NO774028L - Anlegg for utnyttelse av en gasstroems spillvarme - Google Patents

Description

Anlegg for utnyttelse av

en gasstrøms spillvarme

Oppfinnelsen angår et anlegg for utnyttelse av en gasstrøms spillvarme, fortrinnsvis en gassturbingruppe, for generering av elektrisk strøm i et avgasskjeleanlegg, hvilket

anlegg som i gasstrømmen liggende varmeflater omfatter i det minste forvarmere, en fordamper.og en overheter samt en turbin,

en kondensator og en kondensatpumpe, og for oppvarmning av et i et varmenett strømende varmemiddel, hvorved det for oppvarmningen av varmemiddelet i gasstrømmen er anordnet en første varmeoverføringsinnretning på nedstrømssiden av avgasskjeie-anlegget, og kondensatoren er anordnet som en annen varmeover-føringsinnretning som kondenserer den i avgassanleggets turbin ekspanderte damp.

Anlegg hvor gasser, spesielt avgasser fra en gassturbin, utnyttes for oppvarmning av arbeidsmiddelet i en damp-generator er kjent. For slike anlegg, hvor det,ved siden av generering av elektrisk energi,i et avgasskjeleanlegg forarbeides en del av,den overskytende varme i et fjernvarmenett, er det alle-

rede foreslått et utkast som skal beskrives nærmere i forbindelse med fig. 1. Ved dette allerede foreslåtte utkast for et sådant, anlegg har varmenettet to for opptak av varme fira gassene i varmemiddelstrømmen bak hverandre anordnede varme-overf øringsinnretninger , av hvilke den ene oppvarmes direkte av gassene, mens varmemiddelet i den annen tjener til bortføring av varme i avgasskjeleanleggets kondensator. For å trekke mest mulig energi ut av gassene er de to varmeoverføringsinnretninger i dette anlegg anordnet slik at den direkte gassoppvarmede,

første varmeoverføringsinnretning først gjennomstrømmes av returvarmemiddelet, som strømmer tilbake i anlegget fra varmenettets varmeforbrukere for gjenoppvarmning, og at den ønskede sluttemperatur av det tilførte varmemiddel oppnås i kondensatoren.

Hensikten, med, oppfinnelsen er å øke den relative andel av den av gassene genererte energi på bekostning av den av disse utvundne oppvarmningsvarme sammenlignet med disse kjente anlegg, dvs. å gjenvinne en størst mulig andel av den i gassene inneholdte overskytende varme som mer verdifull elektrisk energi.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at de.

to varmeoverføringsinnretninger er parallellkoblet med hensyn til varmemiddelet, og videre at det i det minste i ett av de parallelle ledningsløp er anordnet innstillingsinnretninger ved hjelp av hvilke varmemiddelets temperatur ved utløpet fra den gassoppvarmede varmeoverføringsinnretning holdes høyere enn den krevede matningstemperatur av varmemiddelet i varmekretsen.

På denne måte oppnås at kondensasjonstemperaturen

i kondensatoren kan senkes i forhold til det kjente anlegg og dermed økes trykkfallet over avgasskjelens turbin, og således oppnås en relativt høyere elektrisk ytelse. Den lavere konden-sas jons temperatur muliggjøres ved at den krevede matningstemperatur tilveiebringes først ved blanding av det varmemedium som forlater kondensatoren med den til høyere temperatur bragte delstrøm fra den første, avgassoppvarmede varmeoverførings-innretning. Fordelen ved det tidligere anlegg - den gode utnyttelse av overskytende varme - bibeholdes derved da den første varmeoverføringsinnretning, som tidligere, gjennomstrømmes av det forholdsvis kjølige returvarmemiddel.

En fordelaktig mulighet for oppnåelse av den krevede temperaturfordeling oppnås når der som innstillingsinnretning i i det minste én av de til de to varmeoverføringsinnretninger førende grenledninger er anordnet et ventilorgan som styres av et i den første varmeoverføringsinnretnings utløpsledning anordnet føleorgan.

