NO842325L - Anordning til lagring av termisk energi og gjenvinning av denne og fremgangsmaate til drift av en dampgenerator som fyres med fossilt brendsel - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår energilagring. Mer bestemt angår oppfinnelsen en anordning for lagring og gjenvinning av termisk energi for dampgeneratorer som fyres med fossilt brensel, der det benyttes varmeutvekslere med bevegelig lag.

Elektrisitet som fremstilles på et elektrisk kraftanlegg må

i alminnelighet forbrukes med en gang. Behovet for elektrisitet fra et slikt anlegg er ikke konstant, men varierer gjennom døgnets 24 timer. Dette har krevet at elektriske kraftanlegg må bygges slik at de kan arbeide over et område av produksjons-nivåer og dessuten være istand til å frembringe tilstrekkelig elektrisktet til å tilfredsstille toppbehov.

Konstruksjon av et vanlig anlegg for at dette skal gi tilrstrekkelig damp ved overheterutløpene ved topp belastning, er i seg selv uøkonomisk på grunn av at omkostningene ved byggingen av anlegget er proporsjonale med kapasiteten. Ideelt sett bør anlegget, i tillegg til at det er bygget for anvendelse av et økonomisk brensel,- være konstruert med kapasitet for et gjennomsnitlig belastningsnivå, for derved å unngå de høyere byggeomkostninger som skyldes toppkapasitet,.noe som ville være mulig om toppbehovene kunne tilfredsstilles ved en eller annen ekstra kilde. Ekstra energikilder som er tilgjengelige idag til anvendelse under toppbelastningsperi-oder, innbefatter dieselmotorer, ytterligere dampturbingene-ratorer som drives med fossilt brensel og"hydropumpeanleggj

Det vanlige medium for transport av energi for drift av en turbogenerator eller for anvendelse i industrielle prosesser, har vært og ventes å fortsette og være damp med høy temperatur. Selv om damp kan overhetes til høye temperaturer for å for-bedre virkningsgradene ved Rankine syklusen, vil det hvis man forsøker å utveksle varme fra dampen til et fluidum som ikke endrer fase ved lagring av energien, f.eks. når varmeenergi lagres i området 260°-320°C, vil faseforandringen fra damp til vann i seg selv begrense den mengde varmeenergi som kan gjenvinnes for anvendelse på et senere tidspunkt, fordi store varmemengder går tapt på grunn av de termisk irreversible forhold som er knyttet til varmeoverføring mellom fluider som forandrer fase og fluider som ikke forandrer fase. Disse varmetap er vist ved temperatur-entropi-kurven på fig. 1, der linjen 10 representerer temperatur-entropiforholdet for damp som anvendes på konvensjonell måte i en effektiv Rankin syklus. I dette diagram er imidlertid dampen vist anvendt for ladning av et lagringsmedium. Linjen 12 representerer temperatur-entropiforholdet for mottak av energi av et lagringsmedium som ikke forandrer fase og linjen 14 representerer temperatur-entropiforholdet for mottak av energi ved damp/vann fra lagringsmediet. Som vist ved det skraverte område 16, vil en betydelig mengde av den tilgjengelige varmeenergi gå tapt under ladnings-operasjonen i løpet av hvilken damp avgir sin latente varme til lagringsmediet. Under energi gjenvinningen, vil det enfasede lagringsmedium avgi sin ladning til frembringelse av lavtrykksdamp, men også nå med de tap som er vist med det skraverte område 18. Begge tapene er resultatet av irreversible termodynamiske prosesser. På denne er begge energi-overføringsprosesser begrenset av det som vanligvis kalles "klempunkter" mellom temperaturen på et lagringsmedie og de to metningstemperaturer som vist på fig. 1. Resultatet er dampfrembringelse ved linjen 14 som bare kan skape energi ved en Rankine syklus med betydelig lavere virkningsgrad enn dampfrembringelse ved linjen 10.

Lagring av varmeenergi er vanskelig og uøkonomisk bare med dampsykluser, der damp eller vann anvendes som lagringsmedium fordi ^energilagring i damp eller vann innebærer irreversible termodynamiske prosesser ved faseforandring på grunn av flashing fra høye metningstemperaturer, slik at det kreves bruk av høytrykksakkumulatorer. Olje eller andre fluider enten alene eller kombinert med sten, kan ha tilbøyelighet til å bli forringet, noe som fører til

høye vedlikeholdsomkostninger.

