DE2852064A1 - Kraftwerksanlage mit tiefsiedendem medium - Google Patents

Kraftwerksanlage mit tiefsiedendem medium

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DE2852064A1 DE19782852064 DE2852064A DE2852064A1 DE 2852064 A1 DE2852064 A1 DE 2852064A1 DE 19782852064 DE19782852064 DE 19782852064 DE 2852064 A DE2852064 A DE 2852064A DE 2852064 A1 DE2852064 A1 DE 2852064A1
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Description

-H-
HiTACHI, LTD., Tokyo, Japan
Kraftwerksanlage mit tiefsiedendem Medium
Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage mit tiefsiedendem Medium und insbesondere eine kompakte Kraftwerksanlage, wie sie im folgenden beschrieben werden wird, bei der Wärmetauscher eine Turbine, einen Generator und andere Ausrüstungstexle einstückigen oder einteiligen Aufbau besitzen.
Beim Aufbau herkömmlicher Kraftwerksanlagen mit tiefsiedendem Medium, im folgenden kurz Tiefsiedemedium-Kraftwerk genannt, war es bisher üblich, einen Wärmentauscher, eine Turbine, einen Generator und andere Ausrüstungsteile als getrennte und voneinander unabhängige Einrichtungen auszubilden und einzubauen. Ein derartiges Kraftwerk enthält im allgemeinen einen Wärmetausch-Abschnitt, um Abgaswärme in das Kraftwerk einzuführen. Aufgrund der Tatsache, daß die Temperatur der Abgaswärme oder Abwärme im allgemeinen niedrig ist, wird daher der Wärmetausch-Abschnitt sehr groß, wodurch es unmöglich wird, eine kompakte Gesamtgröße bei einem Tiefsiedemedium-Kraftwerk zu erreichen. Derartige
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Kraftwerke benützen ein tiefsiedendes Medium, d. h. ein Medium mit niedrigem. Siedepunkt wiey^reon, das ziemlich kostspielig ist. Da das Tiefsiedemedium nach außen lecken kann, ist es notwendig, außerordentliche Vorsorgemaßnahmen beim Aufbau einer Abdichteinrichtung für das Medium durchzuführen und routinemäßig außerordentliche Vorsorgemaßnahmen beim Betrieb des Kraftwerks zu beachten. Aufgrund der technischen und wirtschaftlichen Probleme bei dieser Art von Kraftwerken war eine richtige Verwirklichung bzw. ein richtes Benutzen der Vorteile beim Gebrauch eines derartigen Kraftwerkes dadurch verhindert,, daß es unmöglich war, zufriedenstellende Lösungen dieser Probleme vorzusehen»
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kompaktes Tiefsiedemedium-Krafwerk anzugeben, bei dem Wärmetauseher, eine Turbine, ein;. Generator und andere Äusriistungsteile in einheitlichem oder einteiligem Aufbau vorgesehen sind, wobei eine einfach aufgebaute Abdichteinrichtung zum Abdichten eines Tiefsiedemediums vorgesehen ist.
Die Erfindung; gibt ein Kraftwerk der eingangs genannten Art an, das die folgenden kennzeichnenden Merkmale besitzt. Ein Zwischenwärme- oder -heizmedium mit höherer kritischer Temperatur als das verwendete Tiefsiedemedium ist zwischen der Abwärme und. dem Tiefsiedemedium angeordnet 3 um so den Temperaturbereich des verwendbaren Abgases zu erhöhen. Einrichtungen sind vorgesehen, um ein direktes Lecken . des Tiefsiedemediums in das erhitzte Abgas zu verhindern, um dadurch die Sicherheitsnormen des Kraftwerks zu erhöhen.
Währenddessen wird das Zwischenheizmedium zum Schmieren von Lagern für die Turbine und den Generator verwendet.
Ein direkter Wärmetauscher wird verwendet, um den Wärmetausch zwischen dem Zwischenheizmedium und dem Tiefsiedemedium zu erreichen, um so das Volumen des Wärmetauschers stark zu verringern.
Das Tiefsiedemedium ist nicht vollständig von dem Zwischenheizmedium während des Betriebs des Kraftwerks getrennt durch die Verwendung des Tiefsiedemediums zum Antreiben der Turbine und zum Kühlen des Generators derart, daß ein geringer Anteil des einen Mediums in das andere Medium während des Betriebs des Kraftwerks eintritt. Durch dieses Merkmal kann die Abdichteinrichtung für die Turbine, den Generator,, das Untersetzungsgetriebe und dem Kondensator im Aufbau vereinfacht sein, wodurch es möglich ist, die Ausrüstungsteile des Kraftwerks im Aufbau einteilig oder einheitlich auszuführen.
