über die Leitung 114 dem Dampferzeuger zugeführt wird. Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung kann für einen optimalen Betrieb zusätzliches Wasser benötigt werden, das einem dem Entgaser 62 zugeordneten, nicht gezeigten Vorratsbehälter entnommen werden kann.
Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung wird durch indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeaustausch-Mischgas und dem Wasser in dem Dampferzeuger 42 Dampf von etwa 177 bis 274 °C und etwa 9,3 bis 88 bar erzeugt und zum Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie verwendet.
Das den Dampferzeuger 42 verlassende Wärmeaustausch-Mi schgas enthält noch genügend Wärme zum Erzeugen von Dampf für die Dampfturbine 22« Daher ist beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung das Ventil 40 offen, so daß von dem den Dampferzeuger 42 bei etwa 204 bis 316 C verlassenden und über die Leitung 80 zu der Wärmeaustauschstufe 10 zurückgeführten Wärmeaustausch-Mischgas ein Teil zu dem Dampfkessel 18 abgezeigt wird.
In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird der Dampfkessel 18 von dem Dampferzeuger 42 mit Wärmeaustausch-Mischgas gespeist. Man kann den Dampfkessel 18 aber auch mit Gas von dem Gaserhitzsr 16 speisen. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird dem Dampfkessel Wärmeaustauschgas direkt von dem Gaserhitzer 16 zugeführt. In dieser Fig. 3 sind gleiche Leitungen mit gleichen Bezugsziffern versehen. In der Anordnung gemäß Fig. 3
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wird ein Teil des über die Leitung 78 von dem Gasorhitzer 16 abgezogenen Wärmeaustauschgases über die Leitung 108 abgezweigt und über die Leitung 82 in den Dampfkessel 18 eingeleitete In dieser Ausfülirungsform wird das den Dampferzeuger k2 verlassende Wärmeaustauschgas im wesentlichen vollständig über die Leitung 80 der ¥ärmespeicherstufe 10 zugeführt, dabei ist der Gasstrom in dem zwischen den Leitungen 80 und 108 angeordneten Stück der Leitung 82 vernachlässigbar klein,, In der Ausführungsform gemäß Figo 3 kann beim Betrieb zur Grund- und Spitzenbedarfsdeckung Wärmeaustauschgas von dem Gaserhitzer 16 direkt in den Dampfkessel 18 eingeleitet werden^ do h. , das Wärme aus tauschgas kann an der Wärme-= speicherstufe 10 vorbeigeführt werden, wenn in diese kein Gas eingeleitet werden sollo
Eine weitere Anordnung zum Zuführen von Wärme— austauschgas zu dem Dampfkessel ist in Figo k gezeigt» Hier wird Wärmeaustauschgas von dem Gaserhitzer 16 über die Leitung 108 in die Leitung 82 eingeleitet und in dieser mit dem von dem Dampferzeuger kZ kommenden Wärmeaustauschgas gemischt,, Dieses Mischgas wird dann zum Teil abgezweigt und über die Leitung 82 dem Dampfkessel 18 zugeführt.
In beiden vorstehend beschriebenen Anordnungen zum Zuführen von Wärmeaustauschgas zu dem Dampfkessel tritt beim Betrieb zur Grund- und Spitzenbedarfsdeckung vorzugsweise annähernd der gleiche Strom des Wärmeaustauschgases durch den Dampfkessel 18„ Zu diesem Zweck kann man den Förderdruck des Umwälzverdichters 28 entsprechend steuern. Man kann aber zur Steuerung des Stroms des dem Dampfkessel 18 zugeführten Wärmeaustauschgases auch nicht
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gezeigte, übliche Ventile verwenden.
Tn der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird der nicht zu dem Dampfkessel 18 abgezweigte Teil des Wärmeaustauschgases über die Leitung 80 in die Wärmespeicherstufe 10 eingeleitet und in dieser durch die Wärmespeichereinheit "\k geführt, um dieser zusätzliche gespeicherte Wärme zu entnehmen.
