DE10052844A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Gas - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Gas, insbesondere niederkalorischem Heizgas, wird dahingehend weiterentwickelt, daß zwischen Brennkammer und Turbine ein Wärmetauscher zwischengeschaltet wird, in dem die bei der Verbrennung entstehende Wärmeenergie zur indirekten Erhitzung eines Luftstroms genutzt wird, mit dem die Turbine betrieben wird. DOLLAR A Zur sicheren Beherrschung aller Betriebsfälle ist ein neues Regelkonzept für die Turbine entwickelt worden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Gas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Energiege­ winnung aus Gas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.

In bekannten Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Gas wird üblicherweise Erdgas verbrannt. Die Brennkammer ist dabei unmittelbar an der Turbine angeordnet, so daß das Verbrennungsprodukt, das auch als Rauchgas bezeichnet wird, direkt zum Antrieb der Turbine verwendet werden kann. Die Regelung der Turbine kann durch eine Regelung der Arbeitslufttemperatur bzw. der Rauchgastemperatur, die über die Brennstoffmengenregelung erfolgt, durchgeführt werden.

Wenn jedoch niederkalorische gasförmige Brennstoffe verwendet werden sollen, sind derartige Vorrichtungen nicht mehr ohne weiteres einsetzbar, da der Heizwert für eine störungsfreie Verbrennung zu gering und eine effektive Regelung der Turbine dann nicht mehr möglich ist, da Gas in zu großen Mengen zugeführt werden muß. Insbesondere bei Holzgas, das lediglich etwa 1/7 des Heizwertes von Erdgas hat, treten diese Probleme bei bekannten Gasturbinen auf. Wenn das Holzgas dennoch verwendet werden soll, so muß ein erheblicher Aufwand zur Verdichtung des Gases betrieben werden, der im erheblichen Maße den Nettowirkungsgrad der Gasturbine verschlechtert.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind aus der DE 299 15 154 U1 bekannt. In dieser Druckschrift wird die Verbrennung von Biogas in einer externen Brennkammer beschrieben, wobei das Biogas dann gereinigt und einem Oberflächenwärmeübertrager zugeführt wird, der sekundärseitig mit einer Heißluftturbine verbunden ist und diese antreibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen eine Regelung der Vorrichtung besonders effektiv möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorrichtungsmäßig erfolgt die Lösung der Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nach dem Grundprinzip des Verfahrens wird bei dem Verfahren zur Regelung der Vorrichtung das Gas verbrannt und das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas zur indirekten Erhitzung eines Luftstroms genutzt, wobei der so erhitzte Luftstrom, der auch als Arbeitsluft bezeichnet wird, einer Gasturbine zugeführt wird. Bei der erfindungsgemäßen Regelung der Vorrichtung wird das Volumen des zur indirekten Erhitzung vorgesehenen Luftstroms geregelt, und außerdem wird die Temperatur des Rauchgases geregelt. Über diese Verfahrensbestandteile können alle Betriebsfälle der Vorrichtung sicher beherrscht und geregelt werden.

Dabei wird zur Regelung des Volumens des Luftstroms bevorzugt eine in der Luftstromleitung vorgesehene Regelarmatur verwendet. Weiterhin kann hier zur Regelung des Volumens des Luftstroms auch in einer der verschiedenen Entlastungsleitungen der Luftstromleitung, die die Arbeitsluft führt, vorgesehene Regelarmatur geregelt werden. Insbesondere durch das Zusammenspiel der verschiedenen Regelarmaturen, die direkt in der Luftstromleitung und in den davon abzweigenden Entlastungsleitungen vorgesehen sind, ist eine besonders günstige Regelung möglich. Zur Regelung der Temperatur des Rauchgases ist günstigerweise eine Regelarmatur in einer zu einer Brennkammer führenden Gasleitung vorgesehen, die so geregelt wird, daß zur Erreichung höherer Rauchgastemperaturen eine größere Gasmenge zugeführt wird. Weiterhin wird zur Regelung der Temperatur des Rauchgases eine Regelarmatur in mindestens einer zu einer Brennkammer führenden Luftleitung geregelt. Günstigerweise wird dazu eine Regelarmatur in einer zu der Brennkammer führenden Frischluftleitung und eine weitere Regelarmatur in einer zu der Brennkammer führenden Leitung mit bereits während des Verfahrens erwärmter Luft geregelt. Durch die Regelung und Mischung von Frischluft und bereits vorgewärmter Luft, wobei diese Mischung dann der Brennkammer zugeführt wird, ist eine besonders effektive Regelung der Temperatur des Rauchgases möglich.

