EP1483483B1

EP1483483B1 - Wärmekraftprozess

Info

Publication number: EP1483483B1
Application number: EP03714950A
Authority: EP
Inventors: Hans Ulrich Frutschi
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: EP1483483A1; ATE343048T1; US7069726B2; US20050072154A1; AU2003219156A1; DE50305418D1; WO2003076769A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmekraftprozess gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin eine zur Realisierung des Kreisprozesses geeignete Vorrichtung, sowie eine Kraftwerkanlage, welche eine nach dem erfindungsgemässen Prozess arbeitende Vorrichtung nutzt.

Stand der Technik

Krafterzeugungsanlagen mit geschlossener Prozessführung sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Zu nennen ist hier einerseits der Dampfturbinenprozess als Zweiphasenprozess. Auch Prozesse, bei denen ein gasförmiges Arbeitsfluid zunächst verdichtet, diesem Wärme zugeführt, das Fluid anschliessend in einer Kraftmaschine unter Abgabe technischer Arbeit entspannt, und anschliessend rückgekühlt und der Verdichtung wieder zugeführt wird, sind an sich bekannt, und schon häufig technisch realisiert worden. Zu nennen sei beispielsweise die Realisierung des geschlossenen Carnot-Prozesses in der Stirling-Maschine. Ein weiteres in der Vergangenheit sehr prominentes Beispiel ist der geschlossene Ackeret-Keller-Prozess, bei dem insbesondere eine Gasturbogruppe im geschlossenen Kreislauf betrieben wird. Vorteile dieses Prozesses sind die Möglichkeit der Leitungsregelung über den Aufladegrad des Prozesses, also durch einen variablen Vordruck vor dem Verdichter, und die freie Wahl des Arbeitsmediums. An sich nachteilig ist, dass die Wärme dem Kreisprozess von aussen zugeführt werden muss, eine solche Gasturbine mit geschlossenem Prozess also bezüglich der realisierbaren Turbineneintrittstemperaturen beschränkt ist. Daraus folgt aber unbedingt, dass, wenn noch eine sinnvoll grosse Wärmemenge durch Wärmeaustausch zugeführt werden soll, nur ein kleines Druckverhältnis, verbunden mit Einbussen an Wirkungsgrad und Leistungspotenzial, realisierbar ist, oder eine Vielzahl aufwändiger Zwischenkühlerstufen im Verdichter notwendig sind. In jedem Falle aber muss für eine technisch sinnvolle Realisierung die Verdichtungsendtemperatur deutlich unter der maximal realisierbaren Prozesstemperatur liegen. Bei hohem Druckverhältnis ist weiterhin die Abwärmenutzung durch Rekuperation der aus der Turbine austretenden Enthalpieströme eingeschränkt, weil mit steigendem Druckverhältnis die Verdichtungs-Endtemperatur schnell einmal die Turbinenaustrittstemperatur überschreitet. Gleichwohl sind im geschlossenen Prozess arbeitende Gasturbinen zur Niedertemperaturnutzung in jüngster Zeit wieder verstärkt in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Auch andere geschlossene Kreisprozesse und Krafterzeugungsanlagen, die im geschlossenen Prozess arbeiten, gewinnen an technischer Bedeutung.
In DE 36 05 466 ist eine geschlossene Gasturbinenanlage beschrieben, bei der eine Dampfmenge erzeugt und in das Prozessfluid eingebracht wird. Der Dampf wird dabei zwischen zwei Expansionsstufen eingebracht. Das heisst wie, dass der erzeugte Dampf nur einen Teil der arbeitsleistenden Expansion mit vollzieht. Die Dampferzeugung wird in der DE 36 05 466 nicht zur Nutzung der Prozessabwärme herangezogen.

