EP3516178A1 - Anlage und verfahren mit einer wärmekraftanlage und einem prozessverdichter - Google Patents

Anlage und verfahren mit einer wärmekraftanlage und einem prozessverdichter

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EP3516178A1
EP3516178A1 EP17761043.3A EP17761043A EP3516178A1 EP 3516178 A1 EP3516178 A1 EP 3516178A1 EP 17761043 A EP17761043 A EP 17761043A EP 3516178 A1 EP3516178 A1 EP 3516178A1
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EP
European Patent Office
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cooling
fluid
compressor
process fluid
msc
Prior art date
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EP17761043.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3516178B1 (de
Inventor
Marcel HUSMANN
Arne Herbert LIENAU
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3516178A1 publication Critical patent/EP3516178A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3516178B1 publication Critical patent/EP3516178B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/34—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • F01K7/40—Use of two or more feed-water heaters in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/5826—Cooling at least part of the working fluid in a heat exchanger

Definitions

  • the invention relates to a system with a thermal power plant and a single-stage or multi-stage process compressor, the thermal power plant comprising:
  • a first process fluid circulates in the fluid-conductively connected elements pump, boiler, turbine, condenser, wherein the process compressor has a plurality of stages ⁇ in which a second process fluid is compressed, where provided ⁇ at least one cooling downstream of a process stage or between two process stages is, by means of which the second process fluid at least a first heat flow is withdrawn, wherein the process compressor has a drive shaft, wherein the output shaft is mechanically coupled to the on ⁇ drive shaft, so that the turbine drives the process ⁇ compressor.
  • the invention relates to a method for operating a system of the type defined above.
  • WO 2010/142574 arrangements are already known in which turbomachinery, including steam turbines, are used as a drive for compressors or compressor units or multi-stage compressor. In all of these arrangement designs, the efficiency of the entire arrangement is always of great importance.
  • the compression of a process fluid, such as the compression of air, natural gas or carbon dioxide is always lossy in the real process, with the minimization of these losses are the focus of efforts to increase the efficiency.
  • the invention has set itself the task of improving an arrangement of the type defined in the efficiency.
  • the decisive advantage of the invention over the conventional arrangements or methods for operating arrangements that provide the drive of a multi-stage process compressor by means of a thermal power plant is that the waste heat from the compression process of the thermal power plant is supplied as useful heat and accordingly for Be ⁇ the heat energy plant required energy can be reduced.
  • the direct mechanical coupling of the thermal power ⁇ system for transferring technical work on the compressor with the additional thermodynamic connection between the invention, intercoolers or the aftercooler of the compressor on the one hand and the preheaters before the boiler of the thermal power plant on the other hand the additional advantage that the compressor Increasing cruanforde ⁇ tion also generates increased waste heat in cooling, which there ⁇ also leads to an increased potential useful heat for the operation of the driving thermal power plant.
  • the process compressor according to the invention is generally an arbitrary single-stage or multi-stage compressor with corresponding cooling between the individual compression stages or an aftercooler.
  • the compacting stages can be understood to mean individual impellers or else several impellers arranged directly one behind the other.
  • the compressor may in principle be a radial compressor or an axial compressor or a mixed arrangement. act of radial compressor stages and axial compressor stages.
  • Particularly preferred is the embodiment of the multistage compressor ⁇ -stage transmission as compressor in which a central gear drives a plurality of compressor drive pinion shafts carrying the impellers of the compressor stages.
  • At a gearbox here is usually a plurality of Verêtrstu ⁇ fen, preferably provided radial compressor stages, preferably there also mechanically fastened or supported.
  • the thermal power plant is a cycle process known as the Clausius-Rankine cycle. Usually this is a so-called steam turbine as a turbine and the process fluid is usually water or water vapor. Alternatively, another, in particular an organic flues ⁇ stechnik can be used instead of water, so that the operating temperature ⁇ turfeld the process changes due to the changed process fluid.
  • Cooling of the process compressor and at least one preheater of the thermal power plant is preferably accompanied by a combination of this cooling with the preheater.
  • the combination has the particular advantage that no further process fluid must be used to transfer the heat energy between the preheater and the cooling.
  • To be compressed second process fluid may be transmitted directly as the waste heat ⁇ useful heat to the first process fluid in the cooling system, which is combined with the heater of the thermal power plant.