Beim Start der Vorrichtung ist ein besonders wichtiger Aspekt der Regelung die Regelung des Luftstroms einer sich geregelt schließenden Regelarmatur in der Entlastungsleitung, so daß sich dadurch das Volumen des zur indirekten Erhitzung vorgesehenen Luftstroms, der als Arbeitsluft zum Antrieb der Turbine dient, gezielt und präzise erhöhen läßt. Insgesamt sind beim Start der Vorrichtung eine Vielzahl einzelner Verfahrensschritte notwendig, die ineinandergreifen.

Beim Stop der Vorrichtung wird zunächst bevorzugt die Temperatur des Rauchgases gesenkt. Danach wird günstigerweise das Volumen des Luftstroms durch Öffnen der Regelarmaturen in den Entlastungsleitungen gesenkt. Auch hier schließen sich eine Reihe weiterer Schritte an.

Bei einer Notabschaltung werden bevorzugt eine Vielzahl von Schritten gleichzeitig durchgeführt, insbesondere wird durch gleichzeitiges Öffnen und Schließen verschiedener Regelarmaturen der zur indirekten Erhitzung vorgesehene Luftstrom reduziert und auf Null gefahren.

Bevorzugt wird als niederkalorisches Gas Holzgas eingesetzt, das auf energetisch effiziente Weise aus einem biogenen Festbrennstoff gewonnen werden kann.

Da das Gas nur indirekt zur Erhitzung der Arbeitsluft der Turbine verwendet wird, ist eine Verbrennung des Gases bei atmosphärischem Druck möglich und wird bevorzugt durchgeführt, da dies energetisch besonders günstig ist. Das dabei entstehende Rauchgas wird von der Brennkammer zu einem Wärmetauscher geführt und erhitzt dort einen Frischluftstrom, der als Arbeitsluft der Gasturbine dient. Auf diese Weise ist eine indirekte Verwendung der bei der Verbrennung entstandenen Energie möglich. Die Erhitzung in dem Wärmetauscher erfolgt bevorzugt in einem Gegenstromverfahren. Der dabei erhitzte Luftstrom (Arbeitsluft) wird bevorzugt vor der Erhitzung verdichtet, so daß nach der Erhitzung ein sehr heißes und verdichtetes Gas zur Verfügung steht, das zum Antrieb der Turbine verwendet werden kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Abluft der Turbine zumindest teilweise der Brennkammer zugeführt, so daß die Temperatur in der Brennkammer besonders gut regelbar ist und auf einem hohen Temperaturniveau gehalten werden kann. Dies erhöht den elektrischen Wirkungsgrad des Teilprozesses, da weniger Energie aus der Verbrennung von Gas für die Erhitzung der Turbinenluft aufgewendet werden muß. Weiterhin wird die Abluft der Turbine bevorzugt auch zumindest zum Teil über einen Abhitzekessel einer Dampfturbine zugeführt. Weiterhin ist es günstig, das Verfahren so auszulegen, daß auch das in der Brennkammer erzeugte Rauchgas indirekt (über einen Abhitzekessel) einer Dampfturbine zugeführt werden kann.