Ved sterk strupning av strømmen gjennom den første varmeoverføringsinnretning består den fare at varmemiddelet, vanligvis vann, delvis går over i damp. For å forhindre dette er det hensiktsmessig at gasstemperaturen foran den første varmeoverføringsinnretning senkes, hvilket muliggjøres om de

i avgasstrømmen liggende varmeflater av den første varmeover-

føringsinnretning er slik dimensjonert i forhold til avgasskjelens varmeflater at ingen fordampning av varmemiddelet finner sted, selv ved minimal tillatt varmegjennomstrømning i den første varmeoverføringsinnretning. Denne ytterligere av avgasskjelen opptatte varme kan imidlertid ofte ikke opp-

tas av kjelekretsløpet. Det er derfor fordelaktig at det etter de to parallellkoblede, første varmeoverføringsinnretninger i varmemiddelstrømmen, i rekke er tilkoblet en tredje, likeledes som kondensator utformet varmeoverføringsinnretning som kondenserer den i et lavtrykks- eller gassutskillingstrinn av avgasskjelen genererte, mettede damp, hvorved den tredje varmeoverføringsinnretnings kondensatutløp via en av det foran denne.herskende damptrykk og/eller av kondensatnivået i denne styrt ventil er forbundet med den annen varmeoverføringsinn-retnings kondensatrom, fra hvilket, en felles kondensatledning fører til kondensatpumpens sugeside. I tillegg kan den forholdsregel være truffet at den styrte ventils kondensatutløp i tillegg er ført direkte til kondensatpumpens sugeside. Derved oppnås at tilførsel av varme-energi til varmenettet'sikres også ved bortfall av den annen varmeoverføringsinnretning eller kondensator.

Dersom det med det nye anlegg skal garanteres av-givelse av en varme-effekt også i det tilfelle at turbinen i avgasskjeleanlegget - f.eks. som følge av et havari - må stanses, kan den. nødvendige varme-effekt sikres dersom avgasskjelens friskdampledning, som strekker seg fra overheteren til turbinen, er forbundet med den tredje varmeoverføringsinnretnings dampside via en pmføringsventil til hvilken en innretning for vanninnsprøytning er tilordnet, hvorved den anordnede vanninn-sprøytningsinnretning tjener til å forhindre overopphetning av de på turbinens nedstrømsside liggende anleggsdeler.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene som viser utførelseseksemplér på anlegg ifølge oppfinnelsen, og hvor fig. 1 viser det allerede foreslåtte anlegg som danner grunnlaget for oppfinnelsen, fig. 2 er en skjematisk fremstilling av et første utførelses-eksempel på anlegget ifølge oppfinnelsen, fig. 3 viser et ytterligere utførelseseksempel, som omfatter den nevnte til- leggskondensator og fig. 4 er et utsnitt av fig. 3 og viser en variant av trykkreguleringsinnretningen for tilleggs-kondensatoren.

På tegningene er felles anleggsdeler for de forskjellige figurer bare forsynt med henvisningtall i den grad det er nødvendig for forståelsen av beskrivelsen av den aktuelle figur.

Det kombinerte gassturbin/dampgenerator-anlegg

på fig. 1 for generering av elektrisk energi og oppvarmningsvarme har en gassturbingruppe 1 som omfatter en kompressor 2, et brennkammer 3, en med kompressoren 2 på samme aksel 4 anordnet gassturbin 5 og en på samme aksel 4 anordnet generator 6. Etter gassturbingruppen 1 er det tilkoblet et avgasskjeleanlegg 10, som, sett i avgassens strømningsretning, har en overheter 11, en fordamper 12, en sluttforvarmer 13, en for-varmer 14 og en etter disse innkoblet varmeflate 15, som danner den av avgassene direkte oppvarmede, første varmeoverførings-innretning av varmemiddelkretsløpet i fjernvarmenettet. Etter omstrømning av varmeflatene 11 - 15 blir den avkjølte turbin-gass tilført en ikke vist skorsten via en ledning 16.

