WO1989006306A1 - Process and installation for performing mechanical work - Google Patents

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WO1989006306A1
WO1989006306A1 PCT/HU1988/000076 HU8800076W WO8906306A1 WO 1989006306 A1 WO1989006306 A1 WO 1989006306A1 HU 8800076 W HU8800076 W HU 8800076W WO 8906306 A1 WO8906306 A1 WO 8906306A1
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WO
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steam
firing
combustion
air
heat
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Application number
PCT/HU1988/000076
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German (de)
French (fr)
Inventor
Károly PERÉDI
Original Assignee
Peredi Karoly
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peredi Karoly filed Critical Peredi Karoly
Publication of WO1989006306A1 publication Critical patent/WO1989006306A1/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle

Definitions

  • the invention relates to a method for generating mechanical work, wherein a fuel is burned by direct firing of the fuel in compressed air.
  • the invention also relates to a device for the same purpose, which is provided with an internal combustion engine, a compressor connected to it, a firing boiler operated at least partially with the air / fuel gas mixture and at least one device providing mechanical work.
  • the previously known solutions are characterized by the fact that they each favor one or more of the aspects mentioned above; know from where the others are not fulfilled.
  • the firing technology currently used uses, for example, a combustion process that is concentrated in terms of time and space, whereby the increase in efficiency and the demands on service life, air purity, uniformity of the heat load and the composition of the combustion chamber atmosphere are in contrast to one another.
  • the fuel is burned in the heat supply or industrial firing devices so that the burning process is not part of the energy-generating cycle.
  • a cycle is implemented, but the heat-carrying medium is also used as the working medium of the cycle.
  • the thermal and economic efficiency of energy generation can only be approx.
  • the object of the invention is to create a solution for producing mechanical work, with which the efficiency of the processes is increased, but the facilities necessary for this can be made simpler and less expensive.
  • An important object of the invention is to use the inferior fuels for energy production and to make the composition of the exhaust gases more environmentally friendly.
  • the compressed air is preheated in an indirect manner, possibly in a separate combustion device, before the fuel is directly fired.
  • the superheated steam is produced in at least one combustion device which is independent of the combustion device producing the steam. It is furthermore advantageous if the flue gas producing the steam and / or the independent combustion devices is cooled and the amount of heat obtained thereby is used further,
  • the invention also proposes a procedure in which the air-fuel gas mixture created by the direct firing is cooled after the expansion and fed to the combustion devices as at least part of the combustion air and the amount of heat obtained by the cooling is further used.
  • the air / fuel gas mixture leaving the combustion device producing the steam or the heat-supplying agent is cooled below 170 ° C.
  • the internal combustion device as one gas turbine connected to the compressor is formed, wherein a combustion device that heats the compressed air and is connected to the gas turbine is connected to the compressor.
  • the embodiment is advantageous in which the firing boiler is designed as a steam boiler, to which at least one separate firing device which overheats the steam is connected and with which a superheated steam a high pressure steam turbine is operated.
  • at least one independent firing device which reheats the partially cooled steam and at which a small-pressure steam turbine is connected are connected to the high-pressure gas turbine.
  • the firing devices can be connected to a supply of poor gases.
  • the embodiment is also advantageous in that it is provided with a steam collector, the water space of which is connected to the inputs of steam-generating heat exchangers of the boiler, the steam room of which is connected to a steam-side input of the overheating firing device and the steam distributor of which is connected to the steam-side outputs of the heat exchangers of the boiler.
  • Another embodiment which is advantageous according to the invention is characterized in that a heat exchanger, which preheats the feed water, is provided in the fuel pull-outs of the firing boiler or the firing devices, the input of which is assigned to the outlet of the small-pressure steam turbine and the outlet to the water space of the steam collector.
  • another embodiment is advantageous in which a condenser and then a feed water pump are arranged after the outlet of the small-pressure steam turbine, the amount of heat recovered by the condenser being used to preheat the feed water.
  • the circuit diagram of an exemplary arrangement is shown, which was based on an existing power plant.
  • the steam-producing devices of the power plant are symbolized here as a firing boiler 1.
  • the power plant also has a high-pressure steam turbine 2 and a small-pressure steam turbine 3.
  • compressed air is created with the aid of a compressor.
  • the compressor 4 is driven by an internal combustion engine, in this example a gas turbine 5.
  • the compressed air emerging from the compressor 4 is heated in a separate firing device 6, specifically in its irradiated heat exchanger 7 and in the convective heat exchanger 8 connected thereafter.
  • the heat exchangers 7 and 8 are thus connected in series, and the heated compressed air is fed into the gas turbine 5 through a combustion chamber 9.
  • the air / fuel gas mixture available after the combustion chamber 9 is expanded in the gas turbine 5 and mechanical work is thereby gained.
  • the expanded mixture is returned from the outlet of the gas turbine 5 as at least part of the combustion air through a heat exchanger 10 cooling the mixture into the firing device 6
  • the firing boiler 1 already present in the power plant is used only for the production of saturated steam.
  • the water space 15 of the steam collector 13 is connected to the inputs and a steam distributor 14 of the steam collector 13 is connected to the outputs of the heat exchangers 11 and 12.
  • the steam room 16 of the steam collector 13 is connected to a separate firing device 17, specifically to its radiated heat exchanger 18, whereby a convective heat exchanger 19 of the firing device 17 is connected in parallel as seen in the flow direction of the steam.
  • the superheated steam created here is then fed to the inlet of the high-pressure steam turbine 2 and expanded there, which in turn produces mechanical work.
  • the steam expanded in the steam turbine 2 is now led to a further firing device 20, namely to its irradiated heat exchanger 21, with which a convective heat exchanger 22 of the firing device 20 is also scraped in parallel.
  • the feed water is preheated and the in the
  • flue gas flues of the firing boiler 1 and the firing devices 6, 17 and 20 there are heat exchangers 25, 26, 27 and 28 which are connected to the pump 24 on the inlet side and to the water chamber 15 on the outlet side 15 of the steam collector 13.
  • the temperature of the flue gas leaving the furnace 1 is to be cooled below 170 ° C. for which purpose a separate heat exchanger 29 is available at the fuel gas outlet of the firing boiler 1, which with regard to the flow of the feed water to the heat exchanger shear 25 is connected in parallel.
  • At least the firing devices 6, 17, 20 are operated with inferior gas.
  • a gas generator 30 is present in the embodiment shown, which is connected to the firing devices 6, 17, 20.
  • a remote-operated valve 31 is arranged in front of each firing device 6, 17, 20 in the gas line, with which the amount of gas introduced into the firing device 6, 17, 20 can be regulated.
  • the air-fuel gas mixture expanded in the gas turbine 5 is also fed as at least part of the combustion air through the heat exchanger 10 to the further firing devices 17 and 20 and the firing boiler 1.
  • a valve 32 is provided in the arrangement, which is connected to the firing boiler 1 and to the firing devices 6, 17, 20.
  • the firing boiler 1 and the firing devices 17, 20 and 6 are connected in parallel with respect to the combustion air.
  • the air is compressed with the compressor 4.
  • the compressed air has a temperature of z. B. 250 ° C, but it will be in the gas turbine 5 an operating temperature of z. B. 750 ° C.
  • the compressed air in the firing device 6 operated with the inferior gases is brought up to approx. Heated to 600 ° C.
  • the air / fuel gas mixture expanded in the gas turbine 5 is in the heat exchanger 10 recooled using the amount of heat recovered to heat the feed water.
  • the fuel gas-air mixture - as mentioned earlier - can be used as combustion air, which means that the entire physical heat quantity contained can be used.
  • the air still required for the firing can be supplied from the ventilator 32.
  • the expanded steam is condensed into the water in the condenser 23 after the small-pressure steam turbine 3 and is fed as feed water into the heat exchangers 25 to 29 for preheating the feed water.
  • the feed water is heated to the prescribed pressure up to near the saturation temperature and then introduced into the steam collector 13.
