AT409162B - Wärmekraftanlage mit verbrennung von kohlenwasserstoffen mit reinem sauerstoff zur stromerzeugung bei rückhaltung von kohlendioxyd - Google Patents

Description

AT 409 162 B

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 im einzelnen beschrieben. Dabei zeigt Fig. 1 die Schaltung und die wesentlichen Komponenten, diese sind mit Buchstaben bezeichnet, sowie die thermodynamischen Zustände am Eintritt und Austritt jeder Komponente bzw. in den Verbindungsleitungen, diese sind mit Zahlen bezeichnet. In Fig. 2 ist die Temperatur über der spezifischen Entropie dargestellt, für ein Gemisch aus Wasserdampf und Kohlendioxyd bzw. für reinen Wasserdampf, auch hier sind die in den einzelnen Komponenten stattfindenden Zustandsänderungen durch die entsprechenden Buchstaben bezeichnet während die Zahlen die Zustände in den Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Komponenten wiedergeben. Es bedeutet daher CH4 Brennstoffzufuhr zum Brenner 02 Sauerstoffzufuhr zum Brenner BK Brennkammer HDDT Hochdruckdampfturbine KOMP Kompressor HTT Hochtemperaturturbine LTT Niedertemperaturturbine KONDT Kondensationsturbine GEN Generator GKL Gemischkühlleitung DKL Dampfkühlleitung DKLRotor Dampfkühlleitung zum Rotor der HTT GKÜ1 Gemischkühler 1 GKÜ2 Gemischkühler 2 GKONVERD Gemischkondensatorverdampfer C02KÜ C02 Kühler C02 C02 Abscheidung zur Lagerung bzw. Wiederverwendung KOND Kondensator KONP Kondensatpumpe UP Umwälzpumpe NDVW Niederdruckvorwärmer ENTG/WB Entgaser / Speisewasserbehälter SPP Speisepumpe H20 Abscheidung des überschüssigen Verbrennungswassers.

Die Funktionsweise ist die Folgende: Über die Leitung 15 wird Dampf von etwa 50 bar und über die Leitung 5 Dampf/Kohlendioxyd-gemisch von etwa 50 bar der Brennkammer BK zugeleitet. In dieser erfolgt durch die Verbrennung von Methan mit Sauerstoff die Wärmezufuhr und die Freisetzung der Verbrennungsprodukte C02 und H20 (Verbrennungswasser).

Der Dampfstrom 15 aus der Hochdruckdampfturbine wird dabei direkt dem Brenner zugeführt bzw. ein Teil davon, um die durch die hohe stöchiometrische Temperatur bei der Verbrennung von Methan mit Sauerstoff erfolgende Dissoziation zu vermeiden. Es wird dabei das Mischungsverhältnis so gewählt, daß die Flammentemperatur in der Flamme direkt unmittelbar nach den Brennern durch die Beimischung von Wasserdampf zu den Reaktanten C04 und 02 auf Werte von kleiner 2000 Grad Celsius gehalten wird. Durch die dann folgende Beimischung von weiterem reinen Wasserdampf sowie dem Gemisch von Wasserdampf und Kohlendioxyd, wie es über die Leitung 5 vom Kompressor geliefert wird, erfolgt dann die Mischung und Herstellung der gleichmäßigen Temperatur gemäß dem Zustand 1 am Eintritt in die Hochtemperaturturbine.

Die hocherhitzten Gase strömen über die Leitung mit dem Zustand 1 der Hochtemperaturturbine zu, werden in dieser expandiert. Diese Expansion bei so hohen Temperaturen wird ermöglicht durch die Gaskühlleitung vom Kompressor kommend, durch die Dampfkühlleitung von der Hochdruckturbine kommend und von der Dampfkühlleitung Rotor also eine Dampfkühlleitung die in den Rotor der HTT eingespeist wird. Durch die entsprechende Kühlwirkung dieser kälteren Gase und Dämpfe wird diese Expansion bei so hoher Temperatur (1200 bis 1500 Grad) überhaupt erst ermöglicht.

Am Austritt im Zustand 2 aus der HTT ist eine Kühlung erforderlich, da bei Fortsetzung der 2

Claims (2)

