DE879340C

DE879340C - Thermal power plant with a circuit of the working medium

Info

Publication number: DE879340C
Application number: DEA13790A
Authority: DE
Original assignee: Aktiengesellschaft fuer Technische Studien
Current assignee: Aktiengesellschaft fuer Technische Studien
Priority date: 1947-03-01
Filing date: 1951-07-31
Publication date: 1953-06-11

Description

Wärmekraftanlage mit einem Kreislauf des Arbeitsmittels Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftanlage mit einem Kreislauf des Arbeitsmittels, in der letzteres, nachdem es-durch äußere Wärmezufuhr erhitzt-worden ist, unter Leistungsabgabe an mindestens einen Nutzleistungsempfänger in mindestens einer Turbine expandiert und hierauf nach Kühlung in mindestens einem Turboverdichter wieder auf höheren Druck gebracht wird.Thermal power plant with a circuit of the working medium The invention relates to a thermal power plant with a circuit of the working medium, in the latter, after it has been heated - by external heat supply - with power output on at least one power receiver expands in at least one turbine and then after cooling in at least one turbo compressor again to higher pressure is brought.

Es gibt Anwendungsgebiete solcher Anlagen, -wo für besondere Zwecke vorübergehend die Abgabe einer Nutzleistung gefordert wird, welche die normale Nutzleistung, für die die Anlage ausgelegt ist, wesentlich übersteigt. Um dieser Forderung genügen zu können, weist eine Wärmekraftanlage gemäß der Erfindung einen normalerweise nicht arbeitenden Hilfsverdichter auf, der bei seiner Inbetriebsetzung entspanntes Arbeitsmittel an einer Stelle hinter der Turbine ansaugt und unter höherem Druck wieder in die Saugleitung des Kreislaufturboverdichters fördert, was den Gegendruck der Turbine zu senken und zusammenhängend damit das in letzterer verarbeitete Wärmegefälle zu vergrößern gestattet.There are areas of application of such systems, where for special purposes temporarily the delivery of a useful power is required, which is the normal useful power, for which the system is designed, significantly exceeds. To meet this requirement to be able, a thermal power plant according to the invention does not normally have one working auxiliary compressor on, the relaxed work equipment when it is put into operation sucks in at a point behind the turbine and returns to the under higher pressure The suction line of the centrifugal compressor promotes what the back pressure of the turbine to lower and, related to it, to the heat gradient processed in the latter enlarge allowed.

Bei einer solchen Wärmekraftanlage läßt sich vorübergehend eine die normale Nutzleistung übersteigende Nutzleistung erzeugen, ohne da.ß der Druck im Hochdruckteil der Anlage, d. h. zwischen der Austrittsstelle des Arbeitsmittels aus dem Kreislaufverdichter und dessen Eintrittsstelle in die Turbine; prakisch eine Änderung erfährt. Das hängt damit zusammen, daß die vom Hilfsverdichter am Austrittsende der Turbine verursachte Druckabsenkung das Druckgefälle, welches in der Turbine bei praktisch sich gleichbleibendem Admissionsdruck verarbeitet wird, derart erhöht, daß sich die angestrebte Steigerung der Nutzleistung erreichen läßt. .In such a thermal power plant can temporarily a die Generate useful power exceeding normal net power without the pressure in the High pressure part of the system, d. H. between the point of exit of the work equipment from the cycle compressor and its entry point into the turbine; practical undergoes a change. That has to do with the fact that the auxiliary compressor at the outlet end of the turbine caused the pressure drop, which is processed in the turbine with practically constant admission pressure, so increased that the desired increase in useful power can be achieved. .