  • the feed water goes into the irradiated heat exchanger 11 or into the convective heat exchanger 12 of the boiler 1, which are dimensioned for the evaporation of the water with the power of the steam superheater used in the conventional application.
  • the saturated steam is then blown through the steam distributor 14 into the feed water located in the steam collector 13.
  • the steam then collects in the steam room 16.
  • the firing boiler 1 is operated with the previous conventional fuel. In comparison to the previous application, however, the amount of saturated steam increases because the amount of heat previously used for overheating now also produces saturated steam.
  • the amount of steam increased in this way is now overheated in the separate firing device 17, which, however, is operated with the inferior gas derived from the gas generator 30.
  • the desired final temperature is reached by the heat exchangers 13 and 19, and the superheated steam is now passed to the high-pressure steam turbine 2. It expands to an intermediate pressure.
  • the partially cooled, overheated Damüf is in the irradiated Heat exchanger 21 and further into the convective heat exchanger 22 of the firing device 20, wherein the steam is reheated to the final temperature of the overheating.
  • This steam is now let into the small-pressure steam turbine 3, in which it expands and reaches the condenser 23 at saturation temperature, in which it condenses again into the water.
  • the firing device 20 is also operated with the inferior gas derived from the gas generator 30.
  • the amount of heat required for overheating can be changed by adjusting the valves 31.
  • the amount of heat input into the compressed air can also be set in the firing device 6 through the valve 31.
  • the gas turbine 5 with the heat exchangers 10, 7, 8 and the combustion chamber 9 connected to it can be operated independently of the other parts of the device.
  • this part of the facility can be used as a so-called peak power plant, which is only put into operation during peak loads.
  • the gas generator 30 does not have to be switched off when the gas turbine 5 and the firing device 6 connected to it are switched off, since inferior gas is also required for the firing devices 17 and 20. If the solution according to the invention is compared with the conventional arrangements, it appears that not only is the amount of mechanical work produced higher, but only low-quality fuels are used for this. In this way, coal regains importance as an energy source.
  • the coal is not burned with a firing technique with a concerted combustion process, predominantly in the form of throat dust combustion, as before, but rather the low-quality gases mentioned with lower calorific values are produced from the lump coal in the gas generator 30.
  • this method enables better extraction of the in the Coal contained amount of energy.
  • the use of coal mentioned above has another significant advantage.
  • the generation of the generator gas is much more environmentally friendly than the concentrated combustion, whereby the fly ash and the NO x gas have an intolerable proportion in the fuel gases.
  • the so-called rotary generator can be used, whereby the fly ash and the sulfur content can be brought into the slag in the solid state, the gas becomes practically sulfur-free. It is also important that the combustion of the generator gas takes place at a relatively low temperature, with practically no NO x being generated.
  • the solution according to the invention further enables the use of a combustion process which is temporally and spatially extended and which likewise takes place at a lower temperature.
  • the combustion temperature remains below 1300 ° C, which is the limit of the formation of the NO x gas, which is particularly dangerous for the environment.
  • the heat load can also be reduced, since the radiated amount of heat in the combustion chamber becomes larger.
  • the device according to the invention therefore leave neutral, non-toxic smoke gases.

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Abstract

In conventional processes, a fuel is burnt by direct combustion in compressed air, the air/gaseous fuel mixture so obtained is further heated to yield a calorific medium, hot water or steam, and superheated steam is produced from the latter. In the development according to the invention, the compressed air is preheated indirectly, possibly in a separate combustion device, prior to direct combustion with the fuel. In known systems for producing mechanical work, an internal combustion device, a compressor connected thereto, a furnace boiler fired at least partially by the air/gaseous fuel mixture and a device for producing mechanical power are used. In the development according to the invention, the internal combustion device is a gas turbine (5) connected to the compressor (4) which itself is connected to a furnace device (6) for heating the compressed air, which device in turn is connected to the gas turbine (5). This solution makes is possible to increase the output of the power station, which can also be used as a peak-load station, as well as to enhance the utilisation of low-grade fuels for the production of energy, while reducing pollution.

Description

VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG VON MECHANISCHER ARBEIT METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING MECHANICAL WORK
Gegenstand der ErfindungSubject of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von mechanischer Arbeit, wobei ein Brennstoff durch direkte Einfeuerung des Brennstoffes in komprimierte Luft verbrannt wird. Gegenstand der Erfindung ist noch eine Einrichtung zum gleichen Zwecke, die mit einer Innenverbrennungsmotor, einem damit verbundenen Kompressor, einem mindestens teilweise mit der Luft-Brenngas-Mischung betriebenen Feuerungskessel und mindestens einer, mechanische Arbeit liefernden Vorrichtung versehen ist.The invention relates to a method for generating mechanical work, wherein a fuel is burned by direct firing of the fuel in compressed air. The invention also relates to a device for the same purpose, which is provided with an internal combustion engine, a compressor connected to it, a firing boiler operated at least partially with the air / fuel gas mixture and at least one device providing mechanical work.
Stand der TechnikState of the art
Zur Erzeugung von mechanischer Arbeit auf der oben angegebenen Weise stehen herkömmlicherweise im Grunde genommen zwei Hauptmethoden zur Verfügung: erstens mit Hilfe von Gasturbinen bzw. Verbrennungsmotoren, wobei die arbeitleistende Fähigkeit des entsprechend vorbereiteten Gases ausgenutzt wird; zweitens mit Hilfe von Dampfturbinen oder Dampfmaschienen, die mit Dampf angetrieben werden. Beide Möglichkeiten sind mit Verbrennung von Brennstoffen verbunden, wobei die möglichst hohe Ausgewinnung der Wärmeenergie angestrebt wird. In allen diesbezüglichen Lösungen werden die Steigerung des thermischen und wirtschaftlichen Wirkungsgrades, sowie die Minderung der auf eine Leistungseinheit fallenden Investitionskosten der wärmeerzeugenden Kapazität und des Aufwandes der immer teuerer werdenden Brennstoffen hoher Qualität als Ziel gesetzt. Unter wirtschaftlichem Wirkungsgrad wird übrigens der Wirkungsgrad der Netto-Wärmegleichwert der Energieerzeugung und der nützlichen Wärmeerzeugung verstanden. Eine andere Art der mit diesen Lösungen verbundenen Probleme kann als schädliche Wirkungen an die Umwelt zusammengefasst werden. Die früher bekannt gewordenen Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass bei ihnen jeweils ein oder mehrere der oben erwähnten Gesichtspunkte bevorzugt; werden, woher aber die anderen nicht erfüllt werden kennen. Die gegenwärtig angewendete Feuerungstechnik benutzt z.B. einen zeitlich und räumlich konzentrierten Verbrennungsvorgang, wobei die Steigerung des Wirkungsgrades und die Forderungen an der Lebensdauer, der Luftreinheit, der Gleichmässigkeit der Wärmebelastung, der Zusammensetzung der Feuerraumatmosphäre zueinander im Gegensatz sind. Weiterhin wird heutzutage der Brennstoff in den Wärmeliefernden, bzw. industriellen Feuerungsvorrichtungen so verbrannt, dass der Brennvorgang keinen Teil des energieerzeugenden Kreisvorganges ist. In den herkömmlichen Elektrizitätswerken wird ein Kreisvorgang verwirklicht, wobei aber das wärmetragende Mittel zugleich als Arbeitsmittel des Kreisvorganges angewendet wird. Demzufolge kann der thermische und wirtschaftliche Wirkungsgrad der Energieerzeugung nur bis zum cca. 35 % gesteigert werden, da die sog. latente oder gebundene Wärme des Wasserdampfes in die Umwelt geleitet werden muss. Bei der Anwendung von Innenverbrennungsmotoren wie z. B. Gasturbinen oder Diesel-Motore wird zwar der Kreisvorgang mit Luft verwirklicht, konnte jedoch die optimale Rückgewinnung der entstandenen physikalischen Wärmemenge zur Minderung des Brennstoffaufwandes nicht gelöst werden. Bei der dort angewendeten hohen Temperatur und hohem Druck ist die NOx-Bildung besonders gross, was mit Hinsicht auf die Umweltverschmutzung äusserst nachteilig ist.Basically, two main methods are conventionally available for generating mechanical work in the manner specified above: firstly with the aid of gas turbines or internal combustion engines, whereby the work-performing ability of the correspondingly prepared gas is exploited; secondly with the help of steam turbines or steam machines that are powered by steam. Both options are associated with the combustion of fuels, with the aim of extracting as much heat as possible. In all related solutions, the goal is to increase the thermal and economic efficiency, as well as to reduce the investment costs of the heat-generating capacity and the expenditure of the increasingly expensive, high-quality fuels, which fall into one performance unit. By the way, economic efficiency is understood to mean the efficiency of the net heat equivalent of energy generation and useful heat generation. Another type of problem associated with these solutions can be summarized as harmful effects on the environment. The previously known solutions are characterized by the fact that they each favor one or more of the aspects mentioned above; know from where the others are not fulfilled. The firing technology currently used uses, for example, a combustion process that is concentrated in terms of time and space, whereby the increase in efficiency and the demands on service life, air purity, uniformity of the heat load and the composition of the combustion chamber atmosphere are in contrast to one another. Furthermore, today the fuel is burned in the heat supply or industrial firing devices so that the burning process is not part of the energy-generating cycle. In the conventional power plants, a cycle is implemented, but the heat-carrying medium is also used as the working medium of the cycle. As a result, the thermal and economic efficiency of energy generation can only be approx. 35% can be increased because the so-called latent or bound heat of water vapor must be conducted into the environment. When using internal combustion engines such. B. gas turbines or diesel engines, the cycle is carried out with air, but the optimal recovery of the resulting physical heat to reduce the amount of fuel could not be solved. At the high temperature and high pressure used there, the formation of NO x is particularly high, which is extremely disadvantageous with regard to environmental pollution.
