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Verfahren zur Leistungsregelung von Wärmekraftanlagen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung von Wärmekraftanlagen, in denen mindestens
der größere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittels einen Kreislauf beschreibt und
bei einer Leistungssteigerung der Druckpegel im Kreislauf durch Einlassen von Arbeitsmittel
in den Kreislauf erhöht, bei einer Leistungsabnahme dagegen durch Entnahme von Arbeitsmittel
gesenkt wird und ferner das Arbeitsmittel mindestens einmal nach einer Teilexpansion
in mindestens einer Turbine wieder erhitzt wird.
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Bei solchen Anlagen, in denen das Arbeitsmittel nach einer Teilexpansion
ein zweites und allenfalls sogar noch weitere Male wieder erhitzt wird, werden im
allgemeinen größere Druckverhältnisse angewendet als bei nur einmaliger Erhitzung
des Arbeitsmittels. Es liegt dann auch der 'höchste im Kreislauf vorkommende Druck
entsprechend höher. Damit sich bei Anwendung des erwähnten Regelungsverfahrens eine
rasche Wirkung erzielen läßt, bietet es bekanntlich einen Vorteil, das bei Leistungsänderungen
in den Kreislauf ein- bzw. aus demselben auszulassende Arbeitsmittel beim höchsten
Druck des Kreislaufes ein- bzw. abzuführen. Da jedoch dieser Druck bei Wiedererhitzung
des Arbeitsmittels nach Teilexpansion, wie erwähnt, im allgemeinen höher liegt als
beim Arbeiten ohne Wiedererhitzung, so muß auch das bei Leistungszunahme in den
Kreislauf einzuführende Arbeitsmittel auf einen entsprechend höheren Druck gebracht
werden. Dies bedingt das Vorsehen leistungsfähigerer, also mehr Energie verbrauchender
und auch teurerer Hilfsverdichter für dieses Arbeitsmittel. Ferner sind stärker
bemessene und daher ebenfalls teurere Speicher aufzustellen, falls das in den Kreislauf
einzuführende
Arbeitsmittel einem Speidlier entnommen wird. Das
Einführen -von Arbeitsmittel in den Hochdruckteil des Kreislaufes, das, vom Standpunkt
der Regelung betrachtet, recht vorteilhaft ist, läßt somit wirtschaftlich zu wünschen
übrig, wenn im Hochdruckteil des Kreislaufes ein verhältnismäßig hoher Druck iherrscht.
Um nun in einem solchen Falle die Verhältnisse wirtschaftlich zu verbessern, wird
gemäß vorliegender Erfindung das zur Leistungssteigerung in den Kreislauf einzuführende
Arbeitsmittel an einer Stelle in ,den Kreislauf eingelassen: die vor der letzten
Expansionsstufe, aber so liegt; daß der Druck des einzuführenden Arbeitsmittels
unter dem Anfangsdruck der Expansion liegt. Folglich lassen sich bei Anwendung dieses
Verfahrens höhere Drücke für das Arbeitsmittel, das bei Belastungszunahmen in den
Kreislauf einzuführen ist, vermeiden, was sich hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit
des Verfahrens vorteilhaft in bezug auf die Behälter zum Aufspeichern und den Hilfsverdichter
zum Verdichten jenes Arbeitsmittels auswirkt.
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In den Zeichnungen sind verschiedene -Ausführungsformen von Wärmekraftanlagen
in vereinfachter Darstellungsweise veranschaulicht, an Hand welcher das Verfahren
beispielsweise erläutert wird. Es zeigt Fig. i eine Wärmekraftanlage mit zwei nacheinandergeschalteten
Turbinen, zwischen denen eine Wiedererhitzung des Kreislaufarbeitsmittels erfolgt
und bei welcher das in den Kreislauf einzuführende Arbeitsmittel an einer Stelle
zwischen den zwei Turbinen eingelassen und vor dem Eintritt in den Kreislauf erhitzt
wird, -Fig. 2 eine ähnliche Anlage, bei der das in .den Kreislauf einzuführende
Arbeitsmittel durch Kreislaufarbeitsmittel erhitzt wird, das der letzten Stufe der
Niederdruckturbine entströmt, Fig. 3 eine Anlage, bei der das in den Kreislauf einzuführende
Arbeitsmittel in eigenen Rohren, die in einem Wärmeaustausdher der Wärmekraftanlage
angeordnet sind, erhitzt wird, Fig. 4. eine Ausführungsform, bei der das in den
Kreislauf einzuführende Arbeitsmittel in eigenen Rohren, die in einem zum Aufheizen
des Kreislaufarbeitsmittels dienenden Erhitzer untergebucht sind; erhitzt wird,
und Fig.5 eine Ausführungsform, bei der das zur Leistungssteigerung in denKreislauf
einzuführende Arbeitsmittel im erhitzten Zustand in einem Speicher gespeichert wird.
