Verfahren zur Ausnutzung der in einem Abgas enthaltenen Abwärme

Abstract

 Bei diesem Verfahren wird das z. B. von einer Gasturbine stammende Abgas durch einen in einem Dampfkreislauf einer Dampfturbinenkraftwerkanlage angeordneten Abhitzekessel (3) geleitet. Das Speisewasser wird aus einem Speisewasserbehälter (5) dem Abhitzekessel (3) zugeführt, in diesem verdampft, und der derart erzeugte Dampf nach der Expansion in einer Gegendruckdampfturbine (8) in einem vom aufzuheizenden, als Kühlmittel dienenden Heizwasser einer Fernheizung durchströmten Heizkondensator (12) kondensiert. Um die im derart erhabenen Kondensat enthaltene Wärme möglichst gut auszunützen, wird das über die Heizwasserzuleitung (13) zuströmende, aufzuheizende Heizwasser vor der Zuleitung zum Heizkondensator (12) mittels einer vom im letzteren erzeugten Kondensat beheizten Heizanordnung (15) vorerwärmt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausnutzung der in einem Abgas enthaltenen Abwärme, bei welchem man dieses Abgas durch einen in einem Dampfkreislauf einer Dampfturbinenanlage angeordneten Abhitzekessel leitet, wobei das Speisewasser aus einem Speisewasserbehälter dem Abhitzekessel zugeführt, in diesem verdampft, der derart erzeugte Dampf nach der Expansion in einer . Dampfturbine in einem von einem aufzuheizenden, als Kühlmittel dienenden, gasförmigen oder flüssigem Medium durchströmten Heizkondensator kondensiert und das derart erhaltene Kondensat in den Speisewasserbehälter zurückgeführt wird.

[0002] Bei den bisher bekannten Verfahren der obgenannten Art liegt die Speisewassertemperatur relativ hoch, das heisst, die im Abgas enthaltene Abwärme wird schlecht ausgenützt.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung . eines Verfahrens das diesen Nachteil nicht aufweist, und eine bessere Ausnützung dieser Abwärme ermöglicht.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man das mittels dem Heizkondensator aufzuheizende Medium vor der Zuleitung zu letzterem mittels mindestens einer kondensatbeheizten Heizanordnung vorerwärmt.

[0005] Es ist zweckmässig, wenn man das im Heizkondensator erzeugte Kondensat nach der Durchströmung der das aufzuheizende Medium vorerwärmenden Heizanordnung dem Speisewasserbehälter zuführt. Dabei kann es ferner zweckmässig sein, wenn man das aufzuheizende, im Heizkondensator als Kühlmittel dienende Medium vor der Zuleitung zur ersten kondensatbeheizten Heizanordnung mittels mindestens einem Teil des aus dem Speisewasserbehälter austretenden Speisewassers vorerwärmt.

[0006] Zur Erzielung einer noch besseren Ausnutzung der im Abgas enthaltenen Abwärme ist es vorteilhaft, wenn man das im Heizkondensator erzeugte Kondensat nach der Durchströmung des Speisewasserbehälters der das aufzuheizende Medium vorerwärmenden Heizanordnung zuführt.

[0007] Es ist ausserdem zweckmässig, wenn man den Speisewasserbehälter mittels aus der Dampfturbine, vorzugsweise einer Gegendruckdampfturbine, stammendem Entnahmedampf beheizt.

[0008] Zur Erzielung eines noch besseren thermodynamischen Wirkungsgrades ist es ferner vorteilhaft, wenn , man das aufzuheizende Medium mittels mindestens zweier auf verschiedenen Druckstufen arbeitender Heizkondensatoren aufheizt, wobei den letzteren aus der Dampfturbine stammender, zu kondensierender Entnahmedampf zugeführt wird. Dabei ist es zweckmässig, wenn man das aus beiden Heizkondensatoren anfallende Kondensat miteinander mischt und gemeinsam der das aufzuheizende Medium vorerwärmenden Heizanordnung zuführt, wobei es vorteilhaft sein kann; wenn man das aus dem auf einer höheren Druckstufe sich befindenden Heizkondensator anfallende Kondensat vor dem Beimischen mit aus dem auf einer niederen Druckstufe sich befindenden Heizkondensator anfallenden Kondensat durch eine zwischen diesen beiden Heizkondensatoren angeordnete, das aus dem auf der niederen Druckstufe sich befindenden Heizkondensator anfallende, in diesem als Kühlmittel dienende, aufzuheizende Medium aufheizende Heizanordnung leitet.