  • the first process fluid is particularly well suited for absorbing the waste heat from the second process fluid in the cooling or the preheater.
  • the invention also finds advantageous application in a thermal power plant which already has several preheaters operated with taps of the turbine for the first process fluid or, in the case of the steam-driven turbine, the feedstock. Provides water for the boiler.
  • the Anzapfmenge of the first process fluid from the turbine can be reduced expedient ⁇ SSIG, because part of the preheating already been made with the waste heat from the cooling of the process compressor. Demenfeldend the turbine generates a higher technical
  • the system has a cooling line with a guided from the cooling line cooling fluid, wherein the cooling line is connected to at least one cooling of the process compressor. In this way can mitels the cooling part of the
  • This cooling fluid supply can be combined with the cooling fluid supply of the thermal power plant, which has a not inconsiderable cooling fluid consumption in the condenser, so that the corresponding supply of cooling fluid for cooling the process compressor can be connected there.
  • a control unit vorgese ⁇ hen which is associated with regulatory issues in the cooling fluid lines and in particular in the exchange lines between the heat engine and the process compressor.
  • ⁇ SSIG if the individual system components are not necessarily in terms of the cooling or preheating dependent on each other, but also function largely independently of one another.
  • Figures 1, 2 each show a schematic flow diagram of an inventive arrangement or a method according to the invention.
  • Figures 1, 2 each show schematically illustrated
  • a plant according to the invention A comprises a dressedkraftanla ⁇ ge WKA and a multi-stage process compressor MSC.
  • the thermal power plant WKA in turn comprises a pump PMP, a boiler BOI, a turbine TRB with an output shaft SD1 and a capacitor CND.
  • the turbine can advantageously also have two output ends - that is, a double output - have.
  • the boiler BOI is operated either with the waste heat from a process or walls ⁇ ren fired by a fossil fuels gers. This energy supply is designated FUL.
  • the boiler BOI vaporizes and overheats the first process fluid PF1, which circulates in the elements of the thermal power plant WKA connected to one another in a fluid-conducting manner.
  • the turbine ⁇ TRB is preferably a steam turbine and the first process fluid PF1 is preferably water or water vapor.
  • the superheated steam exiting boiler BOI is expanded in turbine TRB and then enters condenser CND, where the expanded steam is condensed to liquid and subsequently transported to the boiler pressure by pump PMP.
  • the capacitor CND is supplied by means of egg ⁇ ner cooling line COL with cooling fluid CLF.
  • han ⁇ delt it is preferably water that either taken from a natural heat sink and heated go there is returned or water which is taken from an at least partially artificial heat sink or supplied.
  • the process compressor MSC has one or more stages ST1, STn, in which a second process fluid PF2 compresses becomes.
  • a second process fluid PF2 compresses becomes.
  • three Stu ⁇ fen ST1, ST2, ST3 are provided.
  • the process compressor also has a plurality of cooling IC1, ICn or intermediate cooling or an aftercooler, wherein in the specific example, a first cooling IC1, a second cooling IC2 and a third cooling IC3 are provided.
  • the third cooling IC3 is also a "cooling", even if no further condensing stage ST1, In this case, waste heat from the compression process is removed by means of the cooling
  • the coolings IC1, ICn have connections to the cooling line COL in order to be supplied with cooling fluid CLF by the same COL for supplying the cooling IC1, ICn provided with cooling fluid CLF, as for the capacitor CND.
  • the process compressor MSC has a drive shaft SD2, which is coupled by means of a clutch CPL to an output shaft SD1 of the turbine TRB of the heat power plant WKA.
  • a clutch CPL can also be provided a transmission which causes a translation or reduction of the turbine speed to the process compressor MSC.
  • the thermal power plant WKA has in the flow of the first process fluid PF1 between the pump PMP and the boiler BOI a preheater PH1, PHn (see in particular FIG. 2) by means of which a preheating flow PRF is respectively supplied to the process fluid.
  • the turbine TRB has a first tap TB1 and a second tap TB2.
  • the two taps TB1, TB2 supply a third preheater PH3 or a second preheater PH2 corresponding amounts of heat, which have a higher inlet temperature in the boiler BOI of the first process fluid PF1 result.
  • the disadvantage here is that not all of the turbine TRB supplied first process fluid PF1 provides until the exit from the turbine TRB for the generation of ⁇ technical work.