Bruk av smeltede salter eller flytende metaller som lagringsmedium, fører til forurensninger og problemer for omgivelsene. Blandt disse problemer har man nødvendigheten av å holde det smeltede salt eller flytende metall kontinuerlig i flytende tilstand i alle rørpassasjer og i lagringsområder. En svikt i anlegget som fører til selv en midlertidig avstengning, kan føre til størkning av det smeltede salt eller flytende metall, noe som resulterer i overordentlig vanskelige problemer når det gjelder ny oppstarting av anlegget. I tillegg er smeltet salt korroderende på de vanlige metallflater som det smeltede salt kan komme i kontakt med. Smeltet metall som f.eks. flytende natrium kan være farlig når det kommer i kontakt med luft eller vann.

Det er ønskelig å komme frem til en anordning for lagring og gjenvinning av varmeenergi for en dampgenerator som fyres med fossilt brensel, der ulempene ved tidligere kjente løsninger er opphevet. Det er ønskelig å eliminere de store energitap som er knyttet til overføring av energi fra et fluidum som forandrer fase til et lagringsmedium som ikke forandrer fase og fra dette lagringsmedium til vann, for å generere damp til kraftfrembringelsen. Det er ogsåønskelig å eliminere ulempene som er knyttet til bruk av vann eller damp som lagringsmeddium.

Det er således en hensikt med foreliggende oppfinnelse å komme frem til en fremgangsmåte og en anordning for lagring ved gjenvinning av varmeenergi som avgis av en dampgenerator som fyres med fossilt brensel, der ueffektive forhold ved Rankine syklusen som er knyttet til avgivelse av varmeenergi fra et fluidum som forandrer fase til et lagrings-og gjenvinnings-medium som ikke forandrer fase, er opphevet.

En annen hensikt' med denne oppfinnelse er å komme frem "til

et materiale som er billig, trygt for omgivelsene, ikke

korroderende og ikke oppviser alvorlige driftsproblemer ved temperaturer som ligger enten over eller under de normale arbeidstemperaturer for anlegget når materialet anvendes som lagringsmedium i en anordning for lagring og gjenvinning av varmeenergi.

Ennu en hensikt med foreliggende oppfinnelse er å kunne overføre varmeenergi til et materiale av den nevnte art for frembringelse av energi ved en Rankine syklus med høye virkningsgrader.

Dessuten er det en hensikt med foreliggende oppfinnelse

å unngå vanskelighetene som er nevnt ovenfor, samtidig med at man opphever de økonomisk uattraktive alternativer fra teknikkens stand for derved å få til en betydelig fordel for pålitelig varmeenergilagring i et kraftanlegg drevet med en dampgenerator som fyres med fossilt brensen.

Det er dessuten en hensikt med foreliggende oppfinnelse å komme frem til et system for lagring og gjenvinning av varmeenergi ved høy temperatur for en dampgenerator som fyres med fossilt brensen, der systemet er enkelt i oppbygning, solid i konstruksjon, økonomisk å fremstille og økonomisk å drive.;

De forskjellige nye trekk som karakteriserer oppfinnelsen

er gjengitt i detalj i kravene og for å få en bedre for-ståelse av oppfinnelsen, dens driftsmessige fordeler og spesielle hensikter som oppnås ved anvendelsen, skal det vises til de medfølgende tetninger og den nedenstående beskrivelse av en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen.

Figur 1 er et temperatur-entropidiagram som viser ulempene ved en tidligere kjent fremgangsmåte til lagring og gjenvinning av varmeenergi,

figur 2 viser skjematisk et kraftanlegg som har en damp-

generator fyrt med fossilt brensel og en anordning til lagring og gjenvinning av varmeenergi, der foreliggende oppfinnelse er innbefattet,

figur 3- viser et temperatur-entropidiagram som gjengir temperatur og energinivåene som er knyttet til overføring av varmeenergi - fra avtrekksgasser til sand og fra sand til en kraftgenererende Rankine syklus i henhold til'foreliggende oppfinnelse og

figur 4 er et temperatur-entalpidiagram som viser varme-utvekslingen mellom sand som har høy temperatur og damp i henhold til oppfinnelsen.