Das Verfahren ist günstigerweise so ausgelegt, daß wahlweise der Betrieb mit oder ohne der Gasturbine möglich ist. Falls die Gasturbine nicht verwendet wird, so wird die Wärmeenergie ausschließlich einem Abhitzekessel zugeführt, über den dann eine Dampfturbine angetrieben wird.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die obengenannte Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Gas, insbesondere niederkalorischem Holzgas, mit einer Brennkammer und einer Turbine, wobei die Brennkammer mit der Primärseite eines Wärmetauschers verbunden ist und die Turbine mit der Sekundärseite des Wärmetauschers verbunden ist. Diese zeichnet sich erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch aus, daß auf der Sekundärseite des Wärmetauschers mehrere schnell öffnende Regelarmaturen zur Regelung des zu erhitzenden Luftstroms vorgesehen sind.

Der Wärmetauscher ist bevorzugt als Hochtemperaturwärmetauscher für eine Luftaustrittstemperatur von mehr als 600°C ausgelegt und die Turbine ist über ein anlagenspezifisches Piping, das im folgenden noch genauer erläutert wird, mit der Sekundärseite des Wärmetauschers verbunden. Mit einer solchen Vorrichtung läßt sich das oben beschriebene Verfahren durchführen und insbesondere kann das der Turbine zugeführte Gas indirekt in dem Wärmetauscher erhitzt werden.

Bevorzugt sind dabei die Regelarmaturen einerseits direkt in den Leitungen angeordnet, die den zu erhitzenden Luftstrom bzw. die Arbeitsluft erhitzen, und andererseits sind ergänzende Regelarmaturen in Entlastungsleitungen angeordnet, über die das Volumen des Luftstroms, das zu dem Wärmetauscher geführt wird, vermindert werden kann. Durch Öffnen der schnell schließenden und öffnenden Regelarmaturen in den Entlastungsleitungen wird der Druck in der Leitung, die zu dem Wärmetauscher führt, vermindert.

In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Regelarmatur zur Regelung der zur Brennkammer geführten Gasmenge vorgesehen, so daß auf diese Weise das zur Brennkammer geführte Gas und damit auch die Temperatur des in der Brennkammer erzeugten Rauchgases steuerbar ist. Weiterhin sind mehrere schnell zu schließende und schnell zu öffnende Regelarmaturen zur Regelung der zur Brennkammer geführten Luftmenge vorgesehen, so daß auch mit diesen eine Regelung der Temperatur des in der Brennkammer entstehenden Rauchgases möglich ist.

Bevorzugt ist dabei die Brennkammer beabstandet von der Turbine angeordnet. Es ist sogar möglich und denkbar, daß aus einer bestehenden Gasturbine die übliche interne Brennkammer entfernt und durch ein spezielles Anschlußstück ersetzt wird. Über dieses Anschlußstück wird die komprimierte und erhitzte Luft in die Turbine eingeleitet. Bevorzugt ist dem Wärmetauscher auf der Primärseite ein Verdichter vorgeschaltet, so daß in dem Wärmetauscher bereits vorverdichtete Luft bzw. Arbeitsluft erhitzt wird, die dann der Turbine zugeführt und in dieser entspannt wird.

Weiterhin ist bevorzugt ein Abhitzekessel zum Betrieb einer Dampfturbine vorgesehen, der mit der Brennkammer und der Gasturbine verbunden ist. Auf diese Weise ist auch eine Nutzung der Abwärme der Gasturbine möglich, und zudem kann die in der Brennkammer erzeugte Energie auch direkt dem Abhitzekessel der Dampfurbine zugeleitet werden, wenn die Gasturbine nicht in Betrieb ist.

Eine besonders bevorzugte Weiterentwicklung betrifft die Verwendung eines T-förmigen Anschlußstückes, das zur Auskopplung der Verdichterluft und zur Einkopplung der Arbeitsluft dient. Dieses T-förmige Anschlußstück ist zwischen Verdichter und Turbine angeordnet und weist ein Heißluftrohr auf, das an einem Endbereich wiederum ein Heißluftanschlußstück aufweist, über das die vom Wärmetauscher kommende Luft der Turbine zugeführt wird. Weiterhin weist das T-förmige Anschlußstück bevorzugt ein Mantelrohr auf, das das Heißluftrohr umschließt und einen Eingang zur Aufnahme der Verdichterluft und einen Ausgang zur Weitergabe des Luftstroms zum Wärmetauscher aufweist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung weiter erläutert. Im einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verfahrens­ ablaufs beim Start einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Verfahrens­ ablaufs beim Stop einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie EE in Fig. 4,