  • the exchange line FCC already described is provided behind the pump PMP in the circuit of the first process fluid PF1, by means of which waste heat from the process compressor is supplied as useful heat to the thermal power plant WKA.
  • the systems A of Figures 1, 2, a control unit CON.
  • At least the triedlei ⁇ tung FCC or the cooling line COL are further equipped with control devices CV1, CV4, which are in communication with the integrated loop control settings CON.
  • the control elements CV1, CV4 adjusted.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (A) mit einer Wärmekraftanlage (WKA) und einem mehrstufigen Prozessverdichter (MSC), wobei die Wärmekraftanlage (WKA) umfasst: - Pumpe (PMP), - Kessel (BOI), - Turbine (TRB) mit einer Abtriebswelle (SD1), oder Doppelabtrieb - Kondensator (CND), wobei ein erstes Prozessfluid (PF1) in der Wärmekraftanlage (WKA) zirkuliert, wobei der Prozessverdichter (MSC) mindestens eine Stufe (ST1,..., STn) aufweist, in denen ein zweites Prozessfluid (PF2) verdichtet wird, und mindestens eine Kühlung (IC1,..., ICn) stromabwärts einer Prozessstufe (ST1,..., STn) aufweist, mittels derer dem zweiten Prozessfluid mindestens ein erster Abwärmestrom (QF1,..., QFn) entzogen wird, wobei eine Abtriebswelle (SD1) des Prozessverdichters (MSC) mechanisch mit der Antriebswelle (SD2) gekoppelt ist, so dass die Turbine (TRB) den Prozessverdichter (MSC) antreibt. Es wird vorgeschlagen, dass die Wärmekraftanlage (WKA) im Strom des ersten Prozessfluids (PF1) zwischen der Pumpe (PMP) und dem Kessel (BOI) mindestens einen Vorwärmer (PH1,..., PHn) aufweist, mittels dessen dem ersten Prozessfluid (PF1) ein Vorwärmestrom (PRF) zugeführt wird, wobei mindestens eine Kühlung (IC1,..., ICn) mittels mindestens einer Austauschleitung (FCC) mit der Wärmekraftanlage (WKA) derart verbunden sind, dass mindestens ein Teil des Abwärmestroms (QF1) dem ersten Prozessfluids (PF1) zwischen der Pumpe (PMP) und dem Kessel (BOI) als Vorwärmestrom (PRF) zugeführt wird.

Description

Beschreibung
Anlage und Verfahren mit einer Wärmekraftanlage und einem Prozess erdichter
Die Erfindung betrifft eine Anlage mit einer Wärmekraftanlage und einem ein- oder mehrstufigen Prozessverdichter, wobei die Wärmekraftanlage umfasst:
- Pumpe,
- Kessel,
- Turbine mit mindestens einer Abtriebswelle,
- Kondensator,
wobei ein erstes Prozessfluid in den miteinander fluidleitend verbundenen Elementen Pumpe, Kessel, Turbine, Kondensator zirkuliert, wobei der Prozessverdichter mehrere Stufen auf¬ weist, in denen ein zweites Prozessfluid verdichtet wird, wo¬ bei mindestens eine Kühlung stromabwärts einer Prozessstufe oder zwischen zwei Prozessstufen vorgesehen ist, mittels derer dem zweiten Prozessfluid mindestens ein erster Wärmestrom entzogen wird, wobei der Prozessverdichter eine Antriebswelle aufweist, wobei die Abtriebswelle mechanisch mit der An¬ triebswelle gekoppelt ist, so dass die Turbine den Prozess¬ verdichter antreibt.
Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb ei- ner Anlage der eingangs definierten Art.
Aus der WO 2008/031810 oder der WO 2010/069759 oder der
WO 2010/142574 sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen Turbomaschinen, unter anderem Dampfturbinen, als Antrieb für Verdichter bzw. Verdichteranlagen bzw. mehrstufige Verdichter verwendet werden. Bei all diesen Anordnungsentwürfen ist der Wirkungsgrad der gesamten Anordnung stets von großer Bedeutung. Die Verdichtung eines Prozessfluids , beispielsweise die Verdichtung von Luft, Erdgas oder Kohlendioxid ist im realen Prozess stets verlustbehaftet, wobei die Minimierung dieser Verluste im Fokus der Bemühungen der Wirkungsgraderhöhung stehen . Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Anordnung der eingangs definierten Art im Wirkungsgrad zu verbessern.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird vorgeschlagen, eine Anordnung der eingangs definierten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des Kennzeichens des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs weiterzubilden. Daneben wird zur Lösung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anordnung gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch vorgeschlagen. Die jeweils rück- bezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbil¬ dungen der Erfindung.