På figur 2 er det ved 19 generelt vist et kraftanlegg med

en kullfyrt dampgenerator 20 som benyttes til å frembringe damp for høytrykks og lavtrykks turbiner 22 og 24 (i det følgende kalt HP og LP turbiner) som i alminnelighet driver en felles aksel 25 og som kan virke som kraftkilde for

en elektrisk'generator eller en skipspropell eller for å skape fremdriftskraft for et annet formål. Det skal påpekes at oppfinnelsen omhandler ikke bare kullfyrte dampgeneratorer, men kan også omfatte og dens omfang er ment å innbefatte oljefyrte, gassfyrte, avfallsfyrte og andre typer dampgeneratorer som fyres med fossilt brensel og som utnytter varmeenergien i avtrekksgasser til varming av damp og andre gassformede medier, idet avtrekksgassene strømmer gjennom en på forhånd bestemt bane gjennom dampgeneratoren til et utløpspunkt. Det skal også pekes på at oppfinnelsen ikke er begrenset bare til dampgeneratorer, men kan innbefatte forskjellige andre generatorer for gassformede medier. Strømningsbanen for avtrekksgassen gjennom dampgeneratoren

20 er vist med piler ved 26. Avtrekksgassen kommer ut fra dampgeneratoren 20 på et sted som er betegnet med 28, hvoretter gassen kan passere gjennom en luftvarmer (ikke vist) eller annet vanlig utstyr så som utstyr for kontroll med forurensninger før avtrekksgassene slipper opp gjennom

skorstenen til atmosfæren.

På vanlig måte blir vann ført gjennom regenerative føde-vannsvarmere som er vist ved 30 og til en fødevannspumpe 34 som driver det oppvarmede vann gjennom en ytterligere fødevannsvarmer 30 og en fødevanns reguleringsventil 3 2

ved et trykk som er noe høyere enn trykket i dampgeneratoren 20 til dampgeneratorens kappe 36. Vann blir så sirkulert gjennom et fallrør 38 og gjennom vanlige dampgenererende røkrør (ikke vist) tilbake til kappen 36. Under denne prosess blir varme fra forbrenningen av et fossilt brensel med brennere som er skjematisk vist ved 4 2 i ovnen som er gjengitt ved 40, overført til vannet for å danne mettet damp. Denne mettede damp blir adskilt fra vannet i kappen 36 og føres til en plateformet overheter 44 der den mettede damp blir overhetet og deretter ført gjennom en ledning 46

til høytrykksturbinen 22. Den overhetede damp vil ekspandere i HP turbinen 22 for å utføre arbeid, hvoretter den føres tilbake til en varmeanordning 48 for ny oppvarming gjennom ledningen 47. Ytterligere varmeenergi blir tilført dampen i varmeanordningen 48 slik det vil bli beskrevet i det følgende, hvoretter på nytt oppvarmet damp føres til lavtrykksturbinen 24 gjennom ledningen 49, der dampen igjen ekspanderes for å utføre arbeid og så slipper ut gjennom ledningen 50 til en vanlig kondensator (ikke vist), hvoretter den kondenserte damp kan føres tilbake til fødevannsvarmeren 3'0 og syklusen gjentas.

