DE7225314U

DE7225314U - Heater-economizer device for a steam power plant with organic working medium

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Publication number: DE7225314U
Application number: DE7225314U
Authority: DE
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1971-07-06
Publication date: 1973-11-15

Description

572-19.004G-TpE (5) ^G 72 25 314.6 _{1 8i Jan 1973} 572-19.004G-TpE (5) ^G 72 25 314.6 _{1 8i Jan 1973}

cJlrhitzer-Ekonomiser-'. orrichtung für eine Dampfkraftanlage mit organischem Arbeitsmittel χcJlrhitzer-Economiser- '. device for a Steam power plant with organic working fluid χ

Dampfkraftanlagen mit organischem Arbeitsmittel sind bekannt. Organisches Arbeitsmittel im Rankine-Kreislauf zu verwenden, hat viele Vorteile. Erstens ergibt der positive Abfall der Sattdampflinie im Temperatur-Entropie-Diagramm trockene Entspannung, ohne Erosion der Turbine, und die Möglichkeit, die Turbine bei günstigsten Drehzahlen zu betreiben, ohne daß Läufer-Beanspruchungen Probleme aufwürfen. Ferner bieten organische Arbeitsmittel hinsichtlich des Schmelzpunktes, der Wärmebeständigkeit, des Betriebsdruck-Niveaus und des Preises einen großen Auswahlbereich, so daß für eine gegebene Dampfkraftanlage ein oder mehrere Arbeitsmittel besonders günstig sein können.Steam power plants with organic working fluid are known. Organic working medium in the Rankine cycle too use has many advantages. Firstly, there is the positive drop in the saturated steam line in the temperature-entropy diagram dry relaxation, without erosion of the turbine, and the possibility of operating the turbine at the most favorable speeds without the rotor stresses causing problems. Furthermore, organic working fluids offer a wide range of choices in terms of melting point, heat resistance, operating pressure level and price, so that For a given steam power plant, one or more working fluids can be particularly favorable.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich für die Erzeugung mechanischer oder elektrischer Arbeit aus Wärme. In manchen Anwendungen ist Anfahren bei niedriger Temperatur erforderlich, so daß jedes Arbeitsmittel, welches bei der Anfahrtemperatur fest, schlammig oder auch nurThe device according to the invention is suitable for generating mechanical or electrical work Warmth. In some applications it is necessary to start up at a low temperature, so that any working medium which is solid, muddy or even just

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zähflüssig ist, unerwünscht wäre. Wegen der Zersetzung organischer Flüssigkeiten bei hoher Temperatur und des dadurch bewirkten Anfalls unkondensierbaren Gases ist erwünscht, daß das organische Arbeitsmittel gute Wärmebeständigkeit habe.is viscous, would be undesirable. Because of the decomposition of organic Liquids at high temperature and the resultant accumulation of non-condensable gas is desirable, that the organic working medium has good heat resistance.

Man hat schon zahlreiche organische Arbeitsmittel versucht und dabei gefunden, daß viele von ihnen Nachteile wie z. B. geringe Wärmebeständigkeit, verhältnismäßig hohen Schmelzpunkt und verhältnismäßig niedrigen Abdampfdruck haben.Numerous organic working materials have already been tried and many of them have disadvantages such as B. low heat resistance, relatively high melting point and relatively low evaporation pressure to have.

Die Erfindung sieht eine Erhitzer-Ekonomiser-Vorrichtung für eine Dampfkraftanlage mit Toluol als Arbeitsmittel vor. Toluol ist typisch für die organischen Flüssigkeiten insofern, als sein Dampf sich bei der Entspannung von hohem auf niedrigem Druck überhitzt. Dies ergibt einen ziemlich niedrigen adiabatischen Druck in der Kraftmaschine und eine verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit der Turbinenschaufelenden, so daß eine einstufige Turbine bei bestem Wirkungsgrad und betriebssicher innerhalb der für die Beanspruchung des Turbinenläufers gesetzten Grenzen betrieben werden kann.The invention provides a heater economizer device for a steam power plant with toluene as the working fluid. Toluene is typical of the organic liquids insofar as its vapor overheats when it is expanded from high to low pressure. This makes one pretty low adiabatic pressure in the engine and a relatively low speed of the turbine blade ends, so that a single-stage turbine with the best efficiency and operational reliability within the range for the load the turbine rotor set limits can be operated.