[0009] In manchen Fällen kann es überdies zweckmässig sein, wenn man das dem Abhitzekessel zugeführte Abgas mindestens zeitweise vor der Einleitung in den letzteren mittels einer Zusatzfeuerung erhitzt.

[0010] Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders dann geeignet, wenn man das Abgas einer Gasturbine oder eines Verbrennungsmotors dem Abhitzekessel zuführt.

[0011] Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig.l bis 3 schematisch drei verschiedene Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

[0012] Wie aus Fig.l ersichtlich, wird das zum Beispiel von einer Gasturbine her stammende Abgas über die Abgaszuleitung 1 und die Zusatzfeuerung 2 mit einer Temperatur von etwa 1000°C in einen Abhitzekessel 3 eingeleitet..Dieser Abhitzekessel 3 dient zur Verdampfung des mittels einer Speisewasserpumpe 4 aus einem Speisewasserbehälter 5 mit einer Temperatur von etwa 80 bis 85°C über die Speisewasserzuleitung 6 dem Abhitzekessel 3 zugeführten Speisewassers.

[0013] Das derart im-Abhitzekessel 3 in dampfförmigen Zustand gebrachte Speisewasser wird darnach über die Dampfleitung 7 einer Gegendruckdampfturbine 8 zugeführt, welche einen Elektrogenerator 9 antreibt.

[0014] Eine Gegendruckdampfleitung 10 dient zur Zuführung von Gegendruckdampf in den Speisewasserbehälter 5 zur Vorwärmung des darin sich befindenden Speisewassers.

[0015] Nach der Expansion in der Gegendruckdampfturbine 8 strömt der Dampf über die Abführleitung 11 in einen Heizkondensator 12, welcher zum Beispiel von einem aufzuheizenden, für den Heizkondensator 12 als Kühlmittel dienenden, über die Heizwasserzuleitung 13 zugeführten Heizwasser einer Fernheizung derart gekühlt wird, dass der zugeführte Dampf im Heizkondensator 12 unter Abgabe von Wärme an das als Kühlmittel dienende Heizwasser kondensiert. Das derart erhaltene Kondensat wird darauf mittels einer Kondensatpumpe 14 einer kondensatbeheizten Heizanordnung 15 zugeführt, wo das über die Heizwasserzuleitung 13 zugeführte, eine Temperatur von etwa 60°C aufweisende Heizwasser vor der Zuleitung zum Heizkondensator 12 vorerwärmt wird, indem das Kondensat in der Heizanordnung 15 Wärme an das aufzuheizende Heizwasser abgibt. Das Heizwasser der Fernheizung weist nach dem Austritt aus dem Heizkondensator 12 eine Temperatur von etwa;30 bis-100°C in der Heizwasseraustrittsleitung 16 auf.

[0016] Das derart durch Abgabe von Wärme an das Heizwasser abgekühlte Kondensat wird darauf mit einer Temperatur von etwa 65°C über die Kondensatleitung 17 wieder in den Speisewasserbehälter 5 zurückgeführt.

[0017] Das über die Abgasableitung 18 aus dem Abhitzekessel 3 austretende Abgas weist eine Temperatur von maximal etwa 100 bis 110°C auf.

[0018] Das gleiche Verfahren ist zum Beispiel auch dazu verwendbar, zu entsalzendes, über die Zuleitung 13 zugeführtes Meerwasser auf eine Temperatur von bis zu 120°C aufzuheizen.

[0019] Bei den in den Fig.2 und 3 schematisch dargestellten Anlagen weisen zu Fig.l analoge Teile gleiche Be- . zugszeichen wie in Fig.1 auf, und die Beschreibung dieser Anlagen wird auf die zu Fig.l unterschiedlichen Merkmale beschränkt.

[0020] Um eine noch bessere Ausnützung der in dem Abhitzekessel 3 zugeführten Abgas enthaltenen Abwärme zu erreichen, ist es, wie aus Fig.2 ersichtlich, auch möglich, das im Heizkondensator 12 erzeugte Kondensat mittels der Kondensatpumpe 14 über die Kondensatleitung 17 zuerst in den Speisewasserbehälter 5 zu leiten, wo es mittels über die Entnahmedampfleitung 10 der Gegendruckdampfturbine 8 entnommenem Entnahmedampf wieder aufgeheizt wird.

[0021] Das dem Speisewasserbehälter 5 entnommene Speisewasser wird darauf mittels der Speisewasserpumpe 4 der kondensatbeheizten Heizanordnung 15 zugeführt, wo es zur Vorerwärmung des durch die Heizwasserleitung 13 zugeführten Heizwassers dient. Durch die Abgabe von Wärme an das Heizwasser weist das aus der Heizanordnung 15 austretende Speisewasser eine Temperatur von etwa 65⁰C auf, wobei es mit dieser Temperatur über die Speisewasserzuleitung 6 dem Abhitzekessel 3 zugeführt wird, das heisst mit einer geringeren Temperatur als bei der in Fig.l dargestellten Anlage.