Det kan være ønskelig å drive dampgeneratoren 20 kontinuerlig ved en konstant belastning i 24 timer pr. dag. I tillegg til de økonomiske fordeler når det gjelder byggetomt og konstruksjon av kjeler med mindre kapasitet for drift av turbingeneratorer med høyere kapasitet, har man også andre fordeler som anses for å gjøre en slik drift ønskelig. Selv om kullfyrte dampgeneratorer og tilhørende turbinrør kan kobles inn og ut hver dag, er inn-og utkobling av skrubbere, filtrerkammere og utfellingsanordninger knyttet til komplika sjoner og vanskeligheter. Hvis ytterligere overheterkapasi-tet og en ekonomiser såvel som varmeanordningen 48 for gjenoppvarming var anbragt i banen for avtrekksgassen gjennom dampgeneratoren 20 for å gi økt dampytelse ved varmeutveksling direkte med avtrekksgassene og hvis endel av dampytelsen så ble anvendt for å avgi varmeenergi til et lagringsmedium for varmeenergi uten faseforandring for gjenvinning under perioder med høy belastning, ville dette resultere i de tidligere beskrevne lave virkningsgrader for Rankine syklusen. For å komme frem til lagring og gjenvinning av varmeenergi for dampgeneratorer som fyres med fossilt brensel,der de lave virkningsgrader i forbindelse med Rankine syklusen er opphevet, har man i henhold til foreliggende oppfinnelse en første varmeutveksler med bevegelig lag som er innrettet til å motta varmeenergi direkte ved varmeutveksling med avtrekksgassen. En slik første varmeutveksler- med bevegelig lag er vist på figur 2 og omfatter fortrinnsvis en primær første varmeutveksler 52 og en sekundær første varmeutveksler 54 på oppstrømsiden, sett i forhold til avtrekksgassens strømning. De første varmeutvekslere 52 og 54 med bevegelig lag er fortrinnsvis anbragt i banen 26 for avtrekksgassen for å unngå å måtte sørge for kostbare kanaler som ellers er nødvendig for føring av avtrekksgasser mellom varmeutvekslerene 52 og 54 og avtrekksgassrom. Varmeutvekslerene 52 og 54 er fortrinnsvis anbragt på nedstrømsiden, men i tilknytning til over-heteren 44 i forhold til gasstrømmen og på oppstrømsiden for luftvarmeren (ikke vist). Som vist og angitt med pilene 26 på figur 2, er hver av de første varmeutvekslere 52 og

54 med bevegelig lag åpne for gjennomstrømning av avtrekksgass inn i og ut av varmeutvekslere for strømning i varmeutvekslende krysstrømforhold med lagringsmediene for varmeenergi, der mediene strømmer gjennom ledninger som er skjematisk vist ved 56 og som strekker seg fortrinnsvis vertikalt for å muliggjøre tyngdekraftmatning av lagringsmediene for varmeenergi gjennom varmeutvekslerene. Dampgeneratoren 20 kan være en nylig bygget dampgenerator eller den kan være en dampgenerator som er ombygget senere ved at man fjerner en sekundær forvarmer, seksjoner av en primær forvarmer, en ekonomiser og en varmeanordning for gjenvarming og erstatte dusse med de første varmeutvekslere 52 og 54.

For å komme frem til et lagringsmedium for varmeenergi,

som er billig, trygt for omgivelsene, ikke korroderende,

og ikke skaper driftsvanskeligheter hvis temperaturen faller til en verdi som er betydelig mindre enn de normale arbeidstemperaturer, er i henhold til foreliggende oppfinnelse lag-ringsmediert for varmeenergi for samvirkning med de første varmeutvekslere 52 og 54 med bevegelig lag i varmeutvekslende forhold til avtrekksgassene, et bevegelig lag av sand eller andre ildfaste partikler som forblir i form av granulerte, faste stoffer over de temperaturer som de normalt blir ut-satt for når dampgeneratoren 20 er i drift og når den er utkoblet. Ved "bevegelig lag" er det ment kornformede, faste stoffer i et prosesskar, der de sirkuleres (beveges) enten mekanisk eller ved tyngdekraftstrøm. Dette er i motsetning til "fluidisert lag" som er definert som en luftpute eller en pute av varme gasser eller væske, hvorpå det flyter eller på annen måte transporteres et pulverformet materiale gjennom prosesskaret. De frittflytende ildfaste partikler som er vist ved 58 er fortrinnsvis kuleformede med en en ensartet størrelse på omtrent 100 mikron og er naturligvis fortrinnsvis billige. Akseptable materialer innbefatter, men er ikke begrenset til kisel sand, barytt sand (barium sulfat), delvis kalsimert leire, glasskuler og gjenvunnende petroleum-katalysatorer. I den utførelsesform for oppfinnelsen som her er beskrevet blir kisel sand benyttet som varmelagring-medium.

I motsetning til de lave virkningsgrader for Rankine syklusene som er vist på figur 1 og som man får ved varmeutveksling fra damp til et lagringsmedium uten faseforandring, er de forbedrede virkningsgrader ved Rankine syklusen som fremkommer når termisk energi utveksles mellom varme avtrekksgasser og sand for varmelagring, vist ved temperatur entropi diagrammet på figur 3, der linjen 60 representerer temperatur-entropi-forholdet for avtrekksgassen, idet den avgir varme til sanden, linje 62 representerer temperatur-entropi-forholdet for sanden når denne mottar og avgir termisk energi og linjen 64 representerer temperatur-entropi-forholdet for dampen under en topp-belastningstilstand der det avgis varmeenergi fra sanden.