Darstellung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmekraftprozess der eingangs genannten Art anzugeben, welcher die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, und der insbesondere eine gute Nutzung der Prozessabwärme ermöglicht, auch bei eingeschränkter oberer Prozesstemperatur und hohem Druckverhältnis.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe unter Verwendung der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Kern der Erfindung ist also, bei einer Krafterzeugungsanlage, welche primär mit einem gasförmigen Prozessfluid arbeitet, das vorgängig des Entspannungsprozesses im Wärmetausch erwärmt wird, wenigstens einen Teil der nach der Entspannung abzuführenden Wärme zu rekuperieren und in den Kreisprozess zurückzuführen, wobei dies, auch mit Rücksicht auf die gegebene Begrenzung der oberen Prozesstemperatur nicht durch eine Erhöhung der spezifischen Enthalpie des verdichten Prozessgases erfolgt, sondern durch Zuführung eines weiteren Enthalpiestromes in Form eines durch die Prozessabwärme erhitzten Mediums. Wesentlich ist dabei, dass das primäre Prozessfluid während keiner der Zustandsänderungen einen Phasenwechsel durchläuft, während das Zusatzmedium einen Zweiphasenprozess durchläuft, dergestalt, dass es nachgängig der Entspannung kondensiert und auf diese Weise vom gasförmigen primären Prozessfluid getrennt wird. Das verflüssigte Zusatzmedium wird wieder auf einen hohen Druck gebracht, durch dem Prozess zu entziehende Abwärme erhitzt, verdampft, und gegebenenfalls überhitzt, wobei es als Kühlmittel in einer Wärmesenke des Prozesses Wärme aufnimmt, und dem verdichteten primären Prozessfluid vor der Entspannung, je nach den vorliegenden Zuständen der Medien entweder stromauf oder stromab des Erhitzers für das primäre Prozessfluid, zugemischt. Beide Medien werden nachgängig, vorzugsweise unter Abgabe technischer Arbeit, entspannt. Zum Schliessen des Kreisprozesses muss dem entspannten Arbeitsmittel wieder Wärme entzogen werden, wobei ein grosser Teil des Dampfes kondensiert wird, wodurch sich der Kreislauf des Zusatzfluides ebenfalls schliesst. Zur technischen Realisation des Kreisprozesses ist es weiterhin sehr vorteilhaft, wenigstens eine zweite Wärmesenke stromauf des ersten Verdichtungsprozesses anzuordnen, um die Temperatur am Verdichtereintritt möglichst niedrig zu definieren.
Der Prozess, den das primäre Kreislaufmedium dabei durchläuft, ist global gesehen zunächst eine Verdichtung von einem ersten Zustand auf einen zweiten Zustand, eine Zustandsänderung vom zweiten Zustand auf einen dritten Zustand, während der dem primären Prozessmedium Wärme zugeführt wird, eine Zustandsänderung vom dritten Zustand auf einen vierten Zustand, während der das primäre Prozessmedium entspannt wird, sowie eine Zustandsänderung, bei der das Prozessmedium durch Wärmeabfuhr wieder auf den ersten Zustand zurückgeführt wird. Es ist hierbei in erster Linie noch keine Aussage über den Verlauf der Zustandsänderungen getroffen, der in der Tat nicht primär erfindungswesentlich ist, sondern durch die spezielle Prozessführung bei der technischen Realisierung mitbestimmt wird. So können die Verdichtung und Entspannung, zumindest des theoretischen Kreisprozesses beispielsweise isotherm oder quasiisotherm, oder auch isentrop oder näherungsweise isentrop verlaufen, und die Wärmezufuhr und Abfuhr isochor oder isobar; in der Realität wird die Prozessführung von der Wahl der jeweiligen technischen Mittel abhängen und keine der zitierten Verläufe theoretischer Zustandsänderungen perfekt nachvollziehen. Idealerweise sind die Drücke des Prozessfluides beim ersten und vierten Zustand sowie beim zweiten und dritten Zustand gleich; in der Realität treten selbstverständlich Strömungsdruckverluste beim Durchströmen von Leitungen und Wärmeübertragungsapparaten auf, sowie Druckverluste durch die Zufuhr von Wärme zum strömenden Fluid. Es handelt sich hierbei wohlverstanden nicht um gezielte Totaldruck-Veränderungen, wie sie durch eine Entspannung oder eine Verdichtung hervorgerufen werden, sondern um real unvermeidbare Druckveränderungen und insbesondere Totaldruck-Verluste. Da die im realen Prozess auftretenden Totaldruckveränderungen während der Zustandsänderung vom zweiten Zustand auf den dritten Zustand und vom vierten Zustand auf den ersten Zustand unerwünscht sind und möglichst klein gehalten werden, werden diese Zustandsänderungen in diesem Rahmen vorderhand als isobar oder quasi-isobar betrachtet.
Der erzeugte Dampf wird, je nach den herrschenden Temperaturverhältnissen, dem primären Prozessfluid entweder nachgängig der Wärmezufuhr, aber noch vor der Entspannung, zugeführt, oder auch ganz oder teilweise vor oder während der Wärmezufuhr zum primären Prozessfluid, wobei diesem Dampf zusammen mit dem primären Prozessfluid Wärme zugeführt wird. Ebenso könnte wenigstens ein Teil des Dampfes dem primären Prozessmedium während der Entspannung vom dritten auf den vierten Zustand zugeführt werden.
In einer Ausführungsform des Wärmekraftprozesses wird das Prozessfluid während der Verdichtung gekühlt. In einer weiteren Ausführungsform wird dem Prozessfluid während der Entspannung Wärme zugeführt. Bei entsprechender Auslegung können hierbei zumindest näherungsweise isotherme Zustandsänderungen realisiert werden.
Vorzugsweise leisten das primäre Prozessfluid und der Dampf während der Entspannung vom dritten auf den vierten Zustand technische Arbeit, insbesondere in einer Kraftmaschine.
Die vollständig geschlossene Prozessführung ermöglicht prinzipiell eine freie Auswahl der Prozessfluide; gleichwohl ist der Prozess in der Praxis dann besonders gut handhabbar, wenn nichttoxische Medien verwendet werden und insbesondere als primäres Prozessfluid Luft und als Zweiphasen-Zusatzfluid Wasser Verwendung findet.