Aufgrund dieser Merkmale ermöglicht die Erfindung,dafe ein kompaktes Kraftwerk erreichbar ist, durch Aufbauen des Kraftwerks derart, daß ein Heizer zum Heizen des Zwischenhexzmediums durch die Abwärme, der direkte Wärmetauscher zum Erreichen des Wärmetausches zwischen dem Zwischenheizmedium und dem Tiefsiedemedium,die Turbine, der Generator und ein Kondensator in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind.
Die Erfindung gibt ein Tiefsiedemedium-Kraftwerk an, bei dem erhitztes Abgas wie Ofen- oder Feuerungsgas, geothermischer Dampf, usw. als Wärmequelle zum Aufheizen eines
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Zwischenheizmediums mittels eines indirekten Wärmetauschers verwendet wird, wobei das Zwischenheizmedium als Wärmequelle zum Aufheizen eines eine Turbine antreibenden Tiefsiedemediums mittels eines direkten Wärmetauschers verwendet wird. Der indirekte Wärmetauscher und der direkte Wärmetauscher sind in einem einheitlichen Aufbau ausgebildet und in einem abgedichteten Gehäuse zusammen mit einer Turbine, einem Generator und einem Kondensator untergebracht, wodurch eine kompakte Gesamtgröße bei einem Tiefsiedemedium-Kraftwerk erreicht werden kann.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein systematisches Flußschema eines Tiefsiedemedium-Kraftwerks gemäß der Erfindung;
Fig. 2 schematisch in Vorderansicht ein Ausführungsbeispiel des Tiefsiedemedium -Kraftwerks gemäß der Erfindung;
Fig.3 in Aufsicht das Tiefsiedemedium-Kraftwerk gemäß Fig. 2.
Fig. 1 zeigt in einem systematischen Flußschema die Anordnung bzw. den Aufbau des Kraftwerks gemäß der Erfindung. Die Wärme eines erhitzten Abgases 1 wird in das Kraftwerk durch einen Zwischenheizmedium-Heizer 2 eingeführt und über ein Zwisehenheizmedium-System 3 zu einem Tiefsiedemedium übertragen. Insbesondere wird ein Zwischenheizmedium mittels einer Zwischenheizmedium-Pumpe 5 von einem Zwischenheizmedium-Sammler 4 zu einem Zwischenheizmedium-Heizer 2 gefördert, wo das Zwischenheizmedium durch das erhitzte Abgas über Wärmetauschrohre 20 erwärmt oder erhitzt wird. Das so
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erhitzte Zwischenheizraedium wird über ein Einlaßventil 6 eines direkten Wärmetauschers in einen direkten Wärmetauscher eingeführt , wo das Zwischenheizmediumeinero Wärmetausch mit einem Tiefsiedemedium unterliegt. Danach wird das Zwischenheizmedium zum Zwischenheizmedium-Sammler 1J rückgeführt.
Der direkte Wärmetauscher 7 ist ein Wärmetauscher, bei dem das Zwischenheizmedium in direkten Kontakt oder direkte Berührung mit dem Tiefsiedemedium so gebracht wird, daß Wärmetausch zwischen diesen stattfinden kann.
Beim- dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Heizer oder der Wärmetauscher 7 ein natürliches Umwälzsystem und ist auch als Zwischenheizmedium-Sammler H gemäß Fig. 1 verwendbar. Polglich werden beim dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl die Pumpe 5 als auch das Ventil 6 gemäß Fig. 1 nicht verwendet.
Das mit Vollinien dargestellte System ist ein Tiefsiedemedium-System 8. Das Tiefsiedemedium im gasförmigen Zustand, das vom direkten Wärmetauscher 7 abgegeben ist, tritt durch ein Turbinen-Einlaßventil 9 in eine Tiefsiedemedium-Turbine 10 zu deren Betrieb derart, daß die Drehung der Turbine 10 einen Generator 11 über ein Untersetzungsgetriebe 22 antreibt. Das Gas von der Turbine 10 wird über eine Abgasleitung oder Abführleitung 23 abgegeben und in einen Tiefsiedemedium-Kondensator 13 eingeführt, der mittels eines Kühlwassersystems 12 gekühlt wird,das einen
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Kühlwassereinlaß und einen Kühlwasserauslaß 27 besitzt. Das Tiefsiedemedium in Form eines Gases wird im Kondensator 13 kondensiert und das Kondensat wird mittels einer Tiefsiedemedium-Pumpe 14 unter Druck gesetzt und strmt über eine Flüssigkeitsförderleitung 26, die durch einen Zwischenheizmedium-Kühler 15 hindurchtritt, zu Düsen 19,aus denen die Flüssigkeit in atomisierten oder zerstäubten Teilchen-in den direkten Wärmetauscher 7 ausgespritzt oder ausgestoßen wird.