Es ist auch wohl bekannt, dass der termische Wirkungsgrad einer Gasturbine mit zweifacher Wärmezufuhr cca. 25 % ist und dass diese Gasturbinen mit verfeinertem Diesel-Öl betrieben werden. Wegen dieser Nachteile sind der Betrieb der bestehenden Kraftwerke unwirtschaftlich geworden, so dass diese meistens abgestellt wurden.It is also well known that the thermal efficiency of a gas turbine with double heat supply is approx. Is 25% and that these gas turbines are operated with refined diesel oil. Because of these disadvantages, the operation of the existing power plants has become uneconomical, so that most of them have been shut down.
Zum Zwecke der Steigerung des Wirkungsgrades wurden die sog. kombinierten Kraftwerke vorgeschlagen, in denen Gas- und Dampfturbinen gleichzeitig vorhanden sind. In diesen Lösungen wird ein Kreisvorgang an Seite der Brennluft und der daraus erzeugten Luft-Brenngas-Mischung verwirklicht, in dem der physikalische Wärmegehalt der die Gasturbine verlassenden Luft-Brenngas-Mischung in einem Kessel eines Dampfkraftwerkes in möglichst grossem Masse nutzbar gemacht wird. Zu diesem Zwecke wird in den bekannten Lösungen in die aus der Gasturbine hinaustretende Luft-Brenngas-Mischung mit einer Temperatur von z. B. 400 °C Brennstoff hoher Qualität (wie z. B. Erdgas oder Diesel-Öl) in der Menge eingefeuert, dass dadurch die Temperatur dieser Mischung bis zu den Wert von z. B. 800 bis 850 ºC erhöht wird. Mit dieser Luft-Brenngas-Mischung kann schon überhitzter Dampf in einem konvektiven Dampfkessel aus dem zurückzirkulierten Speisewasser erstellt und damit eine Dampfturbine betrieben werden. Mit diesen Massnahmen kann angeblich der gesammte thermische Wirkungsgrad der Gas- und Dampfturbinen auf cca. 42 % erhöht werden.So-called combined power plants, in which gas and steam turbines are present at the same time, have been proposed for the purpose of increasing the efficiency. In these solutions A cycle is carried out on the side of the combustion air and the air / fuel gas mixture generated therefrom, in which the physical heat content of the air / fuel gas mixture leaving the gas turbine in a boiler of a steam power plant is used to the greatest possible extent. For this purpose, in the known solutions in the air-fuel gas mixture emerging from the gas turbine with a temperature of z. B. 400 ° C fuel of high quality (such as natural gas or diesel oil) fired in the amount that this causes the temperature of this mixture up to the value of z. B. 800 to 850 ° C is increased. With this air-fuel gas mixture, superheated steam can be generated in a convective steam boiler from the recirculated feed water and a steam turbine can thus be operated. With these measures, the total thermal efficiency of the gas and steam turbines on cca. 42% can be increased.
In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass auch dieser Vorschlag mit einigen Nachteilen belästigt ist. Die komprimierte Luft nach dem Kompressor hat eine Temperatur von cca. 260 ºC, was auf die Eintrittstemperatur von z. B. 750 ºC der Gasturbine erhöht werden muss, wobei die dazu notwendige Wärmemenge ausschliesslich mit direkter Einfeuerung in die Gasturbine eingebracht wird. Zu diesem Zwecke sind ausserst reine und sehr teuere flüssige Brennstoffe oder Erdgas mit hohem Brennwert erforderlich. Diesel-Öl oder Erdgas kann jedoch zur Erzeugung von z. B. elektrischer Energie nicht in genügender Menge zur Verfügung gestellt werden. Deshalb wurde auch vorgeschlagen, zu diesen Zwecken Kohle anzuwenden, wozu aber eine spezielle Hochdruck-Vergasung mit Sauerstoff erforderlich ist, um für die Gasturbine ein Gas mit einem Brennwert von cca. 16 500 kJ/Nm3 erzeugen zu können. Es versteht sich von selbst, dass dieser Umstand die Herstellungskosten der Energie nichτ erträglich erhöht.In practice, however, it has been found that this proposal also has some disadvantages. The compressed air after the compressor has a temperature of approx. 260 ° C, which indicates the entry temperature of e.g. B. 750 ºC of the gas turbine must be increased, the amount of heat required for this is introduced exclusively with direct firing into the gas turbine. For this purpose, extremely pure and very expensive liquid fuels or natural gas with a high calorific value are required. However, diesel oil or natural gas can be used to generate e.g. B. electrical energy is not provided in sufficient quantity. It has therefore also been proposed to use coal for these purposes, but this requires special high-pressure gasification with oxygen in order to produce a gas with a calorific value of approx. To be able to generate 16 500 kJ / Nm 3 . It goes without saying that this circumstance does not tolerably increase the production costs of the energy.
Das vorstehend beschriebene Verfahren hat aber noch weitere Nachteile. Nach der erwähnten Einfeuerung bis zum 850 ºC muss ein von den herkömmlichen Kraftwerkkesseln abweichender spezieller konvektiver Dampfkessel angewendet werden, um den für die Dampfturbine erforderlichen Dampf mit dem notwendigen Druck und der notwendigen Heissdampftemperatur erstellen zu können. Da die Anfangstemperatur verhältnismässig niedrig (z.B. 850 ºC) ist, wird das mittlere Temperaturunterschied zwischen dem Brenngas und dem Dampf kleiner als gewöhnlich. Demzufolge sind im Vergleich zu den herkömmlichen Kraftwerkkesseln grössere Heizflächen für die gleiche Leistung notwendig. Bei den schon vorhandenen Feuerungseinrichtungen kann also diese Lösung nicht angewendet werden, da der erwähnte spezielle Dampfkessel in den schon bestehenden Einrichtungen nicht zur Verfügung steht und dessen Errichtung zusätzliche Investitionskosten benötigt.The method described above has other disadvantages. After the above-mentioned firing up to 850 ºC, a different one from the conventional power plant boilers is required special convective steam boilers can be used to generate the steam required for the steam turbine with the necessary pressure and the required hot steam temperature. Since the initial temperature is relatively low (e.g. 850 ° C), the mean temperature difference between the fuel gas and the steam becomes smaller than usual. As a result, larger heating surfaces are required for the same output compared to conventional power plant boilers. This solution cannot therefore be applied to the existing firing equipment, since the special steam boiler mentioned is not available in the already existing equipment and its installation requires additional investment costs.