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Wärmekraftprozesses ist ein wenigstens ein Verdichtungsmittel für das primäre Arbeitsfluid angeordnet, stromab von diesem wenigstens ein Mittel zur Wärmezufuhr, insbesondere ein sekundärseitig vom Prozessfluid durchströmter Wärmetauscher, stromab davon wenigstens ein Entspannungsmittel, weiterhin wenigstens ein stromab der Entspannungsmittel angeordneter Dampferzeuger als erste Wärmesenke. Der Dampferzeuger wird primärseitig vom Prozessfluid durchströmt, welches dabei abkühlt. Wenn die Abkühlung des Prozessfluides bis zum Taupunkt des enthaltenen Dampfes fortgeschritten ist, setzt die Kondensation des Dampfes ein und schreitet mit weiterer Abkühlung fort. Dabei sinkt der Partialdruck des Dampfes und damit der Taupunkt stetig, bei gleichbleibendem Gesamtdruck. Die Kondensation des Dampfes erfolgt also, im Gegensatz zur Zustandsänderung im Clausius-Rankine-Kreisprozess nicht isobar und isotherm, sondern bei einer dem Partialdruck des Dampfes entsprechenden Temperatur. Dies bietet den Vorteil, dass die Kondensationswärme des bei höherem Partialdruck abgeschiedenen Kondensats auf einem Temperaturniveau anfällt, bei dem diese Wärme zur Vorwärmung des auf die Sekundärseite des Dampferzeugers zurückgeführten Kondensats verwendbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist stromab der ersten Wärmesenke wenigstens eine weitere Wärmesenke angeordnet, um insbesondere die Temperatur beim ersten Zustand soweit möglich abzusenken, und auch, um den im primären Prozessfluid enthaltenen Rest-Dampfgehalt soweit wie möglich zu senken. Weiterhin ist die zweite Wärmesenke zur Definition einer Prozesstemperatur hier besonders geeignet anzuordnen, um an dieser Stelle die unterste Prozesstemperatur zu definieren, die durch die Temperatur des verwendeten Kühlmittels, beispielsweise Kühlwassers, gegeben ist. Stromab des oder der Wärmesenken, oder in deren Strömungsweg für das primäre Prozessfluid, sind Vorrichtungen zur Abscheidung des anfallenden Kondensats vorgesehen. Weiterhin sind Mittel, insbesondere eine Speisepumpe, zur Förderung des Kondensates zur Sekundärseite des Dampferzeugers angeordnet, und Mittel zur Einbringung des so erzeugten Dampfes stromab der Verdichtungsmittel und stromauf wenigstens eines Entspannungsmittels. Anzumerken ist, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung immer die Seite eines Wärmetauschers, von der aus die Wärme übertragen wird, als Primärseite bezeichnet wird, und die Seite, auf die die Wärme übertragen wird, als Sekundärseite bezeichnet wird. In einer Ausführungsform der Vorrichtung sind die Verdichtungsmittel mit wenigstens einem Zwischenkühler versehen, oder mit Mitteln zur Zufuhr von Flüssigkeitstropfen in das die Verdichtungsmittel durchströmende Prozessfluid, wobei diese Tropfen durch Verdunstung während des Verdichtungsprozesses für eine Innenkühlung der Verdichtungsmittel sorgen; beide Massnahmen sind jeweils geeignet, um eine wenigstens annähernd isotherme oder quasiisotherme Verdichtung zu realisieren. In gleicher Weise können auch Mittel zur Wärmezufuhr zum Prozessfluid innerhalb der Entspannungsmittel oder zwischen wenigstens zwei Entspannungsmitteln angeordnet sein; bei entsprechender Ausführung kann eine wenigstens näherungsweise isotherme Führung des Entspannungsprozesses realisiert werden. Bei der Anordnung eines Zwischenkühlers ist auf eine eventuelle Kondensation von am Verdichtereintritt im primären Arbeitsmedium enthaltener Restfeuchte zu achten, und dieser gegebenenfalls Rechnung zu tragen. Die beschriebene Wärmezufuhr zum Arbeitsfluid ist von Interesse, um gegebenenfalls bei einem hohen Druckverhältnis des Prozesses und begrenzter oberer Prozesstemperatur das zur Dampferzeugung zur Verfügung stehende Temperaturniveau hinreichend hoch zu halten, um wenigstens eine geringe Überhitzung des zur Verfügung stehenden Dampfes sicherzustellen. Alternativ, wenn das zur Verfügung stehende Temperaturniveau nicht ausreicht, um eine auf dem oberen Prozessdruck wenigstens gering überhitzte Dampfmenge zur Verfügung zu stellen, wird der Dampf dem primären Prozessfluid nach teilweiser Entspannung des primären Prozessfluides bei einem verminderten Druck zugeführt.
Insbesondere ist als wenigstens ein Entspannungsmittel eine Kraftmaschine angeordnet, in welcher das primäre Prozessfluid und wenigstens ein Teil des Dampfes unter Leistung technischer Arbeit entspannt werden; dabei ist eine als Entspannungsmittel wirkende Kraftmaschine bevorzugt mit wenigstens mit einer als Verdichtungsmittel wirkenden Arbeitsmaschine und/oder einem Leistungsverbraucher auf einer gemeinsamen Welle angeordnet.
Ein Mittel zur Wärmezufuhr zum Prozessfluid ist bevorzugt ein Wärmetauscher, der primärseitig mit einem Wärmeerzeuger in Wirkverbindung steht, oder der primärseitig vom Abgas einer Gasturbine durchströmt wird. Als Wärmeerzeuger kommt insbesondere eine aufgeladene, unter Überdruck arbeitende Feuerungseinrichtung in Frage. Durch die Aufladung kann die Baugrösse verkleinert und der primärseitige Wärmeübergang im Wärmetauscher intensiviert werden. In einer weiteren Vorzugsvariante sind Mittel zur Zuführung des Dampfes stromauf der ersten Wärmezuführmittel angeordnet, was weiterhin auch den sekundärseitigen Wärmeübergang im Wärmetauscher intensiviert.
In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung Mittel auf, mit denen sich das Druckniveau des gesamten Prozesses und damit die zirkulierte Fluidmenge verändern lässt. Dies stellt eine besonders zweckmässige Möglichkeit zur Variation der Leistung einer gemäss dem erfindungsgemässen Wärmekraftprozess arbeitenden Maschine dar, bei der beispielsweise das Druckverhältnis des Prozesses im wesentlichen konstant bleibt, weshalb alle Maschinenkomponenten auch bei Teillast nahe am Auslegungspunkt betrieben werden. Zudem lässt sich damit der Gegendruck der Entspannungsmittel, also der Prozess-Niederdruck, so einstellen, dass der Dampf auch dann während des Entspannungsprozesses keine Nässe aufweist, wenn nur eine vergleichsweise geringe obere Prozesstemperatur vorliegt.
Mit Vorteil ist stromab der Verdichtungsmittel eine absperr- und/oder drosselbare Nebenschlussleitung angeordnet, über welche verdichtetes Arbeitsmittel unmittelbar in den Niederdruckteil der erfindungsgemässen Vorrichtung leitbar ist. Diese kommt zum tragen, wenn ein Leistungsverbraucher, welcher mit einer als Entspannungsmittel wirkenden Kraftmaschine gekoppelt ist, schnelle Lastverminderungen aufweist, wie beispielsweise den Lastabwurf eines Generators. Das verdichtete Prozessfluid wird dann unmittelbar in den Niederdruckteil der Wärmekraftanlage verworfen.
Als Verdichtungsmittel finden beispielsweise Turbokompressoren und als Entspannungsmittel Turbinen Verwendung, insbesondere dann, wenn für hohe Einheitenleistungen hohe Massenströme und damit kontinuierlich arbeitende Maschinen erforderlich sind. Es können jedoch ohne weiteres auch Schraubenkompressoren und -expander oder Kolbenmaschinen und andere dem Fachmann geläufige Bauarten Verwendung finden; insbesondere erweist sich bei sehr hohen zu realisierenden Druckverhältnissen eine geeignete Reihenschaltung von Strömungs- und Verdrängermaschinen als durchsaus zweckmässig.