En fødevannsbeholder 20 er via en sirkulasjonspumpe 21 forbundet med forvarmeren 14. Forvarmerens 14 utløp fører tilbake til fødevannsbeholderen 20, i hvilken trykket er bestemt.av den overliggende damppute. Fra fødevannsbeholderen 20 fører en ledning 23 til en fødepumpe 24 hvis utløp er forbundet med sluttforvarmeren .13. Sluttforvarmerens 13 utløp fører via en ledning 25 til en dampsylinder 26. Fra denne dampsylinder 26 tappes vann via en ledning 27, og dette vann føres via en sirkulasjonspumpe 28 til fordamperen 12.

Via en ledning 29 strømmer vanndampblanding fra fordamperen 12 tilbake til sylinderen 26, hvor dampen skilles ut. Den utskilte mettede damp føres via en ledning 30 til overheteren 11 og • strømmer fra denne i overhetet tilstand gjennom en ledning 31 til en turbin 32 som driver en generator 33. Til turbinen 33 er tilkoblet en kondensator 35 i hvilken den ekspanderte damp kondenseres. Kondensatet blir ved hjelp av en kondensatpumpe 36 førtinn i fødevannsbeholderen 20, hvor gass utskilles. Kondensatorens 35 varmebortførende sekundærside utgjør den annen varmeoverføringsinnretning for oppvarmning av varme-mediet.

Fra et sådant anlegg blir spillvarme tilført varmenettet, idet det avkjølte returkjølemiddel ved hjelp av en varmemiddelpumpe -50 føres gjennom den etterkoblede varmeflate 15 og kondensatoren 35, hvorved disse to varmeoverføringsinn-retninger 15, 35, som nevnt, er koblet etter hverandre i den nevnte rekkefølge med hensyn på varmemiddelstrømmen. Det oppvarmede varmemiddel strømmer fra kondensatoren 35, idet det er oppvarmet.til varmekretsløpets nødvendige matetemperatur, til varmenettets skjematisk antydede varmeforbrukere 66.

I et sådant anlegg blir den tilførte brennstoff-energi på den ene side omgjort til elektrisitet og på den annen side omgjort til oppvarmningsvarme. For oppnåelse av den tilsiktede, hensikt, dvs. å øke andelen av elektrisk effekt i forhold til varme-effekten, blir det beskrevne anlegg i ut-førelseseksempelet på fig. 2 endret slik at en varmemiddel-returledning 51 føréf fra varmemiddelpumpen 50 til et forgreningspunkt 52, hvorfra en ledning 53 via en fordeler-ventil 54 fører til den første varmeoverføringsinnretning, dvs. til den etterkoblede varmeflate 15.hvis utløp er forbundet med et samlepunkt 56 via en mellomledning 55. I mellomledningen 55 er der anordnet en termoføler 57 som påvirker fordelerventilen 54 via en regulator 58, således at temperaturen i mellomledningen 55 alltid tilsvarer en via en ledning 59 til regulatoren 58 tilført, ønsket verdi, hvilken verdi ifølge oppfinnelsen riktignok ligger høyere enn varmemiddelkretsløpets krevede matetemperatur, men som kan påvirkes av denne. Fortrinnsvis kan denne ønskede verdi derved holdes eller innstilles på en kon-stant verdi.

Fra forgreningspunktet 52 går videre en grenledning 60 som er forbundet med kondensatoren 35 via et innstillbart strupested 61 som tjener til å forbedre varmemiddelfordelingen på de to parallelle grener, hvilken kondensator 35 i sin tur på varmemiddelutløpssiden likeledes er forbundet med samlepunktet 56 via et ledningsstykke 62. Fra samlepunktet 56 fører så en mateledning 6 5 til nettet av oppvarmningsvarmeforbrukere 66, fra hvilket en returledning 67 fører tilbake til varmemiddel-pumpens 50 sugeside.

Som nevnt blir den ønskede verdi for temperaturen

i mellomledningen 55 innstilt høyere enn den ønskede matetemperatur i ledningen 65. Derved får kondensatoren 35 en høyere andel av det forholdsvis kjølige varmemiddel. Kondensasjonstemperaturen i kondensatoren 35 ligger derfor lavere, sammenlignet med det på fig. 1 viste anlegg. Dette har et høyere fall ved turbinen 32 til følge; den derved samtidig opp-tredende reduksjon av friskdampmengden er ikke av betydning.

