DEP0031482DA - Wärmekraftanlage für hohe Temperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmekraftanlagen mit äusserst hohen Arbeitstemperaturen, insbesondere Eintrittstemperaturen.

Um hochlegierte Materialien für Rohrleitungen, Armaturen und Sicherheitseinrichtungen zu sparen, werden nach der Erfindung Erhitzer und Vorschalt-Wärmekraftmaschine zu einer Blockschaltung so zusammengefasst, dass Vorschaltüberhitzer und Vorschaltturbine räumlich unmittelbar benachbart sind und gemeinsame Absperr- und Regelorgane haben. Auf diese Weise gelingt es, den Einfluss der hohen Temperaturen auf einen kleinen Anlageteil zu beschränkten und zu beherrschen. In der Vorschalt-Wärmekraftmaschine für sehr hohe Temperaturen wird das Arbeitsmedium in einen Zustand gebracht, der beherrschbare Temperaturen für die betrieblich notwendigen Einrichtungen zur Parallelschaltung mehrerer Anlageteile und zur Reservehaltung ergibt. Die Blockschaltung nach der Erfindung erhält die Bezeichnung Hochtemperatur-Vorschaltblock. Beim heutigen Stand der Technik liegt die obere Temperaturgrenze bei etwa 500°C, während der Bereich von 500 bis 78 700°C als technisch erreichbar anzusehen, jedoch betrieblich schwierig beherrschbar ist.

Bei der technischen Entwicklung kann sich die Grenze der betrieblichen beherrschbaren Temperaturen weiterhin nach oben verschieben, wobei die Erfindung in dem jeweils schwierig beherrschbaren Temperaturbereich an Bedeutung gewinnt.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Dampfkraftanlagen als Ausführungsbeispielen in dem nach heutigem Stand der Technik schwierig beherrschbaren Temperaturbereich zwischen 500-700°C beschrieben. Die Erfindung ist auch in gleicher Weise für Prozesse mit anderen Energieträgern wie Luft, Gas, Öl, Quecksilber und dergleichen anwendbar.

Das über 500°C im Kessel mit Überhitzer erhitzte Arbeitsmedium (Dampf, Luft, Gas, Rauchgas usw.) strömt durch eine Leitung über einen Überhitzer der Vorschaltmaschine unmittelbar zu, ohne dass in der Rohrleitung Armaturen angebracht sind. Die Vorschaltmaschine verarbeitet das Arbeitsmedium bis auf einen Zustand (Druck und Temperatur von z.B. 33 ata und 485°C), der im Wärmekraftmaschinenbau als betriebssicher bekannt ist. Daraus ergibt sich die Möglichkeit eines erheblichen Wärmegewinns, ohne dass Materialschwierigkeiten und damit zusammenhängende Kostenfragen von entscheidendem Einfluss werden. Das Arbeitsmedium kann hinter der Hochtemperatur-Vorschaltturbine einer Gegendruckturbine zugeführt werden.

In der Figur 1 ist eine Schaltungsmöglichkeit schematisch dargestellt. Aus der Figur 2 ist die beispielsweise Darstellung eines Hochtemperatur-Vorschaltblocks ersichtlich. Es handelt sich um ein Ausführungsbeispiel für eine Hochdruck-Dampfanlage, bei der die Hochtemperatur-Vorschaltmaschine unmittelbar neben dem Dampfkessel mit Hochtemperatur-Überhitzer angeordnet ist.

Der Kessel 1 kann einen festen eingebauten und im Dauerbetrieb verwendeten Überhitzer 8 erhalten, in dem das Arbeitsmedium auf etwa 500°C erhitzt wird. Ausserdem ist der besondere Hochtemperatur-Überhitzer 4 vorgesehen, in dem das Medium auf höhere Temperaturen bis zu 700°C erwärmt wird und von dem es unmittelbar durch Leitung 2 der Hochtemperatur-Vorschaltmaschine 3 zuströmt.

Vom üblichen Überhitzer 8 strömt also nach der Erfindung der überhitzte Dampf in einem Zustand von z.B. 80 atü und 500°C durch die Leitung 11 über Schnellschlussventil und Regelventil 10 der Hochtemperatur-Maschine 3 dem sondergefeuerten Hochtemperatur-Überhitzer 4 zu. Als Sonderfeuerung kann eine Kohlenstaubfeuerung 12 dienen. Eine Steuerleitung 14 verbindet den in der Leitung 2 befindlichen Impulsgeber mit der Drosselungsvorrichtung für die Sonderfeuerung 12. In diesem gesondert untergebrachten Überhitzer 4 wird der Dampf in dem dargestellten Beispiel auf eine Temperatur von 700°C überhitzt. Durch die kurze Rohrleitung 2 ohne jede Armatur strömt der Hochtemperatur-Dampf in die Vorschaltmaschine 3 und wird in dieser gemäss dem Ausführungsbeispiel auf etwa 35 ata 450°C entspannt. Er verlässt durch die Leitung 5 die Hochtemperatur-Vorschalt-Maschine. Fällt die Hochtemperatur-Vorschalt-Maschine aus, so kann der auf 500°C überhitzte Dampf direkt in eine Leitung 6 abgegeben werden, ohne dass er den Hochtemperatur-Überhitzer 4 durchströmt.

