DE941758C - Combined combustion and steam power plant - Google Patents

Combined combustion and steam power plant

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DE941758C
DE941758C DEK13104A DEK0013104A DE941758C DE 941758 C DE941758 C DE 941758C DE K13104 A DEK13104 A DE K13104A DE K0013104 A DEK0013104 A DE K0013104A DE 941758 C DE941758 C DE 941758C
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DEK13104A
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Willibald Krasnitzky
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/08Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with working fluid of one cycle heating the fluid in another cycle

Description

Kombinierte Brenn- und Dampfkraftanlage Die Erfindung geht von den bekannten kombinierten Brenn- und Kraftanlagen aus, bei denen in einem Dampfkessel eine primäre Teilverbrennung des Brennstoffes, hauptsächlich zu Kohlenoxyd, stattfindet. Dieses Brenngas wird in einer Brennkraftmaschine einer sekundären Restverbrennung unter Kraftgewinnung unterzogen. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden zur Dampfüberhitzung benutzt. Bei diesen bekannten Anlagen werden die Abgase !der Brennkraftmaschine in einer Expansionsstufe auf Atmosphärendruck entspannt und bei diesem Druck zur Erzeugung oder Überhitzung des Dampfes verwendet. Hierbei wird infolge Atmosphärendruckes der Wärmeübergang auf den Dampf ungenügend oder der Dampfüberhitzer würde sehr große Abmessungen erhalten. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden und den thermischen Gesamtwirkungsgrad solcher Anlagen zu verbessern, soll erfindungsgemäß die primäre Teilverbrennung im Dampfkessel bei Atmosphärendruck und die sekundäre Restverbrennung in der Brennkraftmaschine nach stattgefundener Luftmischeng und Verdichtung des Brenngas-Luftgemisches im Verdichter erfolgen, wobei die Treibgasexpansion zweistufig erfolgt und die teilexpandierten Abgase der ersten Stufe vor der zweiten Expansionsstufe ihre Wärme bei einem noch über Atmosphärendruck liegenden Albgasdruck an den Dampf oder das Kesselwasser abgeben.Combined internal combustion and steam power plant The invention is based on the known combined combustion and power plants, where in a steam boiler primary partial combustion of the fuel, mainly to carbon dioxide, takes place. This fuel gas undergoes secondary residual combustion in an internal combustion engine subjected to power generation. The exhaust gases from the internal combustion engine become steam overheating used. In these known systems, the exhaust gases from the internal combustion engine relaxed in an expansion stage to atmospheric pressure and at this pressure to Generation or superheating of the steam is used. This is due to atmospheric pressure the heat transfer to the steam is insufficient or the steam superheater would be very large Dimensions received. To avoid these difficulties and the thermal The primary aim of the invention is to improve the overall efficiency of such systems Partial combustion in the steam boiler at atmospheric pressure and secondary residual combustion in the internal combustion engine after air mixing has taken place and Compression of the fuel gas-air mixture takes place in the compressor, whereby the propellant gas expansion takes place in two stages and the partially expanded exhaust gases of the first stage before the second Expansion stage their heat at an albgas pressure still above atmospheric pressure to the steam or the boiler water.

Bei einer bekannten Anlage erfolgt ebenfalls eine primäre .Teil- und eine sekundäre Restverbrennung. Hierbei werden jedoch die Abgase bis auf den atmosphärischen Druck entspannt, während bei der erfindungsgemäßen Anlage die Abgase nach der sekundären Restverbrennung unter einem Druck von mehreren. Atmosphären stehend im Heizrohrbündel Wärme an das Kesselwasser abgeben. Die Kraftgewinnung aus den Abgasen erfolgt bei der bekannten Anlage in einer Stufe, bei ,der erfindungsgemäßen Anlage in zwei Stufen, und zwar in der Brennkraftmaschine und in der Abgasturbine.In a known system there is also a primary .Teil- and secondary residual combustion. Here, however, the exhaust gases are down to the atmospheric Pressure relaxed, while in the system according to the invention, the exhaust gases after the secondary Residual combustion under a pressure of several. Atmospheres standing in the heating tube bundle Give up heat to the boiler water. The power generation from the exhaust gases takes place at the known system in one stage, the system according to the invention in two stages, namely in the internal combustion engine and in the exhaust gas turbine.

Bei einer anderen bekannten Anlage entspannen sich die Abgase in der Brennkraftturbine nur in einer Stufe direkt auf abrhosphärischen Druck und sind im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Artlage die Speisewasservorwärmer der Brennkraftturbine nachgeschaltet.In another known system, the exhaust gases relax in the Internal combustion turbine only in one stage directly at abrhospheric pressure and are in contrast to the type position according to the invention, the feedwater preheater of the internal combustion turbine downstream.