Der Umstand, daß sich eine die normale Nutzleistung übersteigende Nutzleistung erzeugen läßt, ohne daß, der Druck an irgendeiner Stelle des normalen Kreislaufes der Anlage erhöht zu werden braucht, ist wertvoll. Bei Anlagen der hier in Frage kommenden Art besteht bekanntlich die Möglichkeit, eine Änderung der Nutzleistungsabgabe durch Änderung des Druckniveaus im Kreislauf bei gleichbleibendem Verhältnis des Admissionsdruckes zum Gegendruck der Turbine herbeizuführen. Die höchste derart zu erreichende Leistungsabgabe ist aber mit Rücksicht auf die Beanspruchung der einzelnen Teile des Kreislaufes, d. h. der Rohrleitungen, Wärmeaustauschapparate und Gehäuse der Turbomaschinen, durch den Innendruck begrenzt. Der Erfindungsgegenstand schafft nun die Möglichkeit, unter Umgehung . dieser einschränkenden Tatsache die Anlage zu überlasten.The fact that the normal useful performance exceeds Can generate useful power without, the pressure at any point of the normal The system's cycle needs to be increased is valuable. In the case of systems here The type in question is known to have the possibility of changing the utility output by changing the pressure level in the circuit with the ratio of the Admissionsdruckes to bring about the counter pressure of the turbine. The highest of that kind The power output to be achieved is, however, taking into account the demands of the individual parts of the circuit, d. H. of pipelines, heat exchangers and housing of the turbomachinery, limited by the internal pressure. The subject of the invention now creates the option of bypassing. this limiting fact the Overload plant.

In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen von Anlagen nach der Erfindung in vereinfachter Darstellungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i eine Anlage mit nur einer Turbine und Fig. 2 eine Anlage, in Welcher die Entspannung des Arbeitsmittels in zwei in Reihe geschalteten Turbinen erfolgt.In the drawing are two example embodiments of systems illustrated according to the invention in a simplified representation, namely FIG. 1 shows a system with only one turbine and FIG. 2 shows a system in which the expansion of the working medium takes place in two turbines connected in series.

In Fig. i bezeichnet i den Turboverdichter, 2 einen Wärmeaustauscher, 3 den Erhitzer, ¢ die Turbine, 5 den Nutzleistungsempfänger und 6 den Vorkühler einer Wärmekraftanlage, in. welcher beispielsweise Luft als Arbeitsmittel einen Kreislauf beschreibt. Die Umlaufrichtung des Arbeitsmittels ist durch Pfeile angedeutet. Die Turbine 4 treibt den Verdichter i und den Nutzleistungsempfänger 5 an. An einer Stelle 7 kann Arbeitsmittel in den Kreislauf eingeführt bzw. aus demselben ausgelassen werden. 8 bezeichnet einen ein- und ausschaltbaren Hilfsverdichter, der, wenn er eingeschaltet ist, ebenfalls von der Turbine 4 angetrieben wird. Der Hilfsverdichter 8 ist auf der Saugseite durch eine Leitung g, in die ein einstellbares Absperrorgan io eingebaut ist, an eine Stelle ii des Kreislaufes der Anlage angeschlossen, welche, in der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels betrachtet, hinter der Turbine 4 und vor dem Kreislaufturboverdichter i liegt. Die Druckseite des Hilfsverdichters 8 ist dagegen durch eine Leitung 12, in die ein Zwischenkühler 13 eingebaut ist, 4,n eine Stelle 14 des Kreislaufes angeschlossen. Diese Stelle 14 liegt näher dem Verdichter i als die erstgenannte Stelle i i, und zwischen diesen zwei Stellen i i und 14 ist in den Arbeitsmittelkreislauf eineinstellbares Absperrorgan 1-5 eingebaut.In Fig. I i denotes the turbo compressor, 2 a heat exchanger, 3 the heater, ¢ the turbine, 5 the power receiver and 6 the pre-cooler a thermal power plant, in which, for example, air is used as a working medium Cycle describes. The direction of rotation of the working medium is indicated by arrows. The turbine 4 drives the compressor i and the useful power receiver 5. At a Point 7, working equipment can be introduced into the circuit or left out of the same will. 8 denotes an on and off switchable auxiliary compressor that, when he is switched on, is also driven by the turbine 4. The auxiliary compressor 8 is on the suction side through a line g, in which an adjustable shut-off element io is installed, connected to a point ii of the circuit of the system, which, viewed in the flow direction of the working medium, behind the turbine 4 and in front of the rotary turbo compressor i. The pressure side of the auxiliary compressor 8 is, however, through a line 12, in which an intercooler 13 is installed, 4, n a point 14 of the circuit connected. This point 14 is closer to the compressor i as the first-mentioned digit i i, and between these two digits i i and 14 An adjustable shut-off device 1-5 is installed in the working medium circuit.