Ved hjelp av den foreslåtte forholdsregel økes således for-holdet mellom generert elektrisk energi og generert varme-energi.

Dersom en bestemt mengde varme-energi må avgis,

kan anleggets varmeavgivelsesytelse økes til den høyeste verdi, hvorved det til fordel for den elektriske ytelse endrede forhold bibeholdes. Når anlegget ved tiltagende varmeforbruk sin øvre grense, kan den via ledningen 59 til regulatoren 58 tilførte ønskede verdi for temperaturen på stedet 57 senkes.

På bekostning av den elektriske energi blir det da generert

mer oppvarmningsvarme og omvendt. Denne montasje tillater således, dersom elektrisk energi kan avsettes i vilkårlig stor mengde, avhengig av oppvarmningsvarmeforbruket, eller, dersom oppvarmningsvarme kan avsettes i vilkårlig stor mengde, avhengig av strømforbruket, at anlegget, ved passende valg"av den ønskede verdi .59, alltid, innenfor visse grenser, kan.drives"méd optimal last.

Ved sterk strupning av gjennomstrømningsmengden gjennom den etterkoblede varmeflate 15 er det fare for at det i denne varmeflate opptrer en fordampning av varmemiddelet.

For å unngå dette blir derfor avgasstemperaturen foran denne etterkoblede varmeflate 15 senket ved at avgasskjelens varmeflater spesielt forvarmeren 14, dimensjoneres store i forhold til det på fig. 1 eller 2 viste anlegg, således at de kan oppta mer

varme. Ved varmeopptak av varmeflatene 11 - 14 blir tempera-

turen av gassene foran den etterkoblede varmeflate i5 på denne måte senket, således at det i denne varmeflate 15 ikke lenger opptrer fordampning. Den i avgasskjelens varmeflater i til-

legg opptatte varme kan imidlertid ofte ikke lenger absorberes av kjelekretsløpet. Som vist på fig. 3 kan derfor damp fra fødevannsbeholderen 20 via en ledning 70 tilføres en annen kondensator 71, som på varmemiddelsiden er koblet i serie med de to ifølge oppfinnelsen parallelt anordnede varmeoverførings-innretninger 15 og 35 i mateledningen 65. Kondensatoren 71 har en avløpsventil 73 som styres via en regulator 72, avhengig av det av et.føleorgan 74 målte trykk i ledningen 70,. og hvis utløpsstuss er forbundet med kondensatorens 35 kondensatrom.

Den ytterligere, via den forstørrede varmeflate 14

til fødevannsbeholderen 20 tilførte varme fører der til en trykkøkning. Som en reaksjon på denne av føléorganet 74 målte trykkøkning åpner avløpsventilen 73 ved hjelp av regulatoren 72, hvoretter vannivået i den innledningvis oversvømmede kondensator 71 senkes, og i det frigitte rom kondenseres damp fra fødevanns-beholderen 20. Kondensatet fra den i forhold til kondensatoren

35 på høyere trykk- og temperaturnivå liggende kondensator 71

flyter under normal drift via en ledning 75 og et stengeorgan

76 til kondensatoren 35.

Videre er det i tillegg fra ventilen 73 anordnet en direkte forbindelse 88 med ventilen 78 til pumpen 36, hvilket garanterer driften av kondensatoren 71 i tilfelle av at kondensatoren 35 faller ut. Kondensatstrømmen fra kondensatoren 71 til pumpen 36 sikres derved ved åpning av ventilen 78 og stengning av stengeorganene 76 og 79, mens den i turbinen 32 ekspanderte damp allikevel føres til kondensatoren 71 via en

ledning 82 og de i dette tilfelle åpnede stengeorganer 83 og 84. Omvendt forbinder denne ledning 82 ledningen 70 med kondensatoren 35 når kondensatoren 71 faller ut.

