DE102007053192A1

DE102007053192A1 - Kraftwerke mit Gasturbinen zur Erzeugung von Elektroenergie und Prozesse zu der Reduzierung von CO2-Emissionen

Info

Publication number: DE102007053192A1
Application number: DE102007053192A
Authority: DE
Inventors: Matthias Finkenrath; Michael Bartlett; Arne Lynghjem; Jon Jakobsen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH; Equinor ASA
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: US7827778B2; KR101378195B1; US20080104958A1; CN101235752A; JP5128243B2; DE102007053192B4; CN101235752B; KR20080041580A; JP2008121668A

Abstract

Kraftwerke (10, 100) und Prozesse zu der Minderung von CO2-Emissionen beinhalten im Allgemeinen das Abscheiden eines Anteils des zurückgeführten CO2-reichen Abgases auf halbem Weg durch den Verdichtungspfad einer Gasturbine (12, 112) und Abscheiden des CO2 in einer Abscheidereinheit (36, 136). Der Restteilstrom des CO2-reichen Abgases (d.h. derjenige Teilstrom des zurückgeführten Abgases, der nicht in die Abscheidereinheit zugeführt wird) wird mit Frischluft gemischt, die von einem zusätzlichen Verdichter-Expander (48, 157) her zugeführt wird, und wird dann in den Verdichtungspfad zurückgeführt. Im Ergebnis erhöht Abgasrückführung die CO2-Konzentration im Arbeitsmedium, was zu einer zusätzlichen Erhöhung des CO2-Partialdrucks führt. Mit der Erhöhung von Konzentration und Partialdruck des CO2 gehen geringere Energiekosten beim Abscheiden des CO2 einher. Darüber hinaus wird der CO2-Abscheidereinheit (36, 136) im Betrieb ein geringeres Volumen zugeführt. Infolgedessen kann die Größe der Abscheidereinrichtung (36, 136) ebenso geringer sein wie die für den Abscheidevorgang erforderliche Energiemenge.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beschreibt allgemein einen Prozess zur Minderung von CO2-Emissionen aus fossil befeuerten Kraftwerken zur Stromerzeugung.
Kohlendioxidemissionen (CO2) aus fossil befeuerten Kraftwerken führen zunehmend zu finanziellen Belastungen als Folge nationaler und internationaler Vorschriften wie dem Kyoto-Protokoll und dem EU-Emissionshandel. Durch die steigenden Kosten auf Grund von CO2-Emissionen gewinnt die Reduktion von CO2-Emissionen für einen wirtschaftlichen Kraftwerksbetrieb zunehmend an Bedeutung. Daher konzentrieren sich heute die Techniken der CO2-Entfernung auf die Entfernung des CO2 aus dem an die Atmosphäre abgegebenen Abgas eines Kraftwerks. Dies führt dazu, dass heute sehr große, teure und energieintensive Anlagen zur CO2-Abscheidung eingesetzt werden.
Gasturbinenanlagen werden nach dem Brayton-Zyklus betrieben, bei welchem im Allgemeinen ein Verdichtungssystem die Zuluft oberstromig einer Brennkammer komprimiert. Danach wird der Brennstoff zugeführt und gezündet, so dass heißes Gas unter hohem Druck entsteht, das in die Turbinenstufe eintritt und expandiert. Die Turbinenstufe treibt sowohl den Generator als auch den Verdichter an. Verbrennungsturbinen sind auch in der Lage, eine Vielfalt an flüssigen und gasförmigen Brennstoffen vom Rohöl bis zum Erdgas zu verbrennen.
Es gibt gegenwärtig drei allgemein anerkannte Verfahren zur Reduktion der CO2-Emissionen aus derartigen Kraftwerken. Das erste Verfahren ist das Aufnehmen des CO2 nach dem Verbrennen mit Luft aus dem Abgas, wobei das während der Verbrennung entstandene CO2 durch Absorptionsprozesse, Adsorptionsprozesse, Membranen, kryogene Prozesse oder Kombinationen hiervon aus dem Abgas entfernt wird. Dieses Verfahren, das allgemein als Post-combustion-Abscheidung bezeichnet wird, konzentriert sich in der Regel auf das Reduzieren des CO2-Gehalts des in die Atmosphäre abgegebenen Abgases aus dem Kraftwerk. Ein zweites Verfahren beinhaltet das Reduzieren des Kohlenstoffgehalts des Brennstoffs. Bei diesem Verfahren wird der Brennstoff zunächst vor dem Verbrennen in H2 und CO2 umgewandelt. Dadurch wird es möglich, den im Brennstoff enthaltenen Kohlenstoff vor dem Eintritt in die Gasturbine zu Aufnehmen und so die Bildung von CO2 zu vermeiden. Ein drittes Verfahren beinhaltet einen Sauerstoff-Brennstoff-Prozess (Oxyfuel). Bei diesem Verfahren wird statt Luft reiner Sauerstoff als Oxidantium verwendet, hierdurch ergibt sich ein Abgas, das aus Kohlendioxid und Wasser besteht.