Det mindre område som er vist som den skraverte del 6 5 representerer irreversible forhold for avtrekksgassen som avgir termisk energi til sanden, vil når det sammenlignes med det analoge området 16 på figur 1, vise de forbedrede virkningsgrader for Rankine syklusen, som oppnås ved varmeenergilagring og gjenvinningsutstyr der oppfinnelsen benyttes.

Sand som har avgitt sin varmeenergi til dampen for anvendelse (i det følgende kalt "utmattet sand") kan lagres i reservo-aret 66. Den kan deretter transporteres til toppen av den første primære varmeutveksler 52 med bevegelig lag ved hjelp av passende midler, f.eks. en båndtransportør, bøttetranspor-tør eller en skruetransportør som skjematisk vist ved linjen 58 og fra dette punkt blir sanden fortrinnsvis matet med tyngdekraft gjennom ledninger 56, så som rør ned til bunnen i varmeutvekslende forhold til en tverrstrøm av avtrekksgassene. Den oppvarmede sand blir så igjen transportert som vist skjematisk ved 70 til toppen av den sekundære, første varmeutveksler 54 med bevegelig lag og ved dette punkt blir sanden igjen fortrinnsvis matet av tyngdekraft gjennom ledninger 56 til bunnen i varmeutvekslende forhold til en tverr-strøm av avtrekksgasser.

I henhold til oppfinnelsen finnes det lageranordninger,

f.eks. et reservoir 72 for sand med høy temperatur for lagring av laget av oppvarmede varmebestandige partikler 58, som varmeenergi er blitt overført til i de primære og sekundære varmeutvekslere 52 og 56 med bevegelig lag. ' Reséirvoiret 72 for sand-med høy i temperatur er fortrinnsvis anbragt under den sekundære første varmeutveksler 54 med bevegelig lag for at de ildfaste partikler som har høy temperatur skal settes i bevegelse med tyngdekraften som vist med linjen 74 til reservoiret 72.

Selv om endel av de varme, ildfaste partikler 58 kan ledes

fra reservoiret 72 gjennom ledningen 80 og ventilen 81 til gjenvarmeren 48, ledes de oppvarmede, ildfaste partikler 58 fortrinnsvis direkte til gjenvarmeren 48 via ledningen 76 og ventilen 77 og passerer derved utenomreservoiret 72.

Varme, ildfaste partikler tilføres gjenvarmeren 48 fortrinnsvis kontinuerlig 24 timer i døgnet for gjenvarming av damp mellom HP og LP turbinene, henholdsvis 22 og 24. Utbrukte partikler 58 blir så ført via ledningen 82 til reservoiret 66 for ny anvendelse. Det bevegelige lag av varme, ildfaste partikler 58 passerer gjennom gjenvarmeren 48 i varmeutvekslende forhold med damp som passerer gjennom fra HP turbinen 22 for gjenvarming av dampen. Gjenvarmeren 48 er fortrinnsvis anbragt ute av strømningsbanen for avtrekksgassen og nær ved turbinene 22 og 24 for å unngå langstrakte damprør-løp og de resulterende trykktap som vil oppstå hvis gjenvarmeren på vanlig måte var anbragt i rommene for avtrekksgassen og benyttet varmet direkte fra avtrekksgassene til gjenvarming av dampen.

Resten av sanden 58 blir samlet i høytemperaturreservoiret

72 for sand under perioder med lav belastning, f.eks. sent på kvelden, for så å bli utmatet under perioder med høy belastning, til en andre varmeutveksler med bevegelig lag f.eks. toppbelastnings-kjelen 78 via ledningen 84 og ventilen 86, for å kunne strømme i varmeutvekslende forhold til vannet som kommer inn i toppbelastningskjelen 78 via ledningen 88

og ventilen 90 for derfor å frembringe damp som mates til HP turbinen 22 gjennom ledningen 79. Som tillegg til den

damp som føres via ledningen 46- til HP turbinen 22 fra over-heteren 44. Brukt sand fra toppbelastningskjelen 78 kan

