DE102007014631A1 - Method for generating energy, involves heating water vapor discharging from steam generator of combustion system before feeding into steam turbine through exhaust gas of gas turbine plant - Google Patents

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Abstract

The method involves acquiring water vapor in a steam generator (12) of a combustion system (10) by combustion gases at a temperature of 400 degree Celsius and with a pressure of approximately 4 mega Pascal. The water vapor is feeded into a steam turbine (14,14') for generating electricity. The water vapor, discharging from the steam generator of the combustion system, is heated up before feeding into the steam turbine through the exhaust gas of a gas turbine plant (1) at a temperature of 430 degree Celsius and with a pressure of 4 to 20 mega Pascal. An independent claim is also included for a energy generation plant.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung unter Einsatz einer Verbrennungsanlage sowie eine Energiegewinnungsanlage zur Durchführung dieses Verfahrens, in der mindestens eine Verbrennungsanlage und eine Gasturbinenlage miteinander verschaltet sind.The The invention relates to a process for the production of energy using an incinerator and an energy recovery system for execution this method, in which at least one incinerator and a gas turbine layer are interconnected.

Bei Verbrennungsanlagen, die halogen- und schwefelhaltige Brennstoffe verbrennen, stößt der Wirkungsgrad im Gegensatz zu Anlagen, die relativ saubere Brennstoffe verbrennen, aus technischen und wirtschaftlichen Gründen schnell an seine Grenzen. Aufgrund von Betriebserfahrungen sollten bei derartigen Verbrennungsanlagen die Dampftemperatur bei etwa 400°C und der Dampfdruck bei etwa 4 MPa (40 bar) liegen. Der elektrische Wirkungsgrad einer Verbrennungsanlage beträgt dann etwa 21%.at Incinerators containing halogenated and sulphurous fuels burn, the efficiency hits unlike plants that burn relatively clean fuels, for technical and economic reasons quickly to its limits. Due to operating experience should in such incinerators the steam temperature at about 400 ° C and the vapor pressure is about 4 MPa (40 bar). The electric Efficiency of a combustion plant is then about 21%.

Wird die Dampftemperatur und damit der Wirkungsgrad zur Verbesserung der Stromproduktion weiter angehoben, kommt es zu einem erheblichen Verschleiß der Kesselrohre durch Korrosion aufgrund der in den Brennstoffen enthaltenen Halogene und Schwefelverbindungen. Der klassische Dampferzeugsprozess als Vorstufe zur Stromerzeugung stößt demnach an Grenzen, für deren Überwindung keine praktikablen Lösungen erkennbar sind. Aus diesem Grunde werden Verbrennungsanlagen in der zuvor beschriebenen Art und Weise seit vielen Jahrzehnten bei einem unbefriedigendem Wirkungsgrad betrieben.Becomes the steam temperature and thus the efficiency for improvement Electricity production continues to rise, it comes to a considerable Wear the Boiler pipes due to corrosion due to those contained in the fuels Halogens and sulfur compounds. The classic steam generator process As a precursor to power generation, therefore, there are limits to their overcoming no workable solutions are recognizable. For this reason, incineration plants in the manner described above for many decades operated an unsatisfactory efficiency.

Erfindungsgemäß wird nun eine Verfahrensdurchführung bereitgestellt, die eine deutliche Erhöhung des Wirkungsgrads erlaubt. Zu diesem Zweck wird die Verbrennungsanlage mit einer Gasturbinenanlage gekoppelt. Durch diese Kopplung kann der aus dem Dampferzeuger (Wärmetauscher) der Verbrennungsanlage ausströmende Dampf mit einer Temperatur von 400 bis 420°C durch das heiße Abgas der Gasturbine weiter auf eine Temperatur von mindestens 430°C aufgeheizt werden. Diese Aufheizung kann in einem sogenannten Abhitzedampferzeuger (Wärmetauscher) erfolgen. Der Elektrizität erzeugenden Dampfturbine kann dann ein Dampf mit einer deutlich höheren Temperatur zugeleitet werden als in den bekannten Verfahren dieser Art. Dadurch wird der Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung in einer nachgeschalteten Dampfturbine deutlich erhöht. Das Korrosionsproblem im Dampferzeuger der Verbrennungsanlage besteht in dem Abhitzedampferzeuger nicht, weil das Abgas der Gasturbine nicht derart korrosiv ist wie das Abgas einer bekannten Verbrennungsanlage, das im Dampferzeuger der Verbrennungsanlage zum Aufheizen des Dampfes auf etwa 400°C benutzt wird.According to the invention will now a process implementation provided, which allows a significant increase in the efficiency. For this purpose, the incineration plant with a gas turbine plant coupled. Through this coupling, the from the steam generator (heat exchanger) the combustion system effluent Steam at a temperature of 400 to 420 ° C by the hot exhaust gas the gas turbine further heated to a temperature of at least 430 ° C. become. This heating can in a so-called heat recovery steam generator (Heat exchanger) respectively. The electricity generating steam turbine can then steam with a clear higher Temperature are fed as in the known method of this Art. As a result, the efficiency of generating electricity in one downstream steam turbine significantly increased. The corrosion problem in the Steam generator of the incinerator does not exist in the heat recovery steam generator, because the exhaust gas of the gas turbine is not as corrosive as that Exhaust gas of a known incinerator, the steam generator in the Combustion system for heating the steam to about 400 ° C is used.

