DE890190C

DE890190C - Dampfkreislaufverfahren mit Rueckverdichtung

Info

Publication number: DE890190C
Application number: DEP5611A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl-Ing Polock
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-05-26
Filing date: 1951-05-26
Publication date: 1953-09-17

Description

Dampfkreislaufverfahren mit Rückverdichtung Wärme kann mit Hilfe eines Kreisprozesses in Arbeit umgewandelt werden. Bei dem bekannten Wasserdampfkreisprozeß mit Kondensation wird die Verdichtung des Arbeitsmittels im reinen Flüssigkeitsbereich durchgeführt. Es ist bekannt, daß man die Verdichtung im Dampfgebiet durchführen kann und dabei den Verlust an Verdampfungswärme einspart. Es ist aber auch bekannt, daß die Verdichtung von Dampf infolge des zugehörigen Wirkungsgrades bei den z. Zt. üblichen Heißdampftemperaturen so viel von der Expansionsleistung verschlingt, daß die erzielte Nutzleistung in einem ungünstigen Verhältnis zum Aufwand steht. Ein derartiger Dampfkreislaufprozeß gleicht weitgehend dem bekannten geschlossenen Luftturbinenprozeß.
Abb. i gibt die Darstellung eines Dampfkreisprozesses mit Rückverdichtung, wie er als bisher bekannt anzusehen ist. Der im Verdichter V auf den Anfangsdruck P1 verdichtete Naßdampf strömt durch den Wärmeaustauscher WA, in dem der verdichtete Naßdampf insoweit, als vom expandierten Dampf restliche Überhitzungswärme an den verdichteten Naßdampf übertragen werden kann, überhitzt wird. Anschließend wird der verdichtete Dampf in einem feuerbeheizten ,#T #berhitzeT Ü1 weiter überhitzt, in einer Turbine T1 expandiert, in einem zweiten Überhitzer fI2 erneut erhitzt und in der Turbine T2 auf den Druck P2 expandiert. Anschließend durchströmt der expandierte Dampf unter Abgabe eines Teiles seiner restlichen Überhitzungswärme den Wärmeaustauscher WA. Die nunmehr erforderliche Wärmeabfuhr aus dem Kreislauf kann nun entweder wie bei Luftprozessen durch Kühlung des Umlaufdampfes erfolgen oder, wie in Abb. i dargestellt, dadurch, daß ein Teil des Dampfes entnommen und kondensiert wird, um über eine Einspritzvorrichtung E mit dem übrigen Dampf wieder gemischt zu werden. Dadurch entsteht ein Dampfzustand, der dem Anfangspunkt der Verdichtung entspricht. Je nach der Differenz, die zwischen dem Druck P2 und dem Kondensatordruck PK besteht, wird diese in der Turbine T3 zu entsprechender Arbeitsleistung ausgenutzt.
Abb. 2 stellt das Verfahren im T-S-Diagramm dar, wobei zu beachten ist, daß für den Kondensationsteil des Prozesses ein anderer Entropiemaßstab als für den Kreislauf mit Rückverdichtung gilt.
Es ist kennzeichnend für die in Abb. i dargestellte bekannte Anordnung, daß der Dampf in den ersten Überhitzer bereits mit sehr hoher Überhitzung eintritt, so daß zwecks guter Ausnutzung der Rauchgase ein großer Luftvorwärmer und sehr hohe Temperatur der vorgewärmten Verbrennungsluft vorgesehen werden muß, die um so höher werden muß, je höher die Anfangsdampftemperatur des Expansionsprozesses getrieben wird, wobei nach dem derzeitigen Stand der Technik in absehbarer Zeit Dampftemperaturen von 8oo° C erreichbar erscheinen.
Die Erfindung sieht daher vor, an Stelle des Wärmeaustauschers einen Dampferzeuger einzuschalten. Abb. 3 gibt ein Schema einer derartigen Anlage.
Nach diesem Schema strömt der aus der Endturbine T3 abströmende Umlaufdampf in einen Dampfkessel DK und beheizt diesen über Heizflächen, wobei die im Umlaufdampf vorhandene Überhitzungswärme Naßdampf erzeugt, dessen Druck über dem Anfangsdruck P1 des Systems liegt. Anschließend strömt der immer noch überhitzte Umlaufdampf in den dem Dampfkessel DK vorgeschalteten Speisewasser-Vorwärmer VW und erzeugt hier ganz oder teilweise die Flüssigkeitswärme des im Verdampfer DK erzeugten Dampfes. Anschließend kann der Umlaufdampf entweder in einem Kühler auf den Anfangszustand der Verdichtung heruntergekühlt werden oder, wie in Abb. 3 dargestellt, entsprechend der Abb. i durch Einspritzung von Wasser.
Die im Verdampfer DK erzeugten y kg Zusatzdampf je Kilogramm Umlaufdampf werden dann vor dem ersten Überhitzer Ü1 dem Umlaufdampf zugesetzt und durchlaufen mit diesem gemeinsam das Überhitzer- und Turbinensystem und werden nach Abb. 3 hinter der Turbine T3, gegebenenfalls gemeinsam mit den für die Wassereinspritzung zu kondensierenden x kg Dampf je Kilogramm Umlaufdampf, abgezweigt und unter Zwischenschaltung einer weiteren Turbine T9 im Kondensator Ko niedergeschlagen. Vom Kondensat (x -f- y) kg j e Kilogramm Umlaufdampf werden x kg der Einspritzkühlung und y kg dem Speisewasser-Vorwärmer VW durch die Speisepumpe P zugeführt.
Abb. q. gibt eine schematische Darstellung des Verfahrens im T-S-Diagramm.
Das in Abb. 3 und Anspruch i angegebene Verfahren hat gegenüber dem nach Abb, i bekannten zunächst den Vorteil, daß die Eintrittstemperatur des Dampfes im Überhitzer auf die Sattdampftemperatur gesenkt wird und damit eine zweckmäßige Ausnutzung der Rauchgase ohne übermäßige Luftvorwärmung ermöglicht wird.
