WO2017210713A1 - Wärmekraftwerk - Google Patents

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WO2017210713A1
WO2017210713A1 PCT/AT2017/060149 AT2017060149W WO2017210713A1 WO 2017210713 A1 WO2017210713 A1 WO 2017210713A1 AT 2017060149 W AT2017060149 W AT 2017060149W WO 2017210713 A1 WO2017210713 A1 WO 2017210713A1
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WO
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heat exchanger
air
container
heat
water
Prior art date
Application number
PCT/AT2017/060149
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Steiner
Markus Haider
Karl SCHWAIGER
Heimo WALTER
Martin Hämmerle
Original Assignee
Technische Universität Wien
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Filing date
Publication date
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Priority to EP17733340.8A priority patent/EP3469191A1/de
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/02—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant for heating purposes, e.g. industrial, domestic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
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    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/006—Accumulators and steam compressors
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    • F01K3/186—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using electric heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F01K7/16—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 only of turbine type

Definitions

  • the invention relates to a thermal power plant with a steam generator, which has a combustion chamber with a supply of combustion air, with a water-steam cycle, with the
  • Heat storage device which is connected to the water-steam cycle.
  • the invention relates to a method for storing heat in a thermal power plant, which has a steam generator with a combustion chamber and a supply for combustion air and a water-steam cycle.
  • Heat storage to be decoupled Accordingly, the steam does not necessarily have to be routed to generate electricity via the turbine set or turbo set, but can alternatively be led into the heat store for the purpose of emitting heat energy.
  • Consistent steam generation can, depending on the needs of the Electricity generation reduces the amount of steam used and thus the of
  • the heat accumulator may consist of two reciprocally operated containers with a storage medium, for example, molten salt.
  • the heat accumulator is thermally coupled to a second heat exchanger, which
  • the second steam generator is assigned a turbine set or turbo set with a connected generator.
  • the second heat exchanger is put into operation, if undercapacities in
  • Combustion air can be connected. It was not
  • Air preheating device could work.
  • WO 2013/014664 A2 discloses a different kind of hybrid power plant which mixes, stores and provides thermal energy from different energy sources for a generator.
  • Heat transfer fluid cycle is fed to a storage tank thermal energy, which is passed to the generator when needed.
  • WO 2014/044549 A2 discloses a different kind
  • heat is transferred from a gaseous working fluid via a first heat exchanger to a liquid storage medium of the heat accumulator.
  • the object of the present invention is to provide a structurally simple thermal power plant of the type mentioned, in which the heat energy stored in the heat storage device in the most efficient manner possible
  • the heat storage device comprises a first container for a heat storage medium in the cold state, a second container for the heat storage medium in the hot state and a respectively connected to the first container and the second container heat exchanger, wherein the heat exchanger via a water-steam supply line and a water-steam outlet is connected to the water-steam circuit, wherein the
  • Heat storage medium for receiving heat of the water vapor from the first container via the heat exchanger to the second container is conveyed, wherein the heat storage device comprises a further heat exchanger, which is connected to the first container and with the second container, wherein a
  • Air supply for supplying air into the further heat exchanger and an air discharge for discharging the air from the other Heat exchanger is provided, wherein the heat storage medium for delivering heat to the air from the second container via the further heat exchanger to the first container is conveyed, wherein the air discharge is connected to the supply of combustion air into the combustion chamber.
  • the water vapor is preferably branched between the steam generator and the turbine from the water-steam cycle.
  • the heat storage medium itself is moved, whereby the heat exchange can be made particularly efficient.
  • the heat storage medium is conveyed in the reverse direction from the second container via a further heat exchanger to the first container. Meanwhile, an air flow is passed through the other heat exchanger, where the heat storage medium gives off its heat. As a result, the heat storage medium is cooled and the air flow is heated accordingly. Thereafter, the air flow of the feed in the
  • Heat storage device stored heat energy in turn is available for steam generation.
  • the steam generator can
  • Feedwater pre-heater, an air preheater and a furnace for example for coal, oil, biomass or gas have.
  • Heat exchanger is done by means of air.
  • the heat exchanger and the further heat exchanger are in this case structurally separated from each other. This allows the heat exchanger and the other heat exchanger specifically to the different requirements of the loading and unloading process as well as the various heat transfer media (water-steam in the case of the heat exchanger, air in the case of
  • a first shut-off device is provided between the first container and the first
  • shut-off devices can be switched between an open position enabling the passage of the heat storage medium and a blocking position blocking the passage of the heat storage medium.
  • first shut-off devices can be switched between an open position enabling the passage of the heat storage medium and a blocking position blocking the passage of the heat storage medium.
  • the second shut-off device in particular also the fourth shut-off device, is arranged in the loading state of the heat storage device in the closed position, so that the heat storage medium from the first container can not get into the heat exchanger.
  • Shut-off device be arranged in the closed state in the charge state of the heat storage device, so that the
  • Discharge state of the heat storage device arranged in the open position so that the heat storage medium can flow from the second container via the further heat exchanger in the first container.
  • heat storage medium are preferably solid particles
  • the further heat exchanger is designed for discharging the heat storage device for direct heat exchange between the solid particles and the air.
  • the Heat exchanger for loading the heat storage device preferably for indirect heat transfer between the
  • Heat storage medium and the water-steam for example by means of a line arrangement, set up.
  • Heat exchanger and / or a further heat exchanger in each case a fluidized bed heat exchanger is provided.
  • Heat storage medium in the further heat exchanger required air can also be used as a heat transfer medium for the withdrawal of heat energy.
  • Heat exchanger surfaces are compensated in the fluidized bed.
  • the further heat exchanger for discharging the heat storage device can be a direct
  • Heat exchange between the air and the heat storage medium take place.
  • an indirect heat exchange between the water vapor and the heat storage medium is preferably provided in the heat exchanger for loading the heat storage device.
  • the water-steam supply line and the water-steam discharge within the heat exchanger by a
  • an air preheater is preferred for preheating the combustion air for the
  • the air preheater can on the one hand with a fresh air inlet and on the other hand with one of the combustion chamber the steam generator away leading output line for
  • Combustion gases be connected, so that from the
  • Fresh air inlet in the air preheater flowing combustion air is preheated by heat exchange with the combustion exhaust gases before the combustion air enters the combustion chamber.
  • Branch line between the air preheater and the combustion chamber branched off.
  • a shut-off element is provided between the air preheater and the air supply for the further heat exchanger, which is preferably substantially continuously adjustable between an open position permitting the air flow and a closing position blocking the passage of the air flow.