Nachteilig ist es noch, dass bei der Erwärmung der Pressluft auf 850 ºC die in der Brenngas-Luft-Mischung zur Verfügung stehende gesammte Luftmenge als Brennluft nicht verwendet werden kann, sondern nur ein Teil davon. Folglich ist der Luftüberschuss nicht grösser, als 2,3 bis 2,4, was die optimale Rückgewinnung des aus der Turbine hinaustretenden gesammten physikalischen Wärmegehaltes verhindert.It is also disadvantageous that when the compressed air is heated to 850 ° C., the total amount of air available in the fuel gas-air mixture cannot be used as combustion air, but only part of it. As a result, the excess air is not greater than 2.3 to 2.4, which prevents the optimal recovery of the total physical heat content exiting the turbine.
Wesen der ErfindungEssence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist neben der Eliminierung der Nachteile der bekannten Lösungen die Schaffung einer Lösung zur Hersteilung von mechanischer Arbeit, mit der die Wirkungsgrade der Vorgänge erhöht, die dazu notwendigen Einrichtungen jedoch einfacher und kostengünstiger gemacht werden können. Eine wichtige Aufgabe der Erfindung ist noch die minderwertigeren Brennstoffe für die Energieerzeugung nutzbar und die Zusammensetzung der Abgase umweltfreundlicher zu machen.In addition to eliminating the disadvantages of the known solutions, the object of the invention is to create a solution for producing mechanical work, with which the efficiency of the processes is increased, but the facilities necessary for this can be made simpler and less expensive. An important object of the invention is to use the inferior fuels for energy production and to make the composition of the exhaust gases more environmentally friendly.
Die erfindungsgemässe Weiterentwicklung des Verfahrens besteht nun darin, dass die komprimierte Luft vor der direkten Einfeuerung des Brennstoffes auf indirekter Weise, gegebenfalls in einer separaten Verbrennungseinrichtung vorgewärmt wird. In Sinne der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der überhitzte Dampf in mindestens einer von der den Dampf erstellenden Verbrennungseinrichtung unabhängigen Verbrennungseinrichtung hergestellt wird. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das die den Dampf erstellenden und/oder die unabhängigen Verbrennungseinrichtungen verlassende Rauchgas abgekühlt und die dadurch gewonnene Wärmemenge weiter verwendet wird,The further development of the method according to the invention now consists in that the compressed air is preheated in an indirect manner, possibly in a separate combustion device, before the fuel is directly fired. In the sense of the invention, it is advantageous if the superheated steam is produced in at least one combustion device which is independent of the combustion device producing the steam. It is furthermore advantageous if the flue gas producing the steam and / or the independent combustion devices is cooled and the amount of heat obtained thereby is used further,
In der Erfindung wird auch eine Verfahrensweise vorgeschlagen, wobei die durch die direkte Einfeuerung erstellte Luft-Brenngas-Mischung nach der Expansion abgekühlt und als mindestens ein Teil der Verbrennungsluft den Verbrennungseinrichtungen zugeleitet und durch die Abkühlung gewonnene Wärmemenge weiter verwendet wird. Wir können dabei auch so vorgehen, dass die Luft-Brenngas-Mischung in paralleller Schaltung den Verbrennungseinrichtungen zugeleitet wird.The invention also proposes a procedure in which the air-fuel gas mixture created by the direct firing is cooled after the expansion and fed to the combustion devices as at least part of the combustion air and the amount of heat obtained by the cooling is further used. We can also proceed in such a way that the air / fuel gas mixture is fed in parallel to the combustion devices.
In einer weiteren vorteilhaften Realisation des erfindunsgemässen Verfahrens wird die die den Dampf oder das wärmeliefernde Mittel erstellende Verbrennungseinrichtung verlassende Luft-Brenngas-Mischung unter 170 ºC gekühlt.In a further advantageous implementation of the method according to the invention, the air / fuel gas mixture leaving the combustion device producing the steam or the heat-supplying agent is cooled below 170 ° C.
Im Sinne der Erfindung ist noch vorteilhaft, wenn in den separaten Verbrennungseinrichtungen mindenwertige Brennstoffe angewendet werden, mit denen eine Verbrennungstemperatur von mindestens 900 ºC erstellt wird. Es kann vorteilhaft sein, wenn die komprimierte Luft durch ein mit einem Innenverbrennungsmotor angetriebener Kompressor erstellt wird, wobei auch die direkte Einfeuerung erfolgt. Dabei kann erfindungsgemäss der Innenverbrennungsmotor nur zeitweise betrieben und die damit verbundenen Konstruktionsteile als ein Spitzenkraftwerk benutzt werden.In the sense of the invention, it is also advantageous if in the separate combustion devices low-quality fuels are used, with which a combustion temperature of at least 900 ° C. is created. It can be advantageous if the compressed air is generated by a compressor driven by an internal combustion engine, with direct firing also taking place. According to the invention, the internal combustion engine can only be operated temporarily and the associated structural parts can be used as a peak power plant.
Mit Hinsicht auf die Betriebsparameter ist es vom Vorteil, wenn die Verbrennung des Brennstoffes zeitlich und räumlich ersteckt erfolgt.With regard to the operating parameters, it is advantageous if the combustion of the fuel takes place temporally and spatially.
Im Zusammenhang mit der Erfindung zur Hersteilung von mechanischer Arbeit besteht die Weiterentwicklung erfindungsgemäss darin, dass die Innenverbrennungsvorrichtung als eine mit dem Kompressor verbundene Gasturbine ausgebildet ist, wobei an dem Kompressor eine die Pressluft erwärmende Feuerungsvorrichtung angeschlossen ist, die mit der Gasturbine in Verbindung ist. Im Sinne der Erfindung ist die Ausführungsform vorteilhaft, worin der Feuerungskessel als ein Dampfkessel ausgebildet ist, woran mindestens eine separate den Dampf überhitzende Feuerungsvorrichtung angeschlossen ist und mit dem überhitzten Dampf eine Hochdruck-Dampfturbine betrieben ist. In einer weiteren erfindungsgemäss vorteilhaften Ausführungsform sind an der Hochdruck-Gasturbine mindestens eine den teilweise abgekühlten Dampf erneut aufwärmende unabhängige Feuerungsvorrichtung und daran eine Kleindruck-Dampfturbine angeschlossen. Dabei können die Feuerungsvorrichtungen an einer Versorgung mit armen Gasen angeschlossen sein.In connection with the invention for the production of mechanical work, the further development according to the invention is that the internal combustion device as one gas turbine connected to the compressor is formed, wherein a combustion device that heats the compressed air and is connected to the gas turbine is connected to the compressor. In the sense of the invention, the embodiment is advantageous in which the firing boiler is designed as a steam boiler, to which at least one separate firing device which overheats the steam is connected and with which a superheated steam a high pressure steam turbine is operated. In a further embodiment which is advantageous according to the invention, at least one independent firing device which reheats the partially cooled steam and at which a small-pressure steam turbine is connected are connected to the high-pressure gas turbine. The firing devices can be connected to a supply of poor gases.
Erfindungsgemäss ist auch die Ausführungsform vom Vorteil, worin sie mit einem Dampfsammler versehen ist, dessen Wasserraum mit Eingängen von Dampf erzeugenden Wärmetauschern des Feuerungskessels, dessen Dampfräum mit einem dampfseitigen Eingang der überhitzenden Feuerungsvorrichtung und dessen Dampfverteiler mit dampfseitigen Ausgängen der Wärmetauscher des Feuerungskessels verbunden sind.According to the invention, the embodiment is also advantageous in that it is provided with a steam collector, the water space of which is connected to the inputs of steam-generating heat exchangers of the boiler, the steam room of which is connected to a steam-side input of the overheating firing device and the steam distributor of which is connected to the steam-side outputs of the heat exchangers of the boiler.