In dem Dampfkessel 18 wird das ihm über die Leitung 82 zugeführte Wärmeaustausch-Mischgas einem indirekten Wärmeaustausch mit Wasser unterworfen, das dem Dampfkessel 18 über die Leitung Sk bei etwa 177 bis 302 C zugeführt wird. Der in dem Dampfkessel 18 erzeugte Dampf wird über die Leitung 86 bei etwa 177 bis 302 °C und etwa 9,3 bis 88 bar von dem Dampfkessel 18 der Dampfturbine 22 zugeführt, die zum Erzeugen von elektrischer Energie dient.
Das abgekühlte Wärmeaustausch-Mischgas wird über die Leitung 88 bei etwa 204 bis 288 °C von dem Dampfkessel 18 dem Speisewasservorwärmer 20 zugeführt und in diesem einem indirekten Wärmeaustausch mit Wasser unterworfen, das von einer nachstehend beschriebenen Quelle kommt und dem Speisewasservorwärmer 20 über die Leitung 102 bei etwa 110 bis 1^9 °C zugeführt wird.
Das erhitzte Wasser wird über die Leitung 8h bei etwa 177 bis 302 °C von dem Speisewasservorwärmer 20 dem Dampfkessel 18 zugeführt und in diesem durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmeaustausch-Mischgas verdampft, wie dies vorstehend beschrieben wurde.
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Durch den indirekten Wärmeaustausch mit dem Wasser in dem Speisewasservorwärmer 20 wird das Wärmeaustausch-Mischgas auf etwa 177 bis 204 °C abgekühlt und bei dieser Temperatur über die Leitung- 90 von dem Speisewasservorwärmer 20 dem Umwälzverdichter 28 zugeführt. Von diesem wird das Wärmeaustausch-Mischgas über die Leitung 7h bei etwa 1$)1 bis 20h °C dem Gaserhitzer 16 zugeführt. In dem Gaserhitzer 16 wird das Wärmeaustausch-Mischgas durch indirekten Wärmeaustausch mit Abgasen der Gasturbine 12 erhitzt. Diese Abgase treten über die Leitung 72 bei etwa 510 bis 621 °C in den Gaserhitzer 16 ein.
Die Abgase werden über die Leitung 76 bei etwa 218 bis 316 C von dom Gaserhitzer 16 abgezogen und über den Sc-hornstein 60 in die Atmosphäre abgegeben.
Das erhitzte Wärmeaustausch—Mischgas wird über die Leitung 78 bei etwa 260 bis 538 C von dem Gaserhitzer 16 zu dei" Wärmespeicherzone 10 zurückgeführt, in dem das Gasgemisch erneut einem indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmespeichermittel unterworfen wird«
Vorstehend wurde schon erwähnt, daß es in Anlagen mit mehr als einer Wärmespeichereinheit beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung zweckmäßig ist, das Wärmeaustausch-Mischgas gleichzeitig durch alle Wärmespeichereinheiten zu führen, damit die Wärmeentnahmeleistung größer ist als die Wärmespeicherlei stung«,
Zum gleichzeitigen Zuführen des Wärmeaustauschgases zu den unteren Teilen aller Wärmespeichereinheiten werden die allen Wärmespeichereinheiten zugeordneten Ventile, die den Ventilen 3^» 36 und hO in Figo 1 entsprechen, geöffnet und die dem Ventil 32 entsprechenden
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Ventile geschlossen.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 werden
daher die Ventile 32A und 32B geschlossen und die Ventile 34a, 3^B, 36A, 36B, 40A und 40B geöffnet, so daß das Wärmeaustauschgas von der Leitung 78 über die Leitungen 78A, 78B, 108A und 108B den unteren Teilen I7A und I7B der Wärmespeichereinheiten 14A bzw. 14B zugeführt wird. Da die Ventile 32A und 32B geschlossen sind, kann das Warmeaustauschgas nicht in die oberen Teile I5A und 15B der Wärmespeichereinheiten gelangen. Das den über die Leitungen 78A, 78B, 108A und 108B den unteren Teilen I7A und I7B der