DE4341853A1

DE4341853A1 - Dampfkraftprozess für Wärmekraftwerke zur Stromerzeugung mit innengekühlter Wasserdampfverdichtung

Info

Publication number: DE4341853A1
Application number: DE4341853A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard B Dipl Ing Bretting
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-06-14
Also published as: DE4243569A1

Description

Die Erfindung beschreibt den Dampfkraftprozeß zur Stromerzeugung nach P 4243569 A1 mit einer Kreislauferweiterung zur Integration von Teilprozeßwärmeleistungen aus dem nichtadiabaten Verdichtungsvor ganges des Wasserdampfes.

Im Hauptpatent P 4243599 A1 wird für den Dampfkraftprozeß die Dampfer zeugung aus einem Niederdruckverdampfer bereits bewerkstelligt, um das gleichzeitig niedere Temperaturniveau zur Zufuhr der Wasserdampfkonden sationsleistung zu benützen. Der so erzeugte Wasserdampf wird durch einen Verdichter aus dem Verdampfer abgesaugt, wobei bereits der Turbi neneingangsdruck vom Verdichter aufgebaut wird. Um die Verdichteran triebsleistungen für diese Wasserdampfverdichtung zu minimieren, ist es der Zweck, eine starke Innenkühlung bei der Verdichtung zu wählen, da dieser nichtadiabate Verdichtungsvorgang einerseits dem patentierten Prozeßverlauf nach P 4243569 A1 entspricht und andererseits die Netto leistung des gesamten Stromerzeugungsprozesses hoch hält.

Aus P 4243569 A1 ist bekannt, daß dieser Teilprozeßverlauf im Stromer zeugungsprozeß in der rechtsseitigen Nähe der rechten Wasserdampfgrenz kurve unter Vermeidung des Wiedereintrittes in das Naßdampfgebiet erfolgt. Auch ist daraus erkennbar, daß dieser Verdichtungsvorgang in Turbo- und Schraubenverdichtern mit starker Wärmeabfuhr durch Innenkühlung zu realisieren ist.

Eine Verdichtung ohne Kühlung würde die Drücke und Temperaturen selbst in mehr- oder vielstufiger Ausführung der Wasserdampfverdichtung und damit die Verdichterantriebsleistungen wesentlich höher ansteigen lassen.

Dieser Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, alle Details der nichtadiabaten Verdichtung unter Wärmeentzug und die Einbindung dieser Wärmemengen in den nach P 4243569 A1 vorhandenen Kreisläufen zu beschreiben, sowie durch Prozeßdatenvariation die weiteren Vorteile dieses Verfahrens zu zeigen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem der gasförmige Wasserdampf entlang der inneren Verdichterflächen durch ein hohes Temperaturgefälle konvektiv gekühlt wird. Bei Turboverdichtungen wird dabei der gesamte Schaufelsatz - oder hilfsweise nur der Statorsatz - mit flüssigem Kälte mittel durch innere Kanäle auf etwa -130 Grad Celsius heruntergekühlt. Bei radialer Verdichtung im Turbosatz sind die Statorteile dazu besonders gut geeignet. Der nach Anspruch 7 von P 4243569 A1 mehrstufige Wärmeverschie bungsprozeß ist nun besonders gut geeignet, diese dem verdichteten Gas ent zogene Wärme an dessen unterster Stelle, z. B. bei -25 Grad Celsius, aufzunehmen. Für die Flüssigkeitskühlung der Verdichtung wird allerdings ein kleiner Zusatz kreislauf verwendet, dessen Arbeitsmedium bessere Temperatur- und Druckei genschaften besitzt. Dieser kleine, auch mehrstufige Zusatzkreislauf über trägt auch seine Antriebsleistungen durch sein Arbeitsmedium, z. B.

R 1150 ÄTHYLEN C₂H₄,
R 23 TRIFLOURMETHAN CHF₃ (bis -100 Grad Celsius),

R 1270 Propylen C₃H₆ (bis -100 Grad Celsius),
weiter in Richtung höherer Temperatur, so daß diese Antriebsleistungen mitsamt der aus der Verdichtung abgeführten Wärmemengen über das bereits vorhandene Wärmeverschiebungssystem dem Niederdruckverdampfer des Hauptprozesses zugeführt wird.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Verwirklichung einer nichtadiabaten Kompression des Wasserdampfes unter Wärmeentzug den Wirkungsgrad des Gesamtprozesses auf einem sehr hohen Niveau hält.