1. AT 409 162 ß Expansion eine viel zu hohe Abdampftemperatur entstehen würde. Diese erfolgt im GKÜ1 und GKÜ2, dazwischen wird ein Teilstrom abgezweigt, wobei dieser Teilstrom des Gemisches in der Niederdruckturbine LDT weiter entspannt wird bis etwa auf Atmosphärendruck. Bei diesem Zustand erfolgt in der neuen Komponente Gemischkondensator-Verdampfer, abgekürzt GKONVERD, die Kondensation des Wasserdampfanteils mit nachfolgender Wiederverdampfung desselben auf einem der Gradigkeit entsprechenden niedrigerem Temperaturniveau. Dieser Dampf steht somit in fast gleich großer Menge nunmehr im Zustand 9 zum Eintritt in die Kondensationsturbine zur Verfügung. Der auf Atmosphärenniveau kondensierte Dampfanteil wird durch die Umwälzpumpe zunächst zur weiteren C02-Kühlung benützt und dann wieder zur Verdampfung zugeführt von der über die Zustände 8 und 9 die Speisung der Kondensationsturbine erfolgt. In dieser erfolgt die Expansion auf den Zustand 10, wobei in konventioneller Weise durch Kodensatpumpe, Niederdruckvorwärmer, Entgaser und Speisepumpe auf hohen Druck gebrachtes, vorgewärmtes Speisewasser zur Verfügung steht, das in den Gemischkühlern GKÜ1 und GKÜ2 vorgewärmt und verdampft wird. Nach der Vorwärmung im Zustand 12 durch den GKÜ2 zum Zustand 13 erfolgt im GKÜ1 die Verdampfung und Überhitzung zum Zustand 14 am Eintritt zur Hochdruckturbine HDDT. In dieser expandiert, steht dann der Dampf mit dem Zustand 15 zur Einspeisung in die Brennkammer zur Verfügung, womit zusammen mit dem Gemischstrom des Hochtemperaturkreises, der im GKÜ2 zunächst abgekühlt und im Kompressor KOMP wieder verdichtet wurde, der gesamte Kreislauf wieder geschlossen ist. An Mengenströmen kommen in den Kreislauf der Brennstoff Methan und der stöchiometrische Sauerstoff hinein, abgeschieden wird aus dem Kreislauf die entsprechende C02-Menge und das Verbrennungswasser auf jeweils tiefstmöglichem Temperaturniveau. Das Kohlendioxyd wird somit bei Atmosphärenniveau und Atmosphärentemperatur zur Lagerung bzw. Wiederverwendung zur Verfügung gestellt. PATENTANSPRÜCHE: 1. Wärmekraftanlage im Sinne einer kombinierten Gas/Dampfanlage mit einem doppelten Kreislauf zur Verbrennung von weitgehend reinem Methan mit Luftsauerstoff und mit Re-kompression des Verbrennungsgases nach der Expansion in der Gasturbine, wobei ein Hochtemperaturkreis aus den Komponenten Kompressor (KOMP), Brennkammer (BK), Hochtemperaturturbine (HTT), Rauchgaskühler (GKÜ1) und Rezirkulationsküh-ler (GKÜ2) gebildet wird, wobei ein Niedertemperaturkreis als Dampfkreis ausgebildet ist, bestehend aus einem Abhitzekessel, der einem Gemischkühler bestehend aus GKÜ1 und GKÜ2, einer Niedertemperaturturbine (LTT), einem Kondensator (KOND), einer Kondensationspumpe (KONP), einer Speisepumpe (SPP), und einer Wasseraufbereitung (ENTG/WB) in Form einer Entgaser/Speisewasserbehälter-Kombination, wobei das im Hochtemperaturkreis zirkulierende Gasgemisch aus der Verbrennung von Kohlenwasserstoff mit Luftsauerstoff unter Beimischung von Stickstoff bei vorhandenem Luftsauerstoffüberschuss besteht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbrennungsreaktion der Reaktantien Methan und technisch reiner Sauerstoff unter Beimischung von Wasserdampf in einem geschlossenen Prozesskreislauf erfolgt, wobei durch eine Einspeisung von Kühldampf die stöchiometrische Verbrennungstemperatur herabgesetzt und Flammentemperaturen von etwa 2000°C erreicht werden, wobei dieser Verbrennungsvorgang eine innere Verbrennung in einem Kreisprozess darstellt, der aus einer temperaturmäßig oberen Schleife und einer temperaturmäßig unteren Schleife desselben Kreislaufmediums, einer Mischung aus Wasserdampf und Kohlendioxyd, besteht, und dass die Abwärme des Kreisiaufmediums nach dem Austritt aus der Hochtemperaturturbine (HTT) zur Erzeugung eines Hochdruckdampfes in den Gemischkühlern (GKÜ1 und GKÜ2) benützt wird, und dieser damit erzeugte Hochdruckdampf in einer Hochdruckturbine (HDDT) entspannt und über eine Leitung 15 der Brennkammer zu der Kühlung zugeführt wird, 3 AT 409 162 B wobei das in den Gemischkühlern (GKÜ1 und GKÜ2) nunmehr abgekühlte Gemisch aus Wasserdampf und Kohlendioxid über eine Leitung 4 dem Kompressor (KOMP) zufließt und über die Leitung 5 der Brennkammer (BK) zufließt, wobei über eine Leitung (DKL) Kühldampf aus der Hochdruckdampfturbine (HDDT) in hohle Schaufeln der Hochtemperaturturbine (HTT) geliefert wird, und wobei an einer Abzweigstelle (3) der Überschuss an Verbrennungsprodukten, der in der temperaturmäßig oberen Schleife entsteht, über die Niedertemperaturturbine (LTT) entspannt, und durch Auskondensieren des Wasseranteils in einem Gemischkondensatorwiederver-dampfer (GKON-VERD) die Abfuhr von reinem C02 und die Bildung von Niederdruckdampf erfolgt, der in der Folge über Leitung (9) in einer Kondensationsturbine (KONDT) entspannt und im Kondensator (KOND) niedergeschlagen wird und hierauf über die Kondensatpumpe (KONP), einem Niederdruckvorwärmer (NDVW), einem Entgaser/Speise-wasserbehälter (ENTG/WB) und die Speisepumpe (SPP) über die Leitung (12) einer Vorwärmung und Verdampfung in den Gemischkühlern (GKÜ1 und GKÜ2) zuläuft, dort in Hochdruckdampf umgewandelt wird, und der Hochdruckturbine (HDDT) zugeleitet wird, wodurch zwei geschlossene Schleifen entstehen.
2. 2. Wärmekraftanlage gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von Methan der Kohlenwasserstoff Methanol verwendet wird. HIEZU 2 BLATT ZEICHNUNGEN 4