Neben dem dargestellten, sonderbeheizten Hochtemperatur-Überhitzer sind andere Ausführungsformen möglich. Es kann z.B. bei einer Anordnung des Hochtemperatur-Überhitzers 4 im Zuge des Rauchgasstromes bei Ausfall des Hochtemperatur-Überhitzers der Rauchgasstrom umgelenkt oder eine Abkühlung durch Rauchgasrücksaugung von abgekühlten Rauchgasen erzielt werden. Die sich dadurch in nachgeschalteten Heizflächen ergebende grössere Leistung kann zur vermehrten Dampferzeugung dienen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, bei Überhitzern für Gasturbinen durch gespeichertes Gas (Flaschenbatterien) Reservemengen aufzustapeln, die automatisch bei Störungen zugegeben werden können, wodurch die Gefahr der Verbrennung des Hochtemperatur-Überhitzermaterials vermieden wird. Das Verbindungsrohr vom Hochtemperatur-Überhitzer zur Hochtemperatur-Vorschaltmaschine ist so auszu- bilden, dass etwa anfallendes Kondenswasser auf der 500°C-Seite oder an der Turbine im Bereich niedrigerer Temperaturen anfällt, so dass im Hochtemperatur-Bereich keine Entwässerungsarmaturen nötig werden. Die Rohrführung wird dabei im Hochtemperatur-Bereich so getroffen, dass eine freie Dehnung möglich ist. An der Figur 3 ist eine weitere Schaltungsmöglichkeit für Dampf dargestellt. Aus der schematischen Abbildung geht hervor, dass, wenn der Hochtemperatur-Überhitzer 4 und die Hochtemperatur-Vorschaltmaschine 3 ausfallen, der 500°C-Dampf hinter dem Überhitzer 8 durch die Leitung 6 der ersten Stufe einer Gegendruckmaschine oder Kondensationsmaschine 7 zugeführt werden kann, deren Abdampf weiterhin in die Leitung 9 strömt. Ist jedoch der Hochtemperatur-Vorschaltblock in Betrieb, so wird der Dampf nach Verarbeitung in der Hochtemperatur-Vorschaltmaschine 3 der Gegendruckmaschine 7 erst in einer späteren Stufe zugeführt. Die Gegendruck- oder Kondensations-Maschine 7 wird betrieblich für den Dampfzustand, wie er sich hinter der Hochtemperatur-Vorschaltmaschine ergibt, ausgelegt.

Nach Figur 4 kann die Vorschaltmaschine 3 auch vom Hochtemperatur-Überhitzer 4 und der Leitung 2 mit 600°C-Dampf und von der anderen Seite direkt vom Kessel 1 über die Leitung 6 mit 500°C-Dampf beaufschlagt werden. An die Hochtemperatur-Vorschaltmaschine 3 ist über die Leitung 5 eine hier nicht dargestellte Kondensationsmaschine angeschlossen.

Claims (10)

1) Wärmekraftanlage für hohe Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, dass Vorschaltüberhitzer (4) und Vorschaltturbine (3) räumlich unmittelbar benachbart sind und gemeinsame Absperr- und Regelorgane haben (Figur 1 und 2).

2) Wärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kessel (1) mit abschaltbaren oder sondergefeuerten Hochtemperatur-Überhitzern (4) ausgerüstet sind.

3) Wärmekraftanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Regel- und Schnellschlussorgane (10) in Nähe der Hochtemperatur-Vorschaltmaschine (3) in der Leitung (11) mit niedrigem Temperaturbereich derart angeordnet sind, dass der Hochtemperatur-Überhitzer (4) nach diesen Regel- und Abschlussorganen (10) durchströmt wird.

4) Wärmekraftanlage nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung im Hochtemperatur-Überhitzer (4) durch Steuerung der Wärmezufuhr zum Hochtemperatur-Überhitzer (4), z.B. mit Hilfe von Kohlenstaubbrennern (12), erfolgt.

5) Wärmekraftanlage nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Überhitzer (4) von unten nach oben durchströmt und die Entwässerung vor dem Hochtemperatur-Überhitzer (4) oder in der Hochtemperatur-Vorschaltmaschine (3) durchgeführt ist.

6) Wärmekraftanlage nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung (6) vom Kessel (1) zur nachgeschalteten Maschine (7) vorgesehen ist, so dass der aus Vorschaltüberhitzer (4) und Vorschaltturbine bestehende Hochtemperatur-Vorschaltblock ohne Stillsetzen der übrigen Kessel- und Maschinenanlage abschaltbar ist (Figur 3).

7) Wärmekraftanlage nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Hochtemperatur-Vorschaltblock eine Reduzierstation angeordnet ist, die sowohl Druck als auch Temperatur des Arbeitsmediums auf die hinter dem Block vorhandenen Bereiche herabsetzt.

8) Wärmekraftanlage nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperatur-Vorschaltmaschine (3) mit je einer Eintrittsöffnung für die unmittelbar vom Hochtemperatur-Überhitzer (4) kommende Leitung (2) und für eine andere Leitung (6) ausgerüstet ist, die dazu benutzt werden kann, ein Arbeitsmedium mit niedrigerer Temperatur zuzuführen, falls der Hochtemperatur-Überhitzer (4) ausfällt (Figur 4).

9) Wärmekraftanlage nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgeschaltete Maschine (7) mit je einer Eintrittsöffnung für zwei Leitungen (5, 6) ausgerüstet ist, wovon die eine das Arbeitsmedium des Hochtemperatur-Vorschaltblocks (4, 3) und die andere ein Arbeitsmedium anderer Herkunft mit niedrigerer Temperatur zuführt (Figur 3).

10) Wärmekraftanlage nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffregelung der Sonderfeuerung (12) des Hochtemperatur-Überhitzers (4) über eine Steuerleitung (14) durch einen in der Leitung 2 angeordneten Impulsgeber erfolgt.