Darüber hinaus kann ein weiterer Wärmetauscher zur Erzeugung eines Niederdruckdampfs mit dem Abgas, das zuvor durch den Wärmetauscher geleitet worden war, vorgesehen sein. Dieser weitere Wärmetauscher kann zwischen dem Wärmetauscher und der Feuerung angeordnet sein.Furthermore can be another heat exchanger for generating a low-pressure steam with the exhaust gas previously by the heat exchanger had been provided, be provided. This further heat exchanger can be between the heat exchanger and the firing.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Energiegewinnungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Energiegewinnungsanlage umfasst eine Feuerung zur Verbrennung von Brennstoffen, die ein Halogen und/oder Schwefelverbindungen enthaltendes Abgas bilden, einen Dampferzeuger, eine Dampfturbine und einen Kondensator, wobei die Verbrennungsanlage mit einer Gasturbine dampfseitig derart gekoppelt ist, dass das Abgas der Gasturbine in einem Abhitzedampferzeuger den aus dem Dampferzeuger der Verbrennungsanlage ausströmenden Dampf auf eine Temperatur von über 430°C aufheizen kann. Vorzugsweise wird der Dampf in dem Abhitzedampferzeuger auf eine Temperatur von 470°C, besonders bevorzugt auf 500 bis 600°C, aufgeheizt. Der Druck des Dampfs kann 4 bis 20 MPa (40–200 bar) betragen.object The invention also relates to an energy production plant for carrying out the inventive method. This energy recovery plant includes a furnace for combustion of fuels containing a halogen and / or sulfur compounds containing exhaust gas, a steam generator, a steam turbine and a condenser, the incinerator having a gas turbine is coupled on the steam side such that the exhaust gas of the gas turbine in a heat recovery steam generator from the steam generator of the incinerator outflowing Steam to a temperature of over Heat up to 430 ° C can. Preferably, the steam in the heat recovery steam generator on a temperature of 470 ° C, particularly preferably at 500 to 600 ° C, heated. The pressure of Steam can be 4 to 20 MPa (40-200 bar).

Die abgasseitige Kopplung der Gasturbinenanlage mit der Verbrennungsanlage erfolgt dadurch, dass der Ausgang der Gasturbinenanlage durch einen Rauchgaskanal mit dem Abhitzedampferzeuger (Wärmetauscher) der Verbrennungsanlage verbunden ist, so dass das Rauchgas der Gasturbine den Abhitzedampferzeuger durchströmen kann.The exhaust gas side coupling of the gas turbine plant with the incinerator takes place in that the output of the gas turbine plant by a Flue gas duct with the heat recovery steam generator (heat exchanger) of the incinerator is connected, so that the flue gas of the gas turbine, the heat recovery steam generator flow through can.

1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 shows a schematic representation of the method according to the invention.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage, in der drei Verbrennungsanlagen (Feuerungen/Dampferzeuger) zur Dampferzeugung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt sind. 2 shows a schematic representation of a plant according to the invention, in which three incinerators (furnaces / steam generator) are used for steam generation according to the inventive method.

Am Ausgang des Abhitzedampferzeugers hat das aus der Gasturbine stammende Abgas immer noch eine Temperatur, die eine weitere Nutzung des Abgases ermöglicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Restwärme des Abgases aus der Gasturbine zur Übertragung von Wärmeenergie an das Wasser im Wärmetauscher übertragen werden. Das Wasser wird anschließend in dem Dampferzeuger der Verbrennungsanlage verdampft und auf eine Temperatur von 400 bis 420°C überhitzt. In den bekannten Verfahren zur Stromgewinnung durch Verbrennung von Halogen oder Schwefel enthaltenden Brennstoffen erfolgt diese Aufwärmung im Wärmetauscher durch Dampf, der der Elektrizität erzeugenden Dampfturbine entnommen wird. In dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entfällt somit das Erfordernis der Entnahme von Dampf aus der Dampfturbine, d. h. das Anzapfen der Dampfturbine. Folglich kann der gesamte Dampf zur Elektrizitätsgewinnung in der Dampfturbine genutzt werden, wodurch zusätzliche Arbeit zur Stromerzeugung geleistet wird.At the outlet of the heat recovery steam generator, the exhaust gas originating from the gas turbine still has a temperature which allows a further use of the exhaust gas. According to a preferred embodiment of the invention, the residual heat of the exhaust gas from the gas turbine for transferring heat energy to the water in the heat exchanger can be transmitted. The water is then in the steam generator the incinerator evaporates and overheated to a temperature of 400 to 420 ° C. In the known methods for generating electricity by combustion of halogen or sulfur-containing fuels, this warming takes place in the heat exchanger by steam, which is taken from the electricity generating steam turbine. In this preferred embodiment of the invention thus eliminates the need for the removal of steam from the steam turbine, ie the tapping of the steam turbine. As a result, all of the steam can be used to generate electricity in the steam turbine, thereby providing additional work for power generation.

