DE1180576B

DE1180576B - Closed thermal power plant with a circuit of a gaseous working medium and a device for the utilization of waste heat that is given off by the working medium in a cooler

Info

Publication number: DE1180576B
Application number: DEE21959A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing David Schmidt
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1961-08-25
Filing date: 1961-11-14
Publication date: 1964-10-29

Description

Geschlossene Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels und einer Einrichtung zur Verwertung von Abwärme, die vom Arbeitsmittel in einem Kühler abgegeben wird Die Erfindung betrifft eine geschlossene Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels und einer Einrichtung zur Verwertung von Abwärme, die vom Arbeitsmittel in einem Kühler abgegeben wird, welcher mindestens zwei nacheinander vom zu kühlenden Arbeitsmittel durchströmte Teile aufweist.Closed thermal power plant with a circuit of a gaseous working medium and a device for the recovery of waste heat from the work equipment in one The invention relates to a closed thermal power plant with a circuit of a gaseous working medium and a device for recycling of waste heat that is given off by the working fluid in a cooler, which is at least has two parts through which the working medium to be cooled flows in succession.

Bei einer bekannten Wärmekraftanlage dieser Art weist der Kühler zwei nacheinander vom zu kühlenden Arbeitsmittel durchströmte Teile auf, von denen der zuerst vom Arbeitsmittel durchströmte Kühlerteil zur Abgabe von Nutzwärme dient, während im zweiten Kühlerteil eine Nachkühlung des Arbeitsmittels stattfindet.In a known thermal power plant of this type, the cooler has two one after the other through which the working fluid to be cooled flows, of which the The cooler part through which the working medium flows first is used to release useful heat, while after-cooling of the working medium takes place in the second part of the cooler.

Bei der Wärmekraftanlage gemäß der Erfindung weist der Kühler ebenfalls mindestens zwei nacheinander vom zu kühlenden Arbeitsmittel durchströmte Teile auf, und die Erfindung besteht darin, daß der erwähnte Kühler mit einer Destillationsanlage mit Entspannungsverdampfer derart in Verbindung steht, daß das zu destillierende Medium im zuerst vom Arbeitsmittel durchströmten Kühlerteil vor der Entspannung seine Enderwärmung erhält, nachdem es durch die Kondensationswärme des in der Destillationsanlage erzeugten Dampfes vorgewärmt wurde.In the thermal power plant according to the invention, the cooler also has at least two parts through which the working fluid to be cooled flows one after the other, and the invention consists in that said cooler is provided with a distillation plant with a flash evaporator in connection that the to be distilled Medium in the cooler part through which the working medium first flows before the expansion its final heating is obtained after it has been through the heat of condensation in the distillation plant generated steam was preheated.

Die Abwärme einer Gasturbinenanlage für die Destillation zu verwenden, ist an sich bekannt. Hierzu hat man durch die Abwärme einer offenen Gasturbinenanlage in mehreren hintereinandergeschalteten Abhitzekesseln Dampf von verschiedenen Temperaturen und Drücken erzeugt und mit diesem Dampf wärmeverbrauchende Anlagen, wie Heizung, Trocknung, Eindampfung, Destillation, wie man sie z. B. in textilen oder chemischen Betrieben vielfach antrifft, versorgt.To use the waste heat from a gas turbine plant for distillation, is known per se. This is done through the waste heat from an open gas turbine system steam at various temperatures in several waste heat boilers connected in series and pressures and with this steam heat-consuming systems, such as heating, Drying, evaporation, distillation, as they are z. B. in textile or chemical Operated many times, supplied.

Bekannt ist auch die Schaltung der Ddstillationsanlage als Entspannungsverdampfer von Salzeindampfanlagen, um den Wärmeverbrauch beim Eindampfen von Salzlösungen wesentlich herabzudrücken, wenn man das Eindampfen in mehreren Stufen ausführt, wobei jede nächstfolgende Stufe von den Brüden, d. h. den ausgetriebenen Dämpfen, der vorhergehenden Stufe beheizt wird, so daß also in jeder Stufe mehr Dampf erzeugt wird, als sich durch die reine Entspannung ergeben würde.The circuit of the distillation system as an expansion evaporator is also known from salt evaporation systems to reduce the heat consumption when evaporating salt solutions to depress significantly if the evaporation is carried out in several stages, each subsequent stage of the vapors, d. H. the expelled vapors, the previous stage is heated, so that more steam is generated in each stage than would result from pure relaxation.