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie FF in Fig. 5,

Fig. 7 ein T-förmiges Anschlußstück der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einer Turbine 2, einer Brennkammer 3, einem Wärmeübertrager 4, einem Gasverdichter 5, einem Abhitzekessel 6 zum Betrieb einer Dampfturbine, einem Kamin 7 und einem Generator 10 dargestellt.

Der Brennkammer 3 wird über ein Gebläse 11, dem eine Regelarmatur G nachgeschaltet ist, Verbrennungsluft zugeführt. Weiterhin wird der Brennkammer 3 über eine Regelarmatur J Brenngas zugeführt, das dann zusammen mit der Verbrennungsluft in der Brennkammer verbrennt. Das dabei entstehende Rauchgas wird über einen Rauchgasweg 12 mit einer Temperatur T7 einer Primärseite 8 des Wärmeübertragers 4 zugeführt. Der Sekundärseite 9 des Wärmeübertragers 4 wird Frischluft zugeführt, die zunächst über einen Frischluftweg 13 mit einer Temperatur T1 und einem Druck P1 dem Verdichter 5 zugeführt wird. In diesem Verdichter erfolgt eine Kompression der Luft von dem atmosphärischen Druck P1 auf einen Druck P2. Durch die Verdichtung wird die Luft von der Umgebungstemperatur T1 auf T2 erwärmt. Im Lastbetrieb wird die verdichtete Luft mit der Temperatur T3 und dem Druck P3 im Gegenstromverfahren durch die Sekundärseite 9 des Wärmeübertragers 4 geführt und dabei auf die Temperatur T5 erhitzt und mit dem Druck PS in die Turbine 2 geführt. Da das Arbeitsgas der Turbine Luft ist, kann die Turbine 2 auch als Heißluftturbine bezeichnet werden. Hier wird das heiße Gas bzw. die heiße Luft entspannt und mit dem Druck P6 und der Temperatur T6 zum Abhitzekessel 6 geführt, in dem Dampf erzeugt und die Dampfturbine 7 betrieben wird. Der Entspannungsprozeß in der Turbine 2 treibt über eine Turbinenwelle den Generator 10 an. Die entspannte Luft aus der Turbine 2, die mit der Temperatur T6 und dem Druck P6 vorliegt, wird zu mehr als 80% bei Vollast über die Regelarmatur H in die Brennkammer 3 geführt. Durch die Regelung des Zumischverhältnisses werden hohe Flammtemperaturen vermieden. Des weiteren wird weniger Energie aus dem Brenngas benötigt, um das primärseitig in den Wärmeübertrager eintretende Rauchgas auf T7 zu erwärmen. Dadurch erfolgt eine Minderung des NOx Ausstoßes, und es werden zudem konstante Temperaturen T7 des Rauchgases in dem Rauchgasweg 12 erreicht.

Wenn die Vorrichtung 1 ohne die Turbine 2 betrieben wird, so findet in dem Wärmeübertrager 4 an der Sekundärseite 9 keine Wärmeabnahme statt. Die primärseitige Temperatur T7 im Rauchgasweg 12 entspricht dann der Temperatur T8 am Abhitzekessel 6. Der Abhitzekessel 6 ist jedoch nicht für derart hohe Temperaturen ausgelegt, so daß dann über das Gebläse 11 vermehrt Frischluft in die Brennkammer 3 und über die Regelarmatur 1 in den Rauchgasweg 12 zwischen Brennkammer 3 und Wärmeübertrager 4 geblasen wird, so daß durch den Mischeffekt die Temperatur T7 auf ein für den Abhitzekessel 6 geeignetes Temperaturniveau gesenkt wird. Bei einem solchen Vorgang sind die Ventile B und D geschlossen. Über die Regelarmaturen G, H und I wird die Frischluftzuführung so geregelt, daß die Brennkammeraustrittstemperatur T7 konstant ist.