Diese bekannten Anlagen weichen also in ihren hauptsächlichsten Merkmalen von der erfindungsgemäßen Anlage ab.These known systems therefore give way in their main characteristics from the system according to the invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin ist a der Dampfkessel, in welchem die primäre Teilverbrennung des Brennstoffes bei atmosphärischem Druck stattfindet. Die Brenngase werden über den Gasreiniger g unter Zumischung der nötigen Verbrennungsluft bei c im Verdichter k komprimiert und der Brennkraftmaschine b zugeleitet, welche den Stromerzeuger h antreibt. Nach der sekundären Restverbrennung, hauptsächlich zu Kohlensäure und Wasserdampf, werden die Abgase unter den Druck von mehreren Atmosphären durch das Heizrohrbündel d geleitet, welches im Kessel a eingebaut ist. Dort geben die Abgase einen Teil ihrer Wärme an das Kesselwasser oder an den Sattdampf ab, der dadurch überhitzt wird, durchströmen unter Energieabgabe und weiterer Abkühlung die Abgasturbine e und gelangen durch den Auspuff ins Freie. Der Verdichter k wird von der Abgasturbine e angetrieben und folgen beide in ihrer Drehzahl der jeweiligen Belastung. Der Anwurfmotor L hat nur die geringe Differenzleistung zwischen k und e aufzubringen. Das Kesselspeisewasser wird mit zur Kühlung der Brenn'kraftmaschine b verwendet. Außerdem kann das Kesselspeisewasser in einem zwischen dem primären Teilverbrennungsraum, nämlich der Dampfkesselfeuerung und dem Gasreiniger g angeordneten, nicht dargestellten Gaskühler und in einem von: den Abgasen hinter der Abgasturbine e beaufschlagten, ebenfalls nicht eingezeichneten Vorwärmer vorgewärmt werden. Zum Anlassen der Anlage werden die Gasschieber f umgestellt, so daß dann der Weg der Abgase vom Kessel a über den Gasreiniger g, den Verdichter k und die Umgehungsleitung m direkt ins Freie offen ist.An embodiment of the invention is shown in the drawing. A is the steam boiler in which the primary partial combustion of the fuel takes place at atmospheric pressure. The combustion gases are compressed via the gas cleaner g with the addition of the necessary combustion air at c in the compressor k and fed to the internal combustion engine b, which drives the power generator h. After the secondary residual combustion, mainly to carbonic acid and water vapor, the exhaust gases are passed under the pressure of several atmospheres through the heating tube bundle d , which is built into the boiler a. There, the exhaust gases give off part of their heat to the boiler water or to the saturated steam, which is thereby overheated, flows through the exhaust gas turbine e, releasing energy and further cooling, and is released into the open through the exhaust pipe. The compressor k is driven by the exhaust gas turbine e and both follow the respective load in terms of their speed. The starting motor L only has to generate the slight difference in power between k and e. The boiler feed water is used to cool the internal combustion engine b. In addition, the boiler feed water can be preheated in a gas cooler (not shown) arranged between the primary partial combustion chamber, namely the steam boiler furnace and the gas cleaner g, and in a preheater (also not shown) that is acted upon by the exhaust gases behind the exhaust gas turbine e. To start the system, the gas slide f are switched so that the path of the exhaust gases from the boiler a via the gas cleaner g, the compressor k and the bypass line m is open directly to the outside.

In der Umgehungsleitung m, die den Auslaß des Verdichters k mit der Auspuffleitung der Abgasturbine e verbindet, ist ein Absperrorgan f angeordnet. Ein weiteres Absperrorgan f ist in der Auspuffleitung zwischen der Abgasturbine e und der Einmündung der Umgehungsleitung angeordnet.In the bypass line m, which connects the outlet of the compressor k with the exhaust line of the exhaust gas turbine e , a shut-off element f is arranged. Another shut-off element f is arranged in the exhaust line between the exhaust gas turbine e and the confluence of the bypass line.