Im Gegensatz dazu wird nach der Erfindung dem Verdampfer der Destallationsanlage kein Heizdampf zugeführt, sondern die ganze zur Verdampfung erforderliche Wärme wird dem zu destillierenden Medium in dem zuerst vom Arbeitsmittel durchströmten Kühlerteil zugeführt, und in den Kammern der Destillationsanlage wird lediglich durch Entspannung, ohne weitere Wärmezufuhr, Dampf erzeugt, und die durch Kondensation des ausgedampften Mediums frei werdende Wärme wird zur Vorwärmung des zu destillierenden Mediums verwendet.In contrast, according to the invention, the evaporator of the distillation plant no heating steam is supplied, but all the heat required for evaporation is the medium to be distilled in the first flowed through by the working medium Cooler part supplied, and in the chambers of the distillation plant is only by relaxation, without additional heat supply, steam is generated, and that by condensation The heat released by the evaporated medium is used to preheat the medium to be distilled Medium used.

Die Verbindung mit einer Destillationsanlage mit Entspannungsverdampfer erlaubt, die bei den geschlossenen Wärmekraftanlagen mit Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels teilweise mit einer Temperatur unter 100° C anfallende Wärme wirtschaftlich zu verwerten.The connection with a distillation system with a flash evaporator allowed that in the closed thermal power plants with a gaseous cycle The heat generated by the working medium with a temperature below 100 ° C is economical to utilize.

Die Destillationsanlage läßt sich vorteilhaft für die Destillation von Meerwasser dadurch verwenden, daß das zu destillierende Meerwasser zuerst den mit Bezug auf das Arbeitsmittel nachgeschalteten Teil des Kühlers durchströmt und hernach im Entspannungsverdampfer Wärme aufnimmt. Es ist zwar bereits bekannt, Meerwasser im Kühler einer Gasturbinenanlage dadurch zu erwärmen, daß es in Reihenschaltung zwei mit Bezug auf das Arbeitsmittel der Gasturbinenanlage nachgeschaltete Kühlerteile durchströmt. Die vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Destillation von Meerwasser soll jedoch nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch unter Schutz gestellt sein.The distillation plant can be used advantageously for distillation of sea water by having the sea water to be distilled first the with respect to the working fluid flows through the downstream part of the cooler and then absorbs heat in the flash evaporator. Although it is already known, sea water in the cooler of a gas turbine system to be heated by connecting it in series two cooler parts connected downstream with respect to the working fluid of the gas turbine system flows through. The advantageous use of the device according to the invention for distillation of sea water is only supposed to be under protection in connection with the main claim be put.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Eine geschlossene Wärmekraftanlage mit Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels, vorzugsweise Luft, weist einen Verdichter 1, einen Wärmeaustauscher 2, einen Erhitzer 3, eine Turbine 4 und einen Kühler 5 auf. Das verdichtete Arbeitsmittel gelangt vom Verdichter 1 über eine Leitung 6 in den Wärmeaustauscher 2 und von dort über eine Leitung 7 in den Erhitzer 3, in welchem es durch Wärmezufuhr von außen erhitzt wird. Das so erhitzte Arbeitsmittel gelangt über eine Leitung 8 in die Turbine 4, in welcher es unter Arbeitsleistung entspannt. Das entspannte Arbeitsmittel wird über eine Leitung 9 dem Wärmeaustauscher 2 zugeführt, in welchem es Wärme an das durch die Leitung 6 zuströmende verdichtete Arbeitsmittel abgibt. Hernach gelangt das entspannte Arbeitsmittel über eine Leitung 10 in den Kühler 5 und von dort über eine Leitung 11 zur Saugseite des Verdichters 1, so daß der Kreislauf sich schließt. Die Turbine 4 treibt den Verdichter 1 an und gibt zugleich Nutzleistung an einen elektrischen Stromerzeuger 12 ab.An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in simplified form in the drawing. A closed thermal power plant with a circuit of a gaseous working medium, preferably air, has a compressor 1, a heat exchanger 2, a heater 3, a turbine 4 and a cooler 5. The compressed working medium passes from the compressor 1 via a line 6 into the heat exchanger 2 and from there via a line 7 into the heater 3, in which it is heated by supplying heat from the outside. The working medium heated in this way reaches the turbine 4 via a line 8, in which it relaxes while working. The relaxed working medium is fed via a line 9 to the heat exchanger 2, in which it gives off heat to the compressed working medium flowing in through the line 6. Thereafter, the relaxed working medium reaches the cooler 5 via a line 10 and from there via a line 11 to the suction side of the compressor 1, so that the circuit is closed. The turbine 4 drives the compressor 1 and at the same time delivers useful power to an electric power generator 12.