  • Open position and a closed position is adjustable. As a result, the volume flow for the air supply in the other
  • Heat exchanger can be adjusted. In the discharge state of
  • Connection line are diverted via the diversion in the air supply for the further heat exchanger, wherein the first
  • Heat exchangers are diverted to a fluidization of
  • the second volume flow of the branched air stream may be less than the first volume flow, since the air in the heat exchanger can be used only for fluidization, but not for heat absorption.
  • Air preheater connected to a fresh air inlet, wherein the air supply for the further heat exchanger with a
  • Fluidizing air inlet is connected.
  • an air flow for the other heat exchanger can be provided.
  • the flow path between the fluidizing air inlet and the air feed for the further heat exchanger is preferably free of one
  • Air preheater so that air at ambient temperature can be introduced into the other heat exchanger. This has the advantage that the temperature spread for the cooling of the heat storage medium in the heat exchange with the air can be maximized.
  • Fluidizing blower is connected.
  • the volume flows at the fresh air inlet and on
  • Fluidmaschines Kunststoffeinlasse be independently controlled or regulated.
  • output line has a line leading into the air preheater section and a leading into a water heater of the water-steam circuit further line section.
  • an electric heating element in particular a resistance heater, is installed in the heat exchanger.
  • the electrical heating element can be connected to a power grid in order to use excess current for heating the heat storage medium.
  • the thermal power plant has at least a first and a second
  • Heat storage medium as described above, heated via the water vapor or cooled over the air.
  • the electric heating element is turned on to perform the heating of the heat storage medium alternatively or in parallel to absorb heat of the water vapor or support, such as to achieve optimum
  • Thermal power plant which has a steam generator with a combustion chamber and a supply of combustion air and a water-steam cycle, comprises at least the following steps:
  • Fig. 1 is a block diagram of a thermal power plant according to the invention in which the heat energy of a steam flow diverted between a steam generator and a turbine in a
  • Heat exchanger is delivered to a powdered heat storage medium, wherein the stored heat energy in a further heat exchanger from the heat storage medium into a
  • Air flow is returned to a combustion chamber of the steam generator
  • Fig. 2 is a block diagram of the essential components of
  • Fig. 3 is a block diagram of another invention
  • Fig. 1 shows schematically a thermal power plant 1 in the form of a
  • Steam power plant with a steam generator 2 which has a (for clarity, separately shown) combustion chamber 3 with a supply 4 for combustion air and a supply 39 for fuel.
  • a water-steam circuit 5 is connected to the steam generator 2.
  • the steam generator 2 is connected via a first valve 6 to a turbine 7, to which a generator G is connected.
  • the water-steam cycle 5 also has other commonly used in the art components, in particular a condenser 8, a feedwater pump 9 and a feedwater pre-heater 10
  • the thermal power plant 1 also has a simplified in Fig. 1 and shown in Fig. 2 in detail apparent
  • Heat storage device 11 for temporarily storing heat energy of the guided in the water-steam circuit 5 water vapor.
  • Heat storage device 11 a first container 12 for a
  • Heat storage medium in the cold state a second container 13 for the heat storage medium in the hot state and one each with the first container 12 and the second container thirteenth
  • heat exchanger 14 As a heat storage medium, a bed of solid particles, especially sand, is provided.
  • the heat exchanger 14 is connected in each case via a water-steam supply line 15 and a water-steam discharge line 16 to the water-steam circuit 5.
  • a water-steam supply line 15 As a heat storage medium, a bed of solid particles, especially sand, is provided.
  • the heat exchanger 14 is connected in each case via a water-steam supply line 15 and a water-steam discharge line 16 to the water-steam circuit 5.
  • a water-steam supply line 15 As a heat storage medium, a bed of solid particles, especially sand, is provided.
  • the heat exchanger 14 is connected in each case via a water-steam supply line 15 and a water-steam discharge line 16 to the water-steam circuit 5.
  • Fig. 1 pump 17 In the water-steam discharge line 16, an apparent in Fig. 1 pump 17 is possible for compensation
  • a valve 40 is provided in the water-steam supply line 15, a valve 40 is provided.
  • the heat storage medium is for receiving heat of the water vapor from the first container 12 via the
  • Heat exchanger 14 to the second container 13 can be conveyed.
  • the heat storage device 11 has a
  • further heat exchanger 18 is conveyed to the first container 12.
  • the air discharge line 20 is connected to the feed 4 in the combustion chamber 3, so that in the further heat exchanger 18 in the Heat exchange with the heat storage medium heated air can be introduced as combustion air into the combustion chamber 3.
  • each fluidized bed heat exchanger As a heat exchanger 14 and as a further heat exchanger 18 each fluidized bed heat exchanger are provided in the embodiment shown.
  • the heat exchanger 14 has a (not shown in Fig. 2) fluidizing air supply, with which the
  • Bed of the heat storage medium is fluidizable.
  • fluidizing air is not as a heat transfer medium for
  • the thermal power plant 1 a As can be seen from Fig. 1, the thermal power plant 1 a
  • Air preheater 25 for preheating the combustion air before
  • the air preheater 25 is connected via a fresh air blower 26 with a fresh air inlet 27.
  • the combustion gases generated in the combustion chamber 3 are in a
  • Output line 28 delivered which is connected to the air preheater 25.
  • the air preheater 25 there is a heat exchange between the combustion exhaust gases in the output line 28 and the fresh air coming from the fresh air inlet 27, so that the
  • Fig. 1 leads from a
  • Combustion chamber 3 a bypass 29 away, which is connected to the air supply 19 in the further heat exchanger 18.
  • In the diversion 29 is a
  • shut-off 31 arranged in the connecting line 30, a further shut-off element 32 is arranged.
  • Discharge state becomes one compared to one
  • Heat storage medium stored heat energy can act.
  • Fig. 2 also schematically an electric heating element in the form of a resistance heater 40 can be seen, which in the
  • Heat exchanger 14 is guided.
  • the resistance heater 40 is connected to a power supply to the heat storage medium in the
  • Heat exchanger 14 can be heated by conversion of electrical energy into heat energy as needed.
  • the resistance heater 40 can be activated alternatively or in addition to the water-steam cycle 5, for example, an optimal
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment which differs from the embodiment of FIG. 1 in terms of the discharge process. Hereinafter, only the differences between the embodiment of FIG. 3 and that of FIG. 1
  • the air supply 19 for the other Heat exchanger 18 is connected to a separate from the fresh air inlet 27 Fluidmaschines Kunststoffeinlass 33.
  • the main advantage of this design is the possibility, especially to the
  • the air preheater 25 may be decoupled from the higher pressure downstream of the fluidizing air inlet 33, resulting in a lower cost embodiment of the invention
  • Air preheater 25 leads.
  • the fluidizing air inlet 33 is connected to a fluidizing fan 34 in the embodiment shown.
