DE594288C

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Publication number: DE594288C
Application number: DENDAT594288D
Authority: DE
Priority date: 1931-04-21
Also published as: DE554045C; BE381099A

Description

Die Deckung der Belastungsspitzen von Dampfkraftanlagen wird in der verschiedensten Weise vorgenommen. Sämtliche bekanntgewordenen Einrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, entweder durch die hohen Gestehungskosten oder im Betrieb unwirtschaftlich zu sein. Wasserspeicheranlagen sind in ihrer Anwendung beispielsweise örtlichen Beschränkungen unterworfen; sie können nur im gebirgigen Gelände aufgestellt werden und erfordern hohe Anschaffungskosten. Die in den primären Dampfturbodynamos erzeugte Energie gelangt zweimal um die Wirkungsgrade des Motors (der Dynamo) und der Pumpe (der Wasserturbine) vermindert in das Netz zurück. In den Ruthspeichern kann der Dampf nur mit mittlerem Druck gespeichert werden; außerdem vermindern die erlieblichen Abkühlungsverluste die wirtschaftliehe Abdeckung der Belastungsspitzen. Die Wärmewirtschaft ist also geringer als bei der aus den Primärmaschinen erzeugten Energie. Wird zur Deckung der Spitze der Kesselbetrieb durch Erhöhung des Winddruckes unter gleichzeitiger Verstärkung der Kohlenschicht auf dem Rost oder durch zusätzliches Einblasen von Kohlenstaub auf die brennende Kohlenschicht auf dem Rost angestrengt, so sinkt der Wirkungsgrad der Kesselanlage.

Dieselmotoren als Spitzenmaschinen erfordern bei den in Betracht kommenden Leistungen Anschaffungskosten in einer Höhe, daß die aufzuwendenden Kapitalzinsen den durch die gute Brennstoffausnutzung erzielten Fortschritt ausgleichen und die Wirtschaftlichkeit der um die Dieselmotoren verstärkten Kraft-' anlage gegenüber der bei Normalleistung erzielbaren herabsetzen.

Vorliegende Erfindung stellt sich demgegenüber die Aufgabe, das Verfahren zur Deckung der Belastungsspitzen von Dampfkraftanlagen so auszubilden, daß im Gegen: satz zu den bisher bekannten Spitzendeckungsverfahren die Deckung der Spitze und der Grundbelastung mit höherem Wirkungsgrad erfolgt als die Deckung der Grundbelastung mittels der bestehenden Dampfkraftanlage allein. Die Steigerung des Wirkungsgrades soll dabei nicht der Wahl des Spitzendekkungsaggregates, für welches eine Brennkraftturbine dienen soll, sondern einem bestimmten, gemäß der Erfindung vorzuschlagenden Koppelungsverfahren zu verdanken sein. Das die Aufgabe erfüllende Koppelungsverfahren muß die weitere Aufgabe lösen, das vorübergehende Zusammenarbeiten der Dampfkraftanlage mit der Brennkraftturbine zu ermöglichen, ohne daß vorhandene Einrichtungen der Dampfkraftanlage überflüssig werden. Beide Aufgaben sollen erfrndungsgemäß dadurch gelöst werden, daß den Betriebsmitteln der zur Deckung der Grundbelastung dienenden Dampfkraftanlage bei Überschreiten der Grundbelastung Abwärme aus einer zur Dampfkraftanlage zusätzlich angeordneten Brennkraf tturbinenanlage züge-

führt wird, um deren mechanische Leistung die Leistung der Dampfkraftanlage unmittelbar erhöht wird.

Es ist bereits bekanntgeworden, zu einer Dampfkraftanlage zusätzlich Brennkraftmaschinen zur Deckung der Spitzenbelastung anzuordnen. Die Kopplung erstreckt sich jedoch lediglich auf den elektrischen Teil beider Anlagen; eine thermische Kopplung unter

ίο Erhöhung des Wirkungsgrades der Dampfkraftanlage wurde nicht vorgenommen.