Der Kühler 5 besteht aus zwei Teilen 51 und 52, welche nacheinander vom zu kühlenden Arbeitsmittel durchströmt sind.The cooler 5 consists of two parts 51 and 52, which one after the other are flowed through by the working fluid to be cooled.

Der Kühler 5 steht mit einer Destillationsanlage 13 mit Entspannungsverdampfer 14 derart in Verbindung, daß das zu destillierende Medium im zuerst vom Arbeitsmittel durchströmten Kühlerteil 51 vor der Entspannung seine Enderwärmung erhält. Der Entspannungsverdampfer 14 weist vier Entspannungsstufen 141, 142, 143 und 144 auf.The cooler 5 is connected to a distillation system 13 with an expansion evaporator 14 in such a way that the medium to be distilled receives its final heating in the cooler part 51 through which the working medium first flows before the expansion. The expansion evaporator 14 has four expansion stages 141, 142, 143 and 144.

Bei der dargestellten Anlage kann es sich beispielsweise um eine solche zur Destillation von Meerwasser handeln. Der Kühlerteil 52 wird durch frisches Meerwasser beschickt, das durch eine Leitung 15 zuströmt und zur Nachkühlung des Arbeitsmittels der Wärmekraftanlage dient. Der größere Teil des den Kühlerteil 52 verlassenden Meerwassers wird durch eine Leitung 16 abgeführt.The system shown can be, for example, one for distilling seawater. The cooler part 52 is charged with fresh sea water, which flows in through a line 15 and is used to after-cool the working fluid of the thermal power plant. The greater part of the sea water leaving the cooler part 52 is discharged through a line 16.

Von dieser Leitung 16 zweigt an einer Stelle 17 eine Leitung 18 ab, welche den restlichen Teil des Meerwassers der Destillationsanlage zuleitet. Dieser Teil des Meerwassers durchströmt nacheinander Kühlschlangen 191, 192, 193, 194, welche den einzelnen Kammern 141, 142, 143, 144 des Entspannungsverdampfers 14 zugeordnet sind. Darauf gelangt das zu destillierende Meerwasser über eine Leitung 20 in den Kühlerteil 51, in welchem es seine Enderwärmung erhält, und strömt über eine Leitung 21 und eine Drossel 22 in die Kammer 144 des Entspannungsverdampfers.A line 18 branches off from this line 16 at a point 17, which feeds the remaining part of the seawater to the distillation plant. This Part of the sea water flows through cooling coils 191, 192, 193, 194, one after the other, which are assigned to the individual chambers 141, 142, 143, 144 of the expansion evaporator 14 are. The sea water to be distilled then passes through a line 20 into the Cooler part 51, in which it receives its final heating, and flows via a line 21 and a throttle 22 in the chamber 144 of the flash evaporator.