  • the output line 28 a leading into the air preheater 25 line section 35 and a leading into a water heater 36 of the water-steam cycle 5 further line section 37.
  • Air preheater 25 out. After cooling the combustion gases in the air preheater 25, the combustion gases are discharged to the environment. In the discharge state, the combustion exhaust gases are conducted via the line section 37 into the water preheater 36 of the water-steam circuit 5. As a result, the combustion gases can be effectively cooled during discharge in the switched-off state of the fresh air blower 26.
  • a shut-off valve 38 is arranged in each of the line sections 35 and 37.
  • a method may be performed with at least the following steps:

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Abstract

Wärmekraftwerk(1) und Verfahren zum Speichern von Wärme mit einem Dampferzeuger (2) und mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf (5), der mit dem Dampferzeuger (2) und mit einer Wärmespeichereinrichtung (11) verbunden ist, wobei die Wärmespeichereinrichtung (11) einen ersten Behälter (12) für ein Wärmespeichermedium im kalten Zustand, einen zweiten Behälter (13) für das Wärmespeichermedium im heißen Zustand und einen mit den beiden Behältern (12), (13) verbundenen Wärmetauscher (14) aufweist, welcher über eine Wasser- Dampf-Zuleitung (15) und Wasser-Dampf-Ableitung (16) an den Wasser-Dampf-Kreislauf (5) angeschlossen ist, wobei die Wärmespeichereinrichtung (11) einen weiteren Wärmetauscher (18) aufweist, welcher mit den beiden Behältern (12), (13) verbunden ist, wobei eine Luftzuführung (19) und eine Luftableitung (20) vorgesehen sind, wobei die Luftableitung (20) mit der Zuführung (4) von Verbrennungsluft in den Brennraum (3) verbunden ist.

Description

Wärmekraftwerk
Die Erfindung betrifft ein Wärmekraftwerk mit einem Dampferzeuger, welcher einen Brennraum mit einer Zuführung für Verbrennungsluft aufweist, mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf, der mit dem
Dampferzeuger verbunden ist, und mit einer
Wärmespeichereinrichtung, welche mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf verbunden ist.
Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Speichern von Wärme in einem Wärmekraftwerk, welches einen Dampferzeuger mit einem Brennraum und einer Zuführung für Verbrennungsluft und einen Wasser-Dampf-Kreislauf aufweist.
Aufgrund des stetigen Ausbaus erneuerbarer Energien können im Zeitverlauf sowohl Überkapazitäten als auch Unterkapazitäten der elektrischen Leistung auftreten. Die Schwankungen werden mit Hilfe konventioneller Kraftwerke ausgeglichen. Hierfür werden vielfach fossilbefeuerte Kraftwerke, insbesondere Kohlekraftwerke, mit Dampferzeuger herangezogen, welche jedoch den Nachteil mit sich bringen, dass die an das Stromnetz abzugebende Leistung nicht in beliebigem Ausmaß und ausreichend schnell geändert werden kann.
Aus diesem Grund wurde in der DE 10 2012 103 617 AI bereits ein gattungsgemäßes Wärmekraftwerk vorgeschlagen, mit welchem eine Anpassung an den fluktuierenden Einspeisebedarf des
angeschlossenen Stromnetzes ermöglicht wird. Zu diesem Zweck kann bei Bedarf Wärmeenergie aus dem Wasser/Dampf-Kreislauf des
Kraftwerkes direkt oder über einen Wärmetauscher in einen
Wärmespeicher ausgekoppelt werden. Demnach muss der Wasserdampf nicht zwingend zur Stromerzeugung über den Turbinensatz oder Turbosatz geleitet werden, sondern kann alternativ zur Abgabe von Wärmeenergie in den Wärmespeicher geführt werden. Bei
gleichbleibender Dampferzeugung kann je nach Bedarf die zur Stromerzeugung genutzte Dampfmenge reduziert und damit die vom
Kraftwerk ins Netz eingespeiste Strommenge geregelt werden. Wenn nun das Kraftwerk wieder hochgefahren werden soll, kann die in dem Wärmespeicher gespeicherte Wärme in den Dampferzeuger ausgekoppelt werden. Der Wärmespeicher kann aus zwei wechselseitig betriebenen Behältern mit einem Speichermedium, beispielsweise geschmolzenem Salz, bestehen. In einer Aus führungs form ist der Wärmespeicher thermisch an einen zweiten Wärmetauscher gekoppelt, welcher
seinerseits thermisch an einen zweiten Dampferzeuger gekoppelt ist. Dem zweiten Dampferzeuger ist ein Turbinensatz oder Turbosatz mit angeschlossenem Generator zugeordnet. Vorzugsweise wird der zweite Wärmetauscher in Betrieb genommen, wenn Unterkapazitäten im
Stromnetz ausgeglichen werden sollen. Weiters wurde in der DE 10 2012 103 617 AI allgemein erwähnt, dass der Wärmespeicher mit einer Luftvorwärmungseinrichtung zur Vorwärmung von
Verbrennungsluft verbunden sein kann. Es wurde jedoch keine
praktikable Lösung angegeben, wie das Auskoppeln der im
Wärmespeicher gespeicherten Wärmeenergie über die
Luftvorwärmungseinrichtung funktionieren könnte.
Die WO 2013/014664 A2 offenbart ein andersartiges Hybrid-Kraftwerk, welches thermische Energie aus unterschiedlichen Energiequellen mischt, speichert und für einen Generator bereitstellt.
Aus der WO 2014/076849 AI ist eine andersartiges Vorrichtung
bekannt, um thermische Energie für einen Generator bereitzustellen, wobei über einen Wärmeträgerfluid-Zyklus Energie direkt an den
Generator geleitet wird, und über einen separaten, zweiten
Wärmeträgerfluid-Zyklus einem Speichertank Wärmeenergie zugeführt wird, welche bei Bedarf an den Generator geleitet wird.
In der EP 2 562 373 AI wird ein IGCC Prozess (Integrated
Gasification Combined Cycle) gezeigt, wobei ein Teil der
Wärmeenergie des dabei entstehenden Synthesegases über einen Clausius-Rankine-Kreisprozess in elektrische Energie umgewandelt
Weiters offenbart die WO 2014/044549 A2 ein andersartiges
Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers, wobei die entsprechenden Zyklen als Clausius-Rankine-Kreisprozess
ausgestaltet sind. Im Ladezyklus wird Wärme von einem gasförmigen Arbeitsfluid über einen ersten Wärmetauscher an ein flüssiges Speichermedium des Wärmespeichers übertragen.