Der größte Nachteil der Post-combustion-CO2-Abscheidungsverfahren ist, dass der Partialdruck des CO2 auf Grund der geringen CO2-Konzentration im Abgas (üblicherweise 3-4 Vol-% in erdgasbefeuerten Kraftwerken) sehr niedrig ist, daher werden die CO2-Abscheider groß und teuer. Wenn auch die CO2-Konzentration am Stack und damit der Partialdruck durch teilweise Rückführung des Abgases in das Verdichtungssystem der Gasturbine erhöht werden können (siehe hierzu zu dem Beispiel U.S. Pat. No. 5,832,712 ), bleibt die Konzentration dennoch ziemlich gering (etwa 6-10 Vol-%). Die geringen Partialdrücke des CO2 und große Gasvolumina, die mit dieser Art der Post-combustion-Abscheidung einhergehen, führen zu sehr hohen Energiekosten bezogen auf die CO2-Abscheidung zusätzlich zu einer sehr massigen und teuren Anlage. Beide Faktoren erhöhen die Kosten der Stromerzeugung deutlich.
Entsprechend besteht Bedarf an besseren Verfahren zur wirksamen CO2-Abscheidung in Kraftwerken.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung beschreibt Kraftwerke auf der Basis von Gasturbinen sowie Verfahren zur Minderung der CO2-Emission aus Kraftwerken, in denen fossile Brennstoffe zur Stromerzeugung dienen. Das Verfahren der Stromerzeugung in Kraftwerken mit Gasturbinen beinhaltet das Erzeugen von Abgas durch eine Gasturbine, wobei die Gasturbine ein mindestens zweistufiges Verdichtungssystem mit einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe, einen Verbrennungsbereich mit einer Durchflussmöglichkeit vom Verdichtungssystem her und einen Expander mit einer Durchflussmöglichkeit vom Verbrennungsbereich her beinhaltet, und wobei das Abgas in die Niederdruckstufe des Verdichtungssystems zurückgeführt wird, ein Teilstrom des zurückgeführten Abgases an einen Kohlendioxid-Abscheider und ein Restteilstrom in die Hochdruckstufe des Verdichtungssystems eingespeist werden und das CO2 in dem abgeleiteten Teilstrom des Abgases in einem CO2-Abscheider abgeschieden wird, so dass CO2-armes Gas entsteht, und der verbleibende Teilstrom des zurückgeführten Abgases einlaufseitig in die Hochdruckstufe des Verdichtungssystems eingespeist wird.
Ein Kraftwerk, das für CO2-emissionsreduzierten Betrieb eingerichtet ist, beinhaltet eine Gasturbine, welche wiederum ein mindestens zweitstufiges Verdichtungssystem beinhaltet, wobei die mindestens zwei Stufen eine Niederdruckstufe mit einer Durchflussmöglichkeit zu einer Hochdruckstufe beinhalten; eine Verbrennungseinrichtung, welche über einen ersten Einlauf, der für Gas aus dem Verdichter geeignet ist, und einen zweiten Einlauf, der für Brennstoff geeignet ist, hat sowie einen Auslass, der für heißes Abgas geeignet ist; und einen Hauptexpanderabschnitt, welcher über einen für heißes Abgas geeigneten Einlauf und einen Auslass verfügt, wobei der Auslass des Hauptexpanders über eine Durchflussmöglichkeit mit der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems in Verbindung steht; sowie einen CO2-Abscheider, welcher mit einer Durchflussmöglichkeit mit der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems in Verbindung steht, so dass ein Teilstrom des Abgases aus der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems aufgenommen werden kann und CO2-armes Gas abgegeben wird, das dann einem weiteren Expander zugeführt werden kann, worin ein Restteilstrom des Abgases über die Niederdruckstufe des Verdichtungssystems mit einer Durchflussmöglichkeit zur Hochdruckstufe des Verdichtungssystems direkt in diese eingespeist wird.