Über weitere Leitungen 23, 24, 25 mit Drosseln 26, 27, 28 strömt das Meerwasser nacheinander von der Kammer 144 in die Kammern 143, 142, 141, um schließlich durch eine Leitung 29 abzufließen. Nach jeder Drossel verdampft ein Teil des Meerwassers, wobei sich gleichzeitig die Temperatur des Wassers erniedrigt. Der Dampf wird an den Kühlschlangen 194, 193, 192, 191 niedergeschlagen und das so entstehende Kondensat, d. h. das destillierte Wasser, in Rinnen 30, 31, 32, 33 gesammelt und durch eine Leitung 34 abgeführt.The flows through further lines 23, 24, 25 with throttles 26, 27, 28 Sea water successively from chamber 144 to chambers 143, 142, 141 to finally to flow through a line 29. After each throttle part of the sea water evaporates, at the same time the temperature of the water decreases. The steam is on the cooling coils 194, 193, 192, 191 and the resulting condensate, d. H. the distilled water, collected in channels 30, 31, 32, 33 and passed through a Line 34 discharged.

Die Arbeitsluft kann beispielsweise dem Kühler 5 durch die Leitung 10 mit einer Temperatur von 130° C zuströmen und diesen durch die Leitung 11 mit einer Temperatur von 35° C verlassen. Ein durchgerechnetes Beispiel für die Destillation von Meerwasser gab ferner folgende Resultate: Das mit 25° C zuströmende Meerwasser wird im Kühlerteil s' auf 35° C erwärmt. Der zur Destillationsanlage abgezweigte Teil des Meerwassers wird in den Kühlschlangen 191, 192, 193, 194 durch den kondensierenden Dampf auf 70° C erwärmt und erhält schließlich am Austritt aus dem Kühlerteil 51 eine Temperatur von 90° C. Die Temperatur der Arbeitsluft zwischen den beiden Kühlerteilen 51 und 52 beträgt 80° C. Die Drosseln 22, 26, 27, 28 sind so eingestellt, daß in den Kammern 191, 192, 193, 194 die Drücke 0,1 ata, 0,2 ata, 0,35 ata und 0,5 ata betragen, und das destillierte Wasser fließt durch die Leitung 34 mit einer Temperatur von 45° C ab.The working air can, for example, flow into the cooler 5 through the line 10 at a temperature of 130.degree. C. and leave it through the line 11 at a temperature of 35.degree. A calculated example for the distillation of seawater also gave the following results: The seawater flowing in at 25 ° C is heated to 35 ° C in the cooler section s'. The part of the seawater branched off to the distillation plant is heated to 70 ° C by the condensing steam in the cooling coils 191, 192, 193, 194 and finally receives a temperature of 90 ° C at the outlet from the cooler part 51. The temperature of the working air between the two Cooler parts 51 and 52 is 80 ° C. The throttles 22, 26, 27, 28 are set so that the pressures 0.1 ata, 0.2 ata, 0.35 ata and in the chambers 191, 192, 193, 194 0.5 ata, and the distilled water flows through line 34 at a temperature of 45 ° C.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Kühler 5 um den dem Verdichter 1 vorgeschalteten Arbeitsmittelkühler. In gleicher Weise kann aber auch die in einem Zwischenkühler des Verdichters der Gasturbinenanlage abgegebene Wärme für Destillationszwecke ausgenutzt werden.In the exemplary embodiment shown, the cooler 5 is the working medium cooler connected upstream of the compressor 1. In the same way can but also that given off in an intercooler of the compressor of the gas turbine system Heat can be used for distillation purposes.

Claims

Claims: 1. Closed thermal power plant with a circuit gaseous working fluid and a device for the recovery of waste heat, the is released from the working fluid in a cooler, which is at least two in a row has parts through which the working fluid to be cooled flows, characterized in that that this cooler (5) with a distillation system (13) with a flash evaporator (14) is in such a connection that the medium to be distilled in the first from Working medium flowed through the cooler part (51) before it was released to its final heating obtained after it is generated by the heat of condensation in the distillation unit Steam has been preheated.

2. Thermal power plant according to claim 1 with a device for distilling sea water, characterized in that the sea water to be distilled first flows through the downstream part (52) of the cooler (5) with respect to the working medium and then absorbs heat in the expansion evaporator (14). Documents considered: German Auslegeschrift No. 1007119; Swiss Patent No. 303 787; British Patent No. 787,808; Ms. B oguja kovic, »Techn. Thermodynamics «, 2nd part; 2nd edition, Steinkopff-Verlag, Dresden-Leipzig, 195 1 , p. 153, 1.54.