Das für den Dampferzeuger der Verbrennungsanlage aufzuwärmende Arbeitsmedium wird in der Regel ein Kondensat sein, das durch Kondensation des aus der Dampfturbine austretenden Dampfs in einem der Dampfturbine nachgeschalteten Kondensator erhalten wird.The for the Steam generator of the combustion plant to be heated working medium is in usually a condensate that is due to condensation of the Steam turbine exiting steam in one of the steam turbine downstream Capacitor is obtained.

Nach Abschluss der Aufwärmung dieses Kondensats im Wärmetauscher lassen sich die Abgase der Gasturbine weiter nutzen. Gasturbinen werden mit überschüssigem Sauerstoff betrieben. Am Austritt der Gasturbine enthält das Abgas daher noch einen Sauerstoffgehalt von 13 bis 15 Vol.%. Dieses Abgas kann daher gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung noch zur Verbrennung genutzt werden. Dazu können die nach zwei Wärmeübertragungen an den Wasser-/Dampfkreislauf abgekühlten Abgase als Sauerstoffträger der Verbrennungsanlage zugeführt werden. Dies ist insbesondere auch vorteilhaft, weil im Gegensatz zu der häufig eingespeisten Luft die Temperatur des Abgases der Gasturbine an dieser Stelle im Verfahren noch deutlich über 100°C liegt. Luft, die in den bekannten Verfahren zugeführt wurde, musste bisher beispielsweise durch die Energie der Dampfturbine erwärmt werden. Im er findungsgemäßen Verfahren wird hingegen für diesen Zweck die sonst ungenutzte Restwärme der Abgase genutzt.To Completion of the warm-up this condensate in the heat exchanger can the exhaust gases of the gas turbine continue to use. gas turbines be with excess oxygen operated. At the outlet of the gas turbine, the exhaust gas therefore still contains one Oxygen content of 13 to 15 vol.%. This exhaust gas can therefore according to a another preferred embodiment the invention are still used for combustion. These can be the after two heat transfers cooled to the water / steam cycle exhaust gases as oxygen carrier of Incinerator fed become. This is particularly advantageous because in contrast to the common fed air to the temperature of the exhaust gas of the gas turbine this point in the process is still well above 100 ° C. Air in the well-known Process supplied was, had previously, for example, by the energy of the steam turbine heated become. In he inventive method is, however, for used the otherwise unused residual heat of the exhaust gases for this purpose.

Die erfindungsgemäße Stromerzeugung ermöglicht Wirkungsgrade von über 32%. Es entfällt das Anzapfen der Dampfturbine zur Kondensaterwärmung. Der Wärmeübertragungsprozess von Halogen und Schwefel enthaltenden Verbrennungsrauchgasen auf das Arbeitsmedium wird bei einem für Korrosionen unkritischen Temperaturniveau durchgeführt. Dadurch können die längeren Standzeiten der Heizflächenrohre bei erhöhter Gesamtenergieausbeute beibehalten werden. Ein Frischlüfter für die Sauerstoffversorgung des Dampferzeugers der Verbrennungsanlage kann daher in dem erfindungsgemäßen Verfahren entfallen.The power generation according to the invention allows Efficiencies of over 32%. It is omitted the tapping of the steam turbine for condensate heating. The heat transfer process halogen and sulfur containing combustion fumes the working medium becomes noncritical for corrosion Temperature level performed. Thereby can the longer ones Service life of the Heizflächenrohre at elevated Total energy yield can be maintained. A fresh ventilator for oxygenation the steam generator of the incinerator can therefore in the process according to the invention omitted.