Die Hauptbestandteile der Anlage sind außer der erfindungsgemäßen Vorrichtung, d. h. einem überkritischen Erhitzer (das ist ein feuergas-beheizter Erhitzer für das flüssige Arbeitsmittel) mit einem damit zusammengebauten Ekonomiser (dies ist im folgenden ein rauchgas-beheizter Speiseflüssigkeits-Vorwärmer) eine einstufige Turbine,The main components of the system are apart from the device according to the invention, i. H. a supercritical one Heater (this is a fuel gas-heated heater for the liquid working medium) with an assembled with it Economizer (in the following this is a flue gas-heated feed liquid preheater) a single-stage turbine,

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die einen Weehselstromerzeuger antreiben mag, ein Regene rator (dies bedeutet im folgenden einen abdampf "-beheizt en Speiseflüssigkeits-Vorwärmer), ein Kondensator und eine Speisepumpe. Ale Arbeitsmittel wird Toluol benutzt wegen seines Gefrierpunktes von -95⁰C, seiner gutenWärmebeständigkeit, seines verhältnismäßig hohen Anlagedruckniveaus, das gedrängte Wärmeübertragung ergibt, und weil es im Handel leicht erhältlich ist. may drive the one Weehselstromerzeuger, a Regene rator (this means in the following a boil-off "-beheizt en feed liquid preheater), a condenser and a feed pump. Ale working medium is toluene used due to its freezing point of -95 ⁰ C, its gutenWärmebestän speed, its relatively high system pressure levels that result in compact heat transfer and because it is readily available commercially.

Der überkritische Anlage-Kreislauf ist so gewählt, daß der Kessel ein Flüssigkeits-Erhitzer wird, was hydrodynamische Instabilität unmöglich und sehr große Wärmeübergangszahlen ohne übergroße Rohrwandtemperaturen möglich macht und sehr kleine Flüssigkeitsmenge im Erhitzer, also geringe Arbeitsmittelzersetzung und geringen Energiestau ergibt. Gegenstand der Erfindung ist daher eine Erhitzer-Ekonomiser-Vorrichtung für eine Dampfkraftanlage mit organischem Arbeitsmittel, insbesondere Toluol, zu der außerdem eine Turbine, ein als Regenerator bezeichneter abdampf-beheizter Flüssigkeitsvorwärmer, ein Kondensator und eine Speisepumpe gehören, mit dem Kennzeichen, daß die Erhitzer-Ekonomiser-Vorrichtung Feuergas-Einlaßöffnungen, einen zentralen Feuerungsraum, einen diesen umgebenden ringförmigen Erhitzerteil und einen damit zusammengebauten, dieser umgebenden, ringförmigen Ekonomiserteil aufweist, wobei der Erhitzerteil einen ringförmig angeordneten ersten Satz von Erhitzerrohren enthält und der rauchgasbeheizbare Ekonomiserteil zur Vorwärmung von dem Erhitzerteil zuzuführender Speiseflüssigkeit einen Satz von Rohren aufweist, der die Erhitzerrohre umgibt.The supercritical system circuit is chosen so that the boiler becomes a liquid heater, which makes hydrodynamic instability impossible and very high heat transfer coefficients possible without excessive pipe wall temperatures and very small amounts of liquid in the heater, i.e. little decomposition of working medium and low energy build-up. The subject of the invention is therefore a heater-economizer device for a steam power plant with an organic working medium, in particular toluene, which also includes a turbine, a steam-heated liquid preheater called a regenerator, a condenser and a feed pump, with the characteristic that the heater -Ekonomiser -vorrichtung has flue gas inlet openings, a central furnace, a surrounding this annular heater part and an assembled therewith, this surrounding, annular economizer part, wherein the heater part contains an annularly arranged first set of heater tubes and the flue gas-heatable economizer part for preheating from the heater part to be supplied Feed liquid comprises a set of tubes surrounding the heater tubes.

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Die Verbrennungsgas« strömen also über die wärmeaufnehmenden Flächen des Erhitzers and erhitzen dabei im Erhitzer die vom Regenerator und vom Ekonomiser kommenden, sich mischenden Flüssigkeitsstrom» auf die Dampfaustrittstemperatur . The combustion gas "thus flow over the heat-absorbing surfaces of the heater and heating it in the heater coming from the regenerator and the economizer, to mixing liquid stream" to the steam outlet temperature.