Solange die normale Nutzleistung zu erzeugen ist, befindet sich der Hilfsverdichter 8 außer Betrieb, d. h. er ist ausgeschaltet, und das Absperrorgan io ist geschlossen, während das Absperrorgan 15 geöffnet ist, so daß durch die Nebenleitung 9 den Hilfsverdichter 8 und die Nebenleitung 12 kein Arbeitsmittel strömt. Sobald jedoch eine 2"Tutzleistung gefordert wird, welche die normale Nutzleistung übersteigt, so wird der Hilfsverdichter 8 eingeschaltet; ferner wird das Absperrorgan io geöffnet und das Absperrorgan 15 geschlossen. Das Arbeitsmittel strömt nun von der Stelle i i durch die Nebenleitung g in den Hilfsverdichter 8,. der es auf einen höheren Druck bringt und durch die Nebenleitung 12 an der Stelle 14 dem Kreislaufverdichter i zufördert.As long as the normal useful power can be generated, the Auxiliary compressor 8 out of operation, d. H. it is switched off, and the shut-off device io is closed while the valve 15 is open, so that through the secondary line 9 the auxiliary compressor 8 and the secondary line 12 no working medium flows. As soon however, a 2 "idle performance is required which exceeds the normal useful performance, so the auxiliary compressor 8 is switched on; Furthermore, the shut-off device is opened and the shut-off valve 15 is closed. The work medium now flows from the point i i through the secondary line g into the auxiliary compressor 8 ,. of it on a higher one Pressure brings and through the secondary line 12 at the point 14 the cycle compressor i promoted.

Der Hilfsverdichter 8 ist so ausgelegt, daß er einerseits am Austritt aus der Turbine 4 eine Druckabsenkung herbeiführt, anderseits das durch denselben strömende Arbeitsmittel praktisch auf den Druck bringt, der bei normaler Nutzleistungserzeugung am Eintritt in den. Kreislaufverdichter i herrscht. Bei praktisch sich gleichbleibendem Admissionsdruck der Turbine 4 wird daher das in dieser verarbeitete Druckgefälle, d. h. also das Wärmegefälle, erhöht und damit die von der Turbine 4 erzeugte Leistung vergrößert.The auxiliary compressor 8 is designed so that it is on the one hand at the outlet brings about a pressure reduction from the turbine 4, on the other hand that through the same Bringing flowing working fluids practically to the pressure that occurs with normal power generation at the entrance to the. Recirculation compressor i prevails. With practically the same Admission pressure of the turbine 4 is therefore the pressure gradient processed in this, d. H. so the heat gradient, and thus the power generated by the turbine 4 increases enlarged.

Würde bei ungeändertem Arbeitsmittelinhalt des Kreislaufes der Hilfsverdichter 8 zugeschaltet, so würde sich gleichzeitig mit der Erniedrigung des Gegendruckes der Turbine 4 deren Admissionsdruck erhöhen, da der mittlere Druck im Kreislauf praktisch sich gleichbleiben würde. Eine Erhöhung des Admissionsdruckes der Turbine ¢ über einen vorgeschriebenen Grenzwert hinaus kann aber durch entsprechenden Arbeitsmittelauslaß aus dem Kreislauf, z. B. an der Stelle 7, verhindert werden. Damit wird eine mechanische Überbeanspruchung des Hochdruckteils des Kreislaufes vermieden.If the working medium content of the circuit of the auxiliary compressor remains unchanged 8 switched on, it would occur simultaneously with the lowering of the back pressure the turbine 4 increase the admission pressure, since the mean pressure in the circuit would practically stay the same. An increase in the turbine admission pressure ¢ Above a prescribed limit value, however, can be achieved by using a suitable working fluid outlet from the cycle, e.g. B. at point 7, can be prevented. This becomes a mechanical one Avoid overstressing the high pressure part of the circuit.

