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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1980001932A1
    申请号:PCT/EP1980/000012
    申请日:1980-03-03
    公开日:1980-09-18
    发明作者:O Domdey
    申请人:O Domdey；
    IPC主号:F01K21-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zur Stromerzeugung mittels Turbogeneratoren unter Ausnutzung von Hochdruckdampf
    [0002] Stromerzeugungsanlagen, bei denen Turbogeneratoren mit Hochdruckdampf betrieben werden, haben bekanntlich einen nur massigen Gesamtwirkungsgrad, der den Wert von etwa 0,34 nicht übersteigt.
    [0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Stromerzeugung mittels Turbogeneratoren unter Ausnützung von Hochdruckdampf anzugeben, das ermöglicht, einen höheren Gesamtwirkungsgrad zu erzielen.
    [0004] Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass erfindungsgemäss den Turbinen zu ihrem Antrieb ein Wasserstrom zugeleitet und Hochdruckdampf in den Wasserstrom gleichgerichtet injiziert wird, wobei die Dauer der gegenseitigen Einwirkung von Dampf und Wasser so kurz gehalten wird, dass dabei praktisch kein Wärmeaustausch stattfindet.
    [0005] Im Gegensatz zum Betrieb von Dampfturbinenanlagen wird also nach d.em erfindungsgemässen Verfahren der Hochdruckdampf nicht direkt in die Turbinen, sondern in einen Wasserstrom eingeleitet, der Wasserturbinen anstelle von Dampfturbinen antreibt.
    [0006] Die Energie des in den Wasserstrom injizierten Hochdruckdampfes wird auf den Wasserstrom übertragen Lind wirkt sich druckmässig und/oder geschwindigkeitsmässig auf die Wassermoleküle und durch diese sofort auf die Turbinenschaufeln aus. Diese Energieübertragung erfolgt praktisch verlustfrei, wenn während der Dauer der gegenseitigen Einwirkung von Dampf und Wasser keine nennenswerte Dampfkon densation stattfindet. Die Einwirkungsdauer muss also so kurz sein , dass ein Wärmeaustausch wei tgehend vermieden wird. Dies lässt sich mit einer entsprechend hohen Geschwindigkeit des Wasserstromes und einer kurzen Einwirkungsstrecke erreichen. Beispielsweise ergibt sich bei einer Wassergeschwindigkeit von 400 m/s und einer Einwirkungsstrecke von 5 m eine Einwirkungsdauer von nur 0,0125 s, welche Zeit für eine nennenswerte Dampfkondensation nicht ausreicht. Es lässt sich im übrigen zeigen, dass auch bei sehr hoher Aufprallgεschwindigkeit des
    [0007] Dampfes, d.h. bei hoher Relativgeschwindigkeit des Dampfes bezüglich des Wasserstrcmes, von beispielsweise gegen 500 m/s praktisch noch keine Ueberschallstosserhitzung des Wassers eintritt. Diese Erkenntnisse ermögliehen die Anwendung von Hochdruckdampf in Stromerzeugungsanlagen nach dem erfindungsgemässen Verfahren, entgegen den diesbezüglichen Vorurteilen der Fachwelt.
    [0008] Zur Erzeugung des Wasserstromes dienen vorzugsweise Rotationshochleistungspumpen, während für die vom Wasserstrom angetriebenen Turbinen in erster Linie Peltonturbinen in Frage kommen. Der Wasserstrom kann einen geschlossenen Kreislauf bilden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das von den Turbinen anfallende Wasser anderweitig, z.B. zur Fernheizung, zu nutzen. Der Hochdruckdampf kann aus Dampfabhitzekesseln oder aus gasaufgeladenen Dampferzeugern entnommen werden.
    [0009] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitenden Stromerzeugungsanlage schematisch dargestellt.
    [0010] Aus einem Wasserreservoir 1 wird durch eine Ansaugvorrichtung 2 mittels einer Rotationshochleistungspumpe 3 V/asser entnommen und mit sehr hoher Geschwindigkeit durch ein kurzes Rohrverbindungsstück 4 in die hydraulische Turbine 5 eines Turbogenerators geleitet, aus der das verbrauchte Wasser über einen Abfluss 6 wieder in das Wasserreservoir 1 gelangt.
    [0011] In den Wasserstrom wird Hochdruckdampf gleichgerichtet injiziert, der einem Dampferzeuger 7 entnommen und über eine Dampfleitung 8, die ein Steuerventil 9 enthält, in das Rohrverbindungsstück 4 eingeleitet wird.
    [0012] Der injizierte Hochdruckdampf bewirkt durch sein Expansionsbestreben bei gleichbleibendem Magnetfeldwiderstand des Generators eine höhere Durchlaufgeschwindigkeit des Wassers in der Turbine 5 und damit eine Rotationsbeschleunigung des Turbogenerators. Die auf diese Weise erzielte Erhöhung der Leistungsabgabe des Generators ist grösser als der Leistungsaufwand zur Erzeugung des Wasserstromes, woraus sich eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage ergibt.