deretter returneres til lavtemperaturreservoiret 66 for sand via ledningen 92. Om det ønskes kan en ventil 94 an-ordnes for å føre sand fra gjenvarmeren 48 til toppbelastningskjelen 78 for utnyttelse av den varmeenergi som frem-deles finnes i sanden etter dens passasje gjennom gjenvarmeren. Det er fordelaktig om gjenvarmeren 48 og toppbelastnings-kjelen 78 er anbragt under høytemperatur-reservoiret 72 for sanden og at lavtemperaturreservoiret 66 for sanden ligger under gjenvarmeren 48 og toppbelastningskjelen 78, slik at tyngdekraften bringer sanden 58 til å flytte fra høytemperatur-reservoiret 72 gjennom gjenvarmeren 48 og toppbelastnings-kjelen 78 til lavtemperatur-reservoiret 66, for å unngå behov for maskineri til bevegelse av sanden og de komplikasjoner som kan skyldes dette.

En typisk anvendelse for en anordning til lagring og gjenvinning av varmeenergi i henhold til oppfinnelsen, er en dampgenerator som fyres med fossilt brendsel og har en brendsel-energi-inngang eller varmeabsorbsjonskapasitet svarende til omtrent 65% av turbinens toppkapasitet. Dampgeneratoren vil da arbeide ved sin absorbsjonskapasitet 24 timer i døgnet - med turbingeneratoren arbeidende ved full kapasitet 8 til 12 timer og omtrent 30 til 45% av sin kapasitet i resten av døgnet. Forskjellen mellom den reduserte kapasitet for dampgeneratorer og 100% turbinkapasitet ved toppbelastning, ut-lignes med den damp som frembringes i toppbelastningskjelen 78. Forskjellen mellom 30 til 45% turbinbelastning i timene med lavt kraftbehov og dampgeneratorens kapasitet på 65%, muliggjør oppbygning av et varmeenergilager i reservoiret 72.

Ved en typisk utførelsesform for oppfinnelsen, blir sand

for et anlegg på 600 megawatt varmet opp fra omtrent 422

til 644 grader Kelvin i den primære første varmeutveksler 52. Sanden blir deretter matet til den sekundære første varmeutyeksler 54, der det varmes opp fra omtrent 644 grader Kelvin til sluttemperaturen på omtrent 978 grader Kelvin.

Noe av sanden som har høy temperatur blir kontinuerlig ledet til gjenvarmeren 48. Resten av høytemperatursanden blir lagret i høytemperatur-reservoiret 72 inntil sanden skal benyttes. Transport med mekaniske midler av lavtemperatur-sand fra lavtemperatur-reservoiret 66 til den primære første varmeutveksler 52 med bevegelig lag og av den delvis oppvarmede sand til den sekundære første varmeutveksler 54 med bevegelig lag, vil ikke skape vanskeligheter fordi sanden har forholdsvis lave temperaturer. Etterat den er ført til den sekundære første varmeutveksler 54, unngås problemet med sandtransporten ved på en fordelaktig måte å utnytte tyngde-kraftens virkning på den ladede sand.

På figur 4 representerer linjen 98 temperatur-entalpi diagrammet for sanden under utmatning og linjen 99 representerer temperatur-entalpi diagrammet for vann/dampfrembringelse og anvendelse i toppbelastningskjelen. Underkjølt vann blir varmet opp i toppbelastningskjelen 78 fra en temperatur på omtrent 395 grader Kelvin til en overhetningstemperatur på omtrent 483 grader Kelvin, slik at dampen er egnet for til-førsel til HP turbinen 22. I tillegg vil gjenvarmeren 48 på nytt varme hele dampmengden som kommer fra HP turbinen 22 til en temperatur på omtrent 783 grader Kelvin slik at denne damp er egnet for tilførsel til LP turbinen 24.