[0022] Selbstverständlich ist es auch möglich, die Speisewasserpumpe 4 anstatt zwischen dem Speisewasserbehälter 5 und der kondensatbeheizten Heizanordnung 15 zwischen der letzteren und dem Abhitzekessel 3, in der Speisewasserleitung 6, anzuordnen.

[0023] Bei der in Fig.3 schematisch dargestellten Anlage wird mittels einer mehrstufigen Aufwärmung des über die Heizwasserzuleitung 13 zugeführten Heizwassers ein thermodynamisch besseres Verfahren bewirkt. Dazu sind zwei auf verschiedenen Druckstufen arbeitende Heizkondensatoren 12 und 12' vorgesehen, wobei dem einen Heizkondensator 12 über die Abführleitung 11 Gegendruckdampf und dem zweiten Heizkondensator 12' über die Entnahmedampfleitung 19 aus der Gegendruckdampfturbine 8 stammender Entnahmedampf zugeführt wird.

[0024] Das aus dem auf einer höheren Druckstufe sich befindenden zweiten Heizkondensator 12' anfallende Kondensat wird vor dem Beimischen mit aus dem auf einer niederen Druckstufe sich befindenden ersten Heizkondensator 12 anfallendem Kondensat durch eine zwischen diesen beiden Heizkondensatoren 12, 12' angeordnete Heizanordnung 15' geleitet. Diese Heizanordnung 15' dient zum weiteren Aufheizen des aus dem auf der niedrigeren Druckstufe sich befindenden ersten Heizkondensators 12 anfallenden Heizwassers.

[0025] Nach dem Durchströmen der zweiten Heizanordnung 15' und Abgabe von Wärme in dieser an das aufzuheizende Heizwasser wird das Kondensat über die Kondensatverbindungsleitung 20 dem aus dem ersten Heizkondensator 12 austretenden Kondensat beigemischt und gemeinsam mit Hilfe der Kondensatpumpe 14 der ersten Heizanordnung 15 zugeführt, von wo dieses Gemisch nach Abgabe von Wärme an das zu erwärmende Heizwasser wie bei der in Fig.l dargestellten Anlage über die Kondensatleitung 17 dem Speisewasserbehälter 5 zugeführt wird. Das im Speisewasserbehälter 5 sich befindende Speisewasser wird mittels über die Gegendruckdampfleitung 10 von der Gegendruckdampfturbine 8 zugeführten Gegendruckdampf vorerwärmt.

[0026] Der Auslass des Speisewasserbehälters 5 ist über eine Austrittsleitung 21 und die Speisewasserpumpe 4 mit einem Bypassventil 22 sowie einem Heizventil 23 verbunden. Das Bypassventil 22 ist über die Bypassleitung 24 und das Heizventil 23 über die speisewasserbeheizte Heizanordnung 15" und den Speisewasserleitungsabschnitt 25 mit der'in den Abhitzekessel 3 mündenden Speisewasserzuleitung 6 verbunden.

[0027] Im Normalfall ist das Bypassventil 22 geschlossen, so dass alles über die Austrittsleitung 21 aus dem Speisewasserbehälter 5 ausströmende Speisewasser über das offene Heizventil 23 in die Heizanordnung 15" einströmt, dort Wärme an das über die Heizwasserzuleitung 13 zuströmende, eine Temperatur von etwa 60°C aufweisende Heizwasser abgibt, und dann über den Speisewasserleitungsabschnitt 25 sowie die anschliessende Speisewasserzuleitung 6 mit einer Temperatur von etwa 65°C zur Verdampfung dem Abhitzekessel 3 zugeführt wird.

[0028] Ist aus irgend einem Grund erwünscht, die Temperatur des über die Speisewasserzuleitung 6 dem Abhitzekessel 3 zugeführten Speisewassers zu erhöhen, dann wird das Heizventil 23 teilweise oder ganz geschlossen und das Bypassventil 22 entsprechend geöffnet, so dass in der Heizanordnung 15" weniger oder gar keine Wärme an das über die Heizwasserzuleitung 13 zugeführte Heizwasser abgegeben wird.