    [0013] Als Beispiel seien folgende Betriebsdaten angenommen:
    [0014] Wasserdurchsatz konstant 100 t/s
    [0015] Wassergeschwindigkeit 400 m/s Wasserdruck 40 bar
    [0016] DampfStrahlgeschwindigkeit 875 m/s
    [0017] Dampfdruck 40 bar
    [0018] Aus diesen Daten ergeben sich unter Berücksichtigung der üblichen Wirkungsgrade der einzelnen Anlageeinheiten folgende Leistungswerte:
    [0019] Pumpenaufnahmeleistung 436 MW
    [0020] Dampfausgangsleistung 260 MW Generatorausgangsleistung 532 MW Der Gesamtwirkungsgrad ist das Verhältnis Generatorausgangsleistung abzüglich Pumpenaufnahmeleistung zu Dampfausgangsleistung und beträgt im vorliegenden Beispiel 0,37. Er ist damit schon um einiges besser als der Wirkungsgrad von 0,30 der meisten in Betrieb befindlichen grossgewerblichen Stromerzeugungsanlagen mit Dampfbetrieb.
    [0021] Ein anderes Beispiel zeigt, wie unter veränderten Bedingungen der Gesamtwirkungsgrad der Anlage noch beträchtlich höher ausfallen kann. Für den Fall, dass durch den Dampfeinsatz keine Geschwindigkeitserhöhung, sondern nur eine Druckerhöhung des Wassers herbeigeführt werden soll, seien folgende Betriebsdaten angenommen:
    [0022] Wasserdurchsatz 100 t/s
    [0023] Wassergeschwindigkeit 850 m/s
    [0024] Wasserdruck 20 bar
    [0025] Dampfstrahlgeschwindigkeit 1325 m/s Dampfdruck 180 bar
    [0026] In diesem Fall betragen:
    [0027] Pumpenaufnahmeleistung 463 MW Dampfausgangsleistung 958 MW
    [0028] Generatorausgangsleistung 1066 MW
    [0029] Daraus ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von 0,63.
    [0030] Wenn sich eine Energie gleichzeitig druckmässig und geschwindigkeitsmässig auf Wassermoleküle auswirkt, so handelt es sich um eine Energie- und Impulsübertragung. Eine solche Energie- und Impulsübertragung beinhaltet unter anderem auch den physikalischen Begriff eines Energie- und Impulsausgleichs. Dieser wiederum umfasst den physikalischen Vorgang eines vollelastischen Stosses, oder umgekehrt, während der kurzen Dauer der gegenseitigen Einwirkung von Hochdruckdampf und Wasser (Massenkomponenten sind nicht wechselseitig komprimierbar). Im Rahmen eines hier stattfindenden vollelastischen Stossvorganges wird das nicht-bernoullische Druck- und Geschwindigkeitsverhalten des Hochdruckdampfes bei Ueberschallgeschwindigkeit auf das Wasser kurzfristig übertragen. Die Auswahlmöglichkeit einer Ausnutzung des gegenseitigen Einwirkens von Hochdruckdampf und Wasserstrom je nach erwünschter Geschwindigkeitserhöhung und/oder Druckerhöhung des Wassers ist hier eine reine Funktionsfolge eines adequat gewählten und/oder angesetzten MagnetfeldwiderStandes des Turbogenerators, und somit als Verwendungsart im erfindungsgemässen Verfahren automatisch voll einbeschlossen, und deshalb nicht im Widerspruch zur Aussagekraft des funktionsbeschreibenden Satzes, der auf Seite 1, Zeile 28 beginnt.
    [0031] Dampfturbinen besitzen Dampfkondensations-, Dampfexpansions- und selbstverständlich auch Ueberschallstosserhitzungsenergieverluste. Solche Verluste treten beim erfindungsgemässen Verfahren nur in minimalem Umfang auf, d.h. der funktionsmässige Energieverlust des injizierten Hochdruckdampfes ist praktisch gleich dem Energiegewinn des Wasserstromes. Dies begründet den mit dem erfindungsgemässen Verfahren erzielbaren Vorteil hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades.
    权利要求:
    Claims Patentansprüche
    1. Verfahren zur Stromerzeugung mittels Turbogeneratoren unter Ausnützung von Hochdruckdampf, dadurch gekennzeichnet, dass den Turbinen zu ihrem Antrieb ein Wasserstrom zugeleitet und Hochdruckdampf in den Wasserstrom gleichgerichtet injiziert wird, wobei die Dauer der gegenseitigen Einwirkung von Dampf und Wasser so kurz gehalten wird, dass dabei praktisch kein Wärmeaustausch stattfindet.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Wasserstromes Rotationshochleistungspumpen verwendet werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckdampf aus Dampfabhitzekesseln oder aus gasaufgeladenen Dampferzeugern entnommen wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstrom einen geschlossenen Kreislauf bildet.
    类似技术:
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1980-09-18| AK| Designated states|Designated state(s): JP US |
    1980-09-18| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): AT CH DE FR GB LU NL SE |
    1980-10-31| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1980900549 Country of ref document: EP |
    1981-03-11| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1980900549 Country of ref document: EP |
    1984-04-07| WWR| Wipo information: refused in national office|Ref document number: 1980900549 Country of ref document: EP |
    1984-07-04| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1980900549 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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