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Wärmekraftanlage zur Realisierung des erfindungsgemässen Prozesses ist eine Gasturbogruppe mit einem geschlossenen Kreislauf, wobei stromab einer letzten Turbine wenigstens ein Abhitzedampferzeuger als erste Wärmesenke angeordnet ist, sowie stromab von diesem eine oder mehrere weitere Wärmesenken, in denen im Prozessfluid enthaltener Dampf kondensiert und abgeschieden wird. Eine Kesselspeisepumpe fördert das dabei entstehende Kondensat in den Abhitzedampferzeuger, wo eine vorzugsweise überhitzte Dampfmenge oder eine Sattdampfmenge erzeugt wird. Der erzeugte Dampf wird dann auf der Hochdruckseite der geschlossenen Gasturbine wieder dem Arbeitsfluid zugeführt, in der Turbine entspannt, abgekühlt, und kondensiert. Insofern weist eine solche Maschine Ähnlichkeiten mit einer an sich bekannten konventionellen STIG-Maschine auf. Gleichwohl arbeiten bislang bekannte STIG-Maschinen im offenen Kreislauf, mit entsprechend grossem Wasserverbrauch. Die erfindungsgemässe geschlossene Gasturbine rezirkuliert das Wasser. Dies ist auf einfache Weise möglich, wenn der Niederdruckteil der Wärmekraftanlage unter überatmosphärischem Druck betrieben wird; schon oberhalb der Umgebungstemperatur wird dann ein wesentlicher Teil des enthaltenen Dampfes aus dem Gas-Kreislauf abgeschieden. Der Druck im Niederdruckteil der Wärmekraftanlage, also beim vierten und beim ersten Zustand, liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform oberhalb von 5 bar, beispielsweise bei 10 bar. Ein Niederdruck im Bereich von 5 bar bis 10 bar erweist sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Kondensationstemperaturen, der Leistungsdichte, und der erforderlichen Dimensionierung der Komponenten: Die kleineren erforderlichen Strömungsquerschnitte sind zwar einerseits hinsichtlich der Festigkeit günstig, andrerseits erfordern steigende Prozessdrücke auch eine entsprechend kräftigere Dimensionierung, um die notwendige Festigkeit zu gewährleisten. Der spezifizierte Druckbereich erweist sich hier ebenfalls als günstiger Kompromiss. Das erhöhte Temperaturniveau der Kondensation ermöglicht die Nutzung der Kondensationswärme im Dampferzeuger. Zudem können durch die weitgehend freie Einstellung des Gegendruckes der Turbine Bedingungen eingestellt werden, mit denen sich ohne wesentliche Nässe innerhalb der Turbine zu erzeugen, das exergetische Potenzial des Dampfes stets optimal nutzen lässt, auch bei annähernd konstantem Druckverhältnis und stark variierendem Wärmeangebot und unterschiedlichen oberen Prozesstemperaturen. Zudem können die Arbeitsmedien frei gewählt werden, und zwar einerseits im Hinblick auf das Arbeitsgas als primäres Prozessmedium, als auch im Hinblick auf das zur Dampferzeugung herangezogene Medium, welches im geschlossenen Prozess keineswegs Wasser sein muss. Damit lässt sich eine nach dem erfindungsgemässen Prozess arbeitende Gasturbine bestens an unterschiedlichste Randbedingungen anpassen, und kann auch ganz besonders günstig zur Niedertemperaturnutzung herangezogen werden.
Mit dem erfindungsgemässen Prozess kann in vorteilhafter Weise eine Kraftwerksanlage realisiert werden, bei der einer im offenen Kreislauf arbeitenden Gasturbogruppe eine nach dem erfindungsgemässen Prozess arbeitende Wärmekraftanlage nachgeschaltet ist. Eine solche Anlage kann im Allgemeinen wesentlich einfacher aufgebaut sein, als ein konventionell zur Abwärmenutzung verwendeter Wasser-Dampf-Kreislauf, und ist, wie oben dargelegt, auch besonders geeignet, um mit einem stark schwankenden Abwärmeangebot zurechtzukommen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Figur 1 eine erste Kraftanlage, welche nach den erfindungsgemässen Wärmekraftprozess arbeitet;
Figur 2 ein Beispiel für die Nutzung des erfindungsgemässen Prozesses zur Nutzung der Abwärme einer offenen Gasturbinenanlage. Dabei stellen die dargestellten Ausführungsbeispiele nur einen kleinen instruktiven Ausschnitt der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung dar.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Eine erste Ausführungsform einer Krafterzeugungsanlage, welche nach dem erfindungsgemässen Wärmekraftprozess arbeitet, ist in Figur 1 dargestellt. Ausgangspunkt der dargestellten Ausführungsform ist eine geschlossene Gasturbogruppe. Ein Verdichter 1, eine Turbine 2, und ein Leistungsverbraucher 3 sind auf einer gemeinsamen Welle 4 angeordnet. Der Verdichter 1 als Verdichtungsmittel verdichtet ein gasförmiges primäres Prozessfluid, im einfachsten Falle Luft, im geschlossenen Prozess aber auch ein beliebiges anderes Gas, wobei beispielsweise die Realisierung von Heliumkreisläufen Vorteile bietet und schon seit langem ausgeführt wird, auf einen oberen Prozessdruck. Dabei kann der Ausgangsdruck des Prozessfluides, da es sich um einen geschlossenes System handelt, deutlich nach oben und unten vom Umgebungsdruck abweichen, und insbesondere ein Vielfaches des Umgebungsdruckes betragen. Das verdichtete Prozessfluid durchströmt Mittel zur Wärmezufuhr, insbesondere sekundärseitig einen Wärmeübertrager, Erhitzer, 6. Dieser steht primärseitg mit einer aufgeladenen Feuerungsanlage in Wirkverbindung. Luft wird vom Verdichter einer Abgasladegruppe 10 unter Druck durch die Sekundärseite eines Vorwärmers 9 zu einem Feuerungsmittel, Brenner 7 gefördert. Dort entsteht bei der Verbrennung eines Brennstoffs ein heisses Rauchgas, das zunächst die primärseitigen Wärmetauschflächen 8 des Erhitzers 6 überströmt und dabei Wärme an das sekundärseitig strömende Prozessfluid abgibt. Das abgekühlte Rauchgas durchströmt weiterhin primärseitig den Vorwärmer 9 und wärmt die Brennluft vor, bevor es durch die Turbine der Abgasladegruppe 10 in die Umgebung abströmt; Restwärme könnte wenigstens teilweise auch zur Brennstoffvorwärmung genutzt werden. Die Aufladung der Feuerungseinrichtung verkleinert deren Baugrösse, und ermöglicht auch kleinere Wärmetauscher. Das erhitzte und gespannte Prozessfluid durchströmt unter Entspannung und Leistung technischer Arbeit die Turbine 2, welche als Entspannungsmittel und Kraftmaschine wirkt und über die Welle 4 den Verdichter 1 und den Leistungsverbraucher, Generator 3, antreibt. Das entspannte primäre Prozessfluid durchströmt zwei Wärmesenken 11 und 13, und wird vollständig wieder dem Verdichter zugeführt, wodurch sich der Kreislauf schliesst. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Wärmekraftprozesses ist die erste Wärmesenke 11 als Abhitzedampferzeuger ausgeführt. Im Abhitzedampferzeuger 11 wird ein von einer Speisepumpe 18 herangeführter Speisewassermassenstrom 12 erwärmt, verdampft, und wenigstens gering überhitzt. Dieser Dampf 26 wird stromauf der Sekundärseite des Erhitzers 6 in das verdichtete primäre Prozessfluid eingebracht, und durchströmt zusammen mit dem Prozessfluid den Erhitzer 6. Je nach Temperatur des Frischdampfes 26 kann dieser selbstverständlich auch stromab oder innerhalb der Mittel zur Wärmezufuhr in das primäre Prozessfluid eingebracht werden. Der Dampf durchströmt ebenfalls unter Leistung technischer Arbeit die Turbine 2. Stromab der Turbine wird wenigstens ein Teil der im entspannten Fluid enthaltenen Wärme im Abhitzedampferzeuger zur Dampfproduktion verwendet. Aufgrund des hohen Partialdruck des Dampfes im entspannten Prozessfluid setzt bereits bei einer vergleichsweise hohen Temperatur eine Kondensation des Dampfes ein, dergestalt, dass auch die Kondensationswärme des bei hohem Partialdruck abgeschiedenen Kondensats unmittelbar im Abhitzedampferzeuger wieder nutzbar ist. Mit steigender Kondensatabscheidung sinkt der Partialdruck des Dampfes, und auch die Taupunktstemperatur. Stromab des Abhitzedampferzeugers schliesst sich eine zweite Wärmesenke 13 an, die sekundärseitig von Kühlwasser 19 durchströmt wird, und in der das Prozessfluid weiter entfeuchtet wird. Die zweite Wärmesenke definiert die untere Prozesstemperatur des Wärmekraftprozesses. Wenn sich das primäre Prozessfluid auf der Niederdruckseite des Systems unter Druck befindet, kann die Abscheidung des Wassers besonders effizient erfolgen; bei einem Druck von 5 bar bis 10 bar und einer Temperatur der Wärmesenke von 20°C bis 40°C beträgt die Restfeuchte beispielsweise zwischen 1,5 und 9,5 Gramm Wasser pro Kilogramm Luft. Kondensat 14 wird durch einen Filter 16 oder einen sonst gegebenenfalls notwendigen Aufbereitungsmechanismus wieder der Speisepumpe 18 zugeführt, womit auch der Wasserkreislauf geschlossen wird. Ein Kondensatspeicher 17 dient als Zwischenspeicher für Wasser. Das entfeuchtete primäre Prozessfluid 24 wird über einen zusätzlichen Tropfenabscheider, Zyklon 5, wieder dem Verdichter zugeführt; dort gegebenenfalls nochmals abgeschiedenes Kondensat 15 wird ebenfalls in den Wasser-Dampf-Kreislauf zurückgeführt. Dadurch, dass der Wasser-Dampf Kreislauf vollständig geschlossen ist, besteht natürlich auch kein Wasserverbrauch. Der erfindungsgemässe Prozess ermöglicht es somit auch andere Medien als Wasser zur Dampferzeugung heranzuziehen, insbesondere auch toxische Medien. Zu nennen wären insbesondere organische Kältemittel, beispielsweise Frigen, Freon, oder Ammoniak, welche sich ganz besonders zur ausgesprochenen Niedertemperaturnutzung geeignet erweisen. Gerade in einem solchen Fall ist es aber wichtig, das Austreten des optional auch auf der Niederdruckseite unter überatmosphärischem Druck stehenden Mediums zu verhindern. Wellendichtungen 31 werden im Betrieb von einer Anzapfstelle 32 des Verdichters mit Sperrluft 25 versorgt; im Falle eines anderen primären Prozessfluides als Luft und/oder eines toxischen oder sonst schädlichen Mediums im Zweiphasenprozess muss hier ein unabhängiges auch im Stillstand wirkendes Sperrmediensystem vorgesehen werden. Bei der dargestellten Krafterzeugungsanlage, welche mit Luft als primärem Prozessmedium und Wasser im Zweiphasenprozess betrieben wird, erfolgt die Füllung des Kreislaufs nach Massgabe der angeforderten Leistung aus einem Luftspeicher 20 über ein Drosselorgan 21. Der Luftspeicher wird über einen Kompressor 22 mit Umgebungsluft aufgeladen. Zur langfristigen Verminderung der Leistung wird verdichtete Luft entweder über eine Rückströmdrossel 28 und einen Rückströmkühler 29 wieder in den Speicher 20 oder über ein Absperr- und Drosselorgan 27 in die Umgebung abgelassen. Durch die variable Kreislauffüllung, welche sich in einer Variation des niederdruckseitigen Druckes des Kreislaufs manifestiert, ist eine sehr effiziente Leistungsregelung möglich, bei der die Anlage auch im Teillastbetrieb mit einem Auslegungs-Druckverhältnis betrieben wird, während der Massenstrom des umlaufenden Kreislaufmediums proportional zur Gasdichte variiert. Bei der Aufladung des Kreislaufs mit Umgebungsluft wird weitere Feuchte dem Kreislauf zugeführt, welche durch die Erhöhung des Partialdruckes teilweise abgeschieden wird. Der Behälter 17 ist daher mit einer Niveauregelung ausgestattet, welche beim Überschreiten eines bestimmten Füllstandes ein Ablassventil 23 öffnet. Eine Krafterzeugungsanlage der dargestellten Art muss selbstverständlich schnell auf plötzliche Verluste der Last reagieren können, um schädliche Überdrehzahlen zu vermeiden. Daher ist eine Drehzahlmessstelle 39 angeordnet, welche beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl auf ein Nebenschlussorgan 30 einwirkt, und einen Teil des verdichteten Prozessfluides oder das gesamte verdichtete Prozessfluid direkt in den Niederdruckteil verwirft. Bei einer Schnellabschaltung der Anlage können ebenfalls die Absperr- und Drosselorgane 27 und/oder 30 geöffnet werden, was einen sofortigen Einfluss auf die Anlagenleistung hat, im Vergleich zum Eingriff auf die Brennstoffversorgung des Brenners 7, welcher über den trägen Erhitzer 6 erst stark verzögert effektiv zum Tragen kommt.
Der erfindungsgemässe Prozess lässt sich selbstverständlich auch mit einer mehrwelligen Gasturbogruppe realisieren. Ohne Weiteres kann natürlich auch eine Kühlung während des Verdichtungsprozesses oder eine Wärmezufuhr während der Entspannung auf an sich bekannte Weise vorgesehen sein.
In Figur 2 ist eine Kraftwerksanlage dargestellt, welche eine nach dem erfindungsgemässen Prozess arbeitende Kraftanlage zur Abwärmenutzung einer offenen Gasturbinenanlage nutzt. Eine Gasturbogruppe 100 treibt einen Generator 3 an. Ohne eine Einschränkung darzustellen, handelt es sich dabei um eine Gasturbogruppe mit sequenzieller Verbrennung, wie sie aus der EP 620 362 und zahlreichen darauf basierenden Veröffentlichungen wohlbekannt ist. Ohne auf Details einzugehen, sei deren grundsätzliche Funktion in Kürze dargelegt. Ein Verdichter 101 und zwei Turbinen 103 und 105 sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Der Verdichter 101 saugt eine Luftmenge 106 aus der Umgebung an. In der verdichteten Luft wird in der ersten Brennkammer 102 Brennstoff zugemischt und dort verbrannt. Das Rauchgas wird in der ersten Turbine 103 teilentspannt, zum Beispiel mit einem Druckverhältnis von 2. Das Rauchgas, welches immer noch einen hohen Restsauerstoffgehalt von typischerweise über 15% aufweist, strömt in eine zweite Brennkammer 104 ein, wo weiterer Brennstoff verbrannt wird. Dieses nacherhitzte Rauchgas wird in der zweiten Turbine 105 in etwa auf Umgebungsdruck - abgesehen von Druckverlusten des Abgastraktes - entspannt, und strömt als immer noch heisses Abgas 107, mit Temperaturen, die bei hoher Last beispielsweise um 550 - 600°C liegen, aus der Gasturbogruppe ab. Im Strömungsweg des heissen Abgases sind Mittel zur Abwärmenutzung, Wärmetauscher 6, angeordnet, in denen sich das Abgas weiter abkühlt, bevor es als abgekühltes Abgas 108 in die Atmosphäre abströmt. Der als Mittel zur Abwärmenutzung angeordnete Wärmetauscher 6 überträgt welchem Wärme vom Abgas der offenen Gasturbogruppe 100 auf den Kreislauf einer geschlossenen Gasturbinenanlage, welche nach dem erfindungsgemässen Prozess arbeitet, und die nachfolgend näher erläutert wird. Der Verdichter der geschlossenen