Demnach besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein konstruktiv einfaches Wärmekraftwerk der eingangs angeführten Art zu schaffen, bei welchem die in der Wärmespeichereinrichtung gespeicherte Wärmeenergie auf möglichst effiziente Weise
rückgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Wärmekraftwerk mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Speichern von Wärme in einem Wärmekraftwerk mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Wärmespeichereinrichtung einen ersten Behälter für ein Wärmespeichermedium im kalten Zustand, einen zweiten Behälter für das Wärmespeichermedium im heißen Zustand und einen jeweils mit dem ersten Behälter und mit dem zweiten Behälter verbundenen Wärmetauscher auf, wobei der Wärmetauscher über eine Wasser-Dampf-Zuleitung und eine Wasser-Dampf-Ableitung an den Wasser-Dampf-Kreislauf angeschlossen ist, wobei das
Wärmespeichermedium zur Aufnahme von Wärme des Wasser-Dampfes von dem ersten Behälter über den Wärmetauscher zu dem zweiten Behälter förderbar ist, wobei die Wärmespeichereinrichtung einen weiteren Wärmetauscher aufweist, welcher jeweils mit dem ersten Behälter und mit dem zweiten Behälter verbunden ist, wobei eine
LuftZuführung zur Zuführung von Luft in den weiteren Wärmetauscher und eine Luftableitung zur Ableitung der Luft von dem weiteren Wärmetauscher vorgesehen ist, wobei das Wärmespeichermedium zur Abgabe von Wärme an die Luft von dem zweiten Behälter über den weiteren Wärmetauscher zu dem ersten Behälter förderbar ist, wobei die Luftableitung mit der Zuführung von Verbrennungsluft in den Brennraum verbunden ist.
Beim Beladen der Wärmespeichereinrichtung wird das
Wärmespeichermedium von dem ersten Behälter über den Wärmetauscher in den zweiten Behälter geführt, wobei das Wärmespeichermedium durch Aufnahme von Wärme des Wasser-Dampfes erhitzt wird. Der Wasser-Dampf wird vorzugsweise zwischen dem Dampferzeuger und der Turbine von dem Wasser-Dampf-Kreislauf abgezweigt.
Vorteilhafterweise wird beim Beladen der Wärmespeichereinrichtung das Wärmespeichermedium selbst bewegt, wodurch der Wärmeaustausch besonders effizient gestaltet werden kann. Beim Entladen der
Wärmespeichereinrichtung wird das Wärmespeichermedium in die umgekehrte Richtung von dem zweiten Behälter über einen weiteren Wärmetauscher zu dem ersten Behälter gefördert. Währenddessen wird ein Luftstrom durch den weiteren Wärmetauscher geführt, an welchen das Wärmespeichermedium seine Wärme abgibt. Dadurch wird das Wärmespeichermedium abgekühlt und der Luftstrom wird entsprechend aufgeheizt. Danach wird der Luftstrom der Zuführung in den
Brennraum des Dampferzeugers zugeführt, so dass die in der
Wärmespeichereinrichtung gespeicherte Wärmeenergie wiederum für die Dampferzeugung zur Verfügung steht. Vorteilhafterweise können dadurch die Eingriffe in den komplexen Wasser-Dampf-Kreislauf des Wärmekraftwerks minimiert werden. Der Dampferzeuger kann
verschiedenste Ausgestaltungen aufweisen, welche jedoch im Stand der Technik seit langem bekannt sind und daher keiner näheren Erläuterungen bedürfen. Demnach kann der Dampferzeuger
insbesondere einen Verdampfer, einen Überhitzer, einen
Speisewasservorwärmer, einen Luftvorwärmer und eine Feuerung, beispielsweise für Kohle, Öl, Biomasse oder Gas, aufweisen.
Wesentlich ist jedenfalls, dass das Beladen der Wärmespeichereinrichtung in dem Wärmetauscher mittels Wasser-Dampf, das Entladen der Wärmespeichereinrichtung in dem weiteren
Wärmetauscher mittels Luft erfolgt. Der Wärmetauscher und der weitere Wärmetauscher sind hierbei voneinander baulich getrennt. Dadurch können der Wärmetauscher und der weitere Wärmetauscher gezielt an die unterschiedlichen Anforderungen des Belade- und des Entladevorgangs sowie an die verschiedenartigen Wärmeträgermedien (Wasser-Dampf im Fall des Wärmetauschers, Luft im Fall des
weiteren Wärmetauschers) angepasst werden. Da Luft einen
wesentlich geringeren Wärmeübergangskoeffizienten als Wasser-Dampf aufweist, sind bei gleichem Wärmestrom und gleicher
Temperaturdifferenz die benötigten Wärmeaustauschflächen in dem weiteren Wärmetauscher wesentlich größer als in dem Wärmetauscher. Durch Verwendung getrennter Wärmetauscher können diese
Unterschiede auf einfache Weise berücksichtigt werden. Werden beispielsweise der Wasser-Dampf im Wärmetauscher und die Luft im weiteren Wärmetauscher durch Leitungsanordnungen, insbesondere Rohrbündel, geführt, so kann der Querschnitt der Leitungsanordnung im weiteren Wärmetauscher wesentlich größer als der Querschnitt der Leitungsanordnung im Wärmetauscher sein.
Gemäß einer besonders bevorzugten Aus führungs form ist eine erste Absperreinrichtung zwischen dem ersten Behälter und dem
Wärmetauscher und/oder eine zweite Absperreinrichtung zwischen dem ersten Behälter und dem weiteren Wärmetauscher und/oder eine dritte Absperreinrichtung zwischen dem zweiten Behälter und dem Wärmetauscher und/oder eine vierte Absperreinrichtung zwischen dem zweiten Behälter und dem weiteren Wärmetauscher vorgesehen. Die genannten Absperreinrichtungen sind zwischen einer den Durchtritt des Wärmespeichermediums ermöglichenden Offenstellung und einer den Durchtritt des Wärmespeichermediums sperrenden Sperrstellung umschaltbar. In einer bevorzugten Ausführung sind die erste
Absperreinrichtung und die dritte Absperreinrichtung im
Ladezustand der Wärmespeichereinrichtung in der Offenstellung angeordnet, so dass das Wärmespeichermedium von dem ersten Behälter über den Wärmetauscher zu dem zweiten Behälter strömen kann. Demgegenüber ist zumindest die zweite Absperreinrichtung, insbesondere auch die vierte Absperreinrichtung, im Ladezustand der Wärmespeichereinrichtung in der Schließstellung angeordnet, so dass das Wärmespeichermedium vom ersten Behälter nicht in den Wärmetauscher gelangen kann. Im Entladezustand der
Wärmespeichereinrichtung können die Schaltstellungen der
Absperreinrichtungen umgekehrt sein. Demnach kann zumindest die dritte Absperreinrichtung, insbesondere auch die erste
Absperreinrichtung, im Ladezustand der Wärmespeichereinrichtung in der Schließstellung angeordnet sein, so dass das
Wärmespeichermedium von dem zweiten Behälter nicht in den
Wärmetauscher gelangen kann. Demgegenüber sind die vierte
Absperreinrichtung und die zweite Absperreinrichtung im
Entladezustand der Wärmespeichereinrichtung in der Offenstellung angeordnet, so dass das Wärmespeichermedium vom zweiten Behälter über den weiteren Wärmetauscher in den ersten Behälter strömen kann .