[0029] Durch die erfindungsgemässe Ausnutzung der, im kondensierten Dampf enthaltenen Wärme zur Vorerwärmung des über die Zuleitung 13 zugeführten, aufzuheizenden, im Heizkondensator 12 als Kühlmittel benutzten Mediums, weist das bei allen in den Fig.1 bis.3 dargestellten Anlagen über die Speisewasserzuleitung 6 dem Abhitzekessel 3 zugeführte Speisewasser am Eintritt in den Abhitzekessel 3 eine Temperatur von nur etwa 65°C gegenüber von etwa 130 bis 140°C bei den bisher bekannten Anlagen auf. Dies ermöglicht bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Ausnutzung der im Abgas enthaltene Abwärme bis hinunter auf eine Temperatur von etwa 100°C, demgegenüber war bei den bisher bekannten Anlagen nur eine Ausnutzung der im Abgas enthaltenen Abwärme bis zu etwa 150 bis 200°C hinunter möglich.

Ansprüche

1. Verfahren zur Ausnutzung der in einem Abgas enthaltenen Abwärme, bei welchem man dieses Abgas durch einen in einem Dampfkreislauf einer Dampfturbinenanlage angeordneten Abhitzekessel leitet, wobei das Speisewasser aus einem Speisewasserbehälter dem Abhitzekessel zugeführt, in diesem verdampft, der derart erzeugte Dampf nach der Expansion in einer Dampfturbine in einem von einem aufzuheizenden, als Kühlmittel dienenden, gasförmigen oder flüssigem Medium durchströmten Heizkondensator kondensiert und das derart erhaltene Kondensat in den Speisewasserbehälter zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man das mittels dem Heizkondensator aufzuheizende Medium vor der Zuleitung zu letzterem mittels mindestens einer kondensatbeheizten Heizanordnung vorerwärmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das im Heizkondensator erzeugte Kondensat nach der Durchströmung der das aufzuheizende Medium vorerwärmenden Heizanordnung dem Speisewasserbehälter zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das im Heizkondensator erzeugte Kondensat nach der Durchströmung des Speisewasserbehälters der das aufzuheizende Medium vorerwärmenden Heizanordnung zuführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man den Speisewasserbehälter mittels aus der Dampfturbine, vorzugsweise einer Gegendruckdampfturbine, stammendem Entnahmedampf beheizt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das aufzuheizende Medium mittels mindestens zweier auf verschiedenen Druckstufen arbeitender Heizkondensatoren aufheizt, wobei den letzteren aus der Dampfturbine stammender, zu kondensierender Entnahmedampf zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man das aus beiden Heizkondensatoren anfallende Kondensat miteinander mischt und gemeinsam der das aufzuheizende Medium vorerwärmenden Heizanordnung zuführt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das aus dem auf einer höheren Druckstufe sich befindenden Heizkondensator anfallende Kondensat vor dem Beimischen mit aus dem auf einer niederen Druckstufe sich befindenden Heizkondensator anfallenden Kondensat durch eine zwischen diesen beiden Heizkondensatoren angeordnete, das aus dem auf der niederen Druckstufe sich befindenden Heizkondensator anfallende, in diesem als Kühlmittel dienende, aufzuheizende Medium aufheizende Heizanordnung leitet.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das aufzuheizende, im Heizkondensator als Kühlmittel dienende Medium vor der Zuleitung zur ersten kondensatbeheizten Heizanordnung mittels mindestens einem Teil des aus dem Speisewasserbehälter austretenden Speisewassers vorerwärmt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man das dem Abhitzekessel zugeführte Abgas mindestens zeitweise vor der Einleitung in den letzteren mittels einer Zusatzfeuerung erhitzt.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man das Abgas einer Gasturbine oder eines Verbrennungsmotors dem Abhitzekessel zuführt.
Bezugszeichenliste

1 = Abgaszuleitung

2 = Zusatzfeuerung

3 = Abhitzekessel

4 = Speisewasserpumpe

5 = Speisewasserbehälter

6 = Speisewasserzuleitung

7 = Dampfleitung

8 = Gegendruckdampfturbine

9 = Generator

10 = Gegendruckdampfleitung

11 = Abführleitung

12,12'= Heizkondensator

13 - Heizwasserzuleitung

14 = Kondensatpumpe

15,15'= kondensatbeheizte Heizanordnung

15"= speisewasserbeheizte Heizanordnung

16 = Heizwasseraustrittsleitung

17 = Kondensatleitung

18 = Abgasleitung

19 = Entnahmedampfleitung

20 = Kondensatverbindungsleitung

21 = Austrittsleitung

22 = Bypassventil

23 = Heizventil

24 = Bypassleitung

25 = Speisewasserleitungsabschnitt

Zeichnung