Die Abblasearmaturen C und optional auch E dienen der Öffnung der Leitungen in Notfällen oder bei Überlast, so daß mit Hilfe dieser Abblasearmaturen der Druck in den Rohren schnell gesenkt werden kann. Ergänzend sind Regelarmaturen A und F vorgesehen, wobei A eine normale Regelarmatur darstellt und durch eine Feinregelarmatur F ergänzt ist, so daß mit dieser ein präziser Druck in der Zuleitung zwischen dem Verdichter 5 und dem Wärmeübertrager 4 eingestellt werden kann.

In Fig. 2 ist die Startsequenz der erfindungsgemäßen Vorrichtung detailliert erläutert. Die folgende Beschreibung erfolgt mit Bezugnahme auf die in Fig. 1 beschriebene Vorrichtung. Im Schritt 20 wird geprüft, ob die Startbedingungen erfüllt sind. Zunächst muß die Brennkammer in Betrieb sein, und die Temperatur T7 (siehe Fig. 1) an der Primärseite 8 des Wärmeübertragers 4 muß bei einer verminderten Betriebstemperatur T7 von ca. 500°C bis 550°C konstant sein. Weiterhin muß das gesamte Abhitzesystem mit dem Abhitzekessel 6 im Beharrungszustand sein. Die in Fig. 2 dargestellten Schritte 20 bis 26 werden als erste Sequenz 27 zusammengefaßt, die mit dem Start der Turbine beginnt. Im Schritt 21 wird zunächst das Abblaseventil C geschlossen. Hierdurch wird aktiv eine unkontrollierte Beaufschlagung der Turbine 2 durch Rückfluß von Heißluft vermieden. Die Regelarmaturen A und F sind geöffnet, die Armaturen B und D geschlossen. Im Schritt 22 wird dann der Startmotor der Turbine 2 eingeschaltet. Im Schritt 24 wird die Druckregelung des Drucks P3 zwischen Verdichter 5 und Wärmeübertrager 4 durch Schließen der Regelarmaturen A und F durchgeführt. Im Schritt 25 wird die Armatur D geöffnet, wenn der Druck P3 größer als der Druck P4 wird. Im Schritt 26 schließt daraufhin die Armatur G in geregelter Form, so daß der Druck P6 konstant ist. Dies erfolgt parallel zur Erhöhung der Fördermenge des Verdichters der Turbine 2. Die Armatur B wird geregelt geöffnet. Die Armaturen H und I sind weiterhin druckgeregelt geöffnet. Die zweite Sequenz 30 regelt das Anfahren der Turbine. Im Schritt 28 wird dazu die Drehzahl des Startmotors erhöht. Die Regelarmaturen A und F regeln den Druck P3. Durch zunehmendes Schließen der Regelarmatur A wird weniger Arbeitsluft abgeblasen. Ein wachsender Teil der Arbeitsluft wird in dem Wärmeübertrager auf Anfahrtemperatur erhitzt. Durch die Entspannung des wachsenden Arbeitsluftvolumens in der Turbine wird die Turbinendrehzahl erhöht. Im Schritt 29 wird bei ca. 60% der normalen Umdrehungszahl der Turbine 2 der Startmotor ausgeschaltet. In der dritten Sequenz 32 wird die Turbine beschleunigt und die Turbinendrehzahl auf eine Nenndrehzahl einreguliert. Im Schritt 31 werden dazu die Regelarmaturen A und F genutzt, so daß durch Abblasen der Heißluft-Massenstrom zur Turbine 2 so eingestellt wird, daß die Drehzahl der Turbinenwelle ca. 95% der Nenndrehzahl erreicht. Die Armatur B wird geregelt geöffnet, um die Verbrennungsluftmenge durch die Brennkammer konstant zu halten. Die Turbinendrehzahl wird durch weiteres Schließen der Armaturen A und F der Nenndrehzahl angeglichen. Die Synchronisation des Generators beginnt. Die Startsequenz 4, die in der Fig. 2 mit 36 bezeichnet ist, regelt die Motorsynchronisation, wobei im Schritt 33 die Regelarmaturen A und F die Drehzahlregelung übernehmen. Wenn die Turbinendrehzahl die Nenndrehzahl erreicht hat, wird synchronisiert. Die Drehzahlregelung erfolgt bis zur Synchronisation über die Armaturen A und F. Dies ist durch den Schritt 34 angedeutet. Die Regelung basiert auf der Regelung des Massenstroms. Nach der Synchronisation erfolgt die Drehzahlregelung über den Generator. Im Schritt 35 wird der Generatorleistungsschalter geschlossen. Der Generator läuft netzparallel. In der mit 41 bezeichneten Startsequenz 5 beginnt die Lastaufnahme. Dazu wird die Regelarmatur A und auch die Feinregelarmatur F langsam geschlossen, wie im Schritt 37 angedeutet. Der Heißgas-Massenstrom wird nun vollständig auf die Turbine geführt. Im Schritt 38 wird die Eintrittstemperatur T7 auf der Primärseite 8 des Wärmeübertragers 4 durch Erhöhung der Leistung in der Brennkammer 3 angehoben, bis auf der Sekundärseite des Wärmeübertragers 4 die Maximaltemperatur von T5 erreicht wird. Dies ist im Schritt 39 erreicht. Bei Erreichen dieser Temperatur wird gemäß Schritt 40 das Frischluftgebläse 11 ausgeschaltet. Durch die Temperaturerhöhung erhöht sich auch der Volumenstrom der Turbinenabluft. Um zu verhindert, daß durch diesen erhöhten Volumenstrom die Turbine gegen unnötig hohen abgasseitigen Gegendruck betrieben wird, wird die Regelarmatur B geregelt weiter geöffnet. Die Armatur A wird vollständig geschlossen. In der Sequenz 43 erfolgt dann der Normalbetrieb der Turbine, der auch im Schritt 42 dargestellt ist. Die Turbine wird mit maximaler Leistung gefahren. Eine Leistungsregelung kann über die Armaturen A und F und auch über die Leistungsregelung der Brennkammer 3 erfolgen. In Fig. 3 ist die Turbinenstopsequenz 45 beschrieben. Der normale Stopablauf ist mit den Schritten 46 bis 57 wiedergegeben, während eine Notabschaltung mit den Schritten 60 bis 68 dargestellt ist. Das Verfahren wird auch unter Bezugnahme auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1 erläutert. Die Stopsequenz beginnt im Schritt 46, wobei bei Übermittlung eines Stopsignals im Schritt 47 zunächst im Schritt 48 die Betriebstemperatur T7 reduziert wird, indem die Leistung der Brennkammer 3 bis zu einer verminderten Betriebstemperatur von etwa 500°C reduziert wird. Gleichzeitig wird das Frischluftgebläse 11 angefahren, um nach dem Schließen der Armaturen B und D sowie dem Öffnen der Armaturen C und G die Frischluftversorgung der Brennkammer sicherzustellen. Im Schritt 51 wird die Leistung der Turbine 2 durch Öffnen der Armatur A auf Null reduziert. Im Schritt 52 wird der Generatorleistungsschalter geöffnet. Für einen, in der Zeichnung mit 53 gekennzeichneten Zeitraum, läuft die Turbine zum Herunterkühlen nach. Danach wird gemäß Schritt 54 das Abblaseventil C geöffnet und gemäß Schritt 55 die Armatur D geschlossen. Im letzten Schritt 56 erfolgt dann eine Drehzahlreduzierung auf Null. Mit dem Schritt 57 ist das Herunterfahren der Turbine abgeschlossen, und es kommt zum Turbinenstillstand. Parallel erfolgt ab dem Schritt 49 die im Schritt 50 angegebene Maßnahme, bei der die Armatur B geregelt geschlossen und die Armatur G geregelt geöffnet wird, um den Ausfall der Turbinenabluft als Verbrennungsluft zu kompensieren. Im Falle einer Notabschaltung, die zum Beispiel nach einer Betriebsstörungsmeldung durchgeführt wird, erfolgt eine Turbinenstopsequenz 45 gemäß der Schritte 60 bis 68. Bei der Notabschaltung werden quasi gleichzeitig im Schritt 61 der Generatorleistungsschalter geöffnet und im Schritt 62 das Abblaseventil C geöffnet. Dieses wird sehr schnell geöffnet, wobei die Abblasearmatur C auch als sehr schnell öffenende Armatur realisiert sein muß. Die Druckluft wird über eine Rohrleitung bevorzugt über das Dach in die Atmosphäre abgeführt. Durch die Druckentlastung fehlt der Turbine 2 das Antriebsmedium. Gleichzeitig wirkt der Verdichter als Bremse. In einem Notfall bei Betriebsstörung der Drehzahlüberwachung wird zur noch schnelleren Öffnung des Abblaseventils C über einen Explosionszylinder eine trennende Berstscheibe zwischen einem externen Druckgasbehälter, der auf ca. 20 bar gehalten ist und dem öffnend wirkenden Arbeitszylinder der Armatur C zerstört. Durch den frei werdenden Druckgasimpuls kann die Armatur C in weniger als 100 Millisekunden vollständig geöffnet werden. Ergänzend wird noch das optimale Sicherheitsabblaseventil E geöffnet, um das Ablassen von großen Arbeitsluftmengen in den verbindenden Rohrleitungen und dem Wärmeübertrager und den Arbeitsluft-Druckabfall zu beschleunigen. Im Schritt 63 wird dann die Regelarmatur A geöffnet und im Schritt 64 die Armaturen B und D geschlossen. Im Schritt 65 wird der Not-Aus des Brenners geschaltet. Danach wird im Schritt 66 mit dem Frischluftgebläse 11 eine Zwischenbelüftung vorgenommen und gemäß Schritt 67 die Armatur G geregelt geöffnet. Es kommt zum Turbinenstillstand gemäß Schritt 68.