Als Wärmespeichermedium sind bevorzugt Feststoffpartikel,
insbesondere Sand oder Korund, in dem ersten bzw. zweiten Behälter angeordnet. Diese Ausführung bringt insbesondere den Vorteil mit sich, dass diese Wärmespeichermedien bei weitaus höheren
Temperaturen einsetzbar sind. Weiters weisen diese Materialen besondere Langzeitstabilität auf und sind kostengünstig zu
erwerben .
In einer bevorzugten Aus führungs form ist der weitere Wärmetauscher für das Entladen der Wärmespeichereinrichtung für einen direkten Wärmeaustausch zwischen den Feststoffpartikeln und der Luft eingerichtet. Vorteilhafterweise bilden die Oberflächen der
Feststoffpartikel große Wärmeaustauschflächen, welche eine
wirksame Wärmeabgabe an die Luft ermöglichen. Demgegenüber ist der Wärmetauscher für das Beladen der Wärmespeichereinrichtung bevorzugt für eine indirekte Wärmeübertragung zwischen dem
Wärmespeichermedium und dem Wasser-Dampf, beispielsweise mittels einer Leitungsanordnung, eingerichtet.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführung, bei welcher als
Wärmetauscher und/oder als weiterer Wärmetauscher jeweils ein Wirbelschichtwärmetauscher vorgesehen ist. Beim Entladen der Wärmespeichereinrichtung kann die für die Fluidisierung des
Wärmespeichermediums in dem weiteren Wärmetauscher benötigte Luft zudem als Wärmeträgermedium für das Ausspeichern von Wärmeenergie genutzt werden. Vorteilhafterweise kann der niedrige
Wärmeübergangskoeffizient von Luft durch die sehr großen
Wärmetauscherflächen in der Wirbelschicht kompensiert werden.
Hierbei kann der Volumenstrom der Luft im weiteren Wärmetauscher beim Entladen wesentlich höher als der Volumenstrom einer
Fluidisierungsluft des Wärmetauschers beim Beladen der
Wärmespeichereinrichtung sein. In dem weiteren Wärmetauscher zum Entladen der Wärmespeichereinrichtung kann ein direkter
Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem Wärmespeichermedium stattfinden. Demgegenüber ist im Wärmetauscher zum Beladen der Wärmespeichereinrichtung bevorzugt ein indirekter Wärmeaustausch zwischen dem Wasser-Dampf und dem Wärmespeichermedium vorgesehen. Zu diesem Zweck kann die Wasser-Dampf-Zuleitung und die Wasser- Dampf-Ableitung innerhalb des Wärmetauschers durch eine
Leitungsanordnung, insbesondere durch ein Rohrbündel, verbunden sein. Die Leitungsanordnung weist Wärmeaustauschflächen zum
Wärmeaustausch zwischen dem Wärmespeichermedium und dem Wasser- Dampf auf.
Wie bei Wärmekraftwerken allgemein üblich, ist bevorzugt ein Luftvorwärmer zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für den
Brennraum vorgesehen. Der Luftvorwärmer kann einerseits mit einem Frischlufteinlass und andererseits mit einer von der Brennkammer des Dampferzeugers wegführenden Ausgangsleitung für
Verbrennungsabgase verbunden sein, so dass die vom
Frischlufteinlass in den Luftvorwärmer strömende Verbrennungsluft durch Wärmeaustausch mit den Verbrennungsabgasen vorgewärmt wird, bevor die Verbrennungsluft in die Brennkammer eintritt.
In einer konstruktiv einfachen Ausführungsvariante ist die
LuftZuführung für den weiteren Wärmetauscher von einer
Verbindungsleitung zwischen dem Luftvorwärmer und der Brennkammer abgezweigt. Vorzugsweise ist zwischen dem Luftvorwärmer und der LuftZuführung für den weiteren Wärmetauscher ein Absperrelement vorgesehen, welches vorzugsweise im Wesentlichen kontinuierlich zwischen einer den Luftstrom durchlassenden Offenposition und einer den Durchtritt des Luftstroms sperrenden Schließposition verstellbar ist. Darüber hinaus weist die Verbindungsleitung
bevorzugt ein weiteres Absperrelement auf, welches ebenfalls
vorzugsweise im Wesentlichen kontinuierlich zwischen einer
Offenposition und einer Schließposition verstellbar ist. Dadurch kann der Volumenstrom für die LuftZuführung in den weiteren
Wärmetauscher eingestellt werden. Im Entladezustand der
Wärmespeichereinrichtung kann ein erster Volumenstrom von der
Verbindungsleitung über die Umleitung in die LuftZuführung für den weiteren Wärmetauscher abgezweigt werden, wobei der erste
Volumenstrom darauf ausgelegt ist, das Ausspeichern der
Wärmeenergie des Wärmespeichermediums in den Luftstrom zu
ermöglichen. Bei dieser Aus führungs form sind daher der
Luftvorwärmer und die Luftzuführung für den weiteren Wärmetauscher im Entladezustand der Wärmespeichereinrichtung in Serie geschaltet.
Im Ladezustand der Wärmespeichereinrichtung kann in einer
bevorzugten Ausführung ein zweiter Volumenstrom von der
Verbindungsleitung in eine weitere LuftZuführung für den
Wärmetauscher abgezweigt werden, um eine Fluidisierung des
Wärmespeichermediums in dem Wärmetauscher zu ermöglichen. Der zweite Volumenstrom des abgezweigten Luftstroms kann geringer als der erste Volumenstrom sein, da die Luft in dem Wärmetauscher lediglich zur Fluidisierung, nicht jedoch zur Wärmeaufnahme herangezogen werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist der
Luftvorwärmer mit einem Frischlufteinlass verbunden, wobei die LuftZuführung für den weiteren Wärmetauscher mit einem
Fluidisierungslufteinlass verbunden ist. Bei dieser
Ausführungsvariante ist die LuftZuführung für den weiteren
Wärmetauscher mit einem eigenen Fluidisierungslufteinlass
verbunden, über den unabhängig von dem Frischlufteinlass für den Luftvorwärmer eine Luftströmung für den weiteren Wärmetauscher bereitgestellt werden kann. Vorteilhafterweise kann so eine
Anpassung an die unterschiedlichen Druckverhältnisse und
Massenströme erzielt werden. Bevorzugt ist bei dieser Ausführung der Strömungsweg zwischen dem Fluidisierungslufteinlass und der LuftZuführung für den weiteren Wärmetauscher frei von einem
Luftvorwärmer, so dass Luft mit Umgebungstemperatur in den weiteren Wärmetauscher eingeleitet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturspreizung für die Abkühlung des Wärmespeichermediums im Wärmeaustausch mit der Luft maximiert werden kann.