Unter den Begriff Verbrennungsanlage werden erfindungsgemäß alle Verbrennungsanlagen verstanden, die Halogen und Schwefel enthaltende Abgase erzeugen. Dazu können beispielweise Müllverbrennungsanlagen, Biomasseverbrennungsanlagen und Anlagen zur Nutzung von Ersatzbrennstoffen gehören.Under The term incinerator according to the invention are all incinerators understood to generate the halogen and sulfur-containing exhaust gases. Can do this for example waste incineration plants, Biomass combustion plants and plants for the use of substitute fuels belong.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann einen Müllbunker, eine Rostfeuerungs- oder Drehofenfeuerungsanlage oder eine andere geeignete Feuerungsanlage, einen Dampferzeuger und als Energieerzeuger eine Dampfturbine umfassen. Solche Anlagen sind dem Fachmann seit langem bekannt. Darüber hinaus ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Gasturbine erforderlich, deren Abgas zur Aufheizung des aus dem Dampferzeuger der Verbrennungsanlage austretenden überhitzten Dampfs eingesetzt wird. Zur Kondensation des aus der Dampfturbine austretenden Wasserdampfs kann ein Kon densator eingesetzt werden. Auch diese Anlagen sind dem Fachmann bekannt.A Plant for implementation the method according to the invention can a garbage bunker, a grate firing or rotary kiln firing system or another suitable combustion plant, a steam generator and as an energy producer include a steam turbine. Such systems are the expert since long known. About that addition is to carry the method according to the invention a gas turbine is required, whose exhaust gas for heating of the steam generator of the incinerator exiting superheated Steam is used. For condensation of the steam turbine exiting water vapor can be used a Kon capacitor. These systems are known in the art.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung sind mehrere parallel angeordnete Verbrennungsanlagen mit einer Gasturbinenanlage verschaltet. Durch diese Ausführungsform wird mehr Dampf geliefert, so dass eine größere Dampfturbine mit Dampf zur Energiegewinnung beschickt werden kann. Die erhöhte Dampfmenge, die in dieser Ausführungsform bereitgestellt wird, erfordert dann auch eine leistungsfähigere Gasturbinenanlage zur Aufheizung des Dampfs auf die gewünschte Temperatur. Es können beispielsweise 2 bis 10 Verbrennungsanlagen (ohne Dampfturbine), vorzugsweise 3 bis 6 Verbrennungsanlagen, miteinander verschaltet sein. Der in diesen parallel arbeitenden Verbrennungsanlagen erzeugte Dampf wird gesammelt und anschließend durch das Abgas einer Gasturbinenanlage auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt.According to one another preferred embodiment The invention is a plurality of parallel combustion systems interconnected with a gas turbine plant. By this embodiment More steam is delivered, leaving a larger steam turbine with steam can be charged for energy. The increased amount of steam, in this embodiment is provided, then also requires a more powerful gas turbine plant to heat the steam to the desired temperature. It can, for example 2 to 10 incinerators (without steam turbine), preferably 3 up to 6 incinerators, interconnected. The in steam generated by these parallel combustion plants collected and then through the exhaust gas of a gas turbine plant to the desired temperature heated.

Beispielhaft wird nachfolgend eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben.By way of example, a possible embodiment of the method according to the invention is described below with reference to FIGS 1 described.

Städtischer Müll wird aus einem Brennstofflager auf den geneigten Rost einer Rostfeuerung 11 verbracht und auf dem Rost verbrannt. Die dabei entstehenden Verbrennungsabgase weisen eine Temperatur von etwa 1.200°C auf. Die Abgase werden in einen Dampferzeuger 12 geführt, in dem nach dem Prinzip eines Wärmetauschers Wasser verdampft und überhitzt wird. Dabei wird eine Dampftemperatur von 400°C bei 11,5 MPa (115 bar) erzeugt. Der Dampferzeuger 12 ist derart aufgebaut, dass die Wand im Einströmbereich des Verbrennungsabgases eine Vielzahl von Rohren enthält, durch die Wasserdampf strömt. Die Wasserdampf führenden Rohre in diesem Teil des Dampferzeugers 12 bilden somit eine Wand und diese Wand umschließt den Verbrennungsabgas führende Bereich des Dampferzeugers 12. In einem dem zuvor beschriebenen Teil des Dampferzeugers nachgeschalteten Teil des Dampferzeugers 12 sind die Dampf oder Wasser führenden Rohre durch den Abgasraum geführt. Der Dampferzeuger umfasst somit Strahlungs- und Berührungsheizflächen.Municipal garbage is taken from a fuel storage on the inclined grate of a grate firing 11 spent and burned on the grid. The resulting combustion gases have a temperature of about 1,200 ° C. The exhaust gases are in a steam generator 12 in which, according to the principle of a heat exchanger, water is vaporized and overheated. In this case, a steam temperature of 400 ° C at 11.5 MPa (115 bar) is generated. The steam generator 12 is constructed such that the wall in the inflow region of Combustion exhaust gas contains a plurality of tubes through which water vapor flows. The steam pipes in this part of the steam generator 12 thus form a wall and this wall encloses the combustion exhaust gas leading region of the steam generator 12 , In a portion of the steam generator downstream of the previously described part of the steam generator 12 The steam or water pipes are led through the exhaust gas chamber. The steam generator thus comprises radiant and contact heating surfaces.