Es ist weiter bei Abwärmeverwertungsanlagen von Brennkraftmaschinenanordnungen bekanntgeworden, den Betriebsmitteln der Dampfkraftanlage Abwärme aus der Brennkraftmaschinenanlage zuzuführen und diese Abwärme zur Speisewasservonvärmung, Dampferzeugung und Dampfüberhitzung zu verwenden. Bei diesen Anlagen wurde jedoch die Grundbelastung nur von der Brennkraftmaschine geliefert; die Dampfkraftanlage stellte nur ein Mittel zur Verwertung der Abwärme der Brennkraftmaschinenanordnung dar. Derartige Anlagen sind also an den gleichzeitigen Betrieb der Brennkraftmaschine und der Abwärmeverwertungsanlage gebunden. Es ist ausgeschlossen, daß im Sinne des neuen Verfahrens die Dampferzeugungsanlage, in der auch die Abwärme der Brennkraftmaschine verwertet werden soll, die Grundbelastung übernimmt, ohne daß gleichzeitig die Brennkraftmaschine arbeitet.

Zur Aufnahme der Abwärme in der verschiedenartigsten Art und Weise stehen sämtliehe Betriebsmittel einer Wärmekraftanlage zur Verfügung. In Dampfkraftwerken beispielsweise kann die Temperatur des Kesselspeisewassers der Dampfkraftanlage in mit den Abgasen der Brennkraftturbinenanlage ,beheizten Wärmetauschern oder auch in Kühlräumen der Verpuffungsbrennkraftturbine oder in beiden erhöht werden. Zweckmäßig wird die Temperaturerhöhung des Kesselspeisewass,ers mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage nach der primären Vorwärmung des Kesselspeisewassers in den Economise™, der Dampfkraftanlage vorgenommen. Auf diese Weise ist man in der Lage, mit der Brennkraftturbinenanlage nicht nur Leistung an das Netz abzugeben, sondern auch die Dampfmenge des Dampfkraftwerkes zu erhöhen und somit durch die Dampfturbodynamos wiederum erhöhte Leistung an das Netz abzugeben. Wird beispielsweise eine Brennkraftturbinenanlage aufgestellt mit einer Generatorenleistung von etwa 10000kW, so kann der beschriebene Arbeitsvorgang in Verbindung mit einer Dampfkesselanlage durchgeführt werden, welche üblicherweise Dampf zur Erzeugung von etwa 33000 kW erzeugt. Die Leistungssteigerung der Kessel durch erhöhte Vorwärmung des in den Economisern der D'ampfkesselanlage bereits vorgewärmten Kesselspeisewassers mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage beträgt etwa 11 000 kW. Zur Deckung der Spitze stehen also bei Parallelarbeiten der Brennkraftturbinenanlage mit der Dampfkraftanlage zur Verfügung:

Normale Leistung der Dampfturbodynamos 33 000 kW,

Leistungssteigerung durch
Vorwärmung des Kesselspeisewassers mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage 11 000 -

Leistung des Generators der

Brennkraftturbinenanlage 10 000 -

Gesamtleistung ... 54 000 kW,

d. h. es wird eine Leistungssteigerung von etwa 64 °/₀ über die Normal leistung erreicht, trotzdem das als Spitzenmaschine gewählte Aggregat nur etwas mehr wie 30 °/o der Normalleistung des Dampfkraftwerkes an mechanischer Leistung abgibt. Dabei ist die Wärmewirtschaftlichkeit der Dampfkraft- plus Brennkraftturbinenanlage gestiegen. Die von der Brennkraftturbinenanlage gelieferten ■ 10 000 kW werden mit einem Wärmewirkungsgrad von etwa 35 °/o erzeugt, während das Dampfkraftwerk die Energie mit einem Wärmewirkungsgrad von etwa 25 ⁰Z₀ anliefert; während des normalen Betriebes, wenn also das Dampfkraftwerk ohne die Brennkraftturbinenanlage arbeitet, wird die Energie ebenfalls mit 25 °/o Wärmewirkungsgrad angeliefert. Durch Parallelschaltung beider Anlagen zur Spitzendeckung wird also der Wärmewirkungsgrad des gesamten Kraftwerkes nicht verschlechtert, sondern verbessert.

Dieser Fortschritt wird mit verhältnismäßig geringen Gestehungskosten erreicht, weil die Anscliafrungskosten für eine nur zur Spitzendeckung dienende Brennkraftturbinenanlage erheblich geringer sind als für eine Anlage, welche nicht in Verbindung mit einem Dampfkraftwerk arbeitet, weil hier eine besondere Dampfturbine zur Verwertung des mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage erzeugten Dampfes benötigt wird.