Gasturbogruppe, welcher ein gasförmiges primäres Prozessfluid auf einen oberen Prozessdruck fördert, ist in mehrere in Reihe geschaltete Teilverdichter 1 a, 1 b, 1 c unterteilt. Stromab des ersten Verdichters ist ein Zwischenkühler 41 mit einem stromab angeordneten Kondensatabscheider 42 angeordnet; dort anfallendes Kondensat wird in einen Kondensatspeicher 17 geleitet. Zwischen den Teilverdichtern 1b und 1c ist ein Einspritzkühler 44 zur weiteren Kühlung des teilverdichteten primären Prozessfluides angeordnet. Wenn hier eine ausreichend grosse Flüssigkeitsmenge eingedüst wird, so dringen Tropfen in den Teilverdichter 1c ein, und sorgen dort für eine weitere kontinuierliche Innenkühlung. Im Interesse der effizienten Abwärmenutzung ist eine - soweit realisierbar - isotherme Kompression anzustreben. Verdichtetes Prozessfluid durchströmt im Gegenstrom mit den Abgasen 107, 108 der offenen Gasturbogruppe einen ersten Teilwärmetauscher 6a der Mittel 6 zur Abwärmenutzung. Stromab des ersten Teilwärmetauschers 6a wird das primäre Prozessfluid mit einer Dampfmenge 26 vermischt, und durchströmt zusammen mit dieser den zweiten Teilwärmetauscher 6b. Dabei ist der Zuführpunkt für die Dampfmenge 26 an temperaturmässig geeigneter Stelle gewählt, dergestalt, dass die Dampftemperatur nicht höher liegt als die Temperatur des Abgases, von dem aus Wärme übertragen werden soll. Die gesamte im Wärmetauscher 6b erhitzte Fluidmenge strömt in eine Turbine 2 ein, und wird dort unter der Abgabe von Wellenleistung entspannt. die Turbine 2 ist mit den Teilverdichtern 1a, 1b, 1c auf einer gemeinsamen Welle 4 angeordnet, und ist über eine selbsttätig wirkende Kupplung 109 mit dem Generator 3 koppelbar; diese einwellige Bauweise von Kombianlagen ist dem Fachmann geläufig. Der entspannte Fluidstrom aus der Turbine 2 strömt in eine erste Wärmesenke 11 ein, in welcher der gesamte Fluidstrom abgekühlt und wenigstens ein Teil des Dampfes kondensiert wird. Kondensat wird in einem ersten Abscheider 5a abgeschieden, und in einen Kondensatspeicher 17 geleitet. Eine zweite Wärmesenke 13 definiert die untere Prozesstemperatur des primären Prozessfluides; dabei noch anfallendes Kondensat wird in einem zweiten Abscheider 5b abgeschieden und ebenfalls in den Kondensatspeicher 17 geleitet. Das getrocknete und gekühlte Prozessfluid 24 strömt dann wieder in den ersten Teilverdichter 1a, wodurch der Kreislauf des primären Prozessfluides geschlossen ist. Kondensat aus dem Kondensatspeicher 17 wird von einer Speisepumpe 18 als Kühlmedium und Speisewasser 12 - im geschlossenen Kreislauf kann es sich selbstverständlich, wie oben erwähnt, auch um eine andere Flüssigkeit als Wasser handeln - zu der als Dampferzeuger ausgeführten ersten Wärmesenke 11 gefördert. Dort wird dieses Speisewasser mittels der in der ersten Wärmesenke abzuführenden Wärme erwärmt, verdampft, und wenigstens leicht überhitzt als Frischdampf 26 wieder in den Wärmekraftprozess zurückgeleitet. Aus dem Kondensatbehälter 17 wird ebenfalls von einer Pumpe 43 Flüssigkeit zum Einspritzkühler 44 gefördert. Ein Nebenschlussventil ermöglicht es, Prozessfluid unter Umgehung der Turbine 2 unmittelbar vom Hochdruckteil zum Niederdruckteil der Kraftanlage zu leiten, was für schnelle Lastverminderungen notwendig ist. Weiterhin ist in Verbindung mit dem Hochdructeil der geschlossenen Gasturbogruppe ein Hochdruckbehälter 45 angeordnet. Dieser wird in einem Betriebszustand von einem Verdichter 48 über einen Rückkühler 47, einen Kondensatabscheider 50, und ein Rückschlagorgan 46 aufgeladen. Dieser Aufladungsprozess entzieht dem Kreislauf Prozessfluid, wodurch das Druckniveau des Gesamtprozesses, und damit in der Konsequenz auch der zirkulierte Massenstrom sinkt. Somit lässt sich bei gleichbleibendem Druckverhältnis und Betrieb der Gasturbogruppe im oder nahe am Auslegungspunkt die Leistung senken. In einem anderen Betriebszustand wird das im Behälter 45 gespeicherte Hochdruckfluid über das Absperr- und Drosselorgan 49 wieder dem Kreislauf zugeführt, wodurch die Dichte des zirkulierten Mediums und damit der Massenstrom und die Leistung dauerhaft erhöht wird. Die Einspeisung von Fluid aus dem Hochdruckbehälter 45 wirkt unmittelbar als Erhöhung des Turbinen-Massenstroms. Die Bereitstellung der in einem Gasvolumen gespeicherten Energie kann sehr schnell erfolgen, und eignet sich daher für spontane Leistungssteigerunge, wie sie beispielsweise bei der Frequenzstützung eines Netzes erforderlich sind. Auf diese Weise kann also das Leistungspotenzial der geschlossenen Gasturbogruppe leicht variiert werden. Gerade hierin sind wesentliche Vorteile der in Figur 2 dargestellten Kraftwerksanlage zu sehen. Wenn nämlich stark schwankende Abwärmepotenziale der offenen Gasturbogruppe 100 zur Verfügung stehen, kann der Abwärme nutzende Prozess sehr leicht und auf an sich bekannte Weise über das Druckniveau der Gesamtanlage durch Verschiebung von Prozessfluid zwischen im Kreislauf zirkulierendem Fluid und im Hochdruckbehälter 45 gespeichertem Fluid an die unterschiedlichen Leistungspotenziale angepasst werden. Dies hat auch im Hinblick auf den eingebrachten Dampf 26 Vorteile. Sinkt nämlich die Abgastemperatur des Gasturbinenabgases 107 und damit die maximal mögliche Eintrittstemperatur der Turbine 2, so sind die potenziellen Effekte die, dass einmal übermässige Kondensation in der Turbine 2 auftritt, und andererseits keine Überhitzung des Frischdampfes im Dampferzeuger 11 mehr möglich ist. Eine Absenkung des Gesamtdruckes des geschlossenen Gasturbinenprozesses ermöglicht hier eine Anpassung, dergestalt, dass der Dampf beim Eintritt in die Turbine 2 immer ausreichend überhitzt ist. Auf diese Weise lässt sich eine Gleitdruckfahrweise für den Dampf auf einfache und zweckmässige Weise realisieren. Im Vergleich mit einem reinen Zweiphasenprozess zur Abwärmenutzung ergibt sich bei tendenziell etwas schlechterer Abwärmenutzung eine bedeutend grössere Flexibilität im Einsatz. Für eine gute Abwärmenutzung sollte die Verdichteraustrittstemperatur des geschlossenen Prozesses möglichst niedrig sein; bei einer Gasturbogruppe, die nach dem erfindungsgemässen Prozess arbeitet, kann dies auf zweckmässige Weise neben der Anordnung von Zwischenkühlern durch ein verhältnismässig niedriges Druckverhältnis im Bereich von etwa 3 bis 8 erreicht werden. Die dadurch vergleichsweise hohe Turbinenaustrittstemperatur fällt nicht ins Gewicht, da die Abgaswärme durch den Abhitzedampferzeuger rekuperiert wird, und ist im Hinblick auf die erzeugte Dampfqualität eher von Vorteil. Die bezogen auf den Verdichtermassenstrom niedrige Leistung eines Gasturbinenprozesses mit geringem Druckverhältnis wird durch den zusätzlichen Dampfmassenstrom, der durch die Turbine 2 durchgesetzt wird, kompensiert.