Da dampgeneratoren 20 ikke behøver å frembringe damp for toppbelastninger ved overheterutløper, kan fyrstedets størrelse reduseres proporsjonalt i overensstemmelse med tekniske prinsipper som er almindelige kunnskaper for fagfolk på det område foreliggende oppfinnelse angår og det finnes fortrinnsvis midler for sirkulasjon av tempererende avtrekksgass gjennom strømningsrommene for å redusere dampproduksjonen og sørge for øket massestrøm av avtrekksgasser i konvensjons-løpene for økt varmeabsorpsjon ved disse løp til overføring av varme til de ildfaste partikler 58 uten å øke fyrstedets gasstemperatur ved utløpet til et nivå der askepartikler fra brendselet kan danne smeltet slagg og binde seg til varme- overføringsflater for konveksjon' for derved å blokkere trange avtrekksgasspassasjer, særlig i dampgeneratorer som er kullfyrte eller oljefyrte. Ved "gasstemperering"

menes resirkulasjon av endel av de kjøligere avtrekksgasser gjennom varmeoverføringsflåtene for konveksjon. Slike tempereringsmidler for avtrekksgassen kan innbefatte en gass-tempererende vifte 100 som tilføres endel av avtrekksgassen gjennom en ledning 102 på nedstrømsiden av varmeutveksleren 52 og driver avtrekksgassen gjennom ledningen 102 til gass-tempereringsportene ved 106 på oppstrømsiden av den plate-formede overheter 44. r et typisk tilfelle kan dampproduksjonen reduseres med kanskje 35,5 prosent ved å sirkulere 25 prosent tempererende avtrekksgass gjennom konveksjons-rommene..

De forskjellige strømningshastigheter for sand, damp og avtrekksgasser og dimensjoner på de forskjellige apparatdeler, kan beregnes ved å anvende konstruksjonsprinsipper som er almindelige kunnskaper for fagfolk på det område oppfinnelsen ligger.

Som temperatur-entropi diagrammet og temperatur-entalpi diagrammet på figurene 3 og 4 viser, ligger en fordel ved å anvende et enfaset varmeoverføringsmedium med høy temperatur i dets muligheter for lagring godt over den kritiske temperatur for vann og dermed over de mest effektive Rankine cykler. Energitapene som er knyttet til faseforandringen og "pinch points" som opptrer både under ladning og utladningstrinnene reduseres som et resultat av grunnere varmegradienter og fravær av "pinch points".

Da størkning av natrium finner sted ved omtrent 371 grader Kelvin og av smeltet salt ved omtrent 505 grader Kelvin, ligger en betydningsfull fordel ved bruk av sand eller andre ildfaste partikler som varmelagrende medium, i åt det ikke vil være noen- minimumtemperatur innenfor driftstemperat-ur-områdene eller ved stans av anlegget, som sanden må holdes på. Det antas at noen særlig erosjon av varmeutvekslerrørene på grunn av strømmende sand ikke vil inntre så lenge sandens hastighet gjennom varmeutvekslerrørene er mindre enn 1,5 meter pr. sekund.

En spesiell konstruksjon av apparaturen for varmeenergilagring og gjenvinning i henhold til oppfinnelsen, kan bygge på konstruksjonsprinsipper som er almindelige kunnskaper for fagfolk på det området oppfinnelsen hører til. Noen trekk ved foreliggende oppfinnelse kan enkelte ganger anvendes med fordel uten tilsvarende bruk av de andre trekk. Det skal også pekes på at oppfinnelsen ikke på noen måte er begrenset til de spesielle utførelsesformer som her er vist og beskrevet og at forskjellige modifikasjoner kan gjøres uten at man derved kommer utenfor beskyttelsesomfanget for foreliggende oppfinnelse slik det er fastlagt i kravene.

Claims (17)

1• I et anlegg, innbefattende en dampgenerator som fyres med fossilt brendsel og derved frembringer avtrekksgasser som strømmer langs en på forhånd bestemt bane til et utløp fra dampgeneratoren og en anordning for lagring av overskytende varmeenergi under perioder med lav belastning og for gjenvinning av den lagrede varmeenergi for bruk under perioder med høy belastning, hvilken anordning innbefatter en fjørste varmeutveksler med bevegelig lag for føring av ét lag av ildfaste partikler i varmeutvekslende forhold med avtrekksgassene for å motta varmeenergi fra disse, lagrings-anordninger for lagring av i det minste endel av laget av oppvarmede," ildfaste "partikler og en andre varmeutveksler med bevegelig lag for føring av i det minste endel av laget av oppvarmede,'ildfaste partikler i varmeutvekslende forhold til et fluidum for overføring av. varmeenergi til dette ved bruk.