In einer anderen Ausführung beinhaltet ein Kraftwerk, das für CO2-emissionsreduzierten Betrieb eingerichtet ist, eine Gasturbine, welche wiederum ein mindestens zweistufiges Verdichtungssystem beinhaltet, wobei die mindestens zwei Stufen eine Niederdruckstufe mit einer Durchflussmöglichkeit zu einem Hochdruckstufe beinhalten; eine Verbrennungseinrichtung, welche über einen ersten Einlauf verdichtetes Gas aus der Hochdruckstufe des Verdichtungssystems, einen zweiten Einlauf für Brennstoff und einen Auslass für heißes Abgas verfügt; sowie und einen Hauptexpanderabschnitt, welcher über einen für heißes Abgas geeigneten Einlauf und einen Auslass verfügt, wobei der Auslass des Hauptexpanders über eine Durchflussmöglichkeit mit der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems in Verbindung steht; sowie einen CO2- Abscheider, welcher mit einer Durchflussmöglichkeit mit der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems in Verbindung steht, so dass ein Teilstrom des Abgases behandelt werden kann und CO2-armes Gas abgegeben wird, das dann einem Befeuchter unterstromig des CO2-Abscheiders zugeführt wird, so dass ein befeuchtetes und wiedergewonnenes Abgas entsteht, wobei das befeuchtete Abgas eine zweite Expansions-/Verdichtungsgruppe antreibt, deren Auslass mit einer Durchflussmöglichkeit zur Hochdruckstufe des Verdichtungssystems in Verbindung steht, worin ein Restteilstrom des Abgases direkt über die Niederdruckstufe des Verdichtungssystems, welche über eine Durchflussmöglichkeit mit der Hochdruckstufe des Verdichtungssytems in Verbindung steht, direkt an diese abgegeben wird.
In einer weiteren Ausführung beinhaltet das Verfahren zur Herstellung von Strom in einem Kraftwerk eine Gasturbine, welche ein Abgas erzeugt, einen Verbrennungsbereich, der über eine Durchflussmöglichkeit mit einer Verdichtungssystem in Verbindung steht, und einen Expander, der über eine Durchflussmöglichkeit mit dem Verbrennungsbereich in Verbindung steht; wobei das Abgas in die Niederdruckstufe eines Verdichtungssystems zurückgeführt wird; und ein Teilstrom des zurückgeführten Abgases unterstromig des Verdichters an einen Kohlendioxidabscheider sowie ein Restteilstrom an die Verbrennungseinrichtung abgeleitet wird; wobei das CO2 in einem CO2-Abscheider vom abgeleiteten Teilstrom des Abgases abgeschieden und so ein CO2-armes Gas erzeugt wird; und der Restteilstrom des zurückgeführten Abgases in die Verbrennungseinrichtung eingespeist wird. Das Verfahren ist auf Gasturbinen mit wenigstens zwei Verdichtungssystem anwendbar, und die Ausführung ist auch auf Gasturbinen mit einstufigem Verdichtungssystem, welche das Abziehen von Gas und das Wiedereinspeisen unterstromig des Verdichters erlaubt, anwendbar.
Die vorliegende Schrift ist besser verständlich, wenn auf die folgende detaillierte Beschreibung der verschiedenen Merkmale der Erfindung und die hierin enthaltenen Beispiele Bezug genommen wird.
ÜBERSICHT ÜBER DIE FIGUREN
Es gilt für die Figuren, worin Elemente gleicher Art gleich nummeriert sind:
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftwerks entsprechend einer Ausführung mit einem zweistufigen Verdichtungssystem und CO2-Abscheidung aus einem Teilstrom des extrahierten, komprimierten Gases und Rückführung eines komprimierten Gasgemisches aus Luft und zurückgeführtem Abgas auf halbem Weg durch das Verdichtungssystem.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftwerks entsprechend einer anderen Ausführung mit einem zweistufigen Verdichtersystem und CO2-Abscheidung mit interner Wärmerückgewinnung unter Verwendung des CO2-armen Gases.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftwerks entsprechend einer anderen Ausführung mit CO2-Abscheidung aus einem Teilstrom zurückgeführten Abgases, das unterstromig des Verdichters entnommen wird.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenlegungsschrift beschreibt einen Prozess zu der Minderung von CO2-Emissionen durch CO2- Abscheidung unter hohem Druck und in hoher Konzentration in einem Kraftwerk, das Strom mittels Gasturbinen herstellt. Wie weiter unten im Einzelnen erörtert werden wird, wird durch Entnahme von zurückgeführtem CO2-reichem Abgas auf halbem Weg durch das Verdichtungssystem einer Gasturbine hohen Gasdruck erhalten. Die Abgasrückführung führt zu einer höheren CO2-Konzentration im Arbeitsmedium, was wiederum zu einem höheren Partialdruck des CO2 führt. Auf Grund der höheren Konzentration und des höheren Partialdrucks des CO2 wird messbar weniger Energie für die CO2-Abscheidung benötigt. Zusätzlich ist durch die CO2-Abscheidung unter Druck der zu behandelnde Volumenstrom im Vergleich zu Abscheideverfahren unter atmosphärischem Druck deutlich geringer. Infolgedessen kann die Abscheideranlage kleiner werden und das Abscheiden benötigt weniger Energie. Zusätzlich erlaubt der deutlich höhere CO2-Partialdruck wie weiter unten beschrieben auch den Einsatz alternativer CO2-Aufnahmeverfahren wie zum Beispiel Adsorption und Membranabscheidung.