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In Fig. -i bezeichnet i einen Verdichter, dem ein zu verdichtendes
Arbeitsmittel, z. B. Luft, durch eine Leitung 2, zuströmt. Das in .diesem Verdichter
i auf einen höheren Druck gebrachte Arbeitsmittel gelangt durch eine Leitung 3 in
einen Wärmeaustauscher q., wo es Wärme aufnimmt, und dann durch eine Leitung 5 in
einen Erhitzer 6, in welchem demselben von äußen her Wärme zugeführt wird. Das auf
diese Weise auf höhere Temperatur -gebrachte Arbeitsmittel 'strömt in einer Leitung
7 dem Hochdruckteil 8 einer zweigehäusigen Turbine zu, in welchem Teil es sich unter
Leistungsabgabe an den Verdichter -i und beispielsweise auch an einen Generator
.io entspannt, um hierauf durch eine Leitung @iii in einen zweiten Erhitzer 12 zu
gelangen, wo es wieder erhitzt wird. Das so zum zweitenmal erhitzte Arbeitsmittel
strömt dann durch eine Leitung 13 in den Niederdrudkteil9 der zweigehäusigen Turbine,
wo es sich weiter entspannt, um hierauf durch eine Leitung i'4. in den <Wärmeaustauscher
,4 zu strömen. In letzterem gibt der entspannte, heiße Teil des Arbeitsmittels Wärme
an den vom Verdichter r kommenden, verhältnismäßig kalten Teil des Arbeitsmittels
ab, worauf der erstgenannte Teil durch eine Leitung,iS in einen Vorkü'hler 116 und
aus diesem in die Saugleitung :2 .des Verdichters i gelangt, womit der Kreislauf
der Anlage durchlaufen ist. Im weiteren bezeichnet ti7 ein Ventil, das den Abfluß
von Arbeitsmittel aus der Kreislaufleitung 3 durch Leitungen i8 und tig nach einem
Niederdruckspeicher 2Q beherrscht, und 21 bezeichnet ein Ventil, das den Zufluß
von Arbeitsmittel aus einem Hochdruckspeicher i22 durch Leitungen123 und 2.a. nach
der Kreislaufleitung n3 beherrscht. Die Ventile,i7 und 2i werden vom Fliehkraftpendel2,5
der Anlage aus mittelbar verstellt. Ein Hilfsverdichter 26 dient zum Fördern voll
Arbeitsmittel aus dem Niederdruckspeicher 2o in den Hochdruckspeicher 22.
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Bei der beschriebenen Wärmekraftanlage wird somit das bei einer Belastungszunahme
aus dem Hochdruckspeicher 22 in den Kreislauf einzuführende Arbeitsmittel an der
Stelle 27 in den Kreislauf eingeführt. Diese Stelle liegt zwischen den zwei in Reihe
geschalteten Turbinenteilen 8, 9, zwischen denen eine Wiedererhitzung des Kreislaufarbeitsmittels
im Erhitzer i2 erfolgt, und somit vor der letzten Expansionsstufe. Der Druck des
an der Stelle o17 in den Kreislauf einzuführenden Arbeitsmittels liegt unter dem
Anfangsdruck der Expansion des in die Hochdruckturbine 8 gelangenden Arbeitsmittels.
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Das an' der Stelle 2T in den Kreislauf cinzuführende Arbeitsmittel
wird vor dem Eintritt in den Kreislauf noch in einem besonderen Hilfserhitzer 28
erhitzt. Diese Erhitzung kann zweckmäßig teilweise durch Wärme erfolgen, die wärmespeicherndes
Material des Hilfsierhitzers 28 abgibt.
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Wie in Fiä. 2 gezergt,. kann das bei einer Belastungszunahme der Anlage
in den Kreislauf einzuführende Arbeitsmittel aus einem Hochdruckspeicher 3o durch
ein-- Leitung .3,1 über ein Ventil 32 und eine Leitung 33 erst an einer Stelle 34.
in den Kreislauf eingeführt werden, nachdem es in einem Hilfserhitzer 36 durch das
der Ni.ederdruckturbine 35 entströmende Arbeitsmittel vorerhitzt worden ist. Auch
in diesem Falle liegt die Einführungsstelle 3q., bezogen auf den Kreislauf, zwischen
der Hochdruckturbine 3.7 und. der Niederdruckturbine 35, und zwär vor dem Eintritt
des Kreislaufarbeitsmittels in den zweiten Erhitzer 38.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der das aus einem Hochdruckspeicher
40 an der Stelle 4.2 in den Kreislauf einzulassende Arbeitsmittel in
eigenen
Rohren 43, die im Wärmeaustauscher 4.1. der Wärmekraftanlage angeordnet sind, vorerhitzt
wird.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4. wird das bei einer Belastungszunahme
der Anlage aus einem Hochdruckspeicher 45 zu entnehmende und an der Stelle .t6 in
den Kreislauf der Anlage einzulassende Arbeitsmittel einmal in einem von den Abgasen
der beiden Erhitzer :47, 5o durchströmten Verbrennungsluftvorwärmer 48 vorerhitzt
und alsdann in einer eigenen Rohrschlange 49, die in dem zum zweiten Aufheizen des
Kreislaufarbeitsmittels dienenden Erhitzer5o untergebracht ist, weiter erhitzt.
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Wie in Fig. 5 gezeigt, kann das aus einem Speicher 51 bei Belastungssteigerung
an einer Stelle 52 in den Kreislauf einzuführende Arbeitsmittel im erhitzten Zustand
im Speicher p gespeichert werden. Zu diesem Zweck wird das bei einer Leistungsverminderung
dem Kreislauf zu entnehmende Arbeitsmittel im erhitzten Zustand an einer Stelle
55, die zwischen dem ersten Erhitzer 53 der Anlage und der Hochdruckturbine 54 liegt,
durch eine Leitung 5,6 über ein Ventil 57 und eine Leitung 58 in den Speicher 51
ausgelassen, wo es im erhitzten Zustand gespeichert wird.
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Wie sich an Hand der Zeichnungen feststellen läßt, wird bei allen
gezeigten Ausführungsformen das zur Leistungssteigerung in den Kreislauf einzuführende
Arbeitsmittel an einer Stelle in den Kreislauf eingelassen, die vor der letzten
Expansionsstufe des Kreislaufarheitsmittels in den Turbinen. aber so liegt, daß
der Druck des einzuführenden Arbeitsmittels bei allen Ausführungen unter dein Anfangsdruck
der Expansion liegt.