Um die erforderlichen Volumenströme im Belade- und Entladezustand der Wärmespeichereinrichtung zur Verfügung zu stellen, ist es günstig, wenn der Frischlufteinlass mit einem Frischluftgebläse und/oder der Fluidisierungslufteinlass mit einem
Fluidisierungsgebläse verbunden ist. Vorteilhafterweise können daher die Volumenströme am Frischlufteinlass und am
Fluidisierungslufteinlasse unabhängig voneinander gesteuert bzw. geregelt werden.
Um die Verbrennungsabgase im Ladezustand der Wärmespeichereinrichtung über den Luftvorwärmer führen zu können und im Entladezustand für eine wirksame Abkühlung der
Verbrennungsabgase zu sorgen, ist bevorzugt eine Ausgangsleitung zur Ableitung von Verbrennungsabgasen aus der Brennkammer
vorgesehen, welche Ausgangsleitung einen in den Luftvorwärmer führenden Leitungsabschnitt und einen in einen Wasservorwärmer des Wasser-Dampf-Kreislaufes führenden weiteren Leitungsabschnitt aufweist .
In einer bevorzugten Aus führungs form ist in den Wärmetauscher ein elektrisches Heizelement, insbesondere eine Widerstandsheizung, eingebaut. Das elektrische Heizelement kann insbesondere mit einem Stromnetz verbunden sein, um überschüssigen Strom zum Beheizen des Wärmespeichermediums zu nutzen. Bei dieser Aus führungs form weist die Wärmekraftanlage zumindest einen ersten und einen zweiten
Betriebszustand auf. Im ersten Betriebszustand kann das
Wärmespeichermedium, wie zuvor beschrieben, über den Wasser-Dampf erhitzt bzw. über die Luft abgekühlt werden. Im zweiten
Betriebszustand ist das elektrische Heizelement eingeschalten, um die Erhitzung des Wärmespeichermediums alternativ oder parallel zur Aufnahme von Wärme des Wasser-Dampfes durchführen bzw. zu unterstützen, etwa zum Erreichen einer optimalen
Betriebstemperatur .
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Speichern von Wärme eines
Wärmekraftwerks, welches einen Dampferzeuger mit einem Brennraum und einer Zuführung für Verbrennungsluft und einen Wasser-Dampf- Kreislauf aufweist, weist zumindest die folgenden Schritte auf:
- Fördern eines Wärmespeichermediums im kalten Zustand von einem ersten Behälter über einen Wärmetauscher zu einem zweiten Behälter,
- Leiten von Wasser-Dampf des Wasser-Dampf-Kreislaufes durch den Wärmetauscher unter Wärmeaustausch mit dem Wärmespeichermedium,
- Fördern des Wärmespeichermediums im heißen Zustand von dem
zweiten Behälter über einen weiteren Wärmetauscher in den ersten Behälter,
- Leiten von Luft durch den weiteren Wärmetauscher unter
Wärmeaustausch mit dem Wärmespeichermedium im heißen Zustand und
- Zuführen der Luft als Verbrennungsluft in den Brennraum.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Wärmekraftwerk bei welchem die Wärmeenergie einer zwischen einem Dampferzeuger und einer Turbine abgezweigten DampfStrömung in einem
Wärmetauscher an ein pulverförmiges Wärmespeichermedium abgegeben wird, wobei die gespeicherte Wärmeenergie bei Bedarf in einem weiteren Wärmetauscher von dem Wärmespeichermedium in eine
Luftströmung für einen Brennraum des Dampferzeugers rückgeführt wird;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der wesentlichen Komponenten des
Wärmekraftwerks gemäß Fig. 1; und
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines weiteren erfindungsgemäßen
Wärmekraftwerks .
Fig. 1 zeigt schematisch ein Wärmekraftwerk 1 in Form eines
Dampfkraftwerkes mit einem Dampferzeuger 2, welcher einen (der Übersichtlichkeit halber getrennt dargestellten) Brennraum 3 mit einer Zuführung 4 für Verbrennungsluft und einer Zuführung 39 für Brennstoff aufweist. An den Dampferzeuger 2 ist ein Wasser-Dampf- Kreislauf 5 angeschlossen. Der Dampferzeuger 2 ist über ein erstes Ventil 6 mit einer Turbine 7 verbunden, an welche ein Generator G angeschlossen ist. Der Wasser-Dampf-Kreislauf 5 weist zudem weitere im Stand der Technik üblicherweise vorhandene Komponenten, insbesondere einen Kondensator 8, eine Speisewasserpumpe 9 und einen Speisewasservorwärmer 10 auf
Das Wärmekraftwerk 1 weist zudem eine in Fig. 1 vereinfacht dargestellte und in Fig. 2 im Detail ersichtliche
Wärmespeichereinrichtung 11 zum Zwischenspeichern von Wärmeenergie des in dem Wasser-Dampf-Kreislauf 5 geführten Wasserdampfes auf.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, weist die
Wärmespeichereinrichtung 11 einen ersten Behälter 12 für ein
Wärmespeichermedium im kalten Zustand, einen zweiten Behälter 13 für das Wärmespeichermedium im heißen Zustand und einen jeweils mit dem ersten Behälter 12 und mit dem zweiten Behälter 13
verbundenen Wärmetauscher 14 auf. Als Wärmespeichermedium ist eine Schüttung von Feststoffpartikeln, insbesondere Sand, vorgesehen. Der Wärmetauscher 14 ist jeweils über eine Wasser-Dampf-Zuleitung 15 und eine Wasser-Dampf-Ableitung 16 an den Wasser-Dampf- Kreislauf 5 angeschlossen. In der Wasser-Dampf-Ableitung 16 ist eine in Fig. 1 ersichtliche Pumpe 17 zum Ausgleich etwaiger
Druckverluste angeordnet. In der Wasser-Dampf-Zuleitung 15 ist ein Ventil 40 vorgesehen. Das Wärmespeichermedium ist zur Aufnahme von Wärme des Wasser-Dampfes von dem ersten Behälter 12 über den
Wärmetauscher 14 zu dem zweiten Behälter 13 förderbar.