Likeledes kan det, i tilfelle av at turbinen 32

ved lukning av en ventil 85 settes ut av drift, mellom ledningene 31 og 70 være anordnet en omføringsledning 80 med en om-føringsventil 81 som har en vanninnsprøythingsinnretning 87,

for å sikre tilførselen av varme-energi via den ene, den annen

eller begge kondensatorer 35, 71, ved stans av turbinen 32.

I stedet for den på fig. 3 viste direkte innvirkning av trykket i ledningen 70 på regulatoren 72 og avløpsventilen 73, kan denne ventil være styrt av et måleføleorgan 89 som avføler kondensatonivået i kondensatoren 71, mens trykkføleorganet 74

i ledningen 70 påvirker en ytterligere,i ledningen 70 anbrag.t, trykkh<p>ldeventil 86 (fig. 4) .

Claims (7)

1. Anlegg for utnyttelse av en gasstrøms spillvarme, fortrinnsvis en gassturbingruppe, for generering av elektrisk strøm i et avgasskjeleanlegg, hvilket anlegg som i gasstrømmen liggende varmeflater omfatter i det minste forvarmere, en fordamper og en overheter samt en turbin, en kondensator og en kondensatpumpe, og for oppvarmning av et i et varmenett strøm-mende varmemiddel, hvorved det for oppvarmningen av varmemiddelet i gasstrømmen er anordnet en første varmeoverførings-innretning på nedstrømssiden av avgasskjeleanlegget, og kondensatoren er anordnet som en annen varmeoverføringsinnretning som kondenserer den i avgassanleggets turbin ekspanderte damp, karakterisert ved at de to varmeoverføringsinn-retninger (15, 35) er parallellkoblet med hensyn på varmemiddelet, og videre at det i det minste i ett av ledningsløpene (53, 55; 70, 62) er anordnet innstillingsinnretninger (54, 61) ved hjelp av hvilke varmemiddelets temperatur ved utløpet fra den gassoppvarmede varmeoverføringsinnretning (15) holdes høyere enn den' krevede matningstemperatur for varmemiddelet i varmekretsen.

2. Anlegg ifølge krav 1, karakterisert ved at det som innstillingsinnretning i i det minste én av de til de to varmeoverføringsinnretninger (15, 35) førende grenledninger (53, 60) er anordnet et ventilorgan (54) som er styrt av et i den første varmeoverføringsinnretnings (15) utløpsledning anordnet føleorgan (57)

3. Anlegg ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de i avgasstrømmen liggende varmeflater av den første varmeoverføringsinnretning (15) er dimensjonert slik i forhold til avgasskjelens varmeflater (11 - 14) at ingen fordampning av varmemiddelet finner sted selv ved minimal tillatt varmemiddelgjennomstrømning i den første varme-overføringsinnretning (15) .

4. Anlegg ifølge krav 3, karakterisert ved at det etter de to parallellkoblede, første varmeover-føringsinnretninger (15, 35) i varmemiddelstrømmen, i rekke er tilkoblet en tredje, likeledes som kondensator utformet varmeoverføringsinnretning (71) som kondenserer den i avgasskjelen genererte, mettede damp.

5. Anlegg ifølge krav 4, karakterisert ved at den tredje varmeoverføringsinnretnings (71) kondensat-utløp; via en av det foran denne herskende damptrykk og/eller av kondensatnivået i denne styrt ventil (73)y er forbundet med den annen varmeoverføringsinnretnings (35) kondensatrom, fra hvilket en felles kondensatledning (75) fører til kondensatpumpens (36) sugeside.

6. Anlegg ifølge krav 5, karakterisert ved at den styrte ventils (73) kondensatutløp i tillegg er ført direkte til kondensatpumpens (36) sugeside.

7. Anlegg ifølge et av kravene 1- 6, karakterisert ved at avgasskjelens friskdampledning (31), som fører fra overheteren (11) til turbinen (32), er forbundet med den tredje varmeoverføringsinnretnings (71) dampside via en omføringsventil (81), til hvilken en innretning (87) for vanninnsprøytning er tilordnet.