Bezugszeichenliste

1: Verdichtungsmittel, Verdichter
1 a, 1 b, 1 c: Verdichtungsmittel, Teilverdichter
2: Entspannungsmittel, Turbine
3: Leistungsverbraucher, Generator
4: Welle
5: Abscheider, Kondensatabscheider, Tropfenabscheider, Zyklon
5a, 5b: Kondensatabscheider
6: Wärmetauscher, Wärmeübertrager, Erhitzer
6a, 6b: Wärmetauscher, Teilwärmetauscher
7: Feuerungsmittel, Brenner
8: Wärmetauschflächen
9: Vorwärmer
10: Lader
11: Wärmesenke, Abhitzedampferzeuger
12: Speisewassermassenstrom
13: Wärmesenke, Kühler
14: Kondensat
15: Kondensat
16: Filter
17: Behälter, Kondensatspeicher
18: Speisepumpe
19: Kühlwasser
20: Luftspeicher
21: Absperr- und Drosselorgan
22: Kompressor
23: Ablassventil
24: entfeuchtetes Prozessfluid
25: Sperrmedium, Sperrluft
26: Dampf
27: Absperr- und Drosselorgan
28: Rückströmdrossel
29: Rückströmkühler
30: Nebenschlussorgan
31: Wellendichtung
32: Anzapfstelle für Sperrmedium der Wellendichtungen
39: Drehzahlmessstelle
41: Zwischenkühler
42: Kondensatabscheider
43: Pumpe
44: Einspritzkühler
45: Hochdruckbehälter, Gasspeicher
46: Rückschlagorgan
47: Rückkühler
48: Kompressor
49: Absperr-. und Drosselorgan
50: Kondensatabscheider
100: Gasturbogruppe
101: Verdichter
102: Brennkammer
103: Turbine
104: Brennkammer
105: Turbine
106: Luftmenge
107: Abgas
108: abgekühltes Abgas
109: Kupplung

Claims

Wärmekraftprozess, umfassend:
Zustandsänderung eines Prozessfluides von einem ersten Zustand auf einen zweiten Zustand, wobei das Prozessfluid verdichtet wird; Zustandsänderung des Prozessfluides vom zweiten Zustand auf einen dritten Zustand, mit einer Wärmezufuhr zum verdichteten Prozessfluid, welche Wärmezufuhr indirekt im Wärmetausch erfolgt;

Zustandsänderung des Prozessfluides vom dritten Zustand zu einem vierten Zustand, wobei das Prozessfluid entspannt wird;

Zustandsänderung des Prozessfluides vom vierten Zustand auf den ersten Zustand, verbunden mit einer Wärmeabfuhr aus dem entspannten Prozessfluid in wenigstens einer ersten Wärmesenke (11); vollständige Rückführung des Prozessfluides (24) zum