Darüber hinaus weist die Wärmespeichereinrichtung 11 einen
weiteren Wärmetauscher 18 auf, welcher jeweils mit dem ersten Behälter 12 und mit dem zweiten Behälter 13 verbunden ist. Weiters ist eine LuftZuführung 19 zur Zuführung von Luft in den weiteren Wärmetauscher 18 und eine Luftableitung 20 zur Ableitung der Luft nach dem Durchströmen des weiteren Wärmetauschers 18 vorgesehen. In einem Entladevorgang wird das Wärmespeichermedium zur Abgabe von Wärme an die Luft von dem zweiten Behälter 13 über den
weiteren Wärmetauscher 18 zu dem ersten Behälter 12 gefördert. Die Luftableitung 20 ist mit der Zuführung 4 in den Brennraum 3 verbunden, so dass die im weiteren Wärmetauscher 18 im Wärmeaustausch mit dem Wärmespeichermedium erhitzte Luft als Verbrennungsluft in den Brennraum 3 eingeleitet werden kann.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind eine erste Absperreinrichtung 21 zwischen dem ersten Behälter 12 und dem Wärmetauscher 14, eine zweite Absperreinrichtung 22 zwischen dem ersten Behälter 12 und dem weiteren Wärmetauscher 18, eine dritte Absperreinrichtung 23 zwischen dem zweiten Behälter 13 und dem Wärmetauscher 14 und eine vierte Absperreinrichtung 24 zwischen dem zweiten Behälter 13 und dem weiteren Wärmetauscher 18 vorgesehen.
Als Wärmetauscher 14 und als weiterer Wärmetauscher 18 sind in der gezeigten Ausführung jeweils Wirbelschichtwärmetauscher vorgesehen. In diesem Fall weist der Wärmetauscher 14 eine (in Fig. 2 nicht dargestellte) Fluidisierungsluftzufuhr auf, mit welcher die
Schüttung des Wärmespeichermediums fluidisierbar ist. Die
Fluidisierungsluft ist jedoch nicht als Wärmeträgermedium zum
Beladen des Wärmespeichermediums im Wärmetauscher 14 vorgesehen. Die Wärmeabgabe an das Wärmespeichermedium wird im Wesentlichen vollständig durch den über die Wasser-Dampf-Zuleitung 15
zugeführten Wasserdampf bewerkstelligt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist das Wärmekraftwerk 1 einen
Luftvorwärmer 25 zur Vorwärmung der Verbrennungsluft vor dem
Eintritt in den Brennraum 3 auf. Der Luftvorwärmer 25 ist über ein Frischluftgebläse 26 mit einem Frischlufteinlass 27 verbunden. Die im Brennraum 3 erzeugten Verbrennungsabgase werden in eine
Ausgangsleitung 28 abgegeben, welche mit dem Luftvorwärmer 25 verbunden ist. Im Luftvorwärmer 25 erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsabgasen in der Ausgangsleitung 28 und der vom Frischlufteinlass 27 kommenden Frischluft, so dass die
Verbrennungsabgase abgekühlt und die Frischluft entsprechend
vorgewärmt wird. Danach können die abgekühlten Verbrennungsabgase an die Umgebung abgegeben werden. In der Ausführungsvariante der Fig. 1 führt von einer
Verbindungsleitung 30 zwischen dem Luftvorwärmer 25 und der
Brennkammer 3 eine Umleitung 29 weg, welche mit der LuftZuführung 19 in den weiteren Wärmetauscher 18 verbunden ist. Die
Luftableitung 20 vom weiteren Wärmetauscher 18 führt in die
Verbindungsleitung 30 zurück. In der Umleitung 29 ist ein
Absperrelement 31 angeordnet. In der Verbindungsleitung 30 ist ein weiteres Absperrelement 32 angeordnet. Mit Hilfe des
Absperrelements 31 und des weiteren Absperrelements 32 kann der Volumenstrom in der Umleitung 29 eingestellt werden. Im
Entladezustand wird ein im Vergleich zu einem
Fluidisierungsvolumenstrom wesentlich höherer Volumenstrom an Luft über die Umleitung 29 in den weiteren Wärmetauscher 18 geführt, damit der Luftstrom als Wärmeträgermedium für die im
Wärmespeichermedium gespeicherte Wärmeenergie fungieren kann.
In Fig. 2 ist zudem schematisch ein elektrisches Heizelement in Form einer Widerstandsheizung 40 ersichtlich, welche in den
Wärmetauscher 14 geführt ist. Die Widerstandsheizung 40 ist mit einem Stromnetz verbunden, um das Wärmespeichermedium in dem
Wärmetauscher 14 bei Bedarf durch Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie erhitzen zu können. Die Widerstandsheizung 40 kann alternativ oder zusätzlich zum Wasser-Dampf-Kreislauf 5 aktiviert werden, um beispielsweise eine optimale
Betriebstemperatur des Wärmespeichermediums einzustellen.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsvariante, welche sich hinsichtlich des Entladevorgangs von der Ausführung der Fig. 1 unterscheidet. Nachfolgend soll lediglich auf die Unterschiede zwischen der Ausführung gemäß Fig. 3 und jener der Fig. 1
eingegangen werden.
Gemäß Fig. 3 ist die LuftZuführung 19 für den weiteren Wärmetauscher 18 mit einem vom Frischlufteinlass 27 getrennten Fluidisierungslufteinlass 33 verbunden. Der wesentliche Vorteil dieser Ausführung liegt in der Möglichkeit, speziell an die
Volumenströme und Drücke angepasste Gebläse oder Kompressoren verwenden zu können. Außerdem kann der Luftvorwärmer 25 vom höheren Druck nach dem Fluidisierungslufteinlass 33 entkoppelt werden, was zu einer kostengünstigeren Ausführung des
Luftvorwärmers 25 führt. Der Fluidisierungslufteinlass 33 ist in der gezeigten Ausführung mit einem Fluidisierungsgebläse 34 verbunden. Bei dieser Ausführung weist die Ausgangsleitung 28 einen in den Luftvorwärmer 25 führenden Leitungsabschnitt 35 und einen in einen Wasservorwärmer 36 des Wasser-Dampf-Kreislaufes 5 führenden weiteren Leitungsabschnitt 37 auf. Im Ladezustand werden die Verbrennungsabgase über den Leitungsabschnitt 35 zum
Luftvorwärmer 25 geführt. Nach Abkühlung der Verbrennungsabgase im Luftvorwärmer 25 werden die Verbrennungsabgase an die Umgebung abgeführt. Im Entladezustand werden die Verbrennungsabgase über den Leitungsabschnitt 37 in den Wasservorwärmer 36 des Wasser- Dampf-Kreislaufes 5 geführt. Dadurch können die Verbrennungsabgase beim Entladen im ausgeschaltenen Zustand des Frischluftgebläses 26 wirksam abgekühlt werden. Um die Verbrennungsabgase beim Beladen zum Luftvorwärmer 25 und beim Entladen zum Wasservorwärmer 36 leiten zu können, ist in den Leitungsabschnitten 35 und 37 jeweils ein Absperrventil 38 angeordnet.