Eine andere erfindungsgemäss vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch aus, dass in Brenngauszügen des Feuerungskessels, bzw. der Feuerungsvorrichtungen jeweils ein das Speisewasser vorwärmender Wärmetauscher vorgesehen ist, dessen Eingang dem Ausgang der Kleindruck-Dampfturbine und Ausgang dem Wasserraum des Dampfsammlers zugeordnet sind.Another embodiment which is advantageous according to the invention is characterized in that a heat exchanger, which preheats the feed water, is provided in the fuel pull-outs of the firing boiler or the firing devices, the input of which is assigned to the outlet of the small-pressure steam turbine and the outlet to the water space of the steam collector.
Im Sinne der Erfindung ist noch eine Ausführungsform vorteilhaft, worin nach dem Ausgang der Kleindruck-Dampfturbine ein Kondensator und danach eine Speisewasserpumpe angeordnet sind, wobei die durch den Kondensator ausgewonnene Wärmemenge zum Vorwärmen des Speisewassers angewendet wird.According to the invention, another embodiment is advantageous in which a condenser and then a feed water pump are arranged after the outlet of the small-pressure steam turbine, the amount of heat recovered by the condenser being used to preheat the feed water.
Es ist schliesslich erfindungsgemäss vorteilhaft, wenn nach der Gasturbine ein die Brenngas-Luft-Mischung abkühlender, das Speisewasser vorwärmender Wärmetauscher ansecrd net ist.Finally, it is advantageous according to the invention if, after the gas turbine, a heat exchanger which cools the fuel gas / air mixture and preheats the feed water is connected is not.
Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die beigelegte Zeichnung näher beschrieben.Further details of the invention will be described in more detail using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing.
In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Schaltplan einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung gezeigt.In the single figure of the drawing, a circuit diagram of an advantageous embodiment of the device according to the invention is shown.
Detailierte Beschreibung der AusführunesbeiseieleDetailed description of the execution examples
In der Figur ist der Schaltplan einer beispielhaften Anordnung gezeigt, wobei aus einem schon bestehenden Kraftwerk ausgegangen wurde. Die dampfproduzierenden Vorrichtungen des Kraftwerkes sind hierbei als ein Feuerungskessel 1 symbolisiert. Der Kraftwerk hat noch eine Hochdruck-Dampfturbine 2 und eine Kleindruck-Dampfturbine 3.In the figure, the circuit diagram of an exemplary arrangement is shown, which was based on an existing power plant. The steam-producing devices of the power plant are symbolized here as a firing boiler 1. The power plant also has a high-pressure steam turbine 2 and a small-pressure steam turbine 3.
Im Sinne der Erfindung wird mit Hilfe eines Kompressors 4 komprimierte Luft erstellt. Der Kompressor 4 wird mit einem Innenverbrennungsmotor, in diesem Beispiel mit einer Gasturbine 5 angetrieben. Die aus dem Kompressor 4 hinaustretende Pressluft wird in einer separaten Feuerungsvorrichtung 6 und zwar in deren bestrahltem Wärmetauscher 7 und in danach geschaltetem konvektiven Wärmetauscher 8 erwärmt. Die Wärmetauscher 7 und 8 sind also in Reihe geschaltet, und die erwärmte Pressluft wird durch eine Brennkammer 9 in die Gasturbine 5 geführt. Die nach der Brennkammer 9 zur Verfügung stehende Luft-Brenngas-Mischung wird in der Gasturbine 5 expandiert und dadurch mechanische Arbeit ausgewonnen. Die expandierte Mischung wird von dem Ausgang der Gasturbine 5 als mindestens ein Teil der Brennluft durch einen die Mischung abkühlenden Wärmetauscher 10 in die Feuerungsvorrichtung 6 zurückgeleitetIn the sense of the invention 4 compressed air is created with the aid of a compressor. The compressor 4 is driven by an internal combustion engine, in this example a gas turbine 5. The compressed air emerging from the compressor 4 is heated in a separate firing device 6, specifically in its irradiated heat exchanger 7 and in the convective heat exchanger 8 connected thereafter. The heat exchangers 7 and 8 are thus connected in series, and the heated compressed air is fed into the gas turbine 5 through a combustion chamber 9. The air / fuel gas mixture available after the combustion chamber 9 is expanded in the gas turbine 5 and mechanical work is thereby gained. The expanded mixture is returned from the outlet of the gas turbine 5 as at least part of the combustion air through a heat exchanger 10 cooling the mixture into the firing device 6
Im Sinne der Erfindung wird der in dem Kraftwerk schon vorhandene Feuerungskessel 1 nur zur Erstelllung vom gesättigten Dampf angewendet. Zu diesem Zwecke sind ihr be strahlter Wärmetauscher 11 und konvektiver Wärmetaust mit Hinsicht auf das Speisewasser parallel! geschaltet und stehen beide mit einem Dampfsammler 13 in Verbindung. Der Wasserraum 15 des Dampfsammlers 13 stehen mit den Eingängen und ein Dampfverteiler 14 des Dampfsammlers 13 mit den Ausgängen der Wärmetauscher 11 und 12 in Verbindung.In the sense of the invention, the firing boiler 1 already present in the power plant is used only for the production of saturated steam. For this purpose you are radiated heat exchanger 11 and convective heat exchanger with regard to the feed water in parallel! switched and are both connected to a steam collector 13. The water space 15 of the steam collector 13 is connected to the inputs and a steam distributor 14 of the steam collector 13 is connected to the outputs of the heat exchangers 11 and 12.
Der Dampfräum 16 des Dampfsammlers 13 ist mit einer separaten Feuerungsverrichtung 17 und zwar mit dessen eingestrahltem Wärmetauscher 18 verbunden, womit in Strömungsrichtung des Dampfes gesehen ein konvektiver Wärmetauscher 19 der Feuerungsvorrichtung 17 paralell geschaltet ist. Der hier erstellte überhitzte Dampf wird dann zum Eingang der Hechdruck-Dampfturbine 2 geführt und dort expandiert, wodurch wiederum mechanische Arbeit entsteht. Der in der Dampfturbine 2 expandierte Dampf wird nun zu einer weiteren Feuerungsvorrichtung 20 und zwar zu dessen bestrahltem Wärmetauscher 21 geführt, womit ein konvektiver Wärmetauscher 22 der Feuerungsvorrichtung 20 ebenfalls parallell gescahltet ist. Am Ausgang des Wärmetauschers 22 der Feuerungsvorrichtung 20 steht wiederum Überhitzer Dampf mit der Ausgangstemperatur der Expansion zur Verfügung, der zu dem Kleindruck-Dampfturbine 3 geführt und dort wieder expandiert wird. Der expandierte Dampf wird dann in einer Kondensator 23 gelassen, woraus das kondensierte Wasser als Speisewasser durch eine Pumpe 24 in das System zurückgeleitet wird.The steam room 16 of the steam collector 13 is connected to a separate firing device 17, specifically to its radiated heat exchanger 18, whereby a convective heat exchanger 19 of the firing device 17 is connected in parallel as seen in the flow direction of the steam. The superheated steam created here is then fed to the inlet of the high-pressure steam turbine 2 and expanded there, which in turn produces mechanical work. The steam expanded in the steam turbine 2 is now led to a further firing device 20, namely to its irradiated heat exchanger 21, with which a convective heat exchanger 22 of the firing device 20 is also scraped in parallel. At the outlet of the heat exchanger 22 of the firing device 20 there is again superheater steam with the outlet temperature of the expansion available, which is led to the small-pressure steam turbine 3 and expanded there again. The expanded steam is then left in a condenser 23, from which the condensed water as feed water is returned to the system by a pump 24.