Der den Dampferzeuger 12 verlassende Dampf wird über ein Rohrsystem einem Abhitzedampferzeuger 13 zugeführt. Im Abhitzedampferzeuger 13 wird der Dampf auf eine Temperatur von 520°C bei 11,5 MPa (115 bar) durch die Abgase einer Gasturbine 4 aufgeheizt. Im Abhitzedampferzeuger 13 werden Rippenrohre mit engem Teilungsabstand und geringerer Wanddicke als im Dampferzeuger 12 eingesetzt. Die geringere Wandstärke ist durch das fehlende materialzehrende Korrosionspotenzial der sauberen Abgase der im Abhitzedampferzeuger 13 verwendeten Abgase der Gasturbine möglich.The steam generator 12 leaving steam is via a pipe system a heat recovery steam generator 13 fed. In the heat recovery steam generator 13 The steam is heated to a temperature of 520 ° C at 11.5 MPa (115 bar) by the exhaust gases of a gas turbine 4 heated. In the heat recovery steam generator 13 are finned tubes with narrow pitch and less wall thickness than in the steam generator 12 used. The lower wall thickness is due to the lack of material-consuming corrosion potential of the clean exhaust gases in the heat recovery steam generator 13 used exhaust gases of the gas turbine possible.

Der auf 520°C bei einem Druck von 11,5 MPa (115 bar) aufgeheizte Dampf wird vom Abhitzedampferzeuger 13 der Dampfturbine 14 zugeführt und in diese eingespeist. In den bekannten Verfahren weist der in die Dampfturbine 14 einer Verbrennungsanlage von Halogen und Schwefelverbindungen enthaltenden Brennstoffen eingespeiste Dampf eine Temperatur von etwa 400°C auf.The heated to 520 ° C at a pressure of 11.5 MPa (115 bar) steam is from the heat recovery steam generator 13 the steam turbine 14 supplied and fed into this. In the known method has the in the steam turbine 14 A combustor of halogen and sulfur containing fuels has a temperature of about 400 ° C.

Der aus der Dampfturbine 14, 14' austretende Dampf wird bei 30 kPa (0,3 bar) und 30°C in einem Kondensator 15 mit Rippenrohren kondensiert. Das aus dem Kondensator 15 ausströmende Wasser einer Temperatur von 30°C wird durch eine Kondensatpumpe 16 in einen Vorwärmer (Niederdruckvorwärmer) 17 und einen sich anschließenden Speisewasserbehälter/Entgaser 18 gepumpt. In diesen beiden Aggregaten 17, 18 erfolgt die Erwärmung des Wassers auf eine Temperatur von 100 bis 130°C.The one from the steam turbine 14 . 14 ' exiting steam is at 30 kPa (0.3 bar) and 30 ° C in a condenser 15 condensed with finned tubes. That from the condenser 15 effluent water at a temperature of 30 ° C is through a condensate pump 16 in a preheater (low pressure preheater) 17 and a subsequent feedwater tank / degasser 18 pumped. In these two aggregates 17 . 18 the heating of the water to a temperature of 100 to 130 ° C.

Das aus dem Abhitzedampferzeuger 13 austretende Abgas der Gasturbine 4 wird in den Vorwärmer 17 und den Speisewasserbehälter/Entgaser zur Aufwärmung des kondensierten Wassers auf eine Temperatur von 100 bis 130°C geführt (Wärmetausch). Daher ist es nicht erforderlich für diesen Verfahrensschritt Dampf aus der Dampfturbine 14 abzuzweigen, was den Wirkungsgrad des Verfahrens senken würde.That from the heat recovery steam generator 13 emerging exhaust gas of the gas turbine 4 gets into the preheater 17 and the feedwater tank / degasser for heating the condensed water to a temperature of 100 to 130 ° C out (heat exchange). Therefore, it is not necessary for this process step steam from the steam turbine 14 branch off, which would lower the efficiency of the process.

Anschließend leitet man das heiße, 13 bis 15 Vol.% Sauerstoff enthaltende Abgas aus der Gasturbine 4 zum vollständigen oder teilweisen Ersatz von Luft in die Feuerung 11 der Verbrennungsanlage 10 ein, wo es den Verbrennungsvorgang fördert.Subsequently, the hot exhaust gas containing 13 to 15% by volume of oxygen is passed from the gas turbine 4 for the complete or partial replacement of air in the furnace 11 the incinerator 10 where it promotes the combustion process.

In diesem Verfahren kommt eine übliche Gasturbinenanlage l zum Einsatz, in der Erdgas in einer Brennkammer 2 verbrannt wird. Zu diesem Zweck wird der Brennkammer 2 durch einen Verdichter 3 in bekannter Weise verdichtete Luft zugeführt.In this method, a conventional gas turbine plant l is used, in the natural gas in a combustion chamber 2 is burned. For this purpose, the combustion chamber 2 through a compressor 3 supplied in a known manner compressed air.