In dem Prozess wird lediglich ein Teilstrom (z.B. 10-70%) des Fluids, das aus der Gasturbine für die Zwischenkühlung abgezogen wird, in den CO2-Abscheider eingespeist, und der Restteilstrom wird in die Hochdruckstufe des Verdichtungssystems und die Verbrennungseinrichtung zurückgeführt. Dadurch steigt der Partialdruck des CO2 im Arbeitsmedium der Gasturbine, während das Gasvolumen, das in dem CO2-Abscheider zu behandeln ist, abnimmt. Der Zyklus ist derart zu konfigurieren, dass das gesamte Abgas aus dem Zyklus das System über den CO2-Abscheider verlässt, wodurch die maximale Menge an CO2 aufgenommen wird (vorzugsweise mehr als 80%). Frischluft für die Verbrennung wird in einer eigenen Verdichtungseinheit komprimiert und tritt am Einlauf des Verdichters in den Gasturbinenzyklus ein. Dadurch kann sich das zurückgeführte CO2-reiche Abgas nicht vor dem Eintritt in den Abscheider lösen. Um die zum Komprimieren der Frischluft benötigte Arbeit zu minimieren, kann das unter Druck stehende CO2-arme Gas vom CO2-Abscheider durch einen eigenen Expander geführt werden, der vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, mechanisch mit dem Luftverdichter verbunden ist. Verschiedene Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung lassen sich vorteilhaft nutzen, um die in dem Expander generierte Arbeit zu maximieren. So lassen sich zum Beispiel Wärmetauscher einsetzen, die sich zwischen dem Frischluftstrom aus dem Verdichter und dem am Expander eintretenden Strom gereinigten Abgases befinden. In einer vorteilhaften alternativen Konfiguration kann der Wärmetauscher für Wärmerückgewinnung zwischen dem CO2-reichen Abgas, das in den Abscheider geführt wird, und dem CO2-armen Abgas, das den Abscheider verlässt, angeordnet sein.
In einer veränderten Prozessanordnung wird hoher Gasdruck durch Entnahme zurückgeführten CO2-reichen Abgases unterstromig des Verdichtungssystems erreicht. Dadurch wird die die CO2-Konzentration im Arbeitsmedium durch die Abgasrückführung erhöht, was zu einer weiteren Steigerung des Partialdrucks des CO2 führt. Auf Grund der Steigerung von Konzentration und Partialdruck des CO2 ergibt sich für das Abscheiden des CO2 ein geringerer Energieaufwand. Weiterhin ist der zu behandelnde Volumenstrom in Folge der CO2-Abscheidung unter Druck deutlich geringer als bei atmosphärischen Abscheideverfahren. Infolgedessen kann sowohl die Abscheideranlage kleiner ausfallen als auch die zum Abscheiden erforderlich Energie geringer sein.
In 1 ist ein Kraftwerk 10 mit einer Gasturbine 12 beispielhaft dargestellt. Die Gasturbine 12 beinhaltet im Allgemeinen ein Verdichtungssystem 13, welches je nach Kon figuration mindestens zweistufig ist (z. B. eine Niederdruckstufe 14 mit einer Durchflussmöglichkeit zu der Hochdruckstufe 16), eine Brennkammer 18, und mindestens ein Expansionssystem 21 (zum Beispiel eine Hochdruckstufe 22 zur Aufnahme der Rauchgase aus der Verbrennung und eine Niederdruckstufe 24 unterstromig der Hochdruckstufe 22), um die Energie bereitzustellen, die zum Antrieb der Verdichterstufen 14, 16 und eines Generators 26 zu der Stromerzeugung notwendig ist. Beim Hochlauf speist das Verdichtungssystem 13 ein komprimiertes Fluid, z.B. Luft oder sauerstoffangereicherte Luft, in die Brennkammer 18, worin dieses mit dem Brennstoff 20 vermischt und verbrannt wird, so dass Rauchgase entstehen, welche unter anderem Wasser und CO2 enthalten. Die Energie im Expanderabgas kann z.B. in einem nachgeschalteten Dampf-Rankine-Prozess rückgewonnen werden, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, z.B. Wärmerückgewinnung und Dampfgenerator 28, worin die Wärme in Form von Dampf wiedergewonnen wird. Der Abgasstrom der Gasturbine kann vollständig oder teilweise zurückgeführt werden. Die letztgenannte Möglichkeit kann für vorübergehende Betriebszustände (wie Hochlauf, Lastwechsel, Herunterfahren) Verwendung finden. In diesem Fall wird ein Teilstrom oder das gesamte Rauchgas, das die Gasturbine verlässt, entnommen und für diesen vorübergehenden Betriebszustand verwendet. Das vorgenannte Abgas (siehe Bezugszeichen 32) wird in die Niederdruckstufe des Verdichtungssystems 14 zurückgeführt, nachdem es gekühlt wurde und das Kondenswasser in einem Kondensator 30 abgeschieden wurde. Dieses Gerät kann vorteilhafterweise so aufgebaut sein, dass im Abgas enthaltene Teilchen und Verschmutzungen aufgenommen werden. Wie weiter unten im Einzelnen erörtert werden wird, wird ein Teilstrom 34 des rückgeführten Abgases 32 komprimiert in den Abscheider 36 eingeleitet (z.B. 10-70%), während der Restteilstrom 38 im weiteren Verlauf in der Hochdruckstufe des Verdichtungssystems 16 und der Brennkammer 18 erneut genutzt wird, so dass die CO2-Konzentration im Arbeitsmedium gesteigert wird.