Das Speisewasser wird vorgewärmt und dazu die in demThe feed water is preheated and the in the
Rauchgas enthaltenen Wärmemenge ausgenutzt. In Rauchgaszügen der Feuerungskessels 1 sowie der Feuerungsvorrichtungen 6, 17 und 20 sind nämlich Wärmetauscher 25, 26, 27 und 28 vorhanden, die an der Eingangsseite mit der Pumpe 24 und an der Ausgangsseite mit dem Wasserraum 15 cies Dampfsammlers 13 in Verbindung stehen. Erfindungsgemäss soll die Temperatur der den Feuerungskessel 1 verlassenden Rauchgas unter 170 ºC gekühlt werden. wozu ein separater Wärmetauscher 29 an dem Brenngasausgang der Feuerungskessel 1 verhanden ist, der mit Hinsicht auf die Strömung des Speisewassers zu dem Wärmetau scher 25 parallell geschaltet ist.Flue gas contained amount of heat used. In flue gas flues of the firing boiler 1 and the firing devices 6, 17 and 20 there are heat exchangers 25, 26, 27 and 28 which are connected to the pump 24 on the inlet side and to the water chamber 15 on the outlet side 15 of the steam collector 13. According to the invention, the temperature of the flue gas leaving the furnace 1 is to be cooled below 170 ° C. for which purpose a separate heat exchanger 29 is available at the fuel gas outlet of the firing boiler 1, which with regard to the flow of the feed water to the heat exchanger shear 25 is connected in parallel.
Im Sinne der Erfindung werden mindestens die Feuerungsverrichtungen 6, 17, 20 mit minderwertigem Gas betrieben. Dazu ist in der dargestellten Ausführungsferm ein Gasgenerator 30 vorhanden, der mit den Feuerungsvorrichtungen 6, 17, 20 verbunden ist. Vor jeder Feuerungsvorrichtung 6, 17, 20 ist in der Gasleitung ein fernbetätigbares Ventil 31 angeordnet, womit die in die Feuerungsvorrichtung 6, 17, 20 eingeleitete Gasmenge reguliert werden kann. Die in der Gasturbine 5 expandierte Luft-Brenngas-Mischung wird als mindestens ein Teil der Brennluft durch den Wärmetauscher 10 auch den weiteren Feuerungsvorrichtungen 17 und 20 sowie dem Feuerungskessel 1 zugeleitet. Um die genügende Brennluftmenge für jede Betriebsart sicherstellen zu können, ist in der Anordnung ein Ventillatcr 32 vorhanden, der mit der Feuerungskessel 1 sowie mit den Feuerungsvorrichtungen 6, 17, 20 in Verbindung steht.For the purposes of the invention, at least the firing devices 6, 17, 20 are operated with inferior gas. For this purpose, a gas generator 30 is present in the embodiment shown, which is connected to the firing devices 6, 17, 20. A remote-operated valve 31 is arranged in front of each firing device 6, 17, 20 in the gas line, with which the amount of gas introduced into the firing device 6, 17, 20 can be regulated. The air-fuel gas mixture expanded in the gas turbine 5 is also fed as at least part of the combustion air through the heat exchanger 10 to the further firing devices 17 and 20 and the firing boiler 1. In order to be able to ensure the sufficient amount of combustion air for each operating mode, a valve 32 is provided in the arrangement, which is connected to the firing boiler 1 and to the firing devices 6, 17, 20.
In dieser Weise sind die Feuerungskessel 1 sowie die Feuerungsvorrichtungen 17, 20 und 6 mit Hinsicht auf die Brennluft zueinander parallell geschaltet.In this way, the firing boiler 1 and the firing devices 17, 20 and 6 are connected in parallel with respect to the combustion air.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind wir aus einem schon bestehenden Kraftwerk ausgegangen. Der dort schon vorhandene Feuerungskessel 1 wird meistens mit "herkömmlichen", also relativ hochwertigen Brennstoffen betrieben, die durch eine Leitung 33 wie gewöhnlich zugeleitet werden.In the illustrated embodiment, we started from an existing power plant. The firing boiler 1 already there is mostly operated with "conventional", ie relatively high-quality fuels, which are supplied through a line 33 as usual.
Während des Betriebes der in der Figur dargestellten Einrichtung wird die Luft mit dem Kompressor 4 komprimiert. Die Pressluft hat nach dem Kompressor 4 eine Temperatur von z. B. 250 ºC, wird es aber in der Gasturbine 5 eine Betriebstemperatur von z. B. 750 ºC benötigt. Um diese Temperatur zu erreichen, wird die Pressluft in der mit den minderwertigen Gasen betriebenen Feuerungsvorrichtung 6 auf cca. 600 ºC erwärmt. Demzufolge ist mit der Brennkammer 9, die mit hoohwer¬tigen Brennstoffen betrieben wird, nur eine Temperaturerhöhung vor. 150 ºC erforderlich. Die in der Gastrubine 5 expandierte Luft-Brenngas-Mischung wird in dem Wärmetauscher 10 zurückgekühlt, wobei die ausgewonnene Wärmemenge zur Erwärmung des Speisewassers angewendet wird . Wegen des Luftüberschusses kann die Brenngas-Luft-Mischung - wie früher erwähnt - als Brennluft verwendet werden, wodurch also die gesammte enthaltene physikalische Wärmemenge nutzbar gamacht wird. Von dem Luftgehalt der Luft-Brenngas-Mischung abhängend kann die noch zu dem Brennen erforderliche Luft von dem Ventillator 32 zugeleitet werden.During the operation of the device shown in the figure, the air is compressed with the compressor 4. The compressed air has a temperature of z. B. 250 ° C, but it will be in the gas turbine 5 an operating temperature of z. B. 750 ° C. In order to reach this temperature, the compressed air in the firing device 6 operated with the inferior gases is brought up to approx. Heated to 600 ° C. Accordingly, the combustion chamber 9, which is operated with high-quality fuels, only has a temperature increase. 150 ºC required. The air / fuel gas mixture expanded in the gas turbine 5 is in the heat exchanger 10 recooled using the amount of heat recovered to heat the feed water. Because of the excess air, the fuel gas-air mixture - as mentioned earlier - can be used as combustion air, which means that the entire physical heat quantity contained can be used. Depending on the air content of the air / fuel gas mixture, the air still required for the firing can be supplied from the ventilator 32.
Der abexpandierte Dampf wird in dem Kondensator 23 nach der Kleindruck-Dampfturbine 3 ins Wasser kondensiert und als Speisewasser in die Wärmetauscher 25 bis 29 zur Vorwärmung des Speisewassers hineingeleitet. Dadurch wird das Speisewasser auf dem vorgeschriebenen Druck bis zu Nähe der Sättigungstemperatur erwärmt und danach in den Dampfsammler 13 eingeführt. Von dem Wasserraum 15 des DampfSammlers 13 geht das Speisewasser in den bestrahlten Wärmetauscher 11, bzw. in den konvektiven Wärmetauscher 12 des Feuerungskessels 1 hinein, die zur Verdampfung des Wassers mit der Leistung des in den herkömmlichen Anwendung angewendeten Dampfüberhitzers bemessen sind. Der gesättige Dampf wird nun durch den Dampfverteiler 14 in das in dem Dampfsammler 13 befindliche Speisewassers eingeblasen. Der Dampf sammelt sich dann in dem Dampfräum 16.The expanded steam is condensed into the water in the condenser 23 after the small-pressure steam turbine 3 and is fed as feed water into the heat exchangers 25 to 29 for preheating the feed water. As a result, the feed water is heated to the prescribed pressure up to near the saturation temperature and then introduced into the steam collector 13. From the water space 15 of the steam collector 13, the feed water goes into the irradiated heat exchanger 11 or into the convective heat exchanger 12 of the boiler 1, which are dimensioned for the evaporation of the water with the power of the steam superheater used in the conventional application. The saturated steam is then blown through the steam distributor 14 into the feed water located in the steam collector 13. The steam then collects in the steam room 16.
Wie schon früher erwähnt, wird die Feuerungskessel 1 mit dem bisherigen, herkömmlichen Brennstoff betrieben. Im Vergleich zu der früheren Anwendung wird aber die Menge des gesättigten Dampfes grösser, da die früher zum Überhitzen angewendete Wärmemenge jetzt auch gesättigten Dampf erzeugt.As mentioned earlier, the firing boiler 1 is operated with the previous conventional fuel. In comparison to the previous application, however, the amount of saturated steam increases because the amount of heat previously used for overheating now also produces saturated steam.