In Fig. 4 ist eine geschnittene Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Diese Vorrichtung ist als ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der schematischen Zeichnung gemäß Fig. 1 zu verstehen. In der Draufsicht in Fig. 1 ist beispielsweise die Verdichterluft­ leitung zu erkennen, die dem Leitungsstrang entspricht, der zwischen dem Verdichter 5 und der Armatur D angeordnet ist und in dem ein Druck P2 und eine Temperatur T2 herrscht. Weiterhin ist die Armatur D gekennzeichnet und die Heißluftleitung, die zwischen dem Wärmeübertrager und der Gasturbine die erhitzte Luft zur Gasturbine leitet.

In Fig. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie EE in Fig. 4 dargestellt, so daß hier die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Querschnitt zu sehen ist. Neben dem Verdichter 5 und der Gasturbine 2 sind insbesondere die Entlastungsleitungen zu erkennen, die von der Verdichterluftleitung zwischen Verdichter und Wärmeübertrager abgehen und durch Armaturen A und C geregelt sind.

Ein Schnitt entlang der Linie FF in Fig. 5 ist in Fig. 6 dargestellt. In dieser ist oberhalb der Turbine ein spezielles Anschlußstück 20 dargestellt, das im folgenden noch erläutert wird. Weiterhin sind insbesondere auch die Armatur C in der Entspannungsleitung, der Wärmeübertrager 4 und die Brennkammer 3 zu erkennen.