Das neue Verfahren ist nicht auf die Vorwärmung des Kesselspeisewassers mittels der Brennkraftturbinenabwärme beschränkt. Ebenso kann mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage Dampf erzeugt und der so erzeugte Dampf unmittelbar in der Dampfkraftanlage des Kraftwerkes verarbeitet werden. Auch hierbei wird es zweckmäßig sein, mittels der Abwärme der Brennkraftturbinen-

anlage nur Kesselspeisewasser zu verdampfen, das bereits in den Economisern der DampE-■ kraftanlage vorgewärmt worden ist. Ebenso kann die Abwärme der Brennkraftturbinenanlage, da insbesondere die Abgase hohe Temperaturen aufweisen, zur Überhitzung, insbesondere zur hochgetriebenen Überhitzung des vorzugsweise mittels der Dampfkraftanlage erzeugten Dampfes verwandt werden. Schließ-Hch kommt die Abwärme der Brennkraftturbinenanlage zur Vorwärmung der der Dampfkesselanlage zuzuführenden Frischluft in Betracht. Es ist bekannt, daß die Luftvorwärmer bei neuartigen Kesselanlagen außerordentlich große Dimensionen annehmen und daß sie bei modernen Anlagen (Calumet) etwa 6y °/o der gesamten Wärmetauschflächen ausmachen, wenn die Kesselheizfläche selbst nur 10 °/o, die Überhitzerheizfläche 8% und

die Economiserheizfläche 15 °/o ausmacht. Die Vorwärmung der Frischluft erfolgt in besonders einfacher Weise, wenn die Ausströmgase der Brennkraftturbinenanlage, insbesondere der der Verpuffungsbrennkraftturbine nachgeschalteten Dauerstromturbinen, in die Feuerungsräume der Dampfkesselanlage zur Vereinigung mit der Frischluft unter deren Vorwärmung eingelassen werden. Die Ausströmgase strömen dabei nicht etwa als inerte Gase durch den Kessel, sondern sie nehmen an der Lieferung des Verbrennungssauerstoffes erhöhter Temperatur teil, da dessen Anteil immer noch 10 bis 12 °/₀ beträgt.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfmdungsgedankens in der schematischen Darstellung eines vereinigten Dampf- und Brennkraftturbinenwerkes.

Es bedeutet 1 die Dampf turbodynamoaggregate des Kraftwerkes einschließlich der zugehörigen Kondensationsanlagen, 2 die Kondensatpumpen, 3 die Kesselspeisepumpe, 4 die Economiser, 5 den Sammelstrang für das vorgewärmte Kesselspeisewasser hinter den Economisern, 4, 6 den Sammelstrang des Speisewassers vor den mit 7 bezeichneten Dampfkesseln und schließlich 8 den Dampfsammeistrang hinter dem Kessel 7.

Es bedeutet weiter in der als Brennkraftturbinenanlage ausgebildetenSpitzendeckungsmaschine 9 die Verpuffungsbrennkraftturbine, 10 die Dauerstromturbine, 11 den Ladeluftverdichter, 12 den elektrischen Generator, 13 den mit den Abgasen der Dauerstromturbine 10 beschickten Wärmetauscher, 14 den Verbindungsstrang des Wärmetauschers 13 mit dem Rohrstrang 5 für das in den Economisern vorgewärmte Kesselspeisewasser und 15 den Verbindungsstrang der druckfesten Kühl-. räume der Verpuffungsbrennkraftturbine 9 mit dem Rohrstrang 6 für das den Kesseln 7 zuzuführende, hochaufgeheizte Kesselspeisewasser. Zum Zweck des Ausgleichs für den in verschiedener Höhe erforderlichen Speisewasserbedarf ist ein Kondensatbehälter 16 mit genügender Reserve für die Spitzenbeanspruchung vorgesehen. >