Die in dieser Weise erhöhte Dampfmenge wird nun in der separaten Feuerungsverrichtung 17 überhitzt, die aber mit dem von dem Gasgenerator 30 abgeleiteten minderwertigen Gas betrieben wird. Durch die Wärmetauscher 13 und 19 wird die erwünschte Endtemperatur erreicht, und der überhitzte Dampf wird nun auf die Hochdruck-Dampfturbine 2 geleitet. Darin erfolgt die Expansion auf einen intermediären Druck. Der teilweise abgekühlte überhitzte Damüf wird in den bestrahlten Wärmetauscher 21 und weiter in den konvektiven Wärmetauscher 22 der Feuerungsvorrichtung 20 geführt, worin der Dampf wieder auf die Endtemperatur des Überhitzens aufgewärmt wird. Dieser Dampf wird nun in die Kleindruck-Dampfturbine 3 hineingelassen, worin dieser expandiert und mit Sättigungstemperatur in den Kondensator 23 gelangt, in welchem es wieder ins Wasser kondensiert. Die Feuerungsvorrichtung 20 ist ebenfalls mit dem von dem Gasgenerator 30 abgeleiteten minderwertigen Gas betrieben. Die zum Überhitzen erforderlichen Wärmemenge kann durchs Verstellen der Ventile 31 verändert werden. Ebenfalls durchs Ventil 31 kann die in die Pressluft eingegebene Wärmemenge in der Feuerungsvorrichtung 6 eingestellt werden.The amount of steam increased in this way is now overheated in the separate firing device 17, which, however, is operated with the inferior gas derived from the gas generator 30. The desired final temperature is reached by the heat exchangers 13 and 19, and the superheated steam is now passed to the high-pressure steam turbine 2. It expands to an intermediate pressure. The partially cooled, overheated Damüf is in the irradiated Heat exchanger 21 and further into the convective heat exchanger 22 of the firing device 20, wherein the steam is reheated to the final temperature of the overheating. This steam is now let into the small-pressure steam turbine 3, in which it expands and reaches the condenser 23 at saturation temperature, in which it condenses again into the water. The firing device 20 is also operated with the inferior gas derived from the gas generator 30. The amount of heat required for overheating can be changed by adjusting the valves 31. The amount of heat input into the compressed air can also be set in the firing device 6 through the valve 31.
Wie aus den vorherigen ersichtlich, kann die Gasturbine 5 mit den damit verbundenen Wärmeteuschern 10, 7, 8 und der Brennkammer 9 zusammen von den anderen Teilen der Einrichtung unabhängig betrieben werden. Demzufolge kann dieser Teil der Einrichtung als ein sog. Spitzenkraftwerk benutzt werden, der nur bei Belastungsspitzen in Betrieb gesetzt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Gasgenerator 30 beim Ausschalten der Gasturbine 5 und der damit verbundenen Feuerungsvorrichtung 6 nicht abgestellt werden muss, da mindenwertiges Gas auch für die Feurerungsvorrichtungen 17 und 20 benötigt wird. Wenn die aargestellte erfindungsgemässe Lösung mit der herkömmlichen Anordnungen verglichen wird, kommt es zum Vorschein, dass nicht nur die Menge der erzeugten mechanischen Arbeit höher ist, sondern es werden dazu nur minderwertige Brennstoffe benutzt. In dieser Weise gewinnt die Kohle als Energieträger wieder an Bedeutung. In der erfindungsgemässen Lösung wird nämlich die Kohle nicht mit einer Feuerungstechnik mit konzertiertem Brennvorgang vorwiegend in Form von Kehlenstaubfeuerung verbrannt wie bisher, sondern es wird aus der stückigen Kohle die erwähnten minderwertigen Gase mit kleineren Brennwerten in dem Gasgenerator 30 erstellt. Diese Methode ermöglicht aber die bessere Ausgewinnung der in der Kohle enthaltenen Energiemenge.As can be seen from the previous ones, the gas turbine 5 with the heat exchangers 10, 7, 8 and the combustion chamber 9 connected to it can be operated independently of the other parts of the device. As a result, this part of the facility can be used as a so-called peak power plant, which is only put into operation during peak loads. Another advantage is that the gas generator 30 does not have to be switched off when the gas turbine 5 and the firing device 6 connected to it are switched off, since inferior gas is also required for the firing devices 17 and 20. If the solution according to the invention is compared with the conventional arrangements, it appears that not only is the amount of mechanical work produced higher, but only low-quality fuels are used for this. In this way, coal regains importance as an energy source. In the solution according to the invention, namely, the coal is not burned with a firing technique with a concerted combustion process, predominantly in the form of throat dust combustion, as before, but rather the low-quality gases mentioned with lower calorific values are produced from the lump coal in the gas generator 30. However, this method enables better extraction of the in the Coal contained amount of energy.
Die erwähnte Benutzungsart der Kohle hat aber noch einen grawierenden Vorteil. Die Erstellung des Generatorgases ist viel umweltfreundlicher, als die konzentrierte Verbrennung, wobei die Flugasche und das NOx-Gas einen unerträglichen Anteil in den Brenngasen haben. Bei der Erstellung des Generatorgases kann der sog. Drehgenerator angewendet werden, wobei die Flugasche und der Schwefelgehalt im festen Zustand in die Schlacke gebracht werden können, das Gas wird prataktisch schwefelfrei. Wichtig ist es noch, dass die Verbrennung des Generatorgases unter einer relativ niedrigen Temperatur erfolgt, wobei sich pratktisch kein NOx entsteht.The use of coal mentioned above has another significant advantage. The generation of the generator gas is much more environmentally friendly than the concentrated combustion, whereby the fly ash and the NO x gas have an intolerable proportion in the fuel gases. When generating the generator gas, the so-called rotary generator can be used, whereby the fly ash and the sulfur content can be brought into the slag in the solid state, the gas becomes practically sulfur-free. It is also important that the combustion of the generator gas takes place at a relatively low temperature, with practically no NO x being generated.
Die erfindungsgemässe Lösung ermöglicht im weiteren die Verwendung eines zeitlich und räumlich ersteckten Verbrennungsvorganges, der sich ebenfalls auf einer niedrigeren Temperatur abspielt. Dadurch bleibt die Verbrennungstemperatur unter 1300 ºC, was die Grenze der Bildung des auf die Umwelt besonders gefährlichen NOx-Gases ist. Aus dem gleichen Grund ist es zweckmässig, den ursprünglichen Brenner der Feuerungskessel 1 auf einen sog. Kombustorbrenner auszutauschen. Dadurch kann neben der Umweltverschmutzung auch die Wärmebelastung verkleinert werden, da die abgestrahlte Wärmemenge in dem Feuerraum grösser wird.The solution according to the invention further enables the use of a combustion process which is temporally and spatially extended and which likewise takes place at a lower temperature. As a result, the combustion temperature remains below 1300 ° C, which is the limit of the formation of the NO x gas, which is particularly dangerous for the environment. For the same reason, it is advisable to replace the original burner of the boiler 1 with a so-called combustor burner. As a result, in addition to environmental pollution, the heat load can also be reduced, since the radiated amount of heat in the combustion chamber becomes larger.
Die erfindungsgemässe Einrichtung verlassen also neutrale, nicht giftige Rauchgase. The device according to the invention therefore leave neutral, non-toxic smoke gases.