Die Verbrennungsgase verlassen den Erhitzer und strömen durch den sie umgebenden Ekonomiser, der die Oase weiter abkühlt und so den Abgasverlust verringert. Ungefähr 20 % der Speiseflüssigkeit wird in den Ekonomiser eingespeist, um dort vorgewärmt zu werden und die Temperatur des heißen Abgases zu verringern. Der Strom der in den Ekonomiser eingespeisten und darin vorgewärmten Flüssigkeit mischt sich mit der übrigen Speiseflüssigkeit, die etwa 80 % des die Anlage durchströmenden Arbeitsmittels beträgt, am Einlaß in den Erhitzer. Diese 80 % Speiseflüssigkeit strömen vom Speisepumpenauslaß durch den Dampf-Flüssigkeits-Regenerator, Infolge des verhältnismäßig hohen Abdampfdruckes der Anlage, den das als Arbeitsmittel benutzte Toluol ergibt, ist der Regenerator ganz klein, selbst trotz der Tatsache, daß 20 % der Speiseflüssigkeit den Regenerator umgehen, was vermehrte Wärmeaustauschfläche anstelle nicht verfügbarer Flüssigkeit erfordert. Da 20 % der Speiseflüssigkeit durch den Ekonomiser strömen, ist der Abgas.verlust bemerkenswert gering und der Wirkungsgrad der Anlage entsprechend hoch.The combustion gases leave the heater and flow through the surrounding economizer, which further cools the oasis, thus reducing waste gas. Approximately 20 % of the feed liquid is fed into the economizer to be preheated there and to reduce the temperature of the hot exhaust gas. The flow of the liquid fed into the economizer and preheated therein mixes with the remaining feed liquid, which is about 80 % of the working medium flowing through the system , at the inlet to the heater. This 80 % feed liquid flows from the feed pump outlet through the vapor-liquid regenerator.As a result of the relatively high exhaust pressure of the system that the toluene used as the working fluid produces, the regenerator is very small, even in spite of the fact that 20 % of the feed liquid bypasses the regenerator which requires increased heat exchange area instead of unavailable liquid. Since 20 % of the feed liquid flows through the economizer, the waste gas loss is remarkably low and the efficiency of the system is correspondingly high.

Vom Erhitzer-Auslaß strömt das heiße Arbeitsmittel hohen Druckes durch ein geeignetes Dampfmengen-Steuerventil in die einstufige Turbine, eine Gleichdruckturbine. In einer Elektro-Kraftanlage kann die Turbine mit dem Wechselstromerzeuger und ebenfalls mit einer Speisepumpe treibend entweder unmittelbar oder über ein Zahnradgetriebe verbunden sein. Der Turbinenabdampf strömt duroh die Dampf-The hot working fluid flows from the heater outlet high pressure through a suitable steam volume control valve in the single-stage turbine, a constant pressure turbine. In an electrical power plant, the turbine can be connected to the alternator and also driving with a feed pump either directly or via a gear drive be connected. The turbine exhaust steam flows through the steam

seite des Regenerators, wo er die zum Erhitzer strömende Speiseflüssigkeit vorwärmt. Vom Ausgang des Regenerators strömt der Dampf zum Kondensator, wo die Abwärme an das Kondensator-Kühlmittel abgegeben wird. In manchen Anwendungen kann diese Abwärme zum Heizen und/oder zum Antrieb einer Adsorptions-Kältemaschine benutzt werden.side of the regenerator, where it is the one flowing to the heater Preheats the feed liquid. From the outlet of the regenerator, the steam flows to the condenser, where the waste heat is transferred to the Condenser refrigerant is dispensed. In some applications, this waste heat can be used for heating and / or driving a Adsorption chiller can be used.

Es ist ferner eine Vorrichtung zum Abscheiden der im Kondensator im Dampf vorhandenen nicht-kondensierbaren Gase vorgesehen. Diese Vorrichtung fördert die konzentrierten nicht-kondensierbaren Gase in einen gesonderten Behälter und verhindert, daß diese Gase sich im Kondensator ansammeln. Wenn man diese «Gase sich im Kondensator so ansammeln ließe, daß der Teildruck der nicht-kondensierbaren Gase 1 % des Gesamt-Kondensatordruckes erreichte, dann würde dadurch der Kondensations-Koeffizient sinken, der Kondensatordruck steigen und der Wirkungsgrad des Kreislaufes geringer werden. Aus dem Kondensator läuft das Kondensat in einen Sammelbrunnen ab. Eine Strahlpumpe saugt das Kondensat aus dem Brunnen ab und hebt seinen Druck auf den Eingangsdruck des Kreislaufes. Die Speisepumpe hat zwei Auslässe, nämlich einen, welcher einen Strom hohen Drucks zum Eingang der Anlage liefert, und einen, der eir,-.n Strom niedrigen Druckes zur Strahlpumpe liefert; hierdurch wird der Pumpleistungs-Bedarf der Anlage verringert. Der Hauptstrom fließt von der Speisepumpe zum Regenerator und zum Ekonomiser.A device is also provided for separating the non-condensable gases present in the condenser in the vapor. This device conveys the concentrated non-condensable gases into a separate container and prevents these gases from accumulating in the condenser. If these gases were allowed to accumulate in the condenser in such a way that the partial pressure of the non-condensable gases reached 1 % of the total condenser pressure, then the condensation coefficient would decrease, the condenser pressure would increase and the efficiency of the circuit would decrease. The condensate drains from the condenser into a collecting well. A jet pump sucks the condensate out of the well and raises its pressure to the inlet pressure of the circuit. The feed pump has two outlets, namely one which delivers a high pressure stream to the inlet of the system and one which delivers a low pressure stream to the jet pump; this reduces the system's pump power requirement. The main stream flows from the feed pump to the regenerator and the economizer.

Für die Wahl von Toluol als Arbeitsmittel gibt es mehrexe Gründe. Toluol hat seinen Siedepunkt bei -95°C; daher ist es für Kaltstart besonders geeignet. Die Wärmebeständigkeit von Toluol ist größer als die der meisten organi-There are several reasons for choosing toluene as a working medium. Toluene has its boiling point at -95 ° C; therefore it is particularly suitable for cold starts. The heat resistance of toluene is greater than that of most organic

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sehen Flüssigkeit. Toluol hat in einer luftgekühlten, nach dem Rankine-Kreislauf arbeitenden Kraftanlage hohen Abdampfdruck, nämlich 0,56 at bei 93 ⁰C Der hohe Abdampfdruck der mit Toluol betriebenen Kraftanlage ermöglicht eine kleine, schnell-laufende Turbine und einen kleinen und leichten Regenerator, selbst wenn 20 % der Speiseflüssigkeit um ihn herum zum Ekonomiser umgeleitet werden. Toluol hat selbst bei Temperaturen weit oberhalb seiner kritischen Temperatur Wärmebeständigkeits-Eigenschaften, welche die Verwendung eines überkritischen Verdampfers von gedrängter Bauart, großem Wärmedurchsatz und geringem Flüssigkeitsinhalt ermöglichen, wo unterkritische Verdampfer von geringem Flüssigkeitsinhalt (Zwangsdurchlauf-Kessel) hydrodynamischer Unstabilität ausgesetzt sind. Das Ergebnis ist geringster Raumbedarf, was für den Einbau wünschenswert ist, und größter Anlage-Wirkungsgrad dank der Anordnung des Ekonomisers, welchem Flüssigkeit unter Umgebung des Regenerators zugeführt wird, und dank der Fähigkeit, mit hoher Turbinen-Eingangstemperatur zu arbeiten, welche durch die gute Wärmebeständigkeit des Toluols gegeben ist, sowie dank dem sehr geringen Erhitzer-Flüssigkeitsinhalt als Ergebnis der überkritischen Verdampfung.see liquid. Toluene has high in an air-cooled, according to the Rankine cycle working turbine exhaust steam, namely 0.56 at 93 ⁰ C. The high exhaust steam of the operated with toluene turbine allows a small, fast-running turbine, and a small and lightweight regenerator, even if 20 % of the feed liquid around it is diverted to the economizer. Toluene has heat resistance properties even at temperatures well above its critical temperature, which enable the use of a supercritical evaporator of compact design, high heat throughput and low liquid content, where subcritical evaporators with low liquid content (forced-flow boilers) are exposed to hydrodynamic instability. The result is the smallest space requirement, which is desirable for the installation, and the greatest plant efficiency thanks to the arrangement of the economizer, which liquid is supplied to below the regenerator, and thanks to the ability to work with a high turbine inlet temperature, which is due to the good Thermal stability of toluene is given, as well as thanks to the very low heater liquid content as a result of supercritical evaporation.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Schema einer Wärmekraft anlage und in Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Erhitzer-Ekonomiser-Vorrichtung für die in Fig. 1 dargestellte Anlage.The drawing shows in Fig. 1 a scheme of a thermal power plant and in Fig. 2 a schematic section through a heater-economizer device according to the invention for the system shown in FIG.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht die Wärmekraftanlage 10 im wesentlichen aus einem mit einem Ekonomiser k2 zusammengebauten Erhitzer 12, welcher Toluoldampf in eine Tür-As can be seen from Fig. 1, the thermal power plant 10 consists essentially of a heater 12 assembled with an economizer k2 , which toluene vapor in a door

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bine 14 liefert, deren Abdampf durch einen Regenerator 15 strömt, der den Abdampf kühlt und die zum Erhitzer-Ekonomiser 12 fließende Speiseflüssigkeit erwärmt. Der den Regenerator verlassende Abdampf wird im Kondensator 16 verflüssigt, und das Kondensat fließt in den Kondensat-Sammelbrunnen 18, während die nicht-kondensierbaren Gase im Abscheider 20 abgeschieden werden. Eine Strahlpumpe 22 saugt das Kondensat aus dem Brunnen 18 und fördert es zu einer Pumpe 25, welche Speiseflüssigkeit in die Anlage einspeist. Ein Anfahrbehälter 27 dient zum Füllen der Anlage beim Anfahren .bine 14 supplies, the exhaust steam of which is supplied by a regenerator 15 which cools the exhaust steam and heats the feed liquid flowing to the heater economizer 12. The exhaust steam leaving the regenerator is liquefied in the condenser 16, and the condensate flows into the condensate collecting well 18, while the non-condensable gases are separated in the separator 20. A jet pump 22 sucks the condensate from the well 18 and conveys it to a pump 25, which feeds feed liquid into the system. A start-up container 27 is used to fill the system during start-up.

Die Strahlpumpe 22 hebt den Druck des Kondensats im Brunnen 18 auf einen Druck, welcher Kavitation in der Speisepumpe 25 verhindert; sie fördert das Kondensat in die Speisepumpe 25. Die Speisepumpe 25 kann eine Pumpe mit abgestuftem Kreisel sein, welche zwei im Radius voneinander verschiedene Diffuseren besitzt. Der innere Diffusor liefert durch die Leitung 30 Flüssigkeit für den Betrieb der Strahlpumpe 25, und der äußere Diffusor fördert durch die Leitung 31 und durch das Rückschlagventil 32 Flüssigkeit mit 50 at in den Hauptkreislauf der Anlage. Von dort strömen etwa 80 % der Speiseflüssigkeit durch die Leitung 35 in Kühlrohre 37 des (nicht gezeichneten) elektrischen Stromerzeugers, um dessen Ständer zu kühlen. Die Speiseflüssigkeit verläßt die Ständer-Kühleinrichtung 37 in einer typischen Anlage mit etwa 100 ⁰C, da sie dort die durchVerluste in der Maschine entstandene Wärme aufgenommen hat.The jet pump 22 raises the pressure of the condensate in the well 18 to a pressure which prevents cavitation in the feed pump 25; it conveys the condensate into the feed pump 25. The feed pump 25 can be a pump with a graduated impeller which has two diffusers which differ in radius from one another. The inner diffuser delivers liquid through the line 30 for the operation of the jet pump 25, and the outer diffuser delivers through the line 31 and through the check valve 32 liquid at 50 atm into the main circuit of the system. From there, about 80 % of the feed liquid flows through line 35 into cooling tubes 37 of the electric power generator (not shown) in order to cool its stand. The feed liquid leaves the stator cooling device 37 in a typical system at around 100 ^° C., since there it has absorbed the heat generated by losses in the machine.

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Die Speiseflüssigkeit von 100 ⁰C strömt in den Regenerator 15. Dieser kann ein Rippenrohr-Wärmetauscher mit hin- und hergeführtem, mehrfachem Durchfluß in Gegenstrom-Anordnung sein. Da der Dampf verhältnismäßig dicht und die Durchflußmenge gering ist, erfordert der Wärmetauscher kleinen Querschnitt des Dampfstromweges und große Länge, damit der Wärmedurchgangskoeffizient vergrößert und gleichzeitig eine genügende Wärmeaustauschfläche erzielt wird. Die Rippen können aus gewelltem Nickelblech hergestellt sein, während die Trennplatten, die obere und die untere Wandplatte, die Seitenplatten und die Sammler sämtlich aus nichtrostendem Stahl bestehen, was eine Einheit geringen Raumbedarfes und niedrigen Gewichtes ergibt.The feed liquid of 100 ⁰ C flows into the regenerator 15. This may be counter-current arrangement, a finned tube heat exchanger having back and hergeführtem, multiple flow in. Since the steam is relatively dense and the flow rate is small, the heat exchanger requires a small cross-section of the steam flow path and a great length so that the heat transfer coefficient is increased and at the same time a sufficient heat exchange surface is achieved. The ribs can be made of corrugated nickel sheet, while the partition plates, the upper and lower wall plates, the side plates and the headers are all made of stainless steel, resulting in a compact and lightweight unit.

Die aus der Flüssigkeits-Seite des Regenerators 15 durch die Leitung 38 austretende Flüssigkeit hat in einer typischen Anlage etwa 253 °C; sie mischt sich vor dem Eintritt in denErhitzer 12 bei 40 mit dem vom Ekonomiser 42 kommenden Strom vorgewärmter Flüssigkeit.The liquid exiting the liquid side of the regenerator 15 through the line 38 has a typical Plant about 253 ° C; it mixes with that from the economizer 42 at 40 before entering the heater 12 incoming stream of preheated liquid.

In dem Ekonomiser 42 werden durch die Leitung 44 etwa 20 % der Speiseflüssigkeit der Gesamtanlage eingespeist. Die erfindungsgemäße, aus dem Erhitzer und dem Ekonomiser bestehende Vorrichtung ist genauer in Fig. 2 gezeigt j sie ist eine überkritische Zwangdurchlauf-Einheit von gedrängter Bauart. Hohe Strömungsgeschwindigkeit im Erhitzer sichert hohen Wärmedurchgang und verringert dadurch die heißen Stellen. Die Verdampfer-Ekonomiser-Vorrichtung 12 enthält Feuergas- Einlaßöffnungen 49, einen zentralen Feuerungsraum 52 von z. B. etwa I65O ⁰C, einen ringförmigen Erhitzerteil 55 und About 20% of the feed liquid of the overall system is fed into the economizer 42 through the line 44. The apparatus according to the invention, consisting of the heater and the economizer, is shown in more detail in FIG. 2; it is a supercritical, forced-flow unit of compact design. High flow speed in the heater ensures high heat transfer and thus reduces hot spots. The evaporator economizer device 12 includes flue gas inlet openings 49, a central combustion chamber 52 of, for. B. about 1650 ⁰ C, an annular heater part 55 and