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anlage ist folgende: Kurz vor dem Einsetzen der Spitzenbelastung wird die Brennkraftturbinenanlage 9, 10, 11, 12 in Betrieb genommen und die Leistung des Generators 12 an das Netz abgegeben. Gleichzeitig wird die Rohrverbindung 17 zwischen dem Rohrstrang 5 und dem Rohrstrang 6 unter Eröffnung der Ventilorgane 18 und 19 . geschlossen, so daß das in den Economisern 4 vorgewärmte Kesselspeisewasser über Leitung 14 zum abgasbeheizten Wärmetauscher 13 fließt und dort eine weitere Aufheizung erfährt. Aufgeheizt strömt es den druckfesten Kühlräumen der Verpuffungsbrennkraftturbine 9 zu, um über Leitung 15 . dem Rohrstrang 6 zur Versorgung der Kessel 7 zugeführt zu werden. Das Speisewasser strömt nicht mehr wie beim normalen Betrieb des Dampfkraftwerkes 1 bis 8 mit etwa ioo° zu dem Kessel, sondern mit etwa 200 bis 250⁰. Die Kessel 7 erzeugen also bei gleicher Heizfläche wesentlich mehr Dampf, so daß in den Dampfturbodynamos 1 zusätzliche elektrische Energie geliefert wird. Auch der Generator 12 der Brennkraftturbinenanlage gibt zusätzliche Leistung an das Netz ab. Dabei ist es belanglos, ob die Verpuffungsbrennkraftturbine 9 sowohl mit dem Verdichter 11 wie mit der Dauerstromturbine 10 bzw. mit dem Generator 12 gekuppelt ist oder ob die Verpuffungsbrennkraftturbine 9 lediglich den Verdichter antreibt, während die Dauerstromturbine 10 lediglich mit dem Generator gekuppelt ist.

Ist der Betriebsdruck der Kesselanlage beispielsweise höher wie der Betriebsdruck in den druckfesten Räumen der Verpuffungsbrennkraftturbine 9, so wird zweckmäßig im Rohrstrang 15 eine zusätzliche Kesselspeisepumpe 20 angeordnet, um die Betriebsdrücke auszugleichen.

Im Wesen der' Erfindung liegt es, daß mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage auch unmittelbar Dampf erzeugt wird. In diesem Falle fällt der Rohrstrang .15 fort und wird durch die gestrichelt gezeichnete Dampfleitung 21 ersetzt, in der ein Dampfsammler 22 vorgesehen ist. Leitung 21 steht'115 unmittelbar mit der Dampfsammelleitung 8 des Dampfkraftwerkes in Verbindung. Im Wesen der Erfindung liegt es weiter, daß die Feuergase unmittelbar nach Verlassen der Dauerstromturbine, also ohne Durchströmung des Wärmetauschers 13, zu den Feuerungsräumen der Kessel 7 geleitet werden, um sich

dort mit der Frischluft zu vereinigen, diese vorzuwärmen und mit ihr durch die Kessel zu strömen. Eine derartige Anordnung ist in der Zeichnung nicht besonders veranschaulicht worden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Deckung der Belastungsspitzen von Dampfkraftanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß den Betriebsmitteln der zur Deckung der Grundbelastung dienenden Dampfkraftanlage bei Überschreiten der Grundbelastung Abwärme aus einer zur Dampfkraftanlage zusätzlich angeordneten Brennkraftturbinenanlage zugeführt wird, um deren mechanische Leistung die Leistung der Dampfkraftanlage unmittelbar erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Speisewassers der mit selbständigen Feuerungen versehenen Kessel der Dampfkraftanlage in mit den Abgasen der Brennkraftturbinenanlage beheizten Wärmetauschern bzw. unter Aufnahme der Kühlwärme der Brennkraftturbine erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturerhöhung des Kesselspeisewassers mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage nach dessen Vorwärmung in den Economisern der Dampfkraftanlage vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage Dampf erzeugt und der so erzeugte Dampf in Pampfmaschinen der Dampfkraftanlage eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Economisern der Dampfkraftanlage vorgewärmtes Speisewasser mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage verdampft und der erzeugte Dampf in Dampfmaschinen der Dampfkraftanlage eingeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise in den Kesseln der Dampfkraftanlage erzeugter Dampf mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage überhitzt und der überhitzte Dampf in Dampfmaschinen der Dampfkraftanlage eingeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage die der Dampfkesselanlage zuzuführende Frischluft vorgewärmt wird.

8. \^erfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmgase der Brennkraftturbinenanlage, insbesondere die Ausströmgase der der Verpuffungsbrennkraftturbine nachgeschalteten Dauerstromturbinen, in die Feuerungsräume der Dampfkessel zur Vereinigung mit der Frischluft unter deren Vorwärmung eingeführt werden.

9. Aus einer Brennkraftturbinenanlage bestehendes Spitzendeckungsaggregat für zur Deckung der Grundbelastung dienende Dampfkraftwerke, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Übertragung der Abwärme der Brennkraftturbinenanlage auf Betriebsmittel der Dampfkraftanlage, die bei Überschreiten der Grundbelastung wirksam werden und während der Erhöhung der Leistung der Dampfkraftanlage um die mechanische Leistung der Brennkiiaftturbinenanlage wirksam bleiben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen