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Dokumentenidentifikation DE10032625C1 02.08.2001
Titel Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels Kraftwärmekopplung
Anmelder MVV Energie AG, 68159 Mannheim, DE
Erfinder Meyer, Christian, Dipl.-Ing. (FH), 36154 Hosenfeld, DE
Vertreter Fischer, W., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 68165 Mannheim
DE-Anmeldedatum 07.07.2000
DE-Aktenzeichen 10032625
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.08.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.08.2001
IPC-Hauptklasse F02G 5/02
Zusammenfassung Das Verfahren dient zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels Kraftwärmekopplung, wobei das von einer Arbeitsmaschine 9 erzeugte Abgas in einen Heißgasstrom (Heißgasleitung 14) ohne Drosselklappe und einen zusätzlichen Rauchgasstrom (Leitung 13 zur Wärmeerzeugung) ohne Drosselklappe zur Wärmeerzeugung aufgeteilt wird. Der Heißgasstrom für den Heißgasverbraucher 2 wird mittels eines Saugzuges 1 geregelt. Fällt der Heißgasverbraucher 2 aus, werden die gesamten Rauchgase über den Abhitzekessel 6 geführt, so dass auf einen Bypasskamin verzichtet werden kann.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels Kraftwärmekopplung.

Derartige Kraftwärmekopplungsanlagen bestehen im wesentlichen aus einer Arbeitsmaschine, z. B. in Form eines Motors oder Gasturbine, wobei diese einerseits mechanische Energie und andererseits Wärme, z. B. in Form von Dampf und Heißgas erzeugen. Heißgas wird im wesentlichen zur Trocknung von Produkten eingesetzt. Hierbei wird Luft mittels konventioneller Brenner unter Einsatz üblicher Brennstoffe erhitzt und in der Regel mittels eines Frischluftgebläses in den Trocknungsofen gefördert. Die für anderweitige Prozesse oder zur Gebäudeheizung benötigte Wärme wird getrennt von dem Trocknungsprozess erzeugt.

Es ist bekannt, nach der Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Gasturbine, Heißgas auszukoppeln. Beim gleichzeitigen Erzeugen von Wärme in einem nachgeschalteten Abhitzekessel werden die Rauchgasmengen entsprechend dem Bedarf der Verbraucher aufgeteilt, wobei vor dem Abhitzekessel und dem Heißgasabzweig Drosselklappen eingesetzt werden oder es wird das Rauchgas erst nach dem Abhitzekessel der Verwendung als Heißgas mittels einer Zusatzfeuerung zugeführt. Wird kein Heißgas, z. B. infolge von Störungen oder einem Stillstand des Abnehmers abgenommen, müssen die Rauchgasmengen über einen Bypass in die Atmosphäre abgegeben oder die Gasturbine abgeschaltet bzw. gedrosselt werden. Bei einem Stilllegen der Gasturbine wird mittels eines Frischlüfters und eines Brenners das Heißgas erzeugt.

Der wesentliche Nachteil des bekannten Verfahrens und der Vorrichtung besteht darin, dass z. B. bei Ausfall oder Stillstand des Trockners die Anlage zurückgefahren werden muss, wobei die Heiß- bzw. Abgase über einen Bypasskamin ungenutzt in die Umgebung abgegeben werden. Bei Ausfall der Arbeitsmaschine ergibt sich eine Beeinträchtigung der Prozesstemperatur am Heißgasverbraucher, da es einige Zeit dauert, bis die Zusatzfeuerung über ein Frischluftgebläse wirksam wird. Wird der Rauchgasstrom mittels Drosselklappen auf den Abhitzekessel und den Heißgasverbraucher vertrimmt, muss während der Betriebszeit der Rauchgasstrom mit den geringsten Druckverlusten angedrosselt werden. Dadurch steigt der rauchgasseitige Druck an und führt zu einer Leistungseinbuse der Gasturbine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels Kraftwärmekopplung vorzuschlagen, das ohne elektrische/mechanische Leistungseinschränkung bei Ausfall des Heißgasabnehmers unter Verzicht auf einen Bypasskamin, Frischlüfter und Drosseleinrichtungen arbeitet.

Diese Aufgabe wird nach dem Verfahren dadurch gelöst, dass das von einer Arbeitsmaschine erzeugte Abgas in einen Heißgasstrom ohne Drosselklappen und einem zusätzlichen Rauchgasstrom ohne Drosselklappen zur Wärmeerzeugung aufgeteilt wird und der Heißgasstrom für den Heißgasverbraucher mittels eines Saugzuges geregelt wird.

Gemäss einem weiteren Verfahrensschritt geht man so vor, dass bei Ausfall der Arbeitsmaschine der Heißgasverbraucher von der Heißgasleitung abgetrennt und unter Zuschaltung von Frischluft und einer Zusatzfeuerung beheizt wird.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, dass bei fehlendem Heißgasbedarf des Heißgasverbrauchers die Wärmeerzeugung so bemessen wird, dass der zusätzliche Rauchgasstrom nicht zu einem unzulässig hohen Druckverlust über den Rauchgasweg führt.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit einer Arbeitsmaschine zum Erzeugen von mechanischer Energie und einem heißen Abgasstrom besteht darin, dass der Abgasstrom in eine Heißgasleitung ohne Drosselklappen und eine Leitung ohne Drosselklappen zur Wärmeerzeugung unterteilt ist, wobei in der Heißgasleitung mit dem Heißgasverbraucher ein regelbarer Saugzug angeordnet ist, während in der Leitung zur Wärmeerzeugung ein Abhitzekessel eingebaut ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Saugzug dem Heißgasverbraucher nachgeordnet ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass an die Heißgasleitung eine Frischluftleitung mit regelbarer Frischluftklappe angeschlossen ist.

Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass zwischen Heißgasverbraucher und Frischluftanschluss eine Zusatzfeuerung angeordnet ist und die Heißgasleitung mittels einer Absperrklappe abtrennbar ist.

Die Erfindung bringt erhebliche Vorteile, indem die aus der Arbeitsmaschine, beispielsweise bei der Stromproduktion, anfallende Abwärme für Trocknungszwecke optimal eingesetzt werden kann. Durch die gemeinsame Erzeugung von Wärme und Heißgas verbessert sich die Nutzungsdauer der Anlage, da die Anlage aufgrund der Gleichzeitigkeit besser genutzt werden kann. Der Volumenstrom lässt sich regeln, ohne dass Abgase ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden müssen. Hierbei lässt sich die Heißgastemperatur beliebig regeln. Dabei lässt sich auch ein beliebiger Volumenstrom ohne Drosselverluste einstellen, so dass auch bei Teillast des Trocknungsofens keine Rauchgase ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden. Ein Stillstand der Trockungsanlage beeinträchtigt den Betrieb der Anlage nicht. Nachdem keine Drosseleinrichtungen gebraucht werden, entstehen auf der Abgasseite keine zusätzlichen Druckverluste. Die Leistung der Kraftwärmekopplungsanlage wird somit nicht gemindert und damit auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage nicht beeinträchtigt. Außerdem werden die Investitionen für die Drosselklappen, den Bypasskamin und den Frischlüfter eingespart.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Zeichnung ist die Ausführungsform einer Anlage nach der Erfindung als Prinzipschaltbild dargestellt. Dargestellt ist eine Arbeitsmaschine 9 mit einer Gasturbine 5 mit Feuerung 11, die mechanisch einen Generator 10 zur Stromerzeugung antreibt. Der Abgasstrom 12 wird in eine Leitung 13 zur Wärmeerzeugung und eine Heißgasleitung 14 aufgeteilt. In der Heißgasleitung befindet sich ein Heißgasverbraucher 2 mit einem dahinter angeordneten Saugzug 1, der über einen Durchflussmesser 17 und einen regelbaren Antrieb 24 geregelt wird. Die Leitung endet in einem Kamin 23. Vor dem Heißgasverbraucher 2 befindet sich eine Zusatzfeuerung 3, die über einen Temperaturfühler 22 geregelt wird. Vor dem Durchflussmesser 17 befindet sich ein Frischluftanschluss 19 mit einer Frischluftleitung 18 und einer Frischluftklappe 4, die über einen Reglerantrieb 23 geregelt werden kann. Vor dem Frischluftanschluss 19 befindet sich weiterhin eine Absperrklappe 20, die ebenfalls über den Reglerantrieb 23 oder einen gesonderten Antrieb geregelt werden kann. Für die Regelung der Frischluftklappe 4 ist weiterhin ein Temperaturfühler 21 vorgesehen. Gegebenenfalls können die Temperaturfühler 22 und 21 zusammengefaßt werden. Der Brenner 3 bzw. die Frischluftklappe 4 werden dann über einen Regler bzw. über die Leittechnik angesteuert.

