DE755525C - Dampfkraftanlage mit Abgabe von Dampf zu Heiz- und Kochzwecken - Google Patents
Dampfkraftanlage mit Abgabe von Dampf zu Heiz- und KochzweckenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft «ine Dampfkraftanlage mit Abgabe von Dampf zu Heiz- und
Kochzwecken. Die Industrie benötigt Dampf zu Heiz- und Kochzwecken usw., und es
werden heute hierfür allgemein Gegendruck- und Entnahmeturbinen aufgestellt, denen
Dampf höheren Druckes zugeführt wird. Der Dampf arbeitet zwischen dem Anfangs-
und Enddruck in der Gegendruck- bzw.
ίο zwischen dem Anfangs- und Entnahrnedruck
in der Entnahmeturbine außerordentlich günstig, da alle Wärme des zu Industriezwecken
entzogenen Dampfes als Nuitzwärme verwendet wird. Aus diesem Grunde erreicht
der Wirkungsgrad solcher Heizkraftanlagen 70% und mehr.
In Großbetrieben ist man dazu übergegangen, die Drücke der Heizkraftwerke
möglichst zu steigern, um viel Leistung mit höchstem Wirkungsgrad zu erzeugen. Bei
kleinen Betrieben lohnt sich die Aufstellung von Höchstdruckkesseln nicht, und es muß
daher der über die Leistung der Gegendruckturbine benötigte Kraftbedarf anderweitig
gedeckt werden, z. B. durch Bezug von Strom aus einem Fremdnetz, usw. Häufig müssen
Entnahmetiurbinen aufgestellt werden, um den Fehlbetrag der Leistung zu decken. Die
Entnahmeturbinen) arbeiten aber mit dem Dampf im Niederdruckteil mit schlechtem Wirkungsgrad, der kaum über 20 bis 25%
liegt. Die Entnahmeturbinen benötigen neben
der Niederdruckturbine, dem Kondensator und den Pumpen in erster Linie Kühlwasser,
so daß die Aufstellung des Werkes noch an Wasser gebunden ist.
Die Erfindung beseitigt obige Nachteile dadurch, daß die Dampfanlage durch eine
Luft- oder Gasturbinenanlage ergänzt wird und die Verbrennungsgase der Dampfanlage
nach Abgabe eines Teils ihrer Wärme zur ίο Dampferzeugung mindestens einen Teil ihrer
Restwärme zur Erhitzung von Luft oder Gas der Luft- bzw. Gasturbinenanlage abgeben.
Dampferzeuger mit Lufterhitzer, in denen Druckluft durch die Abgase erwärmt und einer Luftturbine zugeführt wird, sind bekannt.
Die Luftturbine treibt den. Verdichter an. und die Abluft aus der Turbine strömt
als Verbrennungsluft unter mehr oder weniger hohem Druck dem Brennraum des Kessels zu. Es ist auch bekannt, die Luftturbine
mit einem elektrischen Stromerzeuger zu kuppeln.
Die Leistung der Luftturbine ist abhängig von der Temperatur, auf welche die Druckluft
erwärmt wird. Für die Größe der Nutzleistung, die an einen Stromerzeuger abgegeben
werden kann, sind auch die Wirkungsgrade der Turbine und des Verdichters maßgebend.
Unter heutigen Verhältnissen kann durch Zuschalitung einer Heißluftturbine bei
einem Dampfkraftwerk unter Verbesserung des Wirkungsgrades eine Leistungssteigerung
von ungefähr 15% erreicht werden. Dabei muß ein Lufterhitzer eingebaut und die Aufstellung
einer Heißluftturbine mit Verdichter . vorgesehen werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit
einer solchen Anlage in Frage ge- . stellt ist. Die Wirkungsgrade der Dampf- :
kraftanlage bewegen sich heute zwischen 20 und 30%, wobei der letztere Wert nur bei
großen Leistungen, hohem Dampfdruck, hoher Dampftemperatur und niedriger Kühlwassertemperatur
erreicht wird.
Das Wärmegefälle, das in einem Heizkraftwerk der Gegendruckturbine bzw. der Entnahmeturbine
bis zur Entnahmestelle zur Verfügung steht, ist im allgemeinen klein
und beträgt nur ungefähr Vs desjenigen einer Kondensat ions turbine; auch ist der innere
Wirkungsgrad kleiner, so daß der spezifische Dampfverbrauch ungefähr dreimal größer
ist als bei einer Kondensationsdampfturbine. Dieser Umstand bewirkt, daß infolge der erforderlichen
großen Dampfkessel die Leistung der zugeschalteten Luftturbinenanlage
nun prozentual auch dreimal größer ist als bei einem Dampfkraftwerk mit Kondensationsturbinen.
Da ferner das Speisewasser bei einer Gegendruckturbinenanlage nicht so
vorteilhaft wie bei Kondensaitioiisdampf- ,
turbinen mit Anzapfdampf vongewärmt werden kann, so steigt der spezifische Brennstoffverbrauch
noch mehr, und es kann aus obigen Gründen die Zusatzleistung der Luftoder Gasturbinenanlage leicht auf 50% und
mehr der Leistung der Gegendruckturbine gesteigert werden, also auf einen für ein bestimmtes
Werk ansehnlichen Betrag.
Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung ist der hohe Brennstoffwirkungsgrad, mit
welchem die Zusatzleistung bei Heizkraftwerken erzeugt wird. Nimmt man an, der
Luftturbine ströme Druckluft mit 550° C zu und die Abgase treten mit 130° C aus dem
Kessel, so ergibt sich für die der Luftturbine zugeführte Wärme annähernd folgender
Wirkungsgrad. Die mechanische Arbeit, : welche die Luftturbine an den Verdichter
und den Stromerzeuger abgibt, wird in Nutzwärme oder Nutzleistung umgewandelt mit
Ausnahme der Lager- und Strahlungsverluste, die ungefähr 5 °/o betragen. Die Druckluft
entspannt sich in der Turbine auf ungefähr Atmosphärendruck, tritt mit ungefähr 3500 C aus und wird dem Dampfkessel zugeführt.
Die Abgase treten mit 130° C aus.
die Heißluft gibt also von den 3500 C 220° im Dampfkessel ab, und deren Wärme
wird zu ungefähr 9S0Zo (2% Strahlungsverluste)
nutzbar verwendet. Somit ergibt sich ein Wirkungsgrad der Wärmeausnutzung der Luftturbine von ungefähr 70%, der ebenso
hoch ist wie der Wirkungsgrad der Gegendrucktiurbinenanlage.
Die Erfindung erzielt einen weiteren Vorteil. Die Gegendruckdampfturbinen benötigen
kein Kühlwasser, da kein Dampf kondensiert werden muß. Die Leistung der Gegendruckturbine
genügt aber in der Regel nicht für den Kraftbedarf des Werkes, und es muß
Strom aus einem Fremdnetz bezogen werden oder es muß die fehlende Leistung durch eine
Kondensationsturbine erzeugt werden, die mit schlechtem Wirkungsgrad arbeitet. Die
Erfindung macht die Werke unabhängig sowohl von Fremdstrom wie auch von Kühlwasser.
Die Heizkraftwerke können da aufgestellt werden, wo die Verhältnisse für den Betrieb am günstigsten sind.
Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstands.
In der Fig. 1 bedeutet I den Dampferzeuger, 2 die Speiseleitung, ^1 und 32 zeigen
die Roste, auf welchen Kohle verbrannt wird. Der im Kessel 1 erzeugte Dampf wird
in einem Überhitzer 4 überhitzt und strömt durch eine Leitung· 5 zur auf den Stromerzeuger
9 arbeitenden Gegendruckturbine 6. Der Abdampf wird durch die Leitung 7 dem
Verbrauchsort zugeführt. Eine Pumpe 8 drückt das Speisewasser dem Kessel 1 zu.
Der Gegendruckturbinenanlage ist eine Luft-
turbinenanlage zugeschaltet. In einem Luftvorwärmer1
ίο und einem Lufterhitzer 12
wird Druckluft erhitzt. Dieselbe strömt zur Turbine 13, die einen Verdichter 14 und
einen Stromerzeuger 15 antreibt. Die Frischluft wird vom Verdichter 14 angesaugt und
auf Druck (z. B. 4 ata) gebracht. Hierauf strömt die Druckluft zum Luftvorwärmer 10,
Lufterhitzer 12 und zur Luftiturbine 13. Nach
Entspannung der Druckluft in der Turbine strömt die Abluft als Verbrennungsluft zu
dem Rosten S1 und 32. Es sind zwei Feuerungen vorgesehen. Die Verbrennuingsgase
geben in beiden Teilen ihre Hochtetnperaturwärme an den Dampfkessel 1 ab; nachher
durchströmt ein Teil den Dampf überhitzer 4 und der Rest den Lufterhitzer 12, worauf die
beiden Teile gemeinsam durch den Luftvorwärmer 10, der im Raum 11 eingebaut ist,
abströmen.
Damit die Luftturbinenanlage auch bei Teillast günstig arbeitet, kann die Luftturbine
13 in zwei Teile, nämlich in eine Nutzleistungsturbine und in eine Verdichterturbine,
getrennt werden. Bei der letzteren sinkt die Drehzahl mit abnehmender Belastung.
Die Nutzleistungsmaschinen der beiden Anlagen können auch miteinander gekuppelt
oder zu einer einzigen Maschine vereinigt werden. Die Fig. 2 zeigt ein solches Beispiel.
Die Gegendruckturbine 6' arbeitet auf den Stromerzeuger 9. Die Luftturbine besteht
aus der Verdiehterturbme 13, welche den Verdichter 14 antreibt, und aus der Nutzleistungsturbine
13', die auch auf den Stromerzeuger 9 arbeitet. Im übrigen entspricht
diese Anordnung der Fig. 1.
Da Leistung und Dampfmenge bei Gegendrucktarbinen oft sehr veränderlich sind,
wird der Feuerraum der Luftturbinenanlage' unterteilt, um einen Teil teilweise oder ganz
abzuschließen, wodurch Dampfmenge und Leistung verändert werden können. Es ist
möglich, auch andere Führungen der Feuergase vorzusehen. Auch die Schaltungen für
die Lufterhitzer usw. können andere als die bei den. gezeigten Beispielen sein. Es könnten
auch. Speisewasservorwärmer eingeschaltet werden usw.
Ferner könnte statt Luft auch Gas in einem geschlossenen Kreislauf geführt werden.
Nach Austritt aus der Turbine wird in diesem Falle das Abgas einen Teil der Wärme
an das aus dem Verdichter austretende Gas abgeben und nachher die Restwärme an die
Verbrennungsluft, die durch einen besonderen Ventilator dem Feuerraum zugeführt wird.
Auf Grund der Erfindung kann bei jeder Gegendruckanlage eine Zusatzlei stung1 in
der Größenordnung bis nahe zu der Gegendrucklei stung mit etwa 70% Gesamtwirkungsgrad
geschaffen werden, ohne daß hierzu Kühlwasser benötigt wird. Es ist bekannt, daß man heute bei Gegendruckanlagen
bestrebt ist, mit der bestimmten, durch den Wärmebedarf gegebenen Dampfmenge möglichst große Leistungen herauszuholen,
da diese Leistungen mit dem höchsten Wirkungsgrad erzeugt werden und daß man diese Höchstleistungsausbeute nur
durch Anwendung von Höchstdruck erreicht. Genügt die auch mit Höchstdrucken erzielte
Leistung nicht, so ist man gezwungen, Kcndensations- oder Entnahmeturbinen aufzustellen,
die aber im Kondensat ionsteil nur mit einem Wirkungsgrad von 20 bis 24% arbeiten und zudem beträchtliche Mengen
Kühlwasser benötigen.. Es ist nun möglich, die Leistungen von Gegendruckanlagen bei
gleichen Dampfmenigen und Dampfdrucken
um 50 bis 100% zu steigern, unter Beibehaltung dar hohen Wirkungsgrade von 70
bis 80% und ohne daß hierzu Kühlwasser benötigt wird. Es ist ferner möglich. Gegendruckanlagien
ohne Höchstdruck zu bauen, wenn die Luftleisfiung den erforderlichen
Kraftbedarf deckt.
Claims (2)
- Patentansprüche:ι. Dampfkraftanlage mit Abgabe von Dampf zu Heiz- und Kochzwecken, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe durch eine Luft- oder Gasturbinenanlage ergänzt ist und die Verbrenn-ungsgase der Dampfanlage nach Abgabe eines Teils ihrer Wärme zur Dampferzeugung mindestens einen Teil ihrer Restwärme zur Erhitzung von Luft oder Gas der Luft- bzw. Gasturbinenanlage abgeben.
- 2. Dampfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase mindestens nach Abgabe eines Teils ihrer Wärme zur Dampferzeugung für die Luft- bzw,,. Gaserhitzung getrennt geführt sind. ·Zur Abgrenzung des Erfindungsgegensitands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:Deutsche Patentschriften Nr. 594288, .627514;schweizerische Patentschriften Nr. 150539, 11S 204 343-Hierzu 1 Blatt ZeichnungenI 5155 4.52
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