2. Anlegg som angitt i krav 1, der den første varmeutveksler med bevegelig lag er anbragt i den nevnte på forhånd bestemte bane for avtrekksgasser.

3. Anlegg som angitt i krav 2, der den første varmeutveksler med bevegelig lag er anbragt i dampgeneratorens konveksjonsrom og på nedstrømsiden av, sett i forhold til avtrekksgassens strømning og inntil en overheter for dampgeneratoren .

4. Anlegg som angitt i krav 2, der anordningen videre omfatter midler for resirkulasjon av endel av avtrekksgassene fra nedstrømsiden av den første varmeutveksler med bevegelig lag gjennom denne første varmeutveksler.

5. Anlegg som angitt i krav 1, der anordningen videre omfatter midler for resirkulasjon av endel av avtrekksgassene fra nedstrømsiden av den første varmeutveksler med

6. Anlegg som angitt i krav 1, der anordningen videre omfatter en gjenvarmer for føring av laget av varme ildfaste partikler i varmeutvekslende forhold til damp som slippes ut fra en turbin til gjenoppvarming av dampen for føring av denne til en lavtrykksturbin og hvilken gjenvarmer er anbragt ute av strø mningsbanen for avtrekksgassene og nær ved turbinene.

7. Anlegg som angitt i krav 6, der den første varmeutveksler med bevegelig lag er anbragt i den nevnte på forhånd bestemte bane for avtrekksgassene.

8. Anlegg som angitt i krav 1, der lagringsmidlene er anbragt under den første varmeutveksler med bevegelig lag og der den annen varmeutveksler med bevegelig lag er anbragt under lagringsmidlene.

9. Anlegg som angitt i krav 8, der anordningen videre omfatter et reservoir for utbrukte, ildfaste partikler og midler for transport av utbrukte ildfaste partikler fra reservoiret til den første varmeutveksler med bevegelig lag.

10. Anlegg som angitt i krav 1, der anordningen videre omfatter et bevegelig lag av ildfaste partikler for føring gjennom den første varmeutveksler med bevegelig lag, i varmeutvekslende forhold til avtrekksgassene for å motta varmeenergi fra disse og for føring gjennom den nevnte andre varmeutveksler med bevegelig lag i varmeutvekslende forhold til et fluidum for overføring av varmeenergi til dette.

11. Anlegg som angitt i krav 1, der dampgeneratoren er en vanndampgenerator.

12. Fremgangsmåte til lagring av overskytende varmeenergi fra en dampgenerator som fyres med fossilt brendsel og for gjenvinning av den lagrede varmeenergi for bruk, omfattende:

a. føring av et bevegelig lag av ildfaste partikler i varmeutvekslende forhold med avtrekksgasser som frembringes av dampgeneratoren for å motta varmeenergi fra avtrekksgassene,

b. lagring av minst en del av de.varme, ildfaste partikler og

c. føring av en i det minste endel av det bevegelige lag av varme, ildfaste partikler i varmeutvekslende forhold med et fluidum for å overføre varmeenergi til dette ved bruk.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, der det bevegelige lag av ildfaste partikler føres gjennom en første varmeutveksler med bevegelig lag i varmeutvekslende forhold til avtrekksgassene og der videre den første varmeutveksler med bevegelig lag anbringes i en på forhånd bestemt avtrekks-gassbane gjennom dampgeneratoren.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, omfattende an-bringelse av den første varmeutveksler med bevegelig lag i dampgeneratorens konveksjonsrom på nedstrømsiden av, sett i forhold til avtrekksgasstrømmen, og inntil en overheter for dampgeneratoren.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, omfattende resirkulasjon av endel av avtrekksgassene fra nedstrømsiden av den første varmeutveksler med bevegelig lag gjennom denne varmeutveksler.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, omfattende resirkulasjon av endel av avtrekksgassene i varmeutvekslende forhold til det bevegelige lag av ildfaste partikler.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 12, omfattende fø ring av minst endel av det bevegelige lag av varme,, ildfaste partikler i et varmeutvekslende forhold til damp som kommer fra en turbin for gjenoppvarming av dampen til videreføring av denne til en lavtrykksturbin der gjenoppvarmingstrinnet for dampen utføres på et sted utenfor dampgeneratorens av-trekksgassbane og nær ved turbinene.