In Fig. 2 bezeichnet 16 einen Niederdruckv erdichter, 17 einen. diesem nachgeschalteten Hochdruckverdichter, 18 einen Wärmeaustauscher, i9 einen ersten Erhitzer, 2o eine Hochdruckturbine, 2i einen zweiten Erhitzer, 22 eine der Hochdruckturbine 2o nachgeschaltete Niederdruckturbine und 23 einen Vorkühler. Die in Reihe geschalteten, als Turboverdichter ausgebildeten Verdichter 16 und 17 sind die normalen Kreislaufverdichter. Die Hochdruckturbine 2o treibt den Hochdruckverdichter 17 an und die Nie;derdruckturbine 2,2 den Niederdruckverdichter 16 und einen z. B. als Generator ausgebildeten, Nutzleistungsempfänger 24. Die Umlaufsrichtung des Arbeitsmittels ist auch in Fig.2 durch Pfeile angedeutet. Ferner bezeichnet 25 einen ein- und ausschaltbaren Hilfsverdichter, der im eingeschalteten Zustand von der Niederdruckturbine 22 angetrieben wird. Die Eintrittsseite des Hilfsverdichters 25 ist durch eine Leitung 26 an eine Stelle 2@7 des Arbeitsmittelkreislaufes angeschlossen, die sich hinter der Niederdruckturbin.e 22 und vo-r dem Niederdruckverdichter 16 befindet, und die Austrittsseite dieses Hilfsverdichters 25 ist durch eine Leitung 28, in die ein Zwischenkühler 2g eingebaut ist, an die Saugseite des N iederdruckverdichters 16 angeschlossen. Zwischen der Stelle 27 des Arbeitsmittelkreislaufes und dem Ein.la,ß des Niederdruckverdichters 16 ist in den Kreislauf ein einstellbares Absperrorgan 30 eingebaut; ein einstellbares Absperrorgan 3.2 ist auch in die Leitung 26 eingebaut. Schließlich bezeichnet 33 eine Stelle, an der Arbeitsmittel in den Kreislauf eingelführt b.zw. aus demselben ausgelassen werden kann.In Fig. 2, 16 denotes a Niederdruckv compressor, 17 one. this downstream high pressure compressor, 18 a heat exchanger, i9 a first heater, 2o a high pressure turbine, 2i a second heater, 22 a low pressure turbine downstream of the high pressure turbine 2o and 23 a precooler. The compressors 16 and 17 connected in series and designed as turbo compressors are normal cycle compressors. The high pressure turbine 2o drives the high pressure compressor 17 and the low pressure turbine 2,2 the low pressure compressor 16 and a z. B. designed as a generator, utility power receiver 24. The direction of rotation of the working fluid is also indicated in Figure 2 by arrows. Furthermore, 25 denotes an auxiliary compressor which can be switched on and off and which is driven by the low-pressure turbine 22 in the switched-on state. The inlet side of the auxiliary compressor 25 is connected by a line 26 to a point 2 @ 7 of the working medium circuit, which is located behind the Niederdruckturbin.e 22 and in front of the low pressure compressor 16, and the outlet side of this auxiliary compressor 25 is through a line 28, in which is installed with an intercooler 2g, connected to the suction side of the low-pressure compressor 16. Between the point 27 of the working medium circuit and the Ein.la, ß of the low-pressure compressor 16, an adjustable shut-off device 30 is built into the circuit; an adjustable shut-off element 3.2 is also built into the line 26. Finally, 33 denotes a point at which work equipment is introduced into the circuit or can be omitted from the same.