Verdichtungsprozess, derart dass das Prozessfluid im vollständig geschlossenen Kreislauf geführt wird;

welcher Wärmekraftprozess weiterhin umfasst;
eine Dampfmenge in das Prozessfluid einzuleiten, diese Dampfmenge zusammen mit dem verdichteten Prozessfluid zu entspannen, den Dampf in einer Wärmesenke (11, 13) im Wesentlichen zu kondensieren und als Kondensat (14) aus dem Prozessfluid (24) abzuscheiden, das Kondensat zu verdampfen, und den entstehenden Dampf in das Prozessfluid einzuleiten,

dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung des Kondensats mittels der aus der in der ersten Wärmesenke (11) abgeführten Wärme erfolgt, wobei eine Dampfmenge (26) mit einem Frischdampfdruck erzeugt wird, und dass die Dampfmenge dem vollständig verdichteten Prozessfluid vor der Entspannung zugemischt wird.
Wärmekraftprozess nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Wärmeabfuhr in wenigstens einer weiteren Wärmesenke (13) stattfindet.
Wärmekraftprozess nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat (14, 15) auf einen Frischdampfdruck gefördert und als Kühlmittel (12) in der ersten Wärmesenke (11) sowie zur Erzeugung der Dampfmenge (26) herangezogen wird.
Wärmekraftprozess nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Dampfes dem Prozessfluid vor der Wärmezufuhr zugemischt wird, und dass diesem Dampf zusammen mit dem Prozessfluid Wärme zugeführt wird.
Wärmekraftprozess nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessfluid im Verlauf der Zustandsänderung vom ersten Zustand auf den zweiten Zustand gekühlt wird.
Wärmekraftprozess nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Prozessfluid im Verlauf der Zustandsänderung vom dritten Zustand auf den vierten Zustand Wärme zugeführt wird.
Wärmekraftprozess nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Prozessfluides beim ersten und vierten Zustand mehr als 5 bar beträgt, und insbesondere im Bereich vom 5 bar bis 10 bar liegt.
Wärmekraftprozess nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Dampfes während der Zustandsänderung vom dritten Zustand auf den vierten Zustand zugeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Wärmekraftprozesses nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zur Erzielung der Zustandsänderung vom ersten auf den zweiten Zustand wenigstens ein Verdichtungsmittel (1, 1a, 1 b, 1 c) angeordnet ist, wobei stromab der Verdichtungsmittel als Mittel zur Wärmezufuhr (6), ein sekundärseitig vom Prozessfluid durchströmter Wärmetauscher (8, 6a, 6b), angeordnet ist, stromab des ersten Wärmezuführmittels wenigstens ein Entspannungsmittel (2) angeordnet ist, stromab des Entspannungsmittels wenigstens eine erste Wärmesenke (11) angeordnet ist, und weiterhin Mittel zur Führung des Prozessfluides (24) von der Wärmesenke (11, 13) zu den Verdichtungsmitteln (1, 1a) angeordnet sind, und welche Vorrichtung weiterhin einen Dampferzeuger (11) umfasst, Mittel zur Einbringung von Dampf aus dem Dampferzeuger in das Prozessfluid, welche stromab der Verdichtungsmittel (1) und stromauf wenigstens eines Entspanpungsmittels (2) angeordnet sind, sowie Mittel (13,5, 5a, 5b) zurAbfuhr anfallenden Kondensats aus dem Prozessfluid und Mittel (18) zur Förderung des Kondensate zu dem Dampferzeuger dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (11) mit dem Dampferzeuger identisch ist, wobei der Dampferzeuger primärseitig vom Prozessfluid durchströmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg des Prozessfluides stromab des Abhitzedampferzeugers wenigstens eine zweite Wärmesenke (13) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungsmittel mit wenigstens einem Zwischenkühler (41, 44) für das Prozessfluid versehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (44) zur Einbringung von Flüssigkeitstropfen in das die Verdichtungsmittel durchströmende Prozessfluid angeordnet sind:
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres Mittel zur Wärmezufuhr zum Prozessfluid innerhalb der oder zwischen wenigstens zwei Entspannungsmitteln angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens ein Entspannungsmittel (2) eine Kraftmaschine zur Entspannung des Prozessfluides und wenigstens eines Teils des Dampfes unter Leistung technischer Arbeit und zum Antrieb wenigstens einer als Verdichtungsmittel wirkenden Arbeitsmaschine (1) und/oder eines Leistungsverbrauchers (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jede als Verdichtungsmittel wirkende Arbeitsmaschine (1, 1a, 1b, 1c) mit wenigstens einer als Entspannungsmittel (2) wirkenden Kraftmaschine auf einer gemeinsamen Welle 4 angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Mittel zur Wärmezufuhr zum Fluid ein Wärmetauscher (6) ist, und primärseitig vom Abgas (107) einer Gasturbogruppe (100) durchströmt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Mittel zur Wärmezufuhr ein Wärmetauscher (8) ist der sekundärseitig vom Prozessfluid durchströmt wird, und der primärseitig mit einem Wärmeerzeuger (7) in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger eine aufgeladene Feuerungseinrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf des Prozessfluides mit Mitteln (20,45) zur Variation des Massenstroms des umlaufenden Prozessfluides in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Einbringung von Dampf (26) in das Prozessfluid stromauf der ersten Wärmezuführmittel (6, 6a, 6b, 8) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Verdichtungsmittel eine absperr- und/oder drosselbare Nebenschlussleitung (30) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verdichtungsmittel ein Turbokompressor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Entspannungsmittel eine Turbine ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 23, wobei die Vorrichtung im Wesentlichen eine Gasturbogruppe mit geschlossenem Kreislauf ist, welche über einen stromab einer letzten Turbine (2) angeordneten Abhitzekessel (11) verfügt, in welchem eine Dampfmenge (26) erzeugt und im Prozessfluid der Gasturbine enthaltener Dampf auskondensiert wird, über eine Kesselspeisepumpe (18), welche Kondensat (14, 15) in den Abhitzedampferzeuger fördert, sowie über Mittel zur Einbringung wenigstens eines Teils des im Abhitzedampferzeuger erzeugten Dampfes (26) in das Prozessfluid der Gasturbine stromauf wenigstens einer Turbine.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Abhitzedampferzeugers eine weitere Wärmesenke (13, 41) zur Definition der unteren Prozesstemperatur angeordnet ist.
Kraftwerksanlage mit wenigstens einer im offenen Kreislauf arbeitenden Gasturbogruppe (100), dadurch gekennzeichnet, dass zur Abwärmenutzung der Gasturbogruppe wenigstens eine nach einem Wärmekraftprozess gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 arbeitende Wärmekraftmaschine angeordnet ist.