Der entscheidende Vorteil der Erfindung gegenüber den herkömmlichen Anordnungen bzw. Verfahren zum Betrieb von Anord- nungen, die den Antrieb eines mehrstufigen Prozessverdichters mittels einer Wärmekraftanlage vorsehen liegt darin, dass die Abwärme aus dem Verdichtungsprozess der Wärmekraftanlage als Nutzwärme zugeführt wird und dementsprechend die für den Be¬ trieb der Wärmekraftanlage erforderliche Energie verringert werden kann. Die direkte mechanische Kopplung der Wärmekraft¬ anlage zur Übertragung technischer Arbeit auf den Verdichter hat mit der zusätzlichen erfindungsgemäßen thermodynamischen Verbindung zwischen den Kühlungen, Zwischenkühlern oder dem Nachkühler des Verdichters einerseits und den Vorwärmern vor dem Kessel der Wärmekraftanlage andererseits den zusätzlichen Vorteil, dass der Verdichter mit steigender Leistungsanforde¬ rung auch eine erhöhte Abwärme in Kühlungen erzeugt, die da¬ mit auch zu einer vergrößerten möglichen Nutzwärme für den Betrieb der antreibenden Wärmekraftanlage führt.
Bei dem erfindungsgemäßen Prozessverdichter handelt es sich in der Regel um einen beliebigen ein- oder mehrstufigen Verdichter mit entsprechenden Kühlungen zwischen den einzelnen Verdichtungsstufen oder einem Nachkühler. Unter den Verdich- tungsstufen können einzelne Laufräder verstanden werden oder auch mehrere direkt hintereinander angeordnete Laufräder. Bei dem Verdichter kann es sich grundsätzlich um einen Radialverdichter oder einen Axialverdichter oder eine gemischte Anord- nung von Radialverdichterstufen und Axialverdichterstufen handeln. Besonders bevorzugt ist die Ausführung des mehrstu¬ figen Verdichters als Getriebeverdichter, bei dem ein zentrales Getriebe mehrere Verdichterantriebsritzelwellen antreibt, die Laufräder von Verdichterstufen tragen. An einem Getriebekasten ist hier in der Regel eine Mehrzahl von Verdichterstu¬ fen, bevorzugt Radialverdichterstufen vorgesehen, bevorzugt dort auch mechanisch befestigt bzw. abgestützt. Bei der Wärmekraftanlage handelt es sich um einen Kreislauf- prozess, wie er auch unter der Bezeichnung Clausius-Rankine- Kreislauf bekannt ist. Meist handelt es sich hierbei um eine sogenannte Dampfturbine als Turbine und das Prozessfluid ist in der Regel Wasser bzw. Wasserdampf. Alternativ kann statt Wasser auch eine andere, insbesondere eine organische Flüs¬ sigkeit eingesetzt werden, so dass sich das Betriebstempera¬ turfeld des Prozesses in Folge des geänderten Prozessfluids ändert . Die thermodynamische Verbindung zwischen mindestens einer
Kühlung des Prozessverdichters und mindestens einem Vorwärmer der Wärmekraftanlage geht bevorzugt mit einer Kombination dieser Kühlung mit dem Vorwärmer einher. Die Kombination hat den besonderen Vorteil, dass kein weiteres Prozessfluid zur Übertragung der Wärmeenergie zwischen dem Vorwärmer und der Kühlung verwendet werden muss. Das zu verdichtende zweite Prozessfluid kann in der Kühlung, der mit dem Vorwärmer der Wärmekraftanlage kombiniert ist, direkt die Abwärme als Nutz¬ wärme an das erste Prozessfluid übertragen. Im Falle einer mit Wasser bzw. mit Wasserdampf betriebenen Dampfturbine eignet sich das erste Prozessfluid besonders gut zur Aufnahme der Abwärme aus dem zweiten Prozessfluid in der Kühlung bzw. dem Vorwärmer. Die Erfindung findet auch vorteilhaft Anwendung bei einer Wärmekraftanlage, die bereits mehrere mit Anzapfungen der Turbine betriebene Vorwärmer für das erste Prozessfluid bzw. im Falle der mit Wasserdampf betriebenen Turbine das Speise- wasser für den Kessel vorsieht. In diesem Fall kann zweckmä¬ ßig die Anzapfmenge des ersten Prozessfluids aus der Turbine reduziert werden, weil ein Teil der Vorwärmung bereits mit der Abwärme aus der Kühlung des Prozessverdichters erfolgt. Demensprechend erzeugt die Turbine eine höhere technische