Wärmespeichereinheiten zugeführte und in diesen aufwärt sströmende Wärmeaustauschgas wird einem indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmespeichermittel unterworfen und wird danach von den Wärmespeichereinheiten über die Leitungen 78A und 78B abgezogen und über die Leitungen 110, 110A und 110B dem Umwälzverdichter 30 zugeführt. Von diesem wird das Wärmeaustauschgas über die Leitungen 112A und 112B abgezogen und dann in den Dampferzeugern 42A und 42B zur Dampferzeugung verwendet. Das von dem Dampferzeugern über die Leitungen 82A und 82B abgezogene Wärmeaustauschgas wird mit dem von den Leitungen 108A und 108B kommenden Wärmeaustauschgas vermischt. Das auf diese Weise gebildete Wärmeaustausch-Mischgas wird über die Leitungen 8OA und 8OB in die unteren Teile 17A und 17B der Wärmespeichereinheiten eingeleitet. Ein Teil des Mischgases wird über die Leitung 80 zu dem Dampfkessel 18 abgezweigt. Das den Wärmespeichereinheiten zugeführte und in ihnen aufwärtsströmende Wärmeaustauschgas wird einem indirekten Wärmeaustausch mit dem Wärmespeichermedium unterworfen, dem dadurch zusätzliche gespeicherte Wärme entnommen wird. Während der ganzen Dauer des Betriebes zur Spitzenbedarfsdeckung wird das Wärmeaustauschgas in
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der vorstehend beschriebenen ¥eise durch die Yärmespeichereinheiten hindurchgeführt.
Es wurde vorstehend schon erwähnt, daß es in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zweckmäßig ist, beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung den in dem Dampferzeuger k2 erzeugten und von ihm über die Leitung 120 abgezogenen Dampf zum Erzeugen von zusätzlicher elektrischer Energie zu verwenden. Dabei wird Dampf von dem Dampferzeuger über die Leitung 102 abgezogen. Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung wird auch der in dem Dampfkessel 18 und dem Dampferzeuger 52 erzeugte Dampf zum Erzeugen von elektrischer Energie verwendet.
Man erkennt in Fig. 1, daß der in dem Dampferzeuger k2 erzeugte Dampf von etwa 177 bis 302 C von dem Dampferzeuger k2 über die Leitung 120 und das jetzt offene Ventil 6^ abgezogen und in die Leitung 9^ eingeleitet und in dieser mit dem Dampf vereinigt wird, der über die Leitung 86 aus dem Dampfkessel 18 austritt. In der von dem Dampferzeuger k2 und dem Dampfkessel 18 gespeisten Leitung Sk wird Mischdampf von etwa 177 bis 302 °C erhalten, der an die Leitung 96 abgegeben und in dieser mit Dampf von etwa 177 "bis 302 °C vereinigt wird, der über die Leitung 92 aus dem Dampferzeuger 52 austritt. Mit dem Mischdampf in der von dem Dampferzeuger k2f dem Dampfkessel 18 und dem Dampferzeuger 52 gespeisten Leitung 96 wird die Dampfturbine 22 beaufschlagt.
Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung wird somit die Dampfturbine 22 zusätzlich mit in dem Dampferzeuger k2 erzeugtem Dampf beaufschlagt, so daß dann der von der Dampfturbine 22 angetriebene Generator 26 mit höherer
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Kapazität, zweckmäßig mit voller oder fast voller Kapazität arbeiten und zusätzliche elektrische Energie erzeugen kann. Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung wird mittels des Wärmeaustauschgases in dem Dampferzeuger und dem Dampfkessel 18 so viel Dampf erzeugt, daß die Gesamtausgangsleistung der Anlage um etwa JO-6o¥o höher ist als beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung.