Solange keine, größere als die normale Nutzleistung zu erzeugen ist, bleibt der Hilfsverdichter 25 ausgeschaltet, ferner ist das Absperrorgan 32 geschlossen und das Absperrorgan 30 geöffnet. Der Hilfsverdichter 25 fördert dann. kein Arbeitsmittel. Sobald aber eine größere Nutzleistung als die normal zu erzeugende verlangt wird, wird der Hilfsverdichter 25 eingeschaltet, ferner wird das Absperrorgan 32 geöffnet und das Absperrorgan 30 geschlossen. Es bewirkt dann der Hilfsverdichter 25, in entsprechender Weise wie der Hilfsverdichter 8 der ersten Ausführungsform, eine Druckabsenkung am Austrittsende der Niederdruckturbine 22 und damit eine Vergrößerung des in dieser verarbeiteten Druckgefälles, was die angestrebte Leistungsvergrößerung zu erreichen gestattet.As long as no power output greater than normal is to be generated, the auxiliary compressor 25 remains switched off, the shut-off element 32 is also closed and the shut-off element 30 is open. The auxiliary compressor 25 then promotes. no work equipment. However, as soon as a greater useful power than that normally to be generated is required, the auxiliary compressor 25 is switched on, furthermore the shut-off element 32 is opened and the shut-off element 30 is closed. The auxiliary compressor 25 then causes, in a manner corresponding to the auxiliary compressor 8 of the first embodiment, a pressure reduction at the outlet end of the low-pressure turbine 22 and thus an increase in the pressure gradient processed therein, which allows the desired increase in output to be achieved.

Es können Mittel vorhanden sein, welche bei laufendem Hilfsverdichter eine Erhöhung des Admissionsdruckes der Turbine über einen vorgeschriebenen Grenzwert hinaus selbsttätig verhindern, indem sie z. B. eine Vorrichtung beeinflussen, welche den Ausfluß von Arbeitsmittel aus dem Kreislauf beherrscht.Means may be available which can be used when the auxiliary compressor is running an increase in the admission pressure of the turbine above a prescribed limit value also prevent automatically by z. B. affect a device which controls the outflow of working fluids from the circuit.

Anstatt den Hilfsverdichter von einer Turbine des Kreislaufes antreiben zu lassen, kann für dessen Antrieb auch eine besondere Kraftquelle vor-,gesehen sein.Instead of driving the auxiliary compressor from a turbine of the circuit to leave, a special power source can also be provided for its drive, seen be.

Der Hilfsverdichter kann auch ständig mitlaufen, wobei aber in. der Zeit, wo, er nicht arbeiten, d. h. nicht fördern soll, das Gehäuse saug- und druckseitig abzusperren und zur Vermeidung von Ventilationsverlusten die Luft daraus zu evakuieren ist.The auxiliary compressor can also run continuously, but in Time where, he doesn't work, d. H. should not promote, the housing suction and pressure side shut off and evacuate the air from it to avoid ventilation losses is.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Thermal power plant with a circuit of the working medium, in the latter after it has been heated by external heat Power output to at least one useful power recipient in at least one turbine expands and then on again after cooling in at least one turbo compressor higher. Pressure is brought, indicated by a normally not working Auxiliary compressor, the relaxed work equipment on a Place behind the turbine and then back into the suction line under higher pressure of the centrifugal compressor promotes, which lower the back pressure of the turbine and, related to it, to increase the heat gradient processed in the latter allowed.

2. Thermal power plant according to claim i, with means for changing the working fluid content in the circuit, characterized in that this means with the auxiliary compressor running an increase in the admission pressure of the turbine above a prescribed limit value prevent automatically by letting the working medium out of the circuit.

3. Thermal power plant according to claim i, characterized in that, the auxiliary compressor gets its drive from a turbine of the circuit. q .. thermal power plant after Claims i and 3, in which the Arheitmittel in succession at least two Turbines flowing through, characterized in that the auxiliary compressor has its drive from the turbine through which the working medium lasted.