Der Kessel a liefert Dampf, welcher in bekannter Weise zur Krafterzeugung oder für andere Zwecke verwendet werden kann.The boiler a supplies steam, which is used in a known manner to generate power or can be used for other purposes.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Anlage bringt folgende Vorteile: Infolge der Beaufschlagung des Heizrohrbündels mit Heizgasen unter Überdruck kann die 'Heizfläche d verkleinert werden. Dadurch, daß das Treibgas zwischen den Expansionsstufen in den Heizrohren d gekühlt wird, sinkt die Expansionsendtemperatur hinter der Turbine e und damit auch dieAbgastemperatur. Hierdurch werden die Abgasverluste verringert und der- Wirkungsgrad erhöht. Die Verwendung billiger, fester, flüssiger und gasförmiger Brennstoffe, wie Kohle, Koks, Anthrazit, Heizöl oder Heizgas, ist möglich:The design of the system according to the invention has the following advantages: As a result of the heating tube bundle being subjected to heating gases under excess pressure the 'heating surface d can be reduced. Because the propellant gas between the expansion stages is cooled in the heating pipes d, the expansion end temperature drops behind the turbine e and thus also the exhaust gas temperature. This reduces the exhaust gas losses and the efficiency increases. The use of cheaper, solid, liquid and gaseous Fuels such as coal, coke, anthracite, heating oil or heating gas are possible:

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: i. Kombinierte Brenn- und Dampfkraftanlage mit primärer Teilverbrennung in einem Dampfkessel, sekundärer Restverbrennung in einer Brennkraftmaschine und Dampferzeugung, Speisewasservorwärmung oder Dampfüberhitzung mittels der Brennkraftmaschinenabwärme, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Teilverbrennung im Dampfkessel (m) bei Atmosphärendruck und die sekundäre Restverbrennung in der Brenn'kraftmaschine (b) nach stattgefundener Luftzumischung (c) und Verdichtung des B@renmgas-Luft-Gemisdhes im Verdichter (k) erfolgt und daß weiterhin die teilexpandierten Abgase zwischen den Expansionsstufen (b, e) ihre Wärme bei einem noch 'über Atmosphärendruck liegenden Abgasdruck (d) an den Dampf oder das Kesselwasser abgeben. PATENT CLAIMS: i. Combined internal combustion and steam power plant with primary partial combustion in a steam boiler, secondary residual combustion in an internal combustion engine and steam generation, feed water preheating or steam overheating by means of the internal combustion engine waste heat, characterized in that the primary partial combustion in the steam boiler (m) at atmospheric pressure and the secondary residual combustion in the internal combustion engine (b) after air has been admixed (c) and compression of the B @ renmgas-Luft-Gemisdhes in the compressor (k) takes place and that the partially expanded exhaust gases continue to gain their heat between the expansion stages (b, e) at an exhaust gas pressure still above atmospheric pressure ( d) give off to the steam or the boiler water. 2. Kombinierte Brenn- und Dampfkraftanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die zweite EXpansionsstufe (e) der Brennkraftmaschine als Abgasturbine ausgebildet ist und den zwischen dem primären Teilverbrennungsraum (a) und der Brenrikraftmaschine (b) angeordneten Gemischverdichter (k) antreibt. 2. Combined internal combustion and steam power plant according to claim i, characterized in that that in a known manner the second expansion stage (s) of the internal combustion engine is designed as an exhaust gas turbine and between the primary partial combustion chamber (A) and the combustion engine (b) arranged mixture compressor (k) drives. 3. Kombinierte Brenn- und Dampfkraftanlage nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kesselspeisewasser sowohl im Kühlmantel der. Brennkraftmaschine - (b) als auch in einem zwischen den primären Teilv erbrennungsraum und dem Gasreiniger (g) angeordneten Gaskühler und in einem von den Abgasen hinter der Abgasturbine (e) beaufschlagten Vorwärmer vorgewärmt wird. 3. Combined internal combustion and steam power plant according to claim i and 2, characterized in that that the boiler feed water both in the cooling jacket. Internal combustion engine - (b) as also in one between the primary combustion chamber and the gas cleaner (g) arranged gas cooler and in one of the Exhaust gases behind the exhaust turbine (e) the preheater is preheated. 4. Kombinierte Brenn- und Dampfkraftanlage nach Anspruch i bis 3, gekennzeichnet durch eine mit einem Absperrorgan (f) versehene Umgehungsleitung (m), die den AuslaB des Verdichters (k) mit der Auspuffleitung der Abgasturbine (e) verbindet, wobei in der Auspuffleitung zwischen der Abgasturbine und der Einmündungsstelle der Umgehungsleitung ein weiteres Absperrorgan (f) angeordnet ist. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 367 484 904 625.4. Combined combustion and steam power plant according to claims i to 3, characterized by one provided with a shut-off element (f) Bypass line (m) connecting the outlet of the compressor (k) to the exhaust line the exhaust gas turbine (e) connects, being in the exhaust line between the exhaust gas turbine and another shut-off device (f) is arranged at the junction of the bypass line is. Cited publications: German patent specifications No. 367 484 904 625.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1110470B (en) * 1958-04-19 1961-07-06 Walter Stamminger System for interconnected operation between free-piston gas turbines and steam boiler systems
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