Der Abdampf der Dampfturbine 22 wird von dieser über die Leitung 98 bei etwa 38 bis 66 C abgezogen und in den Kondensator 54 geleitet. Mittels der Pumpe 56 wird über die Leitung 100 bei etwa 38 bis 66 C von dem Kondensator 54 abgezogen und zu dem Entgaser 62 gefördert. Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung wird das von dem Entgaser 62 abgezogene Wasser dem Dampferzeuger 52, dem Speisewasservorwärmer 20 und dem Dampferzeuger 42 zugeführt. Zu diesem Zweck wird entgastes Wasser über die Leitung 102 bei etwa 114 bis 149 °C von dem Entgaser 62 abgezogen und dem Speisewasservorwärmer 20 zugeführt. Von der Leitung 102 wird ein Teil des Wassers über die Leitung 104 in den Dampferzeuger 52 und ein anderer Teil des Wassers über die Leitung 114 in den Dampferzeuger abgezweigt und zur Dampferzeugung zwischenerhitzt.
Nachstehend werden Betriebsgrößen für die Ausführungsform nach Fig. 1 beispielsweise angegeben. In einer Kohlevergasungsanlage wird ein Brenngas von 32 °C und etwa 14,8 bar erzeugt. 1220 Nnr/min. dieses Brenngases werden über die Leitung 68 in den Brennraum der Gasturbine 12 eingeleitet und dort mit 86OOOO kg/h Verbrennungsluft von 32 C und 11,4 bar umgesetzt, die der Gasturbine 12 über die Leitung 70 zugeführt wird.
Mit dem durch die Umsetzung des Brenngases und
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der Verbrennungsluft erzeugten Verbrennungsgas werden die Laiif schaufeln der Gasturbine 12 beaufschlagt, die den Generator 24 antreibt, der elektrische Energie mit einer Leistung von 70 000 IcW erzeugt.
910 000 kg/h Abgase von 579 °C und 1,04 bar werden über die Leitung 72 von der Gasturbine 12 dem Gaserhitzer 16 zugeführt, in dem sie die durch den Gaserhitzer umgewälzte Luft erhitzen.
Beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung wird der Gaserhitzer 16 übor die Leitung 74 mit 1 000 000 kg/h Luft von 204 °C und 1,28 bar beschickt.
910 000 kg/h Abgase von etwa 266 °C und 1,04 bar werden von dem Gaserhitzer 16 abgezogen und über den Schornstein 60 in die Atmosphäre abgegeben.
1 000 000 kg/h erhitzte Luft von 488 °C und 1,21 bar werden über die Leitung 78 von dem Gaserhitzer 16 der Wärmespeieherstufe 10 zugeführt. Bei diesem Betrieb zur Grundbedarfsdeckung ist das Ventil 32 offen und sind die Ventile Jk und 36 geschlossen, so daß von der über die Leitung 78 in die Wärmespeicherstufe 10 zugeführten Luft kein Teil abgezweigt wird.
Die der Wärmespeicherstufe 10 zugeführte,
erhitzte Luft wird in den oberen Teil 15 der Wärmespeicher= einheit 14 eingeleitet und in diesem einem indirekten Wärmetausch. mit festem Natriumhydroxid unterworfene Dadurch wird das Natriumhydroxid auf 329 °C erhitzt und infolgedessen schmelzflüssig,, Bei dieser Betriebsart ist das Ventil 40 geschlossen, so daß 1 000 000 kg/h in der
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Wärmespeichereinheit 14 abgekühlte Luft von 3I6 °C νονό. 1,10 bar über die Leitung 80 von der Wärmespeicherstufe 10 abgezogen und dem Dampfkessel 18 zugeführt werden kann.
Die von der Wärmespeicherstufe 10 abgezogene Luft enthält noch so viel Wärme, daß sie in dem Dampfkessel 18 zur Dampferzeugung verwendet werden kann. 69 000 kg/h Wasser von 258 C werden über die Leitung in den Dampfkessel 18 eingeleitet und in diesem so lange eingem indirekten Wärmeaustausch mit der dem Dampfkessel zugeführten Luft unterworfen, daß Dampf erzeugt wird, der in einer Menge von 69 000 kg/h bei 258 °C und 45,5 bar über die Leitung 86 von dem Dampfkessel 18 abgezogen und über die Leitungen 86, 94 und 96 der Dampfturbine zugeführt und in dieser zum Erzeugen elektrischer Energie verwendet wird.