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einen diesen umgebenden ringförmigen Ekonomiserteil 42. Xman annular economizer part 42 surrounding it. Xm

Erhitzerteil 55 ist auf der Feuergas-Seite eine Füllung 56 aus zusammengelöteten Kugeln angeordnet, welche eine große gasseitige Wärmeübergangs fläche ergibt. Die Erlhitzerrohre 60 sind mit einer Kugelfüllung 62 versehen, welche die Strömungsgeschwindigkeit und den Wärmeübergangskoeffizienten erhöht.Heater part 55 is arranged on the flue gas side a filling 56 of balls soldered together, which has a large gas-side heat transfer surface results. The Erlhitzer tubes 60 are provided with a ball filling 62, which the Flow velocity and the heat transfer coefficient increased.

Der Ekonomiserteil 42 enthält Speiseflüssigkeits-Rohre 63, die mit einer Packung 65 aus zusammengeschweißten Kugeln versehen sind, durch welche die Feuergase hindurchströmen.The economizer portion 42 contains feed liquid tubes 63, with a pack 65 of balls welded together are provided through which the fire gases flow.

Im Betrieb einher typischen Anlage mit der erfindungsgemäßen Erhitzer-Ekonomiser-Vorrichtung senkt die durch die Ekonomiserrohre 63 strömende Speiseflüssigkeit die Rauchgastemperatur von den etwa 426 ⁰C, mit denen das Rauchgas aus dem Erhitzerteil 55 austritt, auf ungefähr· 205 ⁰C, wodurch der Kreislauf-Wirkungsgrad bedeutend erhöht wird. Der Druck, mit dem die Flüssigkeit aus dem Ekonomiserteil 42 austritt, ist gleich dem Druck an der Regenerator-Austrittsleitung 38, damit die passende Teilung der Ströme (d. h. etwa 80 % zu 20 %) aufrechterhalten wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Strömungswiderstand des Ekoraomisers 42 mit demjenigen des Regenerators 15 übereinstimmt. Die Temperatur der aus dem Ekonomiser ausströmenden Flüssigkeit in die Leitung 68 ist etwa 254 ⁰C. Dieser Flüssigkeitsstrom vereinigt sich bei 40 mit dem aus der Regenerator-Leitung 38 kommenden Strom und fließt durch die Leitung 70 in die Erhitzerrohre 60. Der Dampf, der den überkritischen Erhitzerteil 55 verläßt, tritt aus dem Erhitzer durch die LeitungIn operation, a typical system with the heater-economizer device according to the invention, the feed liquid flowing through the economizer pipes 63 lowers the flue gas temperature from the approximately 426 ^° C. with which the flue gas emerges from the heater part 55 to approximately 205 ^° C., thereby causing the circuit -Efficiency is significantly increased. The pressure at which the liquid exits the economizer portion 42 is equal to the pressure on the regenerator exit line 38 in order to maintain the proper division of the flows (ie, about 80 % to 20 %) . This is achieved in that the flow resistance of the Ekoraomiser 42 corresponds to that of the regenerator 15. The temperature of the liquid flowing out of the economizer into line 68 is approximately 254 ^° C. This liquid stream joins the stream coming from the regenerator line 38 at 40 and flows through line 70 into the heater tubes 60. The steam which the leaves supercritical heater part 55, exits the heater through the line

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mit etwas über 370 ⁰C und mit mehr als 42 ata aus.with a little over 370 ⁰ C and with more than 42 ata.

Der Hochdruckheißdampf in der Leitung 70 wird durch ein Ventil 75 gesteuert, das den Druck, mit dem der Dampf in die Turbine eintritt, etwas verringert, z. B. auf 40 ata. Das Ventil 75 wird drehzahlabhängig gesteuert, damit die Drehzahl der Turbine 14 konstant bleibt.The high-pressure hot steam in the line 70 is controlled by a valve 75, which the pressure at which the steam enters the turbine, somewhat reduced, e.g. B. to 40 ata. The valve 75 is controlled as a function of the speed, so that the The speed of the turbine 14 remains constant.

Es ist ein Absperrventil 78 vorgesehen, welches auf eine voreingestellte Temperatur im Erhitzer anspricht und sich öffnet und den Strom zur Turbine 14 freigibt.A shut-off valve 78 is provided which responds to a preset temperature in the heater and opens and the flow to turbine 14 releases.