Ein Teil des Zwischenheizmediums, das vom direkten Wärmetauscher 7 abgegeben wird, tritt durch ein Lagerstellen-Ventil 16 und gibt Wärme im Zwischenheizmedium-Kühler ab zum Aufheizen des Tiefsiedemediums. Der Teil des Zwischenheizmediums, dessen Temperatur auf diese Weise auf einen Pegel verringert worden ist, der zur Schmierung der Lager geeignet ist, wird Lagern 17 der Turbine 10 und des Generators 11 zugeführt. Nach Schmieren der Lager kehrt das Zwischenheizmedium zum Zwischenheizmedium-Sammler zurück.
Der Generator 11 wird durch ein Generator-Kühlsystem gekühlt, das an einem Ende mit der Flüssigkeitszufuhrleitung verbunden ist, um das Kondensat abzuführen, das den Generator 11 durch die latente Verdampfungswärme abkühlt und das dann zum Tiefsiedemedium-Kondensator 13 zurückkehrt. Bei dem Flußschema gemäß Fig. 1 ergibt sich, daß das Zwischenheizmedium und das Tiefsiedemedium,die bisher bei herkömmlichen Kraftwerken bzw. Kraftwerksanlagen vollständig voneinander getrennt waren, im direkten Wärmetauscher 7 miteinander vermischt werden und daß die Tiefsiedemedium-Tur—
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bine 10 und der Generator 11 in eine Atmosphäre des Tiefsiedemediums arbeiten, während die Lager durch das Zwischenheizmedium geschmiert werden. Auf diese Weise können die Turbine 10 und der Kondensator 11 in einem Generatorbereich 24 untergebracht werden, der einen begrenzten Raum einnimmt.
Das Medium, das in den Generatorbereich 24 in geringen Mengen leckt, wird durch DampfabSaugöffnungen 25 in den Kondensator 13 geführt, in dem es kondensiert wird. Durch den Betrieb in einer Atmosphäre des Zwischenheizmediums und des Tiefsiedemediums können alle Ausrüstungsteile des Kraftwerks einheitlich aufgebaut werden und in einem Gehäuse untergebracht werden, ohne daß eine komplizierte Einrichtung zum Abdichtender Verbindung zwischen verschiedenen Elementen des Kraftwerks erforderlich wäre, insbesondere der Tiefsiedemedium-Turbine 10,des Generators und des Tiefsiedemedium-Kondensators 13.
Das Zwischenheizmedium kann von der Gruppe gewählt werden, die das Turbinenöl, das abgesetzte Esteröl und das Alkylbenzinöl enthält. Das Tiefsiedemedium kann von der Gruppe gewählt oder abgetrennt werden, das Freora, Toluol und Kühlmittel-85 enthält.
Die Fig.2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispxel der Erfindung, bei dem das Zwischenheizmedium,das in Pfeilrichtung strömt, durch die Wärme des erhitzten Abgases 1 im Zwischenheizmedium-Heizer 2 erhitzt wird. Das Zwischenheizmedium wird einem Wärmetausch mit dem Tiefsiedemedium im direkten .Wärmetauscher 7 unterworfen, um letzteres in den gas-
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förmigen Zustand zu versetzen. Das Kondensat des gasförmigen Tiefsiedemediums wird durch die Düsen 19 in den direkten Wärmetauscher 7 ausgestoßen und darin verdampft. Beim Verdampfen erzeugt das Tiefsiedemedium Blasen, die einen aufwärtsgerichteten Strom des Mediums im Heizer bzw. direkten Wärmetauscher 7 hervorrufen, um so die Umwälzung des Zwischenheizmediums zu fördern. Ein Ausgleichs-Strömungsweg 21 ist oberhalb des Flüssigkeitspegels des Zwischenheizmedium-Heizers 2 vorgesehen, um den Dampf des Zwischenheizmediums, der in den Wärme-Übertragungsrohren 20 erzeugt ist, zu. . sammeln,
Das durch den direkten Wärmetauscher 7 erzeugte gasförmige Tiefsiedemedium wird durch das Turbinen-Einlaßventil 9 der Tiefsiedemedium-Turbine 10 zu deren Drehung zugeführt. Da diese Art einer Turbine eine Hochdrehzahlturbine ist, wird die Drehung der Turbine 10 über das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 22 dem Generator 11 zur Erzeugung von Leistung übertragen. Nach Arbeitsleistung in der Turbine 10 wird das gasförmige Tiefsiedemedium über die Abführleitung 23 dem Tiefsiedemedium-Kondensator 13 zugeführt, in dem das gasförmige Medium kondensiert wird.