1 000 000 kg/h gekühlte Luft von 282 °C und 1,14 bar werden über die Leitung 88 von dem Dampfkessel 18 dem Speisewasservorwärmer 20 zugeführt und in diesem zum Erhitzen von 69 000 kg/h Wasser verwendet, das bei 116 °C über die Leitung 102 von dem Entgaser 62 dem Speisewasservorwärmer 20 zugeführt und in diesem auf 258 0C erhitzt wird.
69 000 kg/h Wasser von 258 °C werden über die Leitung 84 von dem Speisewasservorwärmer 20 dem Dampfkessel 18 zugeführt.
1 000 000 kg/h gekühlte Luft von 177 °C und 1,10 bar werden über die Leitung 90 von dem Speisewasservorwärmer 20 dem Umwälzverdichter 28 zugeführt, in diesem auf etwa 1,31 bar verdichtet und danach zu dem Gaserhitzer
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16 zurückgeführt, in dem die Luft durch die Abgase erneut erhitzt wird, wie dies vorstehend erläutert -wurde.
Beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung wird der in dem Dampfkessel 18 und dem Dampferzeuger 52 erzeugte Dampf zum Erzeugen elektrischer Energie verwendet. Über die Leitungen 86 und 94 wird Dampf von dem Dampfkessel 18 der Leitung 96 zugeführt und in dieser mit dem über die Leitung 92 von dem Dampferzeuger 52 kommenden Dampf vereinigt. Der Dampferzeuger 52 gibt 25 000 kg/h Dampf von 258 °C und 45,5 bar ab. 94 Ooo kg/h Mischdampf von 258 C und 45,5 bar werden von der Leitung 96 an die Dampfturbine 22 abgegeben, die daher beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung nur mit 20^ ihrer Kapazität arbeitet, so daß der von der Dampfturbine 22 angetriebene Generator 26 beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung mit einer Ausgangsleistung von etwa 10 000 kW arbeitet.
94 000 kg/h Abdampf von 46 °C und 1,10 bar
werden von der Dampfturbine 22 dem Kondensator 54 zugeführt, von dem 94 000 kg/h Kondensat von 46 C über die Leitung 100 abgezogen und von der Pumpe 56 in den Entgaser gefördert werden, in dem gelöste Gase aus dem Wasser entfernt werdeno
Entgastes Wasser von Ho 0C wird von dem Entgaser 62 über die Leitung 102 abgezogen, von der 25 000 kg/h Wasser von 116 0C über die Leitung 104 abgezweigt und in den Dampferzeuger 52 gepumpt werden. 69 000 kg/h entgastes Wasser werden über die Leitung 102 dem Speisewasservorwärmer 20 zugeführt.
Wenn beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung zum Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie mehr
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Dampf benötigt wird, arbeitet die Anlage nach einer zweiten Betriebsart, in der die von dem Gaserhitzer 16 über die Leitung 78 abgezogene Luft über das offene Ventil 36 und die Leitung 108 der Leitung 80 zugeführt und dort mit der Luft vermischt wird, die von dem Umwälzverdichter 30 durch den Dampferzeuger 42 und die ¥ärmespeicherstufe 10 umgewälzt wird. Auf diese ¥eise wird Mischluft erhalten.
Die Mischluft wird der Wärmespeicherstufe 10 zugeführt, in den unteren Teil 17 der Wärmespeichereinheit 14 eingeleitet und in dieser einem indirekten Wärmeaustausch mit dem schmelzflüssigen Natriumhydroxid unterworfen, das dadurch auf eine Temperatur von 321 C abgekühlt wird und dabei aus dem flüssigen in den festen Zustand übergeht.