Die Turbine 14 ist eine einstufige, axial durchströmte Überschall-Gleichdruck-Turbine mit Teilbeaufschlagung. Das organische Arbeitsmittel Toluol überhitzt sich bei Entspannung, so daß in der einzigen Stufe der Turbine hohe Druckverhältnisse verarbeitet, also hohe Wirkungsgrade erzielt werden können. Der zerstörende Effekt der Dampfnässe in den Turbinen-Düsen und -Schaufelkanälen, welche sonst die Schaufeln anfressen und die Strömungsführung verschlechtern würde, fehlt hier. Die Turbine 14 kann z. B. mit 120.000 U/min umlaufen.The turbine 14 is a single-stage, axially flowed through supersonic constant pressure turbine with partial admission. That Organic working medium Toluene overheats when it is depressurized, so that high pressure ratios in the only stage of the turbine processed, so high levels of efficiency can be achieved. The destructive effect of the wetness of steam in the turbine nozzles and blade channels, which otherwise corrode the blades and worsen the flow guidance would be missing here. The turbine 14 can, for. B. rotate at 120,000 rpm.

Der Dampf verläßt die Turbine 14 mit 0,44 ata und 275 °C; er wird, wie gezeichnet, durch Leitung 80 in den Dampfraum des Generators 15 geführt. Der Dampf verläßt den Regenerator 15 durch die Leitung 82 mit 0,43 ata und 117 ⁰C Dieser Dampf tritt in den Kondensator 16 ein, worin er verflüssigt wird. Der Kondensator 16 ist ein Rippenrohr-Wärmetauscher; der Dampf wird innerhalb der Rohre verflüssigt, die Kühlluft fließt um die Rohre zwischen den Rippen. EinThe steam leaves the turbine 14 at 0.44 ata and 275 ° C; as shown, it is passed through line 80 into the steam space of generator 15. The steam leaves the regenerator 15 through the line 82 at 0.43 ata and 117 ^° C. This steam enters the condenser 16, in which it is liquefied. The condenser 16 is a finned tube heat exchanger; the steam is liquefied inside the tubes, the cooling air flows around the tubes between the fins. A

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(nicht gezeichnetes) Gebläse führt Umgebungeluft über die Rohre des Kondensators Ιδ. Die Zersetzung des Toluole bewirkt das Entstehen nicht-kondensierbarer Oase und hochsiedender Verbindungen. Der Abscheider 20 für die Abscheidung nicht-kondensierbarer Gase soll Abnahme dos Kondensator-Wärmedurchgangskoeffizienten und Zunahme des Turbinen-Abdampf druckes, welche die Turbinenleistung und den Arlage-Wirkungsgrad vermindern würden, verhindern.Fan (not shown) guides ambient air over the Condenser tubes Ιδ. The decomposition of the toluene causes the formation of non-condensable oases and high-boiling compounds. The separator 20 for the separation of non-condensable gases is intended to prevent a decrease in the condenser heat transfer coefficient and an increase in the turbine exhaust steam pressure, which would reduce the turbine output and the Arlage efficiency.

Das Kondensat des Dampfes fließt durch die Leitung 85 in den Kondensat-Sammelbrunnen 18.The condensate of the steam flows through the line 85 into the condensate collection well 18.

Der Anfahrbehälter 27 enthält ein (nicht gezeichnetes) federbelastetes, mit einer Verriegelungseinrichtung versehenes Ventil, das den Strom aus demAnlaßbehälter einleiten soll. Während des Anfahrens würden die (nicht gezeichnete) Luftzufuhr- und Brennstoffzufuhr-Einrichtung und ein (ebenfalls nicht gezeichneter) Zünder betätigt werden, um Heißluft in die Erhitzer-Ekonomiser-Einheit 12 zu führen. Sobald die Flamme hergestellt ist und das Metall des Erhitzers eine kritische Temperatur erreicht hat, löst eine hierfür vorgesehene Vorrichtung die am Anfahrbehälter 27 angebrachte Verriegelungseinrichtung und gibt die Feder frei, so daß sie Flüssigkeit hohen Druckes in die Hochdruckleitungen 31, 35 und IM einführen und diese füllen kann. Dies gibt ferner Strom zu den Lagern, wie in Fig. 1 gezeichnet, frei. Während das Metall des Erhitzers und die Arbeitsflüssigkeit auf ihre Solltemperatur kommen, wird die von der Pumpe 25 zur Pumpe 22 führende Leitung durch Entnahme einer kleinen Menge Hochdruckflüssigkeit gefüllt.The start-up tank 27 contains a spring-loaded valve (not shown) provided with a locking device which initiate the flow from the start-up tank target. During start-up, the (not shown) Air supply and fuel supply device and an igniter (also not shown) are actuated to lead hot air into the heater-economizer unit 12. As soon as the flame is established and the metal of the heater has reached a critical temperature, a device provided for this purpose releases the locking device attached to the start-up container 27 and releases the spring, so that it can introduce high pressure liquid into and fill high pressure lines 31, 35 and IM. this also gives power to the bearings, as shown in Fig. 1, free. While the metal of the heater and the working fluid reach their target temperature, the temperature of the Pump 25 to pump 22 leading line by removing a small amount of high pressure fluid filled.