Claims

Patentanprüche Patent claims
1. Verfahren zur Herstellung von mechanischer Arbeit, wobei ein Brennstoff durch direkte Einfeuerung des Brennstoffes in komprimierte Luft verbrannt, die so erzeugte Luft- Brenngas-Mischung weiter erwärmt wird und dadurch ein wärmelieferndes Mittel, Warmwasser oder Dampf und aus dem letzteren Überhitzer Dampf erstellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die komprimierte Luft vor der direkten Einfeuerung des Brennstoffes auf indirekter Weise, gegebenfalls in einer separaten Verbrennungseinrichtung vorgewärmt wird.1. A process for the production of mechanical work, wherein a fuel is burned by direct firing of the fuel into compressed air, the air / fuel gas mixture thus generated is further heated and thereby a heat-supplying agent, hot water or steam and steam from the latter are created , characterized in that the compressed air is preheated in an indirect manner, possibly in a separate combustion device, before the fuel is directly fired.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der überhitzte Dampf in meistens einer, von der den Dampf erstellenden Verbrennungseinrichtung unabhängigen Verbrennungseinrichtung hergestellt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the superheated steam is usually produced in a combustion device which is independent of the combustion device producing the steam.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Dampf erstellenden und/oder unabhängigen Verbrennungseinrichtungen verlassende Rauchgas abgekühlt und die dadurch gewonnene Wärmemenge weiter verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the steam-producing and / or independent combustion devices leaving flue gas cooled and the amount of heat thereby obtained is used further.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die direkte Einfeuerung erstellte Luft-Brenngas-Mischung nach der Expansion abgekühlt und als mindestens ein Teil der Verbrennungsluft den Verbrennungseinrichtungen zugeleitet und durch die Abkühlung gewonnene Wärmemenge weiter verwendet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the air-fuel gas mixture created by the direct combustion is cooled after the expansion and fed to the combustion devices as at least part of the combustion air and the amount of heat obtained by the cooling is further used.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft-Brenngas-Mischung in paraleller Schaltung den Verbrennungseinrichtungen zugeleitet wird.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the air-fuel gas mixture is fed to the combustion devices in a parallel circuit.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die den Dampf oder das wärmeliefernde Mittel erstellende Verbrennungseinrichtung verlassende Luft-Brenngas-Mischung unter 170 °C gekühlt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the air-fuel gas mixture leaving the combustion device producing the steam or the heat-supplying agent is cooled below 170 ° C.
7. Verfahrer. nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet. dass mindestens in den separaten Vercren nungseinrichtungen minderwertige Brennstoffe angewendet werden, mit denen eine Verbrennungstemperatur von mindestens 900 °C erstellt wird.7. Traverser. according to one of claims 1 to 6, characterized. that at least in the separate Vercren low-quality fuels are used with which a combustion temperature of at least 900 ° C is created.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die komprimierte Luft durch ein mit einem Innenverbrennungsmotor angetriebenen Kompressor erstellt wird, wobei auch die direkte Einfeuerung erfolgt.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the compressed air is generated by a compressor driven by an internal combustion engine, the direct firing also taking place.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenverbrennungsmotor nur zeitweise betrieben wird und die damit verbundenen Konstruktionstelle als ein Spitzenkraftwerk benutzt werden.9. The method according to claim 8, characterized in that the internal combustion engine is operated only temporarily and the associated construction site are used as a peak power plant.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung des Brennstoffes zeitlich und räumlich ersteckt erfolgt. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the combustion of the fuel takes place temporally and spatially.
11. Einrichtung zur Erzeugung von mechanischer Arbeit mit einer Innenverbrennungsvorrichtung, einem damit verbundenen Kompressor, einem mindestens teilweise mit der Luft-Brenngas-Mischung der Innenverbrennungsvorrichtung betriebenen Feuerungskessel und mindestens einer mechanische Arbeit liefernden Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverbrennungsvorrichtung als eine mit dem Kompressor (4) verbundene Gasturbine (5) ausgebildet ist, wobei an dem Kompressor (4) eine die Pressluft erwärmende Feuerungsvorrichtung (6) angeschlossen ist, die mit der Gasturbine (5) in Verbindung ist.11. Device for generating mechanical work with an internal combustion device, a compressor connected thereto, a firing boiler operated at least partially with the air / fuel gas mixture of the internal combustion device and at least one mechanical work-providing device, characterized in that the internal combustion device as one with the compressor (4) is connected to the gas turbine (5), a combustion device (6) heating the compressed air and being connected to the gas turbine (5) being connected to the compressor (4).
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerungskessel (1) als ein Dampfkessel ausgebildet ist, woran mindestens eine separate den Dampf überhitzende Feuerungsvorrichtung (17) angeschlossen ist und mit dem überhitzten Dampf eine Hochdruck-Dampfturbine (2) betrieben ist. 13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hochdruck-Gasturbine (29 mindestens eine den teilweise abgekühlten Dampf erneut aufwärmende unabhängige Feuerungsverrichtung (20) und daran eine KleindruekDampfturbine (3) angeschlossen sind. 14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, dass die Feuerungsvorrichtungen (6, 17, 20) an einer Versorgung mit armen Gasen angeschlossen sind.12. The device according to claim 11, characterized in that the firing boiler (1) is designed as a steam boiler, to which at least one separate steam-overheating firing device (17) is connected and with the superheated steam a high-pressure steam turbine (2) is operated. 13. Device according to claim 11 or 12, characterized in that at least one independent firing device (20) reheating the partially cooled steam and at least one small pressure steam turbine (3) are connected to the high-pressure gas turbine (29. 14. Device according to claim 12 or 13, characterized thereby indicates that the firing devices (6, 17, 20) are connected to a supply of poor gases.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Dampfsammler (13) versehen ist, und ein Wasserraum (15) des Dampfsammlers (13) mit Eingängen von Dampf erzeugenden Wärmetauschern (11, 12) des Feuerungskessels (1), sein Dampfraum (16) mit einem dampfseitigen Eingang der überhitzenden Feuerungsvorrichtung (17) und dessen Dampfverteiler (14) mit dampfseitigen Ausgängen der Wärmetauscher (11, 12) des Feuerungskessels (1) verbunden sind.15. Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that it is provided with a steam collector (13), and a water space (15) of the steam collector (13) with inputs of steam-generating heat exchangers (11, 12) of the furnace ( 1), its steam chamber (16) with a steam-side input of the overheating firing device (17) and its steam distributor (14) with steam-side outputs of the heat exchangers (11, 12) of the firing boiler (1).
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Brenngaszügen des Feuerungskessels (1), bzw. der Feuerungsvorrichtungen (6, 17, 20) jeweils ein das Speisewasser vorwärmender Wärmetauscher (25 bis 28) vorgesehen ist, dessen Eingang dem Ausgang der KleindruckDampfturbine (3), und Ausgang dem Wasserraum (15) des Dampfsammlers (13) zugeordnet sind.15. Device according to one of claims 11 to 15, characterized in that in the fuel gas flues of the firing boiler (1), or the firing devices (6, 17, 20) in each case one of the feed water preheating heat exchanger (25 to 28) is provided, the input the outlet of the small pressure steam turbine (3) and the outlet are assigned to the water space (15) of the steam collector (13).
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Wärmetauscher (29) in Richtung der Brenngasströmung nach dem das Speisewasser vorwärmenden Wärmetauscher (25) des Feuerungskessels (1) dazu parallell geschaltet ist.17. The device according to claim 16, characterized in that a further heat exchanger (29) in the direction of the fuel gas flow after the preheating the feed water heat exchanger (25) of the furnace (1) is connected in parallel.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausgang der Kleindruck¬13. Device according to one of claims 13 to 17, characterized in that after the exit of Klekle¬
Dampfturbine (3) ein Kondensator (23) und danach eine Speisewasserpumpe (24) angeordnet sind, wobei die durch den Kondensator (23) ausgewonnene Wärmemenge zum Vorwärmen des Speisewassers angewendet wird. 19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Gasturbine (5) ein die Brenngas-Luft-Mischung abkühlender, das Speisewasser vorwärmender Wärmetauscher (10) angeordnet ist. Steam turbine (3), a condenser (23) and then a feed water pump (24) are arranged, the amount of heat recovered by the condenser (23) being used to preheat the feed water. 19. Device according to one of claims 11 to 18, characterized in that after the gas turbine (5) a cooling the fuel gas-air mixture, the feed water preheating heat exchanger (10) is arranged.
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