Bei diesem Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung sind die Ventile 34 und 40 offen, so daß 4 26O 000 kg/h erhitzte Mischluft von 3I6 °C und 1,10 bar über die Leitung 78 von der Wärmespeicherstufe 10 abgezogen und über die Leitung 110 dem Umwälzverdichter 30 zugeführt werden. Das Luftgemisch wird über die Leitung 112 bei 316 °C und 1,17 bar von dem Umwälzverdichter 30 dem Dampferzeuger 42 zugeführt und in diesem zur Dampferzeugung verwendet. I63 000 kg/h Wasser von II6 °C werden über die Leitung 114 in den Dampferzeuger 42 eingeleitet und in diesem so lange einem indirekten Wärmeaustausch mit der Mischluft unterworfen, daß Dampf erzeugt wird. I63 kg/h Dampf von 258 °C und 45,5 bar werden über die Leitung 120 und das offene Ventil 64 von dem Dampferzeuger 42 der Dampfturbine 22 zugeführt und in dieser zum Erzeugen von elektrischer Energie verwendet.
Zum Zuführen von Wasser von dem Entgaser 62
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zu dem Dampferzeuger 42 wird das Ventil 66 geöffnet. Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung zum Erzeugen von zusätzlichem Dampf benötigtes, zusätzliches Wasser kann man einem nicht gezeigten Vorratsbehälter entnehmen, der dem Entgaser 62 zugeordnet ist.
Die von dem Dampferzeuger 42 abgezogene Mischluft wird zum Teil durch die Wärmespeicherstufe 10 umgewälzt, um dieser zusätzliche gespeicherte Wärme zu entnehmen, und zum Teil über die Leitung 82 zu dem Dampfkessel 18 abgezweigt und in diesem zum Erzeugen von zusätzlichem Dampf verwendet. Zu diesem Zweck wird das Ventil 40 geöffnet. Von der den Dampferzeuger 42 über die Leitung 82 verlassenden Mischluft von 285 °C werden 3 2.60 000 kg/h über die Leitung 80 zu der Wärmespeicherstufe 10 zurückgeführt und 1 000 000 kg/h über die Leitung 82 zu dem Dampfkessel 18 abgezweigt«, In diesem wird die Mischluft einem indirekten Wärmeaustausch mit 69 000 kg/h Wasser von 258 °C unterworfen, das dem Dampfkessel 18 über die Leitung 84 zugeführt wird,, Durch diesen indirekten Wärmeaustausch werden 69 000 kg/h Dampf von 258 °C und 45,5 bar erzeugt, die über die Leitung 86 von dem Dampfkessel 18 der Dampfturbine 22 zugeführt und in dieser zum Erzeugen von elektrischer Energie verwendet werden.
1 000 000 kg/h gekühlte Mischluft von
282 °C und I910 bar werden über die Leitung 88 von dem Dampfkessel 18 dem Speisewasservorwärmer 20 zugeführt und in diesem zum Erhitzen von 69 000 kg/h Wasser von 116 °C verwendet, das über die Leitung 102 von dem Entgaser 62 dem Speisewasservorwärmer 20 zugeführt wird,,
69 000 kg/h in dem Speisewasservorwärmer 20 erhitztes Wasser von 258 °C werden über die Leitung 84
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dem Dampfkessel 18 zugeführt.
1 000 000 kg/h gekühlte Mischluft von 177 C und 1,07 bar worden über die Leitung 90 von dem Speisewasservorwärmer 20 zu dem Umwälzverdichter 28 geführt und in diesem auf 1,28 bar verdichtet. Die verdichtete Mischluft wird dem Gaserhitzer 16 zugeführt und in diesem durch indirekten ¥ärmeaustausch mit 910 000 kg/h Abgasen von 579 0C und 1,04 bar erhitzt, die dem Gaserhitzer 16 über die Leitung 72 zugeführt werden. 1 000 000 kg/h erhitzte Mischluft von 488 °C und 1,24 bar werden von dem Gaserhitzer 16 der Wärmespeicherzone 10 zugeführt und in dieser durch das Natriumhydroxid weiter erhitzt, wie dies vorstehend erläutert wurde.
.Zum Erhitzen der Mischluft in dem Gaserhitzer 16 werden die Abgase der Gasturbine 12 verwendet. Bei diesem Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung werden 1220 Nm /min. in einer Kohlevergasungsanlage erzeugtes Brenngas von 32 C und I3»8 bar über die Leitung 68 in die Gasturbine 12 eingeleitet und in dieser mit 86O 000 kg/h Verbrennungsluft von 32 C und 10,4 bar umgesetzt, die der Gasturbine 12 über die Leitung 70 zugeführt werden.