Leistung, so dass der Kessel mit einer geringeren Energiezufuhr bzw. Befeuerung auskommt.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Anlage eine Kühlleitung mit einem von der Kühlleitung geführtem Kühlfluid aufweist, wobei die Kühlleitung an mindestens eine Kühlung des Prozessverdichters angeschlossen ist. Auf diese Weise kann mitels der Kühlung ein Teil des
Abwärmestroms auf das Kühlfluid übertragen werden. So ist un- ter allen Betriebsbedingungen sichergestellt, dass die nachfolgende Stufeneintrittstemperatur hinreichend niedrig ist, um so einen sicheren und energiesparenden Betrieb zu gewährleisten. Diese Kühlfluidversorgung kann kombiniert werden mit der Kühlfluidversorgung der Wärmekraftanlage, die in dem Kon- densator einen nicht unerheblichen Kühlfluidverbrauch aufweist, so dass die entsprechende Versorgung mit Kühlfluid für die Kühlung des Prozessverdichters dort angeschlossen werden kann. Besonders zweckmäßig ist eine Regelungseinheit vorgese¬ hen, die mit Reglungsorgangen in den Kühlfluidleitungen und insbesondere in den Austauschleitungen zwischen der Wärme- kraftanlage und dem Prozessverdichter in Verbindung steht. Insbesondere während instationärer Prozesse, beispielsweise während des Anfahrens der gesamten Anordnung, ist es zweckmä¬ ßig, wenn die einzelnen Anlagenkomponenten nicht zwingend hinsichtlich der Kühlung oder Vorwärmung aufeinander angewiesen sind, sondern auch weitestgehend autark voneinander funktionieren .
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Aus- führungsbeispiels unter Bezugnahme auf Figuren näher be¬ schrieben. Es zeigen: Figuren 1, 2 jeweils ein schematisches Flussdiagramm einer erfindungsgemäßen Anordnung bzw. eines erfindungsgemäßen Verfahrens . Die Figuren 1, 2 zeigen jeweils schematisch dargestellte
Flussdiagramme von der erfindungsgemäßen Anlage A bzw. Verfahren, die die thermodynamischen Zusammenhänge illustrieren. Die in den Figuren benutzten Bezugszeichen sind für Bauteile gleicher Funktion identisch und die Figurenbeschreibung be- zieht sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Figuren.
Eine erfindungsgemäße Anlage A umfasst eine Wärmekraftanla¬ ge WKA und einen mehrstufigen Prozessverdichter MSC. Die Wärmekraftanlage WKA ihrerseits umfasst eine Pumpe PMP, einen Kessel BOI, eine Turbine TRB mit einer Abtriebswelle SD1 und einen Kondensator CND. Die Turbine kann vorteilhaft auch zwei Abtriebsenden - also einen Doppelabtrieb - aufweisen.
Der Kessel BOI wird entweder mit der Abhitze aus einem ande¬ ren Prozess betrieben oder mittels eines fossilen Energieträ- gers befeuert. Diese Energiezuführ ist mit FUL bezeichnet. Der Kessel BOI verdampft und überhitzt das erste Prozess- fluid PF1, das in den miteinander fluidleitend verbundenen Elementen der Wärmekraftanlage WKA zirkuliert. Bei der Turbi¬ ne TRB handelt es sich bevorzugt um eine Dampfturbine und das erste Prozessfluid PF1 ist bevorzugt Wasser bzw. Wasserdampf. Der im Kessel BOI ausströmende, überhitzte Wasserdampf wird in der Turbine TRB entspannt und gelangt anschließend in den Kondensator CND, wo der entspannte Dampf zu Flüssigkeit kondensiert und anschließend mittels der Pumpe PMP auf den Kes- seidruck befördert wird. Der Kondensator CND ist mittels ei¬ ner Kühlleitung COL mit Kühlfluid CLF versorgt. Hierbei han¬ delt es sich bevorzugt um Wasser, dass entweder aus einer natürlichen Wärmesenke entnommen und dort hin erwärmt wieder zurückgeführt wird oder um Wasser, das einer zumindest teil- weise künstlichen Wärmesenke entnommen oder zugeführt wird.