Im Betrieb wird zurückgeführtes Abgas 32 in dem ersten Verdichter 14 auf etwa 2 bis 20 bar komprimiert. Der Anteil komprimierten Gases, das in den CO2-Abscheider 36 eingespeist wird, kann bei Bedarf durch einen zusätzlichen Wärmetauscher (Trimmkühler) 42 gekühlt werden. Der zurückgeführte Restteilstrom 38, wird mit Frischluft gemischt, welche dem Prozess durch den zusätzlichen Verdichter 48 zugeführt wird. Dieses Gemisch wird bei Bedarf in einem Zwischenkühler 51 abgekühlt. Das Grundprinzip der Zwischenkühlung beinhaltet das teilweise Verdichten des Gases mit nachfolgendem Kühlen, bevor es endgültig auf den gewünschten Druck verdichtet wird (d.h. in Verdichter 16). Auf diese Weise reduziert der Zwischenkühler 51 die notwendige Verdichtungsarbeit, wodurch sich die Ausgangsleistung des Prozesses erhöht. Die CO2-Abscheidung erfolgt vor dem endgültigen Verdichten. Es ist möglich, den Trimmkühler 42 das Gas auf eine Temperatur abkühlen zu lassen, die für die CO2-Abscheidung wünschenswert ist. Vorteilhafterweise können die vorhandenen Scrolls zwischengekühlter Aeroderivatives verwendet werden, um die erforderlichen Veränderungen an der Gasturbine für diesen Prozess zu reduzieren.
Das Reingas 44, das den CO2-Abscheider 36 verlässt, wird in einem Expander 46 expandiert. Durch einen zusätzlichen Verdichter 48 wird Frischluft zugeführt und mit dem zurückgeführten Abgasanteil 38 geringen Drucks gemischt. Das Gasgemisch wird zwischengekühlt 51 und der Hochdruckstufe des Verdichtungssystems 16 zugeführt. Expander und Luftverdichter können in einer Verdichter-Expander-Gruppe mit einem zusätzlichen Motor (M) zusammengefasst sein. Um die Abwärme zurückzugewinnen und den Leistungsbedarf des Verdichters 16 zu redu zieren, kann in dem Wärmetauscher 50 zwischen dem Luftstrom und dem Reingasstrom, der in den Expander 46 eintritt, Wärme ausgetauscht werden. In einer alternativen Konfiguration kann der Wärmeaustausch zur Wärmerückgewinnung 50 auch zwischen dem CO2-reichen Abgas, das aus der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems 14 austritt, und dem CO2-armen Abgas, das aus dem Abscheider 44 austritt, erfolgen.
Wie oben bereits erörtert, kann der zurückgeführte Teilstrom des Abgases 34 genutzt werden, um die Gesamt-CO2-Abscheidungsrate zu beeinflussen. Aus ähnlichen Gründen kann der Frischluftstrom zu der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems 14 angepasst werden. Feuern oberstromig der Expandereinheit 46 kann eingesetzt werden um zu vermeiden, dass der Verdichter 48 durch Motor angetrieben wird. Als Antrieb der Gruppe können auch eine Dampfturbine oder eine gemeinsame Welle mit der Gasturbine 12 verwendet werden. Es könnte auch ein zwischengekühlter Luftverdichter verwendend werden, da dieser Verdichtungsarbeit einspart. Befeuchten des Gases (z.B. durch Dampf- oder Wassereinspritzung oder in einer nicht adiabaten Sättigungsvorrichtung) oberstromig eines der Verdichter, der Verbrennungseinrichtung, an jeder Stelle der Expansion oder unterstromig der CO2-Abscheidergruppe 36 kann potenziell die Notwendigkeit eines zusätzlichen Motors vermeiden und kann auch die abgegebene Leistung und den Zykluswirkungsgrad erhöhen.
Bei diesem Prozess ist die CO2-Konzentration in dem Abgas im Abscheider höher als bei der herkömmlichen CO2-Aufnahme nach Verbrennung (Post-combustion). Ähnlich ist, da lediglich ein Teilstrom des zurückgeführten Abgases in den Abscheider 36 geführt wird und insbesondere das Abgas unter Druck steht, der Volumenstrom zu dem Abscheider 36 im Ver gleich zu atmosphärischen CO2-Aufnahmesverfahren wesentlich vermindert. Zum Beispiel verdoppelt eine 50%-ige Abgasrückführung die CO2-Konzentration, die Verdichtung erhöht den CO2-Partialdruck um das 2- bis 20-Fache. Demzufolge vermindern sich die Anforderungen an Größe und Energie des CO2-Abscheiders. Darüber hinaus erlaubt die geringere Einlauftemperatur in die Hochdruckstufe des Verdichtungssystems 16 höheren Massefluss, was zu einer höheren spezifischen Leistung führt. Im Allgemeinen erlaubt der deutlich höhere CO2-Partialdruck auch die Anwendung alternativer Methoden der CO2-Aufnahme wie zum Beispiel Adsorption und Membrantrennung, welche weiter unten beschrieben sind.
2 stellt eine alternative Ausführung eines Kraftwerks 100 dar. In dieser Ausführung wird das CO2-arme Gas in einem internen Wärmerückgewinnungszyklus verwendet. Das CO2-arme Gas wird gegen den Austrittsstrom der Hauptgasturbine wiedergewonnen. Nach Bedarf wird vorher Feuchtigkeit in das CO2-arme Gas eingetragen, wobei die niedrige Temperatur aus dem Zyklus genutzt wird, um das Gas zu saturieren. Dadurch entsteht auch eine zusätzliche interne Wärmesenke innerhalb des Zyklus. Mögliche weitere Wirkungen der Anwendung interner Wärmerückgewinnung und/oder Befeuchtung sind ein leistungsunabhängiger Luftverdichter und höhere Ausgangsleistung. Optional kann der nachgeschaltete Dampfzyklus verkleinert oder ganz aus der Anlage genommen werden. Die vorliegende Erfindung beinhaltet Konfigurationen mit zwei oder mehr Gasturbinen, die durch Gasextraktion in der gesamten Verdichtung in Verbindung stehen. Bei CO2-Abscheidung durch Membranen können auf der Durchlassseite der Membran Unterdruckpumpen oder Ähnliches verwendet werden, um die treibenden Kräfte zu steigern.
Das Kraftwerk 100 beinhaltet eine Gasturbine 112 mit einem Verdichtungssystem 113, welches mindestens zwei Verdichtungsstufen (z.B. eine Niederdruckstufe 114 mit einer Durchflussmöglichkeit zu einer Hochdruckstufe 116), eine Brennkammer 118 und mindestens ein Expansionssystem 121 (z.B. eine Hochdruckstufe 122, in welche die Rauchgase aus der Verbrennung eingespeist werden, und eine Niederdruckstufe 124 unterstromig der Hochdruckstufe 122) beinhaltet, das die erforderliche Energie für den Antrieb der Verdichter 114, 116, eines Generators 126 und gegebenenfalls auch anderer Elemente liefert. Beim Hochlauf liefert das Verdichtungssystem 113 ein komprimiertes Fluid, zum Beispiel Luft oder sauerstoffangereicherte Luft, an die Brennkammer 118, worin sie mit Brennstoff 120 gemischt und verbrannt wird, so dass sie Abgas erzeugt, das unter anderem Wasser und CO2 enthält. Das Abgas wird in Vorrichtung zur Rückgewinnung 150 und Economizer 152 eingespeist, worin die Wärme zurückgewonnen wird. Die Vorrichtung zur Rückgewinnung 150 entzieht dem Abgasstrom der Turbine Abwärme, um CO2-armes Abgas vor dem Eintritt in den Expander 148 vorzuwärmen, wohingegen der Economizer Wärme geringen Energiegehalt nutzt, um die wahlweise vorhandene Befeuchtung des CO2-armen Gas anzutreiben. Wie oben kann das Abgas aus dem Expansionssystem 121 vollständig oder teilweise zurückgeführt werden. Im Fall einer teilweisen Rückführung wird ein kleiner Teilstrom des Abgases aus der Gasturbine entnommen und für vorübergehende Betriebszustände (Hochlauf, Lastwechsel, Herunterfahren) verwendet, nachdem es zuerst abgekühlt und das entstandene Kondenswasser in einem Kondensator 130 [korrigiert: 30 → 130] abgeschieden wurde. Dieses Gerät kann vorteilhafterweise so aufgebaut sein, dass im Abgas enthaltene Teilchen und Verschmutzungen aufgenommen werden. Das derart behandelte Abgas wird (wie in Bezugszeichen Ziffer 132 dargestellt) zu der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems 114 zurückgeführt.
Wie weiter unten im Einzelnen erörtert werden wird, wird ein Teilstrom 134 des zurückgeführten Abgases mit erhöhtem CO2-Partialdruck in den CO2-Abscheider 136 eingespeist (z.B. 10-70%), während der Restteilstrom 138 im Weiteren in die Hochdruckstufe des Verdichtungssystems 116 und damit die Brennkammer 118 eingespeist wird.
Im Betrieb wird das zurückgeführte Abgas 132 in dem ersten Verdichter 114 auf rund 2 bis 20 bar komprimiert. Der Anteil komprimierten Gases, das in den CO2-Abscheider 136 eingespeist wird, kann bei Bedarf durch einen zusätzlichen Wärmetauscher (Trimmkühler) 142 gekühlt werden. Der zurückgeführte Restteilstrom 138 wird mit Frischluft gemischt, welche dem Zyklus durch den zusätzlichen Verdichter 157 (welcher nach Bedarf eine zwischengekühlte zusätzliche Verdichtergruppe, bestehend aus zwei oder mehr Verdichtern, 158 und 156, und einem Zwischenkühler 162 ist) zugeführt wird. Das Gemisch aus zurückgeführtem Abgas und Frischluft wird nach Bedarf in einem Zwischenkühler 164 weiter abgekühlt und dann in die Hochdruckstufe des Verdichtungssystems 116 und somit die Verbrennungseinrichtung 118 eingespeist. Das gereinigte, CO2-arme Gas 144 aus dem Abscheider 136 wird nach Bedarf in einem Befeuchtungsturm 154 befeuchtet, so dass man ein befeuchtetes Gas 155 erhält, und in einem Expander 148 expandiert. Durch Einleiten des befeuchteten CO2-armen Gases 155 direkt in den Expander 148 kann ein Motor zum Antrieb des Verdichtungssystems 157, welches mit dem Expander 148 verbunden ist, entfallen oder mit geringerer Leistung ausgelegt werden. Darüber hinaus lässt sich der Expander 148 bei Bedarf verwenden, um einen Generator 160 anzutreiben. Es sollte offensichtlich sein, dass Abwärme niedriger Temperatur von z.B. 164, 152, 162 verwendet werden kann, um das Befeuchten des CO2-armen Gases anzutreiben. Diese geringe Energie erhält der Befeuchtungsturm in Form von Heiß wasser unter Druck, welches das CO2-arme Gas im Gegenstrom befeuchtet, während das Wasser selbst gekühlt wird. Die Verwendung dieser geringwertigen Energie auf diese Art erhöht den Wirkungsgrad des Kraftwerks 100, indem eine interne Wärmesenke (d.h. aus dem Turm abfließendes Kaltwasser) hergestellt wird.
Nach Bedarf beinhaltet das Verdichtungssystem eine Niederdruckstufe 158, mechanisch verbunden mit einer Hochdruckstufe 156. Der Niederdruckstufe 158 wird Frischluft (oder sauerstoffangereicherte Luft) zugeführt, welche in der Hochdruckstufe 156 weiter komprimiert wird. Bei Bedarf kann das Gas in einem Zwischenkühler gekühlt werden, welcher zwischen den Verdichtern angeordnet ist. Das Gas wird dann mit dem zurückgeführten Restteilstrom des Abgases 138 niedrigen Drucks gemischt, welcher in einen Zwischenkühler 164 geleitet wird, bevor er in die Hochdruckstufe des Verdichtungssystems 116 eingespeist wird. Die Enthalpie des in dem nach Bedarf vorhandenen Zwischenkühler hergestellten Heißwassers kann verwendet werden, um das hier hindurch strömende Gas oder das CO2-arme Gas vor dem Expander 48, 148 zu saturieren.
Vorteilhafterweise wird durch die oben in dem Rahmen des Prozesses der internen Wärmerückgewinnung beschriebene Nutzung des CO2-armen Gases die Ausgangsleistung erhöht und der Verdichter wird von Leistungszufuhr unabhängig. Gegebenenfalls kann der herkömmliche nachgeschaltete Dampfzyklus entfallen oder in dem Umfang vermindert werden, da die gesamte Gruppe 157, 148 eine Nettoausgangsleistung bereitstellt.