Zum Nachweis der Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Simulationsrechnung auf der Grundlage des zuvor beispielhaft beschriebenen Verfahrens durchgeführt und dieses Verfahren verglichen mit dem einer konventionellen Müllverbrennungsanlage.To the Proof of the benefits the method according to the invention was a simulation calculation based on the example above described method and this method compared with that of a conventional waste incineration plant.

Der Gesamtwirkungsgrad η der gekoppelten Schaltung aus konventioneller Müllverbrennungsanlage (MVA) und Gasturbine (GT) ergibt sich aus Beziehung:

Figure 00090001
mit

PMVA
elektrische Leistung Dampfturbine des MVA-Prozesses
PGT
elektrische Leistung Gasturbine
Qzu,MVA
Feuerungswärmeleistung Dampferzeuger des MVA-Prozesses
Qzu,GT
zugeführte Wärme in Brennkammer der Gasturbine
The overall efficiency η of the coupled circuit from conventional waste incineration plant (MVA) and gas turbine (GT) results from the relationship:
Figure 00090001
With
P MVA
Electric power steam turbine of the MVA process
P GT
electric power gas turbine
Q to, MVA
Thermal capacity Steam generator of the MVA process
Q too, GT
supplied heat in the combustion chamber of the gas turbine

In der folgenden Tabelle sind die wesentlichen Parameter der Berechnung zusammengefasst. Parameter Wert Einheit elektrische Leistung Dampfturbine (Kopplung MVA-GT) 20,7 MW elektrische Leistung Gasturbine (Kopplung MVA-GT) 22,6 MW Gesamtleistung Leistung Dampf- und Gasturbine 43,3 MW elektrische Leistung Dampfturbine (MVA, konv.) 14,9 MW Feuerungswärmeleistung (MVA-GT) 67,6 MW Feuerungswärmeleistung (MVA, konv.) 71,7 MW Erdgasmassenstrom (Gasturbine) 1,32804 kg/s Abgasmassenstrom Gasturbine (MVA-GT) 73,7255 kg/s Abgastemperatur GT (MVA-GT) 550 °C Parameter Wert Einheit Gesamtwirkungsgrad (Koppelprozess MVA-GT) 32,3 % Wirkungsgrad MVA-Prozess (konv.) 20,7 % Wirkungsgrad Gasturbine in Koppelprozess MVA-GT 34 % Frischdampftemperatur MVA-GT-Prozess 520 °C Frischdampftemperatur MVA-Prozess(konv) 400 °C Frischdampfdruck MVA-GT-Prozess 11,5 MPa Frischdampfdruck MVA-Prozess(konv) 4 MPa Speisewassertemperatur MVA-GT-Prozess 130 °C Speisewassertemperatur MVA-Prozess(konv) 130 °C zugeführte Wärme Brennkammer Gasturbine, Erdgasmassenstrom × Heizwert) 66,5 MW The following table summarizes the main parameters of the calculation. parameter value unit electric power steam turbine (coupling MVA-GT) 20.7 MW electric power gas turbine (coupling MVA-GT) 22.6 MW Overall performance Steam and gas turbine power 43.3 MW electric power steam turbine (MVA, conv.) 14.9 MW Heat input (MVA-GT) 67.6 MW Heat input (MVA, conv.) 71.7 MW Natural gas mass flow (gas turbine) 1.32804 kg / s Exhaust gas mass flow gas turbine (MVA-GT) 73.7255 kg / s Exhaust gas temperature GT (MVA-GT) 550 ° C parameter value unit Overall efficiency (coupling process MVA-GT) 32.3 % Efficiency MVA process (conv.) 20.7 % Efficiency gas turbine in coupling process MVA-GT 34 % Live steam temperature MVA-GT process 520 ° C Live steam temperature MVA process (conv) 400 ° C Live steam pressure MVA-GT process 11.5 MPa Live steam pressure MVA process (conv) 4 MPa Feedwater temperature MVA-GT process 130 ° C Feedwater temperature MVA process (conv) 130 ° C supplied heat combustor gas turbine, natural gas mass flow × calorific value) 66.5 MW

Der Wirkungsgrad der Gasturbine wurde mit 34% angenommen. Die Abgastemperatur der Gasturbine wurde auf 550°C fixiert. Mit dieser Eingangsgröße wurde der Abhitzedampferzeuger beaufschlagt, in dem der aus dem Dampferzeuger strömende Dampf von 400°C auf 520°C aufgeheizt wird.Of the Efficiency of the gas turbine was assumed to be 34%. The exhaust gas temperature the gas turbine was at 550 ° C fixed. With this input size was the heat recovery steam generator applied, in which the from the steam generator flowing Steam of 400 ° C at 520 ° C is heated.