Die Ausführung der Erfindung ist im beigefügten Zeichnungs- und Datensatz beispielhaft dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen dreistufigen Kreislauf zur Erzeugung des flüssigen Kältemittels für die innere Verdichterkühlung, der als Wärmeverschie bungssystem zur Wiederverwendung der im Verdichter entzogenen Wärmen arbeitet.

Fig. 2 zeigt diesen Kreislauf (aus Fig. 1) im zugehörigen Druck- Enthalpie-Diagramm (p-h-Diagramm), woraus dessen Antriebsleistungen und die spezifischen Wärmeaufnahmeleistungen bei tiefen Temperaturen erkennbar sind.

Fig. 3 zeigt den nach P 4243569 A1 vorhandenen Hauptprozeß zur Strom erzeugung mit einem zweistufigen Zusatzprozeß, der dem Niederdruck verdampfer Wärme aus der Wasserdampfkondensation zuführt.

Fig. 4 zeigt den Teilkreislauf des oberen Wärmeverschiebungssystems nach Fig. 3 im Druck-Enthalpie-Diagramm (p-h-Diagramm) in zugehöriger zweistufiger Ausführung.

Fig. 5 zeigt beispielhaft die Verwirklichung der inneren konvektiven Verdichterkühlung durch Flüssigkeitskanäle am Beispiel von Axial schaufeln.

Fig. 6 zeigt das Anlagengesamtschema des Dampfkraftprozesses zur Stromerzeugung mit Niederdruckverdampfung des Wasserdampfes und 2 Wärmeverschiebungssysteme zur Rückgewinnung der Wasserdampfkon densationsleistungen und der Verdichterkühlungsleistungen.

Fig. 7 zeigt den Wasserdampfteilprozeß für den Turbinenbetrieb im maßstäblichen Enthaloie-Entropie-Diagramm (h-s-Diagramm) im überhitzten Gebiet mit jeweiliger Entspannung zur rechten Grenzkurve sowie darin auch den nichtadiabaten Verdichtungsvorgang zwischen den Zustandspunkten 5 und 6.

Fig. 8 zeigt den Dampfkraftprozeß zur Stromerzeugung im gesamten Enthalpie-Entropie-Diagramm als Gesamtkreislauf mit den Zustandspunkten nach Fig. 6.

Claims

1. Dampfkraftprozeß zur Stromerzeugung nach P 4243569 A1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwirklichung der gewünschten nichtadiabaten Wasserdampf verdichtung unter innerem Wärmeentzug die der Verdichtung entnom mene Wärme mittels einem flüssigen Kältemittel dem vorhandenen Wärmeverschiebungssystem zugeführt wird.

2. Dampfkraftprozeß und Zusatzprozeß nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzprozeß als Wärmeverschiebungssystem mehrstufig und mit mehr als einem Arbeitsmedium ausgeführt ist.

3. Dampfkraftprozeß nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsleistungen für den Zusatzprozeß innerhalb der Arbeitsmedien als Wärmeleistungen erhalten und wiederverwendet werden.

4. Dampfkraftprozeß nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeentzug der nichtadiabaten Verdichtung des Wasserdampfes innerhalb von Turboverdichtern konvektiv über die Innenflächen der Verdichter vollzogen wird.

5. Nichtadiabate Wasserdampfverdichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges Kältemittel durch ein Kanalsystem bei Axial verdichtern in Form von radialen Schaufelbohrungen im Schaufelsatz Wärme zur Verringerung der Verdichterantriebsleistungen abführt und wiederverwendet.

6. Nichtadiabate Wasserdampfverdichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges Kältemittel durch ein Kanalsystem bei Radial verdichtern in Form von durchflossenen Hohlräumen, die den Ver dichterströmungsweg direkt umgeben, - also auch in der Rückkehr profilierung -, Wärme zur Verringerung der Verdichterantriebslei stungen abführt und wiederverwendet.

7. Nichtadiabate Wasserdampfverdichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß bei Nichtturboverdichtung Wärme zur Verringerung der Verdichter antriebsleistungen mittels Einspritzung abgeführt und wiederverwendet wird.

8. Mehrstufiges Wärmeverschiebungssystem zur Aufnahme, Transport und Übergabe an den Dampfkraftprozeß zur Stromerzeugung nach P 4243459 A1 nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges Kältemittel Prozeßwärme aus einem Verdichter für H₂O-Dampf bei tiefen Temperaturen, z. B. -100 bis -130 Grad Celsius oder höher aufnimmt und diese bei einer Temperatur, die dem zweiten Arbeitsmedium angepaßt ist, einem zweiten Kreisprozeß zur Wirkungsgradverbesserung im zugehörigen Hauptprozeß wieder zuführt.