Demnach kann ein Verfahren mit zumindest den folgenden Schritten durchgeführt werden:
- Fördern eines Wärmespeichermediums im kalten Zustand von einem ersten Behälter 12 über einen Wärmetauscher 14 zu einem zweiten Behälter 13, währenddessen
- Leiten von Wasser-Dampf des Wasser-Dampf-Kreislaufes 5 des
Wärmekraftwerks 1 durch den Wärmetauscher 14 unter Wärmeabgabe an das Wärmespeichermedium,
- Fördern des Wärmespeichermediums im heißen Zustand von dem zweiten Behälter 13 über den weiteren Wärmetauscher 18 in den ersten Behälter 12, währenddessen
- Leiten von Luft durch den weiteren Wärmetauscher unter
Wärmeaufnahme von dem Wärmespeichermedium im heißen Zustand und danach
- Zuführen der Luft als Verbrennungsluft in den Brennraum 3.

Claims

Patentansprüche :
1. Wärmekraftwerk (1) mit einem Dampferzeuger (2), welcher einen Brennraum (3) mit einer Zuführung (4) für Verbrennungsluft
aufweist, mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf (5), der mit dem
Dampferzeuger (2) verbunden ist, und mit einer
Wärmespeichereinrichtung (11), welche mit dem Wasser-Dampf- Kreislauf (5) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die
Wärmespeichereinrichtung (11) einen ersten Behälter (12) für ein Wärmespeichermedium im kalten Zustand, einen zweiten Behälter (13) für das Wärmespeichermedium im heißen Zustand und einen jeweils mit dem ersten Behälter (12) und mit dem zweiten Behälter (13) verbundenen Wärmetauscher (14) aufweist, wobei der Wärmetauscher (14) über eine Wasser-Dampf-Zuleitung (15) und eine Wasser-Dampf- Ableitung (16) an den Wasser-Dampf-Kreislauf (5) angeschlossen ist, wobei das Wärmespeichermedium zur Aufnahme von Wärme des Wasser- Dampfes von dem ersten Behälter (12) über den Wärmetauscher zu dem zweiten Behälter (13) förderbar ist, wobei die
Wärmespeichereinrichtung (11) einen weiteren Wärmetauscher (18) aufweist, welcher jeweils mit dem ersten Behälter (12) und mit dem zweiten Behälter (13) verbunden ist, wobei eine LuftZuführung (19) zur Zuführung von Luft in den weiteren Wärmetauscher (18) und eine Luftableitung (20) zur Ableitung der Luft von dem weiteren
Wärmetauscher (18) vorgesehen ist, wobei das Wärmespeichermedium zur Abgabe von Wärme an die Luft von dem zweiten Behälter (13) über den weiteren Wärmetauscher (18) zu dem ersten Behälter (12) förderbar ist, wobei die Luftableitung (20) mit der Zuführung (4) von Verbrennungsluft in den Brennraum (3) verbunden ist.
2. Wärmekraftwerk (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Absperreinrichtung (21) zwischen dem ersten
Behälter (12) und dem Wärmetauscher (14) und/oder eine zweite
Absperreinrichtung (22) zwischen dem ersten Behälter (12) und dem weiteren Wärmetauscher (18) und/oder eine dritte Absperreinrichtung (23) zwischen dem zweiten Behälter (13) und dem Wärmetauscher (14) und/oder eine vierte Absperreinrichtung (24) zwischen dem zweiten Behälter (13) und dem weiteren Wärmetauscher (18) vorgesehen ist.
3. Wärmekraftwerk (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass als Wärmespeichermedium Feststoffpartikel, insbesondere Sand oder Korund, in dem ersten (12) bzw. zweiten Behälter (13) angeordnet sind.
4. Wärmekraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmetauscher (14) und/oder als weiterer Wärmetauscher (18) jeweils ein Wirbelschichtwärmetauscher
vorgesehen ist.
5. Wärmekraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftvorwärmer (25) zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für den Brennraum (3) vorgesehen ist.
6. Wärmekraftwerk (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die LuftZuführung (19) für den weiteren Wärmetauscher (18) von einer Verbindungsleitung (30) zwischen dem Luftvorwärmer (25) und der Brennkammer (3) abgezweigt ist.
7. Wärmekraftwerk (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftvorwärmer (25) mit einem Frischlufteinlass (27) verbunden ist, wobei die Luftzuführung (19) für den weiteren
Wärmetauscher mit einem Fluidisierungslufteinlass (33) verbunden ist .
8. Wärmekraftwerk (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Frischlufteinlass (27) mit einem
Frischluftgebläse (26) und/oder der Fluidisierungslufteinlass (33) mit einem Fluidisierungsgebläse (34) verbunden ist.
9. Wärmekraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsleitung (28) zur Ableitung von Verbrennungsabgasen aus der Brennkammer (3) vorgesehen ist, welche Ausgangsleitung (28) einen in den Luftvorwärmer (25) führenden Leitungsabschnitt (35) und einen in einen Wasservorwärmer (36) des Wasser-Dampf-Kreislaufes (5) führenden weiteren Leitungsabschnitt (37) aufweist.
10. Wärmekraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wärmetauscher (14) ein elektrisches Heizelement, insbesondere eine Widerstandsheizung (40), eingebaut ist .
11. Verfahren zum Speichern von Wärme in einem Wärmekraftwerk (1), welches einen Dampferzeuger (2) mit einem Brennraum (3) und einer Zuführung (4) für Verbrennungsluft und einen Wasser-Dampf- Kreislauf (5) aufweist, mit den Schritten:
- Fördern eines Wärmespeichermediums im kalten Zustand von einem ersten Behälter (12) über einen Wärmetauscher (14) zu einem zweiten Behälter (13),
- Leiten von Wasser-Dampf des Wasser-Dampf-Kreislaufes (5) durch den Wärmetauscher (14) unter Wärmeaustausch mit dem
Wärmespeichermedium,
- Fördern des Wärmespeichermediums im heißen Zustand von dem zweiten Behälter (13) über einen weiteren Wärmetauscher (18) in den ersten Behälter (12),
- Leiten von Luft durch den weiteren Wärmetauscher (18) unter Wärmeaustausch mit dem Wärmespeichermedium im heißen Zustand und
- Zuführen der Luft als Verbrennungsluft in den Brennraum (3) .
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