Der Prozessverdichter MSC weist ein oder mehrere Stufen ST1, STn auf, in denen ein zweites Prozessfluid PF2 verdichtet wird. In dem konkreten Beispiel sind drei Stu¬ fen ST1, ST2, ST3 vorgesehen. Der Prozessverdichter weist darüber hinaus mehrere Kühlungen IC1, ICn bzw. Zwischenkühlungen bzw. einen Nachkühler auf, wobei in dem konkreten Beispiel eine erste Kühlung IC1, eine zweite Kühlung IC2 und eine dritte Kühlung IC3 vorgesehen sind. In der Betriffswelt der Erfindung handelt es sich bei der dritten Kühlung IC3 auch um eine „Kühlung", auch, wenn im Anschluss an diese dritte Kühlung IC3 keine weitere verdichtende Stufe ST1,..., STn zur Verdichtung des zweiten Prozessfluids PF2 folgt. Ent¬ scheidend hierbei ist, dass Abwärme aus dem Verdichtungspro- zess mittels der Kühlung entfernt wird. Die Kühlungen IC1, ICn weisen Anschlüsse zu der Kühlleitung COL auf, um von dieser mit Kühlfluid CLF versorgt zu werden. Besonders vorteil- haft ist hierbei die gleiche Kühlleitung COL zur Versorgung der Kühlungen IC1, ICn mit Kühlfluid CLF vorgesehen, wie für den Kondensator CND.
Der Prozessverdichter MSC weist eine Antriebswelle SD2 auf, die mittels einer Kupplung CPL mit einer Abtriebswelle SD1 der Turbine TRB der Wärmekraftanlage WKA gekoppelt ist. Auf diese Weise wird mechanische Leistung auf den Prozessverdich¬ ter MSC übertragen, so dass die Drehzahl der Turbine TRB einen Einfluss auf die Drehzahl des Prozessverdichters MSC hat. Statt der Kupplung CPL kann auch ein Getriebe vorgesehen sein, das eine Übersetzung oder Untersetzung der Turbinendrehzahl auf den Prozessverdichter MSC bewirkt. Die Wärmekraftanlage WKA hat im Strom des ersten Prozessfluids PF1 zwischen der Pumpe PMP und dem Kessel BOI einen Vorwär- mer PH1, PHn (siehe insbesondere Figur 2) mittels dessen dem Prozessfluid ein Vorwärmestrom PRF jeweils zugeführt wird. In der Figur 1 besteht zwischen dem Kreislauf der Wär- mekraftanlage WKA des ersten Prozessfluids PF1 und der zwei¬ ten Kühlung IC2 eine Verbindung mittels einer Austauschlei- tung FCC, die eine Zufuhr des ersten Prozessfluids PF1 zu der Kühlung IC2 vorsieht und eine Abfuhr zurück in den Kreislauf der Wärmekraftanlage WKA. Hierbei nimmt das erste Prozess¬ fluid PF1 Abwärme aus der zweiten Kühlung IC2 auf und führt sie dem Kreislauf der Wärmekraftanlage WKA als Nutzwärme zu. Entsprechend weniger Energie FUL muss dem Kessel BOI zuge¬ führt werden. Zusätzlich verbraucht die Kühlung des Prozess¬ verdichters MSC in der Summe weniger Kühlfluid CLF.
In der Figur 2 weist die Turbine TRB eine erste Anzapfung TB1 und eine zweite Anzapfung TB2 auf. Die beiden Anzapfungen TB1, TB2 führen einen dritten Vorwärmer PH3 bzw. einem zweiten Vorwärmer PH2 entsprechende Wärmemengen zu, die eine höhere Eintrittstemperatur in den Kessel BOI des ersten Pro- zessfluids PF1 zur Folge haben. Nachteilig hierbei ist, dass nicht das gesamte der Turbine TRB zugeführte erste Prozess- fluid PF1 bis zum Austritt aus der Turbine TRB für die Erzeu¬ gung technischer Arbeit sorgt. Vorteilhaft vor dieser Vorwär- mung mittels der beiden Anzapfungen TB1, TB2 ist hinter der Pumpe PMP in dem Kreislauf des ersten Prozessfluids PF1 die bereits beschriebene Austauschleitung FCC vorgesehen, mittels derer Abwärme aus dem Prozessverdichter als Nutzwärme der Wärmekraftanlage WKA zugeführt wird.