Aus der Simulation folgt, dass der Gesamtwirkungsgrad des gekoppelten Prozesses bei 32,3% im Gegensatz zu 20,7% für den konventionellen Müllverbrennungsprozess liegt.Out The simulation follows that the overall efficiency of the coupled Process at 32.3% as opposed to 20.7% for the conventional waste incineration process lies.

Die Wirkungsgradsteigerung ist auf den hohen Prozesswirkungsgrad der Gasturbine einerseits sowie auf den angehobenen Wirkungsgrad des Müllverbrennungsanlagen-Prozesses zurückzuführen.The Increased efficiency is due to the high efficiency of the process Gas turbine on the one hand and on the increased efficiency of Incineration process due.

Die Anhebung des Wirkungsgrads des Verbrennungsanlagen-Prozesses resultiert aus den höheren Frischdampfparametern am Austritt des Abhitzedampferzeugers und weiterhin aus der nicht mehr erforderlichen Anzapfung der Dampfturbine für die Vorwärmung. Die Aufwärmung des Kondensats erfolgt durch einen Wärmetauscher, in dem das Abgas der Gasturbine mit einer Temperatur von 459°C für eine Vorwärmung auf 130°C des Kondensats sorgt. Diese Vorwärmung muss in der konventionellen Schaltung durch etwa 3,8 kg/s Anzapfdampf erbracht werden, wobei dieser Dampfmassenstrom anschließend nicht mehr zur Stromerzeugung im Niederdruckteil der Turbine zur Verfügung steht. In der oben dargestellten Tabelle sind diese Effekte anhand der entsprechenden Zahlenwerte für die Komponenten abzulesen.The Increasing the efficiency of the incinerator process results from the higher live steam parameters at the outlet of the heat recovery steam generator and continue from the not more required tapping the steam turbine for preheating. The warming up of the Condensate takes place through a heat exchanger, in which the exhaust gas of the gas turbine with a temperature of 459 ° C for preheating to 130 ° C of the condensate provides. This preheating must in the conventional circuit by about 3.8 kg / s tapping steam be provided, this steam mass flow then not more power generation in the low-pressure part of the turbine is available. In the table above, these effects are based on the corresponding numerical values for to read the components.

11
GasturbinenanlageGas turbine plant
22
Brennkammercombustion chamber
33
Verdichtercompressor
44
Gasturbinegas turbine
1010
Verbrennungsanlageincinerator
1111
Feuerungheating
1212
Dampferzeugersteam generator
1313
Abhitzedampferzeugerheat recovery steam generator
14, 14'14 14 '
Dampfturbinesteam turbine
1515
Kondensatorcapacitor
1616
Kondensatpumpecondensate pump
1717
Niederdruckvorwärmerlow-pressure
1818
Speisewasserbehälter/EntgaserFeedwater vessel / degassing
1919
SpeisewasserpumpeFeedwater pump
GG
Stromgenerator.Power generator.

Claims (10)

