DEP0040651DA - Verfahren zum Betrieb von Wärmekraftanlagen mittels Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren nebst Vorrichtung zum Betriebe von Wärmekraftmaschinen, mit welchen es ermöglicht wird, die in Kokereien, Städt. Gasanstalten, Generatorenanlagen usw. anfallenden brennbaren Gase bedeutend wirtschaftlicher auszunutzen, als es bisher der Fall war.

Bisher war die Verwendung von brennbaren Gasen für Heiz-, Koch- und gegebenenfalls für Beleuchtungszwecke sehr unwirtschaftlich, da die bei der Verbrennung der Gase freiwerdenden Wärmeeinheiten nur zu einem geringen Teil ausgenutzt werden konnten.

Dieser Nachteil wird mit der Erfindung dadurch behoben, dass als Brennstoff brennbare Gase benutzt werden, die aus festen, flüchtigen oder gasförmigen Brennstoffen in Kokereien, Gaswerken oder dergl. erzeugt werden, dass die Brenngase in Gasturbinen mit offenem Kreislauf ohne Wärmeaustausch zur Erzeugung elektrischer Energie benutzt werden, und dass die Abwärme der Turbinenabgase zum Betrieb von Heizvorrichtungen dient.

Zur Ausübung dieses Verfahrens wird gemäss der Erfindung eine solche Anordnung der zwischen Gaserzeugungs- und Heizvorrichtung geschalteten Turbinen getroffen, dass die Rohrleitungen zwischen Gaserzeugungsvorrichtung und Gasturbine möglichst lang, insbesondere länger als die Rohrleitung zwischen Gasturbine und Heizvorrichtung sind, welche möglichst kurz, insbesondere kürzer als die erstgenannte Leitung sind.

Ein solches Verfahren und Vorrichtung ist zur wirtschaftlichen Versorgung von Siedlungen bzw. zur günstigen Energieausnutzung von Ferngas besonders gut geeignet.

Bei der erfindungsgemässen Anwendung des neuen Verfahrens werden die brennbaren Gase also zum Betrieb von Gasturbinen verwendet, mit welchen dann elektrische Generatoren zur Erzeugung von Strom angetrieben werden. Da der grössere Teil der bei der Verbrennung der Gase freiwerdenden Wärme in den Abgasen der Gasturbine enthalten ist, können die Abgase nunmehr mit besonderem Vorteil für die oertliche Raumbeheizung und Warmwasserbereitung ausgenutzt werden.

Soweit ein Anschluss an Ferngasleitungen nicht vorhanden ist, wird gemäss der Erfindung die Versorgung der örtlichen Gasturbinenzentralen mit Gasen aus Städt. Kokereien durchgeführt. Für die Versorgung von privaten Haushaltungen, gewerblichen und industriellen Unternehmungen mit Strom und Wärme empfiehlt es sich nicht, die Gasturbinenanlagen in Grosskraftwerken zusammenzufassen, sondern in kleinen Einheiten in der Nähe der Verbrauchsstelle an Orten aufzustellen, wo eine gesicherte Abwärmeverwertung gegeben ist. Der Platzbedarf einer Gasturbinenanlage, bestehend aus Kompressor, Verbrennungskammer, Turbine mit elektr. Generator, Schaltanlage und Transformator, kann hierbei so klein gehalten werden, dass eine unauffällige Unterbringung der Gesamtanlage in Wohn- und Geschäftsstrassen möglich ist, zumal auch der Gebäudeaufwand sehr gering ist. Durch die Aufstellung in der Nähe der Verbrauchsorte werden die durch die Fortleitung von Wärme bei den verschiedenen Wärmeträgern wie Dampf, Heisswasser auftretenden grossen Wärmeverluste vermieden. Der Nachteil der mit Dampf betriebenen Fernheizwerke, die meist von den Verbrauchsstellen weit entfernt liegen und in langen Dampfrohrleitungen grosse Wärmeverluste ergeben, wird vermieden.

Durch das Verfahren gemäss der Erfindung ergibt sich somit der Vorteil, dass anstelle eines an der Peripherie des Stadtgebietes zusammengefassten Grosskraftwerkes nunmehr durch die Aufstellung einer Mehrzahl von Gasturbinenanlagen in unmittelbarer Nähe der Verwendungsstellen, deren Versorgung mit Wärme und Strom, sich wesentlich billiger gestaltet, grosse Wärmeverluste durch lange Rohrleitungen vermieden werden, so dass die Ausnützung der in den Gasen enthaltenen Wärmeenergien wesentlich besser ist. Zudem kommen die teuren, verlustreichen Hochspannungsleitungen für die Belieferung der Verbrauchsstellen mit elektr. Strom in Fortfall.