Besonders vorteilhaft weisen die Anlagen A der Figuren 1, 2, eine Regelungseinheit CON auf. Mindestens die Austauschlei¬ tung FCC oder die Kühlleitung COL sind weiterhin mit Regelorganen CV1, CV4 ausgestattet, die mit der Regelungsein- heit CON in Verbindung stehen. In Abhängigkeit von der Temperatur T des zweiten Prozessfluids PF2 zwischen einem Austritt aus der zweiten Kühlung IC2, die an die Austauschleitung FCC angeschlossen ist, und einem Eintritt in eine stromabwärtige Stufe ST1, STn des Prozessverdichters MSC werden von der Regelungseinheit CON die Regelorgane CV1, CV4 verstellt.

Claims

Patentansprüche
1. Anlage (A) mit einer Wärmekraftanlage (WKA) und einem mehrstufigen Prozessverdichter (MSC) , wobei die Wärmekraft- anläge (WKA) umfasst:
- Pumpe (PMP) ,
- Kessel (BOI) ,
- Turbine (TRB) mit einer Abtriebswelle (SD1), oder Doppel¬ abtrieb
- Kondensator (CND) ,
wobei ein erstes Prozessfluid (PF1) in den miteinander fluidleitend verbundenen Elementen Pumpe (PMP) , Kessel (BOI), Turbine (TRB), Kondensator (CND) zirkuliert, wobei der Prozessverdichter (MSC) mindestens eine Stu- fe (ST1, STn) aufweist, in denen ein zweites Prozess¬ fluid (PF2) verdichtet wird,
wobei der Prozessverdichter (MSC) mindestens eine Küh¬ lung (IC1, ICn) stromabwärts einer Prozessstufe (ST1, STn) aufweist, mittels derer dem zweiten Prozessfluid min- destens ein erster Abwärmestrom (QF1, QFn) entzogen wird,
wobei der Prozessverdichter (MSC) eine Antriebswelle (SD2) aufweist,
wobei die Abtriebswelle (SD1) mechanisch mit der Antriebs- welle (SD2) gekoppelt ist, so dass die Turbine (TRB) den
Prozessverdichter (MSC) antreibt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmekraftanlage (WKA) im Strom des ersten Pro- zessfluids (PF1) zwischen der Pumpe (PMP) und dem Kes- sei (BOI) mindestens einen Vorwärmer (PH1, PHn) auf¬ weist, mittels dessen dem ersten Prozessfluid (PF1) ein Vorwärmestrom (PRF) zugeführt wird, wobei mindestens eine Kühlung (IC1, ICn) mittels mindestens einer Austauschleitung (FCC) mit der Wärmekraftanlage (WKA) derart verbun- den sind, dass mindestens ein Teil des Abwärmestroms (QF1) dem ersten Prozessfluids (PF1) zwischen der Pumpe (PMP) und dem Kessel (BOI) als Vorwärmestrom (PRF) zugeführt wird.
2. Anlage (A) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Vorwärmer (PH1, PHn) ein kombiniertes Bauteil mit der mindestens einen Kühlung (IC1, ICn) ausbildet, so dass mindestens ein Teil des Abwärmestroms (QF1) dem ersten Pro- zessfluids (PF1) zwischen der Pumpe (PMP) und dem Kes¬ sel (BOI) als Vorwärmestrom (PRF) zugeführt wird.
3. Anlage (A) nach Anspruch 1, wobei die Turbine (TRB) mindestens eine Anzapfung (TB1, TB2) zur Entnahme von erstem Prozessfluid (PF1) aufweist,
wobei mindestens ein Vorwärmer (PH1, PHn) mit der Anzap¬ fung (TB1, TB2) in fluidleitender Verbindung steht, so dass das entnommene erste Prozessfluid (PF1) das übrige erste Prozessfluid (PF1) vor Eintritt in den Kessel (BOI) vor- wärmt.