In Fig. 7 ist das Anschlußstück 20 in vergrößerter Ausführungsform dargestellt. Dieses Anschlußstück ist T-förmig und weist ein Heißluftleitrohr 21 auf, das am oberen Ende, angedeutet durch den Pfeil 25, Arbeitsluft vom Wärmeübertrager 4 (siehe Fig. 1) in Richtung des Pfeils 27 zur Turbine 2 fördert. Das Heißluftleitrohr 21 ist umgeben von einem Mantelrohr 23, welches das Heißluftleitrohr 21 umschließt und einen Eingang zur Aufnahme der Verdichterluft und einen Ausgang zur Weitergabe des Luftstroms zum Wärmetauscher aufweist. Insgesamt dient das T-förmige Anschlußstück zur Auskopplung der Verdichterluft und zur Einkopplung des Luftstroms, der dem Wärmetauscher zugeführt wird. Über den seitlichen Ausgang, in Richtung des Pfeils 26, wird Verdichterluft zum Wärmeübertrager 4 geleitet.

Claims (22)

1. Verfahren zur Regelung einer Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Gas, insbesondere niederkalorischem Gas, bei dem das Gas verbrannt und ein bei der Verbrennung entstehendes Rauchgas zur indirekten Erhitzung eines Luftstroms genutzt wird, wobei der erhitzte Luftstrom zur Energiegewinnung genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Vorrichtung das Volumen des zur indirekten Erhitzung vorgesehenen Luftstroms geregelt wird und daß zur Regelung der Vorrichtung die Temperatur des Rauchgases geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Volumens des Luftstroms eine in der Luftstromleitung vorgesehene Regelarmatur geregelt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Volumens des Luftstroms mindestens eine in einer Entlastungsleitung der Luftstromleitung vorgesehene Regelarmatur geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Temperatur des Rauchgases eine Regelarmatur in einer zu einer Brennkammer führenden Gasleitung geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Temperatur des Rauchgases eine Regelarmatur in mindestens einer zu einer Brennkammer führenden Luftleitung geregelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Start der Vorrichtung die Regelung des Luftstroms mit einer sich geregelt schließenden Regelarmatur in der Entlastungsleitung geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stop der Vorrichtung mit einer Senkung der Temperatur des Rauchgases eingeleitet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Notabschaltung durch gleichzeitiges Öffnen und Schließen verschiedener Regelarmaturen der zur indirekten Erhitzung vorgesehene Luftstrom minimiert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Gases bei atmosphärischem Druck erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom vor der Erhitzung verdichtet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abluft der Turbine zumindest teilweise der Brennkammer zugeführt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas der Brennkammer indirekt einer Dampfturbine zugeführt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren wahlweise mit oder ohne den Betrieb einer Gasturbine möglich ist.

14. Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Gas, insbesondere niederkalorischem Holzgas, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Brennkammer (3) und einer Turbine (2), wobei die Brennkammer (3) mit der Primärseite (8) eines Wärmetauschers verbunden ist und die Turbine (2) mit der Sekundärseite (9) des Wärmetauschers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sekundärseite (9) des Wärmetauschers mehrere Regelarmaturen (D, C, A) zur Regelung des zu erhitzenden Luftstroms vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Regelarmatur (J) zur Regelung der zur Brennkammer (3) geführten Gasmenge vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Regelarmatur (G, H, I,) zur Regelung der zur Brennkammer (3) geführten Luftmenge vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (3) beabstandet von der Turbine (2) ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscher (4) auf der Sekundärseite (9) ein Verdichter (5) vorgeschaltet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abhitzekessel (6) zum Betrieb einer Dampfturbine vorgesehen ist, der mit der Brennkammer (3) und der Turbine (2) verbunden ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auskopplung der Verdichterluft und zur Einkopplung des Luftstroms, der dem Wärmetauscher (4) zugeführt wird, ein T-förmiges Anschlußstück (20) vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das T-förmige Anschlußstück (20) ein Heißluftleitrohr (21) aufweist, das ein Heißluftanschlußstück (22) aufweist, über das die vom Wärmetauscher (4) kommende Luft der Turbine (2) zugeführt wird.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß das T-förmige Anschlußstück (20) ein Mantelrohr (23) aufweist, das das Heißlufleitrohr (21) umschließt und einen Eingang zur Aufnahme der Verdichterluft und einen Ausgang zur Weitergabe des Luftstroms zum Wärmetauscher (4) aufweist.