Der Betrieb von Ferngasleitungen ist keineswegs teurer als die verlustreiche Fortleitung des elektrischen Stromes in Hochspannungsleitungen von Orten der Erzeugungsstätten an die Verbrauchsorte. Während für die in der Erde verlegte Ferngasrohrleitung kaum eine Unterhaltungsarbeit zu leisten ist, müssen Hochspannungsfreileitungen dauernd unter einem erheblichen Kostenaufwand gewartet werden. Auch treten in Freileitungen immer wieder Betriebsstörungen durch Gewitter, Rauhreif und Nebelüberschläge auf.

Gasleitungen sind nahezu störungsfrei. Es ist möglich, grosse Gasmengen fast verlustlos zu speichern. Die erforderlichen Behälter für die grossen Gasmengen sind allerdings kostspielig, müssen aber für den kontinuierlichen Betrieb für die Gasanstalten und Kokereien sowieso vorhanden sein. Insbesondere in der Winterzeit kann durch die Speicherung von Wärmeenergie in Gasbehälter wertvolle elektr. Spitzenenergie in Gasturbinenanlagen gewonnen werden. Der Vergleich der Bau- und Betriebskosten eines Wasserpumpenspeicherwerkes gleicher Grösse fällt zu Gunsten der Gasturbinenanlage mit Gasbehälter aus, so dass es zweckmässig ist, bei Vorhandensein genügend grosser Gasmengen den Spitzenstrom in Gasturbinen zu erzeugen. Bei geringerer Belastung der Transformatoren ergeben sich zudem schwierige Betriebsverhältnisse durch die unliebsamen Phasenverschiebungen. An den grossen Verteilungspunkten in den Verbrauchergebieten müssen grosse und kostspielige Maschinenaggregate mit erheblichem Energieaufwand im Phasenschieberbetrieb eingesetzt werden. Die Betriebssicherheit elektrischer Energieübertragung muss durch Bereitstellung grösserer Reserveleistungen an Maschinen, Doppelleitungen sowie Netzvermaschungen gewährleistet werden. Diese grossen Kapitalinvestierungen sind durch den Bau von Grossgasspeicherbehältern z.T. zu vermeiden. Die Uebertragungsverluste in elektrischen

Hochspannungsleitungen und die Umspannungsverluste sind hoch, während die erfindungsgemäss durch Schweissverbindung verlegten Hochdruckleitungen praktisch keinen Gasverlust ergeben. An aufzuwendender Betriebsenergie ist lediglich nur die erforderliche Verdichterleistung anzusetzen. Die Verdichtungsarbeit liegt aber weit unter den Verlusten gegenüber der elektrischen Fernübertragung. Der Material- und Kapitalaufwand dieser Verdichtungsanlage liegt bedeutend unter dem Aufwand der Schalt- und Umspannanlagen, z.B. bei 110 bzw. 220 KV Spannung.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass bei dem Verfahren gemäss der Erfindung bei einwandfreier Abwärmeverwertung thermische Wirkungsgrade von 56% und mehr erreicht werden können. Mit dem Verfahren gemäss der Erfindung wird die Wärmewirtschaft auch dadurch wesentlich günstiger gestaltet, dass Brennstofftransporte für Haushalt, Gewerbe und Industrie in dichtbesiedelten Gebieten in Wegfall kommen. Hierdurch wird nicht nur eine grosse Einsparung von Energie in Form von Lokomotivbrennstoffen erzielt, sondern es stehen auch mehr Brennstoffe für die Gewinnung der Kohlenwertstoffe zur Verfügung.

Infolge der einwandfreien Verbrennung fällt auch die in einzelnen Stadtgebieten schädliche Rauch- und Russbelästigung weg.

Claims (2)

1.) Verfahren zum Betrieb von Wärmekraftanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff brennbare Gase benutzt werden, die aus festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in Kokereien, Gaswerken oder dergl. erzeugt werden, dass die Brenngase in Gasturbinen mit offenem Kreislauf ohne Wärmeaustausch zur Erzeugung elektrischer Energie benutzt werden, und dass die Abwärme der Turbinengase zum Betrieb von Heizvorrichtungen dient.

2.) Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der zwischen Gaserzeugungs- und Heizvorrichtung geschalteten Gasturbine, dass die Rohrleitungen zwischen Gaserzeugungsvorrichtung und Gasturbine möglichst lang, insbesondere länger als die Rohrleitungen zwischen Gasturbine und Heizvorrichtung sind, welche möglichst kurz, insbesondere kürzer als die erstgenannte Leitung sind.