4. Anlage (A) nach Anspruch 1, wobei die Anlage eine Kühl¬ leitung (COL) mit einem von der Kühlleitung (COL) geführtem Kühlfluid (CLF) aufweist, wobei die Kühlleitung (COL) an mindestens eine Kühlung (IC1, ICn) angeschlossen ist und die Kühlung (IC1, ICn) einen Teil des
Abwärmestroms (QF1, QFn) auf das Kühlfluid (CLF) über¬ trägt .
5. Anlage (A) nach Anspruch 1, wobei die Anlage eine Rege¬ lungseinheit (CON) aufweist, wobei mindestens die Aus¬ tauschleitung (FCC) oder die Kühlleitung (COL) Regelorgane (CV1 - CV4) aufweist, wobei die Regelungseinheit (CON) mit den Regelorganen (CV1 - CV4) in Verbindung steht und die Regelorganen (CV1 - CV4) verstellt in Abhängigkeit von der Temperatur des zweiten Prozessfluids zwischen einen Austritt aus der Kühlung (IC1, ICn) und einem Eintritt in eine stromabwärtige Stufe des Prozessverdichters (MSC) .
6. Verfahren zum Betrieb einer Anlage (A) mit einer Wärme¬ kraftanlage (WKA) und einem mehrstufigen Prozessverdichter (MSC) , wobei die Wärmekraftanlage (WKA) umfasst:
- Pumpe (PMP) , - Kessel (BOI) ,
- Turbine (TRB) mit einer Abtriebswelle (SD1), oder Doppel¬ abtrieb
- Kondensator (CND) ,
gekennzeichnet durch die Schritte:
- Zirkulieren eines ersten Prozessfluids (PF1) in den mit¬ einander fluidleitend verbundenen Elementen Pumpe (PMP) , Kessel (BOI), Turbine (TRB), Kondensator (CND),
- Verdichten eines zweiten Prozessfluids (PF2) mittels eine oder mehrerer Stufen (ST1, STn) des Prozessverdichters (MSC) ,
- Entziehen mindestens eines ersten Wärmestroms (QF1,
QFn) aus dem zweiten Prozessfluid (PF2) mittels mindestens einer Kühlung (IC1, ICn) zwischen zwei Prozessstu- fen (ST1, STn),
- Übertragung von Antriebsleistung von der Turbine (TRB) auf den Prozessverdichter (MSC) ,
- Zuführung mindestens eines Teils des Abwärmestroms (QF1) als Vorwärmestrom (PRF) im Strom des ersten Pro- zessfluids (PF1) zwischen der Pumpe (PMP) und dem Kes¬ sel (BOI) .
7. Verfahren nach Anspruch 6, mit den weiteren Schritten:
- Entnahme von erstem Prozessfluid (PF1) von der Turbi- ne (TRB) mittels mindestens einer Anzapfung (TB1, TB2),
- Vorwärmung des übrigen ersten Prozessfluids (PF1) vor Eintritt in den Kessel (BOI) mittels des entnommenen ersten Prozessfluids (PF1).
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Anlage eine Kühlleitung (COL) mit einem von der Kühlleitung (COL) geführtem Kühlfluid (CLF) aufweist, wobei die Kühlleitung (COL) an mindestens eine Kühlung (IC1, ICn) angeschlossen ist, wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
- Übertragung eines Teils des Abwärmestroms (QF1, QFn) auf das Kühlfluid (CLF) .
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Anlage eine Rege¬ lungseinheit (CON) aufweist, wobei mindestens die Aus¬ tauschleitung (FCC) oder die Kühlleitung (COL) Regelorgane (CV1 - CV4) aufweist, wobei die Regelungseinheit (CON) mit den Regelorganen (CV1 - CV4) in Verbindung steht, wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist:
- Messen der Temperatur des zweiten Prozessfluids zwischen einen Austritt aus der Kühlung (IC1, ICn) und einem Eintritt in eine stromabwärtige Stufe des Prozessverdich- ters (MSC)
- Verstellen der Regelorgane (CV1 - CV4) in Abhängigkeit von der Temperatur des zweiten Prozessfluids zwischen einen Austritt aus der Kühlung (IC1, ICn) und einem Eintritt in eine stromabwärtige Stufe des Prozessverdichters (MSC) .
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