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Wenn die Erhitzertemperatur eine gewisse Höhe erreicht, wird das Absperrventil 78 geöffnet und der Strom zur Turbine freigegeben. Die Turbine wird dann in etwa 10 bis 15 Sekunden auf 120.000 O/min beschleunigt. Wenn die Turbine ihre volle Drehzahl nahezu erreicht hat, wird die Speisepumpe 25 höheren Druck als der Anfahrbehälter 27 liefern und das Rückschlagventil 32 sich öffnen und Flüssigkeitsstrom in die Anlage einlassen. Wenn die Turbine ihre volle Drehzahl ganz erreicht hat, wird das (nicht gezeichnete) Kondensator-Gebläse eingeschaltet, und Batterien, die mit dem Brenner verbunden sind, werden wieder aufgeladen. Wenn das Kondensat im Sammelbrunnen 18 eine seinem normalen Betriebspunkt nahe Temperatur erreicht, ist die Anlage bereit, volle Last aufzunehmen. Dies geschieht schnell, da die Anlage verhältnismäßig leicht ist und nur etwa 1,5 kg Arbeitsflüssigkeit (Toluol) enthält. Die Anfahrzeit läßt sich noch weiter verkürzen, wenn der mit der Turbine Ik gekuppelte elektrische Stromerzeuger in programmierter Weise belastet wird, um elektrische Energie in Erhitzer zu liefern, die um dtn Kondensat-Sammelbrunnen gewickelt sind.When the heater temperature reaches a certain level, the shut-off valve 78 is opened and the flow to the turbine is released. The turbine is then accelerated to 120,000 O / min in about 10 to 15 seconds. When the turbine has almost reached its full speed, the feed pump 25 will deliver a higher pressure than the start-up tank 27 and the check valve 32 will open and let liquid flow into the system. When the turbine has fully reached its full speed, the condenser fan (not shown) is switched on and batteries connected to the burner are recharged. When the condensate in the collecting well 18 reaches a temperature close to its normal operating point, the system is ready to accept full load. This happens quickly because the system is relatively light and only contains around 1.5 kg of working fluid (toluene). The start-up time can be shortened even further if the electrical power generator coupled to the turbine Ik is loaded in a programmed manner in order to supply electrical energy to heaters which are wound around the condensate collecting wells.

Wenn die Anlage stillgesetzt ist, wird ein (nicht gezeichneter) batterie-gespeister Elektromotor eingeschaltet, um die Feder am Anlaßbehälter 27 in ihre Vor-Start-Stellung zu bringen. Auch kann eine Handkurbel vorgesehen werden, um die Feder des Anfahrbehälters zu spannen.When the system is shut down, a battery-powered electric motor (not shown) is switched on, to bring the spring on the starter tank 27 into its pre-start position. A hand crank can also be provided to to tension the spring of the start-up container.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung hier in Zusammenhang mit der Lieferung von Dampf an eine Turbine zum Antrieb eines Stromerzeugers in einer elektrischen Kraftwerksanlage gezeigt und beschrieben ist, sollte es doch klar sein, daß die Verwendung der Erfindung nioht darauf beschränkt ist und die Erfindung z. B. auoh zur Speisung einer Turbine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges benutzt werden kann.Although the inventive device here in connection with the delivery of steam to a turbine for Driving a power generator in an electrical power plant is shown and described, it should be clear that the use of the invention is not limited thereto and the invention z. B. auoh to feed a Turbine can be used to drive a motor vehicle.

Claims

Ill · I I I I - 13 - Claims for protection

1. Heater-economizer device for a steam power plant with organic working medium, in particular toluene, to which a turbine, called a regenerator, is also vapor-heated liquid preheater, a condenser and include a feed pump, thereby characterized in that the heater-economizer device (12) flue gas inlet ports (49), a central one Firing space (52), an annular heater part (55) surrounding it and an assembled therewith, this surrounding, annular economizer part (42), wherein the heater part (55) an annularly arranged first set of heater tubes (60) and the rauehgas-heatable An economizer part (42) for preheating the feed liquid to be supplied to the heater part (55) Having a set of tubes (63) surrounding the heater tubes (60).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the heater part (55) on the fire gas side a filling (56) from balls soldered together and in the heater tubes (60) ball fillings (62) are arranged.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that in the economizer part (42) the feed liquid pipes (63) are surrounded by a pack (65) of welded-together balls .

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