An die Leitung 13 zur Wärmeerzeugung ist ein Abhitzekessel 6 angeschlossen, wobei die Abluft anschließend über einen Kamin 16 nach außen gelangt. An den Abhitzekessel 6 ist weiterhin ein Wärmeverbraucher 15 angeordnet.

Mit Hilfe des Saugzuges 1 wird der Rauchsgasvolumenstrom für den Heißgasverbraucher 2 eingestellt. Damit kann ohne Druckverluste in der Heißgasleitung das Heißgas unmittelbar nach der Gasturbine 5 ausgekoppelt werden, wobei Drosselklappen entfallen. Das Heißgas wird unmittelbar auf hohem Temperaturniveau vor dem Abhitzekessel 6 ausgekoppelt. Die vor dem Heißgasverbraucher 2 angeordnete Feuerung ermöglicht eine Einstellung auf dem gewünschten Niveau. Wird eine geringere Temperatur gebraucht, dann kann durch geregeltes Öffnen der Frischluftklappe 4 die Temperatur auch gesenkt werden, indem Kühlluft zugeführt wird. Fällt die Gasturbine 5 aus, dann wird die Frischluftklappe 4 geöffnet und die Feuerung erzeugt im sogenannten "fliegenden Wechsel", d. h. ohne Einbruch der Heißgastemperatur, das Heißgas. Die Absperrklappe 20 wird dann geschlossen.

Bei Stillstand der Heißgasabnehmer erfolgt eine Ableitung der Rauchgase durch die Kesselanlage, ohne die Gasturbine 5 zu drosseln bzw. die Rauchgase über einen Bypass in die Atmosphäre abzuleiten. Dafür ist der Wärmeerzeuger so bemessen, dass der zusätzliche Rauchgasstrom über den Abhitzekessel 6 nicht zu einem unzulässig hohen Druckverlust über den Rauchgasweg führt. Damit ist sichergestellt, dass die Gasturbine 5 nicht abschaltet bzw. abgeregelt werden muss.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur gleichzeitigen Wärme- und Heißgaserzeugung mittels Kraftwärmekopplung, wobei das von einer Arbeitsmaschine erzeugte Abgas in einen Heißgasstrom ohne Drosselklappen und einen zusätzlichen Rauchgasstrom ohne Drosselklappen zur Wärmeerzeugung aufgeteilt wird und der Heißgasstrom für den Heißgasverbraucher mittels eines Saugzuges geregelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall der Arbeitsmaschine der Heißgasverbraucher von der Heißgasleitung abgetrennt und unter Zuschaltung von Frischluft und einer Zusatzfeuerung beheizt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei fehlendem Heißgasbedarf des Heißgasverbrauchers die Wärmeerzeugung so bemessen wird, dass der zusätzliche Rauchgasstrom nicht zu einem unzulässig hohen Druckverlust über den Rauchgasweg führt.
  4. 4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, mit einer Arbeitsmaschine (9) zum Erzeugen von mechanischer Energie und einem heißen Abgasstrom (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrom (12) in eine Heißgasleitung (14) ohne Drosselklappe und einen Leitung (13) ohne Drosselklappe zur Wärmeerzeugung unterteilt ist, wobei in der Heißgasleitung (14) mit dem Heißgasverbraucher (2) ein regelbarer Saugzug (1) angeordnet ist, während in der Leitung (13) zur Wärmeerzeugung mit einem Wärmeverbraucher (15) ein Abhitzekessel (6) eingebaut ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugzug (1) dem Heißgasverbraucher (2) nachgeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an die Heißgasleitung (14) eine Frischluftleitung (18) mit regelbarer Frischluftklappe (4) angeschlossen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Heißgasverbraucher (2) und Frischluftanschluss (19) eine Zusatzfeuerung (3) angeordnet ist und die Heißgasleitung (14) mittels einer Absperrklappe (20) abtrennbar ist.






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