VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR KRAFT-WARMEERZEUGUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraft- Wärmeerzeugung mit einer Heißgase erzeugenden
Feuerungseinheit, wobei die thermische Energie der Heißgase über einen Gas/Gas-Wärmetauscher nutzbar ist, um mittels eines Kompressors komprimierte Luft für den Betrieb einer mit einem elektrischen Generator gekoppelten Turbine zu erhitzen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Kraft-Wärmeerzeugung mit einer Heißgase erzeugenden Feuerungseinheit, wobei die thermische Energie der Heißgase über einen Gas/Gas-Wärmetauscher genutzt wird, um mittels eines Kompressors komprimierte Luft für den Betrieb einer mit einem elektrischen Generator gekoppelten Turbine zu erhitzen.
BESTATIGUNGSKOPIE
Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art werden im Stand der Technik verwendet, um mittels der thermischen Energie der entstehenden Heißgase über Generatoren einerseits elektrische Energie zu erzeugen und die im Anschluss daran verbleibende thermische Restenergie als Wärme zu nutzen. Die bekannten Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass ihr bei etwa 15% bis 20% liegender elektrischer Wirkungsgrad immer noch vergleichsweise gering ist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kraft-Wärmeerzeugung zu schaffen, die einen im Vergleich zum Stand der Technik verbesserten Wirkungsgrad aufweisen und dabei verschleiß- und wartungsarm sind.
Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die thermische Energie der am Ausgang der Turbine vorliegenden Heißluft über wenigstens einen Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher nutzbar ist, um die Flüssigkeit eines ORC-Kreislaufes für den Betrieb einer weiteren, mit einem elektrischen Generator gekoppelten ORC- Turbine zu verdampfen.
Für ein Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die thermische Energie der am Ausgang der Turbine vorliegenden Heißluft über wenigstens einen Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher genutzt wird, um die Flüssigkeit eines ORC-Kreislaufes für den Betrieb einer weiteren, mit einem elektrischen Generator gekoppelten ORC- Turbine zu verdampfen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche der unabhängigen Patentansprüche 1 und 15, wobei die Unteransprüche des Verfahrensanspruchs 15 den Unteransprüchen des Vorrichtungsanspruchs 1 äquivalent entsprechen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Merkmalskotnbination, dass die thermische Energie der am Ausgang der Turbine vorliegenden Heißluft über wenigstens einen Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher nutzbar ist, um die Flüssigkeit eines ORC-Kreislaufes für den Betrieb einer weiteren, mit einem elektrischen Generator gekoppelten ORC- Turbine zu verdampfen, erreicht, dass eine kaskadisierte mehrstufige Nutzung der bei einem Verbrennungsprozess entstehenden thermischen Energie realisiert ist, wobei für jeweils unterschiedliche Temperaturbereiche ein jeweils temperaturoptimiertes Fluidmedium für eine Wandlung von thermischer in mechanische Energie eingesetzt wird. Der Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt dementsprechend bei etwa 25%, was eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik bedeutet .
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das am Ausgang der ORC-Turbine vorliegende ORC-Gas in einem Nutzwärme liefernden Kondensator kondensiert und die dabei wiedergewonnene ORC-Flüssigkeit über eine Pumpe in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher zurückleitbar ist. Das am Ausgang der ORC-Turbine vorliegende ORC-Gas strömt dabei vorzugsweise über eine erste Seite eines Regenerators in den Kondensator ein, wobei die wiedergewonnene ORC-
Flüssigkeit über eine zweite Seite des Regenerators in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher zurückleitbar ist.
Des Weiteren ist vorzugsweise für die Kühlung des Kondensators eine Wärmetauschereinheit mit einem Kühlkreislauf vorgesehen, dessen thermische Energie als Nutzwärme einer weiteren Verbrauchereinheit zuführbar ist.
Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass ein Teil der am Ausgang des Kondensators vorliegenden ORC- Flüssigkeit über einen stromabwärts des Gas/Gas- Wärmetauschers angeordneten Vorwärm-Wärmetauscher mindestens indirekt in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher zurückleitbar ist.
Die am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers vorliegende Heißluft ist vorzugsweise als vorgewärmte Verbrennungsluft für die Feuerungseinheit nutzbar. Im Förderweg der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers vorliegenden Heißluft ist dabei stromaufwärts der Feuerungseinheit vorzugsweise eine oder mehr Steuereinrichtungen für eine Dosierung der Heißluftzufuhr vorgesehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass ein Teil der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers vorliegenden Heißluft zur Trocknung von in einer heißluftumströmten Trocknungseinrichtung eingebrachter feuchter Biomasse nutzbar ist, die in getrockneter Form für eine Feuerung in der Feuerungseinheit vorgesehen ist. Die
Biomasse ist dabei vorzugsweise aber nicht notwendigerweise von Holzhackschnitzeln gebildet.
Des Weiteren ist vorzugsweise im Förderweg der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers vorliegenden Heißluft stromaufwärts der Trocknungseinrichtung eine Steuereinrichtung für eine Dosierung der Heißluftzufuhr vorgesehen.
Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass im ORC-Kreislauf stromaufwärts des Gas/Flüssigkeit- Wärmetauschers und im Förderweg der Heißluft aus der Turbine stromabwärts des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers ein weiterer Wärmetauscher zum Vorwärmen der ORC-Flüssigkeit angeordnet ist.
Des Weiteren können im Förderweg der in der Feuerungseinheit erzeugten Heißgase stromabwärts des Gas/Gas-Wärmetauschers vorzugsweise ein Rauchgasreiniger sowie eine Ventilationseinrichtung zum Fördern der Heißgase vorgesehen sein. Die Restwärme der aus einer Ventilationseinrichtung austretenden Heißgase ist vorzugsweise als Nutzwärme einer weiteren Verbrauchereinheit zuführbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden anhand zweier bevorzugter Ausführungsformen erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Darin zeigen:
Fig. 1 eine einfache bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt in einem schematischen Blockdiagramm;
Fig. 2 eine standardmäßige bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt in einem schematischen Blockdiagramm.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtungen (100) zur Kraft-Wärmeerzeugung enthalten eine Heißgase erzeugende Feuerungseinheit (110) , wobei die thermische Energie der Heißgase über einen Gas/Gas- Wärmetauscher (120) nutzbar ist, um mittels eines Kompressors (130) komprimierte Luft für den Betrieb einer mit einem elektrischen Generator (141) gekoppelten Turbine (140) zu erhitzen. Die thermische Energie der am Ausgang der Turbine (140) vorliegenden Heißluft ist dabei über wenigstens einen Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) nutzbar, um die Flüssigkeit eines ORC-Kreislaufes (ORC) für den Betrieb einer weiteren, mit einem elektrischen Generator (211) gekoppelten ORC-Turbine (210) zu verdampfen.
Das am Ausgang der ORC-Turbine (210) vorliegende ORC-Gas kondensiert in einem Nutzwärme liefernden Kondensator (220) , wobei die dabei wiedergewonnene ORC-Flüssigkeit über eine Pumpe (230) in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) zurückleitbar ist. Das am Ausgang der ORC-Turbine (210) vorliegende ORC-Gas strömt über eine erste Seite (231) eines Regenerators (230) in den Kondensator (220) ein, und die wiedergewonnene ORC-Flüssigkeit ist über eine zweite Seite (232) des Regenerators (230) in den Gas/Flüssigkeit- Wärmetauscher (150) zurückleitbar.
Für die Kühlung des Kondensators (220) ist dabei eine Wärmetauschereinheit (221) mit einem Kühlkreislauf
vorgesehen, dessen thermische Energie als Nutzwärme (240) einer weiteren Verbrauchereinheit (250) zuführbar ist.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist ein Teil der am Ausgang des Kondensators
(220) vorliegenden ORC-Flüssigkeit über einen stromabwärts des Gas/Gas-Wärmetauschers (120) angeordneten Vorwärm-
Wärmetauscher (260) und weiter über den weiteren
Wärmetauscher (151) in den Gas/Flüssigkeit-Wärmetauscher (150) zurückleitbar. Bei dieser Ausführungsform ist des
Weiteren die am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers
(150) vorliegende Heißluft als vorgewärmte Verbrennungsluft für die Feuerungseinheit (110) nutzbar, wobei im Förderweg der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) vorliegende Heißluft stromaufwärts der Feuerungseinheit (110) zwei Steuereinrichtungen (160, 161) für eine Dosierung der Heißluftzufuhr vorgesehen sind.
Ein Teil der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) vorliegende Heißluft ist dabei zur Trocknung von in einer heißluftumströmten Trocknungseinrichtung (170) eingebrachter feuchter als Holzhackschnitzeln ausgeführte Biomasse (180) nutzbar, die in getrockneter Form (190) für eine Feuerung in der Feuerungseinheit (110) vorgesehen ist. Im Förderweg der am Ausgang des Gas/Flüssigkeit- Wärmetauschers (150) vorliegenden Heißluft ist des weiteren stromaufwärts der Trocknungseinrichtung (170) eine Steuereinrichtung (162) für eine Dosierung der Heißluftzufuhr vorgesehen.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist im ORC-Kreislauf stromaufwärts des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) und im Förderweg der
Heißluft aus der Turbine (140) stromabwärts des Gas/Flüssigkeit-Wärmetauschers (150) ein weiterer Wärmetauscher (151) zum Vorwärmen der ORC-Flüssigkeit vorgesehen. Des Weiteren enthält diese Ausführungsform der Erfindung im Förderweg der in der Feuerungseinheit (110) erzeugten Heißgase stromabwärts des Gas/Gas-Wärmetauschers (120) einen Rauchgasreiniger sowie eine Ventilationseinrichtung (122) zum Fördern der Heißgase. Die Restwärme der aus der Ventilationseinrichtung (122) austretenden Heißgase ist wiederum als Nutzwärme einer weiteren Verbrauchereinheit (123) zuführbar.
Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch die Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt sind.
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