Für die Sattdampferzeugung aus der Überhitzungswärme des rückströmenden Umlaufdampfes steht im Vergleich zum Wärmeaustauscher der Abb. i ein wesentlich größeres Temperaturgefälle und auf der Wasserseite des Dampferzeugers DK ein wesentlich besserer Wärmeübergangswert zur Verfügung; Des weiteren ist nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung nach Anspruch i das Verhältnis der Expansionsleistung der Anlage zur Kompressionsleistung entscheidend verbessert, so daß Größe und Kosten der Anlage sich erheblich gegenüber dem bisher Bekannten ermäßigen.
Der gesamte thermische Wirkungsgrad einer Anlage nach Anspruch i ist gegenüber dem bisher Bekannten, zumindest bei den z. Zt. erreichbaren Wirkungsgraden der Verdichtung, noch günstiger, wobei es wesentlich ist, daß die Flüssigkeitswärme des überlagerten Kondensationsprozesses aus der Wärme des ursprünglichen Rückverdichtungsprozesses gedeckt wird. Es ist für den Wirkungsgrad von Kreisprozessen von größter Wichtigkeit, daß die Differenz zwischen Expansionsleistung und Kompressionsarbeit so groß wie möglich gemacht wird. Es wird daher nach Anspruch 2 der vorliegenden Erfindung eine Annäherung der Expansion an die Isotherme dadurch erreicht, daß die Expansion in möglichst zahlreiche Stufen mit jeweils kleinem Druckgefälle und jeweiliger Zwischenüberhitzung aufgeteilt wird.
Um einen guten Wirkungsgrad bereits in der ersten Stufe der Expansion zu erzielen, wird nach Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung der Anfangsdruck .P, des Systems so gewählt, daß bereits in der ersten Schaufelreihe Vollbeaufschlagung des Turbinenläufers erreicht wird. Nach dem Anspruch 3 wird weiter bei Teillast durch Veränderung der absoluten Drücke P,' und P2 des primären Systems, unter Aufrechterhaltung des Verhältnisses von P, zu P2, das umlaufende Dämpfgewicht des primären Systems so verändert, daß das umlaufende Dampfvolumen unverändert bleibt. Bleiben auch die Temperatur und die Drehzahl der Anlage unverändert, so bleiben auch die Wirkungsgradverhältnisse unverändert. Da die im Dampferzeuger DK erzeugte Menge an Zusatzdampf sich mit dem umlaufenden Dampfgewicht anteilmäßig ändert, bleibt auch das Gesamtvolumen der durch die Turbinen durchgesetzten Dampfmenge bei Teillasten fast unveränderlich. Es kann auf diese Art auch bei sehr geringen Teillasten mit voller Drehzahl und unveränderter Heißdampftemperatur gefahren werden. Die Regelung des Maschinensatzes erfolgt durch ein Regelventil R in der Zusatzdampfzuleitung, das die Zusatzdampfmenge verändert. Die Wärmeabfuhr im Kondensator ist so zu steuern, daß der Druck im System der jeweiligen Belastungsstufe entspricht. Es muß als wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung angesehen werden, daß die Anlage auch nach längeren Betriebspausen mit Hilfe des Dampfkessels ohne äußere Hilfe angefahren werden kann, solange der Dampfdruck noch genügend über dem Kondensatordruck liegt. Baut man eine kleine Hilfsfeuerung in den Verdampfer, so kann die Anlage unter allen Umständen selbständig anfahren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Dampfkraftanlage mit annähernd adiabatischer Rückverdichtung des umlaufenden Arbeitsmittels im Naßdampfbereich und Verwertung der nach der Expansion im Dampf verbleibenden Überhitzungswärme, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der letzten Expansionsstufe (T3) abströmende, noch hochüberhitzte Umlaufdampf einen Dampfentwickler (DK) und anschließend einen zum Dampfentwickler zugehörigen Speisewasser-Vorwärmer (VW) beheizt und daß der im Dampfentwickler mit dem Anfangsdruck des Systems erzeugte Sattdampf dem Umlaufdampf vor der ersten Überhitzungsstufe (U1) beigemischt wird, das System (Ü1, T1, fI2, T2, Ü3, T3) bis zur letzten Turbinenstufe (T3) oder bis hinter den Dampfentwickler (DK) durchläuft und anschließend gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Zusatzturbine (T4), kondensiert wird (Abb. 3.) 2. Verfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks weitgehender Annäherung an die Isotherme die adiabatische Expansion in möglichst vielen einzelnen Stufen mit geringem Druckgefälle und jeweiliger Zwischenüberhitzung durchgeführt wird. 3. Verfahren nach Anspruch z und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsdruck der ersten Expansionsstufe so gewählt wird, daß bereits in der ersten Schaufelreihe der ersten Stufe volle Beaufschlagung der Schaufeln erreicht wird, und daß bei Teillast der Anlage die absuloten Drücke des primären Systems durch Änderung des umlaufenden Dampfgewichts, unter Aufrechterhaltung des Verhältnisses vom Anfangsdruck zum Enddruck des Umlaufsystems, so vermindert werden, daß das im System in der Zeiteinheit durchströmende Volumen konstant bleibt, wobei die Anfangstemperatur und die Drehzahl der Turbine und des Kompressors und damit die Wirkungsgradverhältnisse unverändert bleiben.