Verfahren zur Energiegewinnung unter Einsatz einer Verbrennungsanlage (10) für Halogen und/oder Schwefelverbindungen enthaltende Brennstoffe, in der Wasserdampf in einem Dampferzeuger (12) der Verbrennungsanlage (10) durch Verbrennungsabgase auf eine Temperatur von etwa 400°C bei einem Druck von etwa 4 MPa (40 bar) gebracht und zur Elektrizitätsgewinnung in eine Dampfturbine (14, 14') einspeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass man den aus dem Dampferzeuger (12) der Verbrennungsanlage abströmenden Dampf vor dem Einspeisen in die Dampfturbine (14) durch das Abgas einer Gasturbinenanlage (1) auf eine Temperatur von mindestens 430°C bei einem Druck von 4 bis 20 MPa (40–200 bar) aufheizt und den aufgeheizten Dampf der Dampfturbine (14) zuführt.Process for obtaining energy using an incinerator ( 10 ) for halogen and / or sulfur compounds containing fuels, in the steam in a steam generator ( 12 ) of the incinerator ( 10 ) brought by combustion exhaust gases to a temperature of about 400 ° C at a pressure of about 4 MPa (40 bar) and for generating electricity in a steam turbine ( 14 . 14 ' ) is fed, characterized in that the from the steam generator ( 12 ) of the incinerator exhaust steam before feeding into the steam turbine ( 14 ) by the exhaust gas of a gas turbine plant ( 1 heated to a temperature of at least 430 ° C at a pressure of 4 to 20 MPa (40-200 bar) and the heated steam of the steam turbine ( 14 ) feeds. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den aus dem Dampferzeuger (12) der Verbrennungsanlage abströmenden Dampf vor dem Einspeisen in die Dampfturbine (14) durch das Abgas einer Gasturbinenanlage (1) auf eine Temperatur von mindestens 470, insbesondere 500 bis 600°C bei einem Druck von 4 bis 20 MPa (40–200 bar) aufheizt.A method according to claim 1, characterized in that the from the steam generator ( 12 ) of the incinerator exhaust steam before feeding into the steam turbine ( 14 ) by the exhaust gas of a gas turbine plant ( 1 ) to a temperature of at least 470, in particular 500 to 600 ° C at a pressure of 4 to 20 MPa (40-200 bar) heats. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man mit den Verbrennungsabgasen der Gasturbinenanlage (1) nach deren Verwendung zum Aufheizen des Dampfes das dem Dampferzeuger (12) der Verbrennungsanlage (10) zur Verdampfung zuzuführende Wasser aufwärmt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that with the combustion exhaust gases of the gas turbine plant ( 1 ) after its use for heating the steam, the steam generator ( 12 ) of the incinerator ( 10 ) warms up for evaporation to be supplied water. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man mit den Verbrennungsabgasen der Gasturbinenanlage (1) nach deren Verwendung zum Aufheizen des Dampfes das dem Dampferzeuger (12) der Verbrennungsanlage (10) zur Verdampfung zuzuführende Wasser auf eine Temperatur von 100 bis 130°C bei einem Druck von 4 bis 20 MPa (40–200 bar) aufwärmt.A method according to claim 3, characterized in that with the combustion exhaust gases of the gas turbine plant ( 1 ) after its use for heating the steam, the steam generator ( 12 ) of the incinerator ( 10 ) is heated to a temperature of 100 to 130 ° C at a pressure of 4 to 20 MPa (40-200 bar) for evaporation to be supplied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das heiße, Sauerstoff enthaltende Abgas aus der Gasturbineanlage (1) zum vollständigen oder teilweisen Ersatz von Luft der Feuerung (11) der Verbrennungsanlage (10) zuführt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hot, oxygen-containing exhaust gas from the gas turbine plant ( 1 ) for the complete or partial replacement of air from the furnace ( 11 ) of the incinerator ( 10 ) feeds. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man das Abgas der Gasturbinenanlage (1) mit dem Abgasstrom der Verbrennungsanlage (10) im Dampferzeuger (12) mischt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the exhaust gas of the gas turbine plant ( 1 ) with the exhaust gas flow of the incinerator ( 10 ) in the steam generator ( 12 ) mixes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man mit dem Abgas der Gasturbinenanlage (1) nach Durchströmen des Vorwärmers 17 Dampf zur Entgasung des Kondensats im Speisewasserbehälter (18) erzeugt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that with the exhaust gas of the gas turbine plant ( 1 ) after flowing through the preheater 17 Steam for degassing the condensate in the feedwater tank ( 18 ) generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man 2 bis 10 Feuerungen (11)/Dampferzeuger (12) parallel betreibt und deren verei nigten Dampf mit dem Abgas einer Gasturbinenanlage auf eine Temperatur von 430 bis 600°C aufheizt.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that 2 to 10 firings ( 11 ) / Steam generator ( 12 ) operates in parallel and whose verei nigte steam with the exhaust gas of a gas turbine plant heats up to a temperature of 430 to 600 ° C. Energiegewinnungsanlage, umfassend eine Verbrennungsanlage (10) zur Verbrennung von Brennstoffen, die ein Halogen und/oder Schwefelverbindungen enthaltendes Abgas bilden, einen Dampferzeuger (12), eine Dampfturbine (14, 14') und einen Kondensator (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsanlage (10) mit einer Gasturbinenanlage (1) derart gekoppelt ist, dass das Abgas der Gasturbinenanlage (1) in einem Abhitzedampferzeuger (13) den aus dem Dampferzeuger (12) der Verbrennungsanlage (10) ausströmenden Dampf auf eine Temperatur von mindestens 430°C bei einem Druck von 4 bis 20 MPa (40–200 bar) aufheizen kann.Power generation plant comprising an incinerator ( 10 ) for combustion of fuels which form an exhaust gas containing halogen and / or sulfur compounds, a steam generator ( 12 ) a steam turbine ( 14 . 14 ' ) and a capacitor ( 15 ), characterized in that the incinerator ( 10 ) with a gas turbine plant ( 1 ) is coupled such that the exhaust gas of the gas turbine plant ( 1 ) in a heat recovery steam generator ( 13 ) from the steam generator ( 12 ) of the incinerator ( 10 ) to a temperature of at least 430 ° C at a pressure of 4 to 20 MPa (40-200 bar) can heat up. Energiegewinnungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei bis zehn Feuerungen (11) und Dampferzeuger (12) umfasst, deren jeweiliger Dampf gesammelt einem Abhitzedampferzeuger (13) zur Aufheizung zugeführt wird.Energy recovery plant according to claim 9, characterized in that it has two to ten firings ( 11 ) and steam generators ( 12 ) whose respective steam is collected by a heat recovery steam generator ( 13 ) is supplied for heating.
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