Mit dem durch die Umsetzung des Brenngases mit der Verbrennungsluft erzeugten Verbrennungsgas werden die Laufschaufeln der Gasturbine 12 beaufschlagt, so daß der von ihr angetriebene Generator 24 elektrische Energie mit einer Ausgangsleistung von 70 000 k¥ erzeugt.
910 000 kg/h Abgase von 579 °C und 1,04 bar werden von der Gasturbine 12 dem Gaserhitzer 16 zugeführt
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und in diesem zum Erhitzen der Mischluft verwendet, wie vorstehend beschrieben wurde.
910 000 kg/h Abgase von 256 °C und 1,04 bar werden von dem Gaserhitzer über die Leitung 76 abgezogen und über den Schornstein 60 in die Atmosphäre abgegeben.
Beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung wird der in dem Dampfkessel 18, dem Dampferzeuger 42 und dem Dampferzeuger 52 erzeugte Dampf zum Erzeugen elektrischer Energie verwendet. Der über die Leitung 86 von dem Dampfkessel 18 abgezogene Dampf wird in der Leitung 94 mit dem Dampf vereinigt, der über die Leitung 120 von dem Dampferzeuger 42 abgezogen wird. Von der von dem Dampfkessel 18 und dem Dampferzeuger 42 gespeisten Leitung werden 232 000 kg/h Mischdampf von 258 °C und 45,5 bar in die Leitung 96 eingeleitet und in dieser mit 25 000 kg/h Dampf von 258 °C und 45»5 bar vereinigt, der über die Leitung 92 von dem Dampferzeuger 52 abgezogen wird. 257 000 kg/h Mischdampf von 258 °C und 45,5 bar werden von der Leitung 96 an die Dampfturbine 22 abgegeben, die daher beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung mit voller oder annähernd voller Kapazität arbeitet. Infolgedessen arbeitet der von der Dampfturbine 22 angetriebene Generator 26 beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung mit einer Ausgangsleistung von 40 000 kW.
257 000 kg/h Abdampf von 46 °C und 1,10 bar werden von der Dampfturbine 22 dem Kondensator 54 zugeführt, von dem 257 000 kg/h Kondensat von 46 C über die Leitung 100 abgezogen und von der Pumpe 56 in den Entgaser 62 gefördert werden, in dem gelöste Gase aus dem Wasser entfernt und von dem 257 000 kg/h entgastes Wasser von Ho °C abgezogen werden. Davon werden 69 000 kg/h
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entgastes Wasser von 116 C dem Speisewasservorwärmer über die Leitung 102 zugeführt, von der 25 000 kg/h
entgastes Wasser von 116 C über die Leitung 104 zu dem Dampferzeuger 52 und I63 OOO kg/h entgastes Wasser von 116 C über die Leitung 114 zu dem Dampferzeuger 42 abgezweigt werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe der Erzeugung von zusätzlicher elektrischer Energie zur Spitzenbedarfsdeckung kann im Rahmen des Erfindungsgedankens auch auf andere Weise als in den Ausführungsbeispielen gelöst werden, an Hand deren die Erfindung •vorstehend erläutert wurdeo
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Claims (14)

  1. 8 O b 6
    Patentansprüche s
    Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie, in dem durch Vergasen von Kohle erzeugte Brenngase verbrannt und die dadurch erzeugten Verbrennungsgase in einer iinorgieuinwandlungsstufe zum Erzeugen von elektrischer Energie zur Grund- und Spitzenbedarfsdeclcung verwendet und von der Energieumwandlungsstufe heiße Abgase abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet s daß den heißen Abgasen ¥ärme entnommen und beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung zum Erzeugen zusätzlicher elektrischer Energie verwendet wird, wobei
    (a) ein Wärmeaustauschgas im Wärmeaustausch mit den heißen Abgasen diesem Wärme entnimmt und dadurch erhitzt wird9
    (b) das erhitzte ¥ärmeaustauschgas in eine Wärmespeicherstufe eingeleitet und in dieser beim Betrieb zur Grundbedarfsdeckung ein Teil des Wärmeinhalts des erhitzten "Wärmeaustauschgases für die Verwendung beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung gespeichert wirdy
    (c) das Wärmeaustauschgas nach dem Durchtritt durch die liäraesoeichorstufe einer ersten Dampfer·= zeugungsstufe zugeführt und in dieser dem heißen Warmeaustauschgases Wärme entnommen und zum Erzeugen von Dampf für die Erzeugung von elektrischer Energie zur Grundbedarfsdeckung verwendet wird j
    (d) beim Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung das im Schritt (a) erhaltende, erhitzte Wärmeaustauschgas mit zusätzlichem Wärmeaustauschgas gemischt wird?