Das Kondensat des Tiefsiedemediums, das an der Druckseite der Tiefsiedemedium-Pumpe I1I abgezogen wird, wird über das Generatorkühlsystem 18 dem Generator 11 zugeführt, wo das Kondensat verdampft wird zum Kühlen des Generators 11 durch die latente Verdampfungswärme. Nach Kühlen des Generators 11 wird das verdampfte Medium in den Tiefsiedemedium-Kondensator 13 abgeführt.
Die Schmierung der Tiefsiedemedium-Turbine 10 des Drehzahl-Untersetzungsgetriebes 22 und des Generators
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wird durch einen Teil des Zwischenheizmediums erreicht, das von dem direkten Wärmetauscher 7 abgezogen und durch das Lagerstellen-Ventil 16 dem Zwischenheizmedium-Kühler 15 zugeführt wird, wo das Medium durch das Kondensat des Tiefsiedemediums gekühlt wird und dann auf die verschiedenen Elemente verteilt wird. Nach dem Schmieren wird das Zwischenheizmedium zum direkten Wärmetauscher 7 zurückgeführt. Die Tiefsiedemedium-Turbine 10, das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe 22 und der Generator 11 sind einheitlich in einem Gehäuse untergebracht, das vollständig abgedichtet ist bzw. in einem Zustand ist, bei dem das Lecken auf das äußerste verringert ist. Der Druck im Generatorbereich 24, in dem der Generator 11 und andere Ausrüstungsteile angeordnet sind, ist im wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck, wenn andere Ausrüstungsteile vollständig abgedichtet sind,oder im wesentlichen gleich dem Druck des Dampfes im Tiefsiedemedium-Kondensator 13,falls Dampf von anderen Ausrüstungsteilen in einem gewissen Ausmaß leckt. Falls ein Lecken auftritt, sind die Dampfabsaugöffnungen 25 so ausgebildet, daß der leckende Dampf dem Tiefsiedemedium-Kondensator 13 zuführbar ist zur Kondensation darin mittels des durch den Kühlwasser-Eintritt und -Auslaß 27 strömenden Kühlwassers.
DasiKondensat wird durch die Tiefsiedemedium-Pumpe lH über die Plüssigkeitszuführleitung 26 dem direkten Wärmetauscher 7 zugeführt.
Fig.3 zeigt das Kraftwerk in Richtung des Pfeils IH in Fig. 2. Die relativen Lagen der verschiedenen Elemente des Kraftwerks, das anhand von Fig. 1 erläutert ist, ergibt
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sich deutlich aus Fig. 3*
Die Verwendung des direkten Wärmetauschers 7 ermöglicht es, das Volumen des Wärmetauschers auf etwa die Hälfte des Volumens eines indirekten Wärmetauschers herkömmlicher Kraftwerke zu verringern. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des direkten Wärmetauschers 7 eine Forderung der Umwälzung des Zwischenheizmediums durch im direkten Wärmetauscher erzeugte Dampfblasen. Eine Verringerung der Größe des Wärmetauschers ist ein wesentlicher Faktor bei der Verringerung der Gesamtgröße des Kraftwerks bzw. der Kraftwerksanlage gemäß der Erfindung.
Gemäß der Erfindung wird die Schmierung der Lagerungen bzw. Lagerstellen und des Getriebes durch Verwendung des Zwischenheizmediums erreicht und arbeiten der Generator und das Untersetzungsgetriebe in einer Atmosphäre des Tiefsiedemediums. Dies ermöglicht es, verschiedene Elemente des Kraftwerks in einem abgedichteten Gehäuse unterzubringen, wodurch eine Lösung für das Leckproblem geschaffen ist, das sich in Bezug auf eine Tiefsiedemedium-Turbine stellt.
Bei dem Kraftwerk bzw. der Kraftwerksanlage gemäß der Erfindung wird ein Verlust,der im Generator auftritt, dadurch kompensiert, daß der Dampf des Tiefsiedemediums kondensiert wird,und wird ein Verlust der in den Lagerungen und im Getriebe auftritt, dadurch kompensiert, daß das Zwischenheizmedium nach Erhöhung dessen Temperatur wiedergesammelt wird. Vorteilhaft hat daher das Kraftwerk geringe Verluste.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftwerk sind dessen Elemente oder Bauteile in der Folge angeordnet, in der Fluide
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sanft oder ruhig fließen, um dadurch die Gesamtgröße des Kraftwerks verringern zu können. Insbesondere sind der Zwischenheizmediura-Heizer 2,der direkte Wärmetauscher 7 und die Generator-Ausrüstung in der beschriebenen Folge so angeordnet, daß die Abwärme rationell für das Erzeugen von Leistung verwendet werden kann.
Das Kraftwerk gemäß der Erfindung ist vollständig in einem Gehäuse derart aufgenommen, daß das Kraftwerk dicht abgedichtet ist und kompakte Größe besitzt, wodurch es leicht transportierbar ist. Polglich besitzt das Kraftwerk gemäß der Erfindung alle die Vorteile, die kompakte Kraftwerke,die Abwärme verwenden, haben können.
Die Erfindung gibt ein Kraftwerk an, das ,Abhitze oder Abwärme verwendet und das eine Lösung für die Probleme großer Abmessungen und großen Dampfleckens bietet, die bei den herkömmlichen Tiefsiedemedium-Kraftwerken auftraten, weshalb es herkömmlichen Kraftwerken dadurch überlegen ist, daß es eine geringere Gesamtgröße besitzt und daß es wesentlich leichter transportiert werden kann.
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Leerseite

Claims (1)

  1. Ansprüche
    . Abwärme verwendendes Tiefsiedemedium-Kraftwerk, mit
    einem Zwischenheizmedium-Heizer zum übertragen von Wärme von einer Abwärme-Quelle auf ein Zwischenheizmedium,
    einem direkten Wärmetauscher zum übertragen von Wärme von dem Zwischenheizmedium auf ein Tiefsiedemedium,
    einer durch das Tiefsiedemedium angetriebenen Turbine und
    einem mit der Turbine gekoppelten Generator zur Erzeugung von Leistung,
    gekennzeichnet durch
    eine Anordnung, bei der der Zwischenheizmedium-Heizer (2) zum Gewinnen von Wärme von der Abwärme-Quelle und der direkte Wärmetauscher (?) zum Aufheizen des Tiefsiedemediums in einem einheitlichen Aufbau vorgesehen sind.
    2. Tiefsiedemedium-Kraftwerk nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung des Tiefsiedemediums, die durch den Auftrieb von dessen Dampfblasen in dem direkten Wärmetauscher (7) hervorgerufen ist ,dazu verwendet wird, um das Zwischenheizmedium darin umzuwälzen, wodurch das Zwischenheizmedium strömen kann.
    3. Tiefsiedemedium-Kraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Kondensator (13)» wobei der Zwischenheizmedium-Heizer (2), der direkte Wärmetauscher (7),
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    ORKa[NAL
    — ? —
    die Turbine (10), der Generator (11) und der Kondensator (13) in einem einzigen abgedichteten Gehäuse untergebracht sind.
    H. Tiefsiedemedium-Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Kondensator (13), wobei der Zwischenheizmedium-Heizer (2),der direkte Wärmetauscher (7), die Turbine (10) und der Generator (11) miteinander in dieser Reihenfolge gekoppelt sind, wobei der Kondensator (13) unter dem Generator (11) angeordnet ist.
    5. Tiefsiedemedium-Kraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Kondensator (13), wobei die Turbine (10), der Generator (11) und der .· Kondensator (13) als Einheit in einem Gehäuse enthalten sind.
    6. Tiefsiedemedium-Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiter ein System (18) zum Abführen des Kondensats· des Tiefsiedemediums an der Druckseite einer Tiefsiedemedium-Pumpe (I1I) vorgesehen ist, um den Generator (11) durch die latente Verdampfungswärme des Kondensats zu kühlen.
    7. Tief3xedemedium-Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein System vorgesehen ist, um durch Verdampfen des Tiefsiedemediums erhaltenen Dampf in den Kondensator (13) zu führen, um so im Generator (11) aufgetretene Verluste zu kompensieren.
    8. Tiefsiedemedium-Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein System (15 bis 17) vorgesehen ist, um das Zwischenheizmedium zum Schmieren der Turbine ( ic), des Generators (11) und eines Untersetzungsgetriebes (22) zu verwenden.
    009823/0775
    28S206A
    9. Tiefsiedemedium-Kraftwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenheizmedium nach Temperaturerhöhung rückgewonnen wird, um beim Durchführen der Schmierung auftretende Verluste zu kompensieren.
    9 0 9 8 2 3 / 0 7 V 6
DE2852064A 1977-12-02 1978-12-01 Tiefsiedemedium-Kraftwerk Expired DE2852064C3 (de)

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