    - 3h -
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    (ο) das so erhaltene Mischrras in die Wärmespeicherstufe eingeleitet und in dieser durch Entnahme von in ihr gespeicherter Wärme erhitzt wird,
    (f) das erhitzte Mischgas nach dem Durchtritt durch die Wärmespeicherstufe einer zweiten Dampferzeugungsstufe zugeführt und in dieser dem Mischgas Wärme entnommen und zum Erzeugen von Dampf für die Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie zur Spitzenbedarfsdeckung vertuend e t wird,
    (g) ein Teil des Mischgases nach dem Durchtritt durch die zweite Damprerzeugungsstufe in die Wärmespeieherstufe zurückgeführt und durch Entnahme von in ihr gespeicherter Wärme erhitzt wird,
    (h) das übrige Mischgas nach dem Durchtritt durch die zweite Dampferzeugungsstufe der ersten Dampferzeugungsstufe zugeführt und in ihr zum Erzeugen von Dampf für die Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird,
    (i) das durch, die erste Dampferzeugungsstufe getretene Mischgas mit Hilfe der Abgase erhitzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Luft, Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Kohlendioxid oder ein sauerstoffarmes Verbrennungsprodukt von Kohlenwasserstoffen als Wärmeaustauschgas verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Luft als Wärmeaustauschgas verwendet wird.
    - 35 -
    809838/0668
    ' 9
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet daß in der Wärmespeicherstufe ein Wärmcspeichermedium in mindestens einer Wärmespeiehereinheit verwendet wird«
  5. r). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeichermedium eine anorganische chemische Verbindung verwendet wird, die dm Betrieb zur Grundbedarfsdeckung aus dem festen in den flüssigen Zustand und im Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung aus dem flüssigen in den festen Zustand überführt wird»
  6. 6ο Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet 9 daß ein Alkalimetallhydroxid als Wärmespeichermedium verwendet wird»
  7. 7ο Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet} daß Natriumhydroxid als Wärmespoichermodium verwendet wi r d ο
  8. Verfaliren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erhitzte Wärmeaustauschgas im Schritt (b) in den oberen Teil der Wärmespeichereinheit eingeleitet wirdo
  9. ο Vorfahren nach Anspruch 49 dadurch gekennzeichnet9 daß das Mischgas im Schritt (e) in den unteren Teil der Vvärmespeichereinheit eingeleitet wird,
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß in der Värmespeicherstufe ein Wärmespeichermedium in mehreren Wärmespeichereinheiten verwendet wird,,
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschgas im Schritt (b) jeweils nur in eine
    - 36 -
    i09838/066§
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    der Wärmespeichereinheiten eingeleitet wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgas im Schritt (e) in alle Wärmespeichereinheiten gleichzeitig eingeleitet wird.
  13. 13· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb zur Spitzenbedarfsdeckung so viel mehr Dampf erzeugt wird, daß die elektrische Ausgangsleistung um etwa 3O-6O^ höher ist als im Betrieb zur Grundbedarfsdeckung.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Schritt (g) in die Wärmespeicherstufe zurückzuführende Teil des Mischgases im Gemisch mit dem im Schritt (i) erhitzten Mischgas in die Wärmespeicherstufe eingeleitet wird.
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