Die offen gelegten Verfahren wurden mit „GateCycle" modelliert. Die Berechnungen bestätigen die Hauptwirkung der Abgasrückführung in die Verbrennungseinrichtung. Bei Rückführung von 50% des Abgases in die Hochdruckstufe des Verdich tungssystems 116, verdoppeln sich die Antriebskräfte der CO2-Abscheidung im CO2-Abscheider 136 und der Volumenstrom wird halbiert, woraus sich verminderte Anforderungen an Kapitaleinsatz und Energie ergeben. Weitere Reduktion von Volumenströmen und Erhöhungen der CO2-Partialdrücke an der CO2-Abscheidereinheit, und demzufolge verminderte Kosten und Leistungsaufnahme, ergeben sich aus dem Betrieb der CO2-Abscheidereinheit unter Druck. Darüber hinaus ist die Konfiguration des Zyklus derart, dass im Normalbetrieb alle Zyklusabgase die Anlage über den CO2-Abscheider verlassen. Dies gewährleistet maximalen Aufnahmegrad des CO2 (vorzugsweise über 80%). Des Weiteren wird Frischluft für die Verbrennung von der Hauptgasturbineneinheit getrennt komprimiert, sie wird am Einlauf der Hochdruckstufe des Verdichtungssystems in den Gasturbinenzyklus eingespeist. Dadurch wird das Lösen des zurückgeführten CO2-reichen Abgases vor dem Eintritt in den Abscheider vermieden. Um die zum Komprimieren der Frischluft benötigte Arbeit zu minimieren, wird das unter Druck stehende CO2-arme Gas aus der Abscheidereinheit durch einen gesonderten Expander geleitet, welcher mit dem Luftverdichter mechanisch verbunden ist. Verschiedene Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung lassen sich vorteilhaft nutzen, um die in dem Expander generierte Arbeit zu maximieren. So lässt sich zum Beispiel Wärmeaustausch zwischen dem Frischluftstrom aus dem Verdichter und dem gereinigten Abgasstrom, der in den Expander hineinströmt, einsetzen.
In allen beschriebenen Konzepten können die Prozesse der CO2-Abscheidung beispielsweise chemische Absorption, welche ein Lösungsmittel auf Aminbasis oder ähnliches verwendet, beinhalten. Das Medium würde in herkömmlicher Weise in einem Absorptionsturm mit dem Lösungsmittel in Kontakt gebracht, wo das CO2 von der gasförmigen in die flüssige Phase umgewandelt wird und ein CO2-armes Gas entsteht. Alternativ kommt eine Membran als Kontaktelement in Frage. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Flüsse getrennt gehalten werden, Eindringen von Lösungsmittel in den Gasfluss vermieden wird und dadurch die Turbomaschinen geschützt werden. Zusätzlich können sich Gesamtgröße, Gewicht und Kosten verringern. Das aus dem Absorber oder der Membraneinheit austretende und mit CO2 angereicherte Lösungsmittel wird in einer Trennsäule regeneriert und zu der Wiederverwendung zurückgeführt. Weitere Beispiele für CO2-Abscheidungsverfahren sind physikalische Absorption, Kombinationen von chemischer und physikalischer Absorption, Adsorption an Festkörper sowie Kombinationen hiervon.
Es ist anzumerken, dass im Fall des Anreicherns der Luft (40, 140, oder eintretend 48, 158) mit Sauerstoff das Volumen der für den Verbrennungsprozess einströmenden Luft geringer und der Aufbau von CO2 verbessert ist. Dadurch nimmt der Gasstrom durch den Abscheider ab.
Ein beträchtlicher Vorteil des hierin dargelegten Abscheideverfahrens unter Hochdruck gegenüber beispielsweise den Oxyfuel-Konzepten besteht in der Tatsache, dass vorhandene Turbomaschinen mit nur geringfügigen Modifikationen weiterverwendet werden können. Dies ist möglich, weil die Eigenschaften des Arbeitsmediums denjenigen in bestehenden Gasturbinen sehr ähnlich sind.
Befeuchten vor 16, 116 oder 48, 148 ist entweder durch Einspritzen von Wasser oder von Dampf oder mit Hilfe eines Befeuchtungsturms möglich. Alle drei Verfahren kompensieren den Verlust des CO2 im Arbeitsmedium durch zusätzlichen Wasserdampf. Daher nimmt der Volumenstrom durch die jeweiligen Expander stark zu und es wird mehr Leistung erzeugt. Weiterhin können bei Verwendung der vorhandenen Turbomaschinen die vorbestimmten Konstruktionsbedingungen am Einlauf des Expandiere hierdurch wieder hergestellt werden und die Prozessleistung kann verbessert werden.
3 stellt eine alternative Ausführung eines Kraftwerks 200 dar, welches eine Gasturbine 202 beinhaltet. Die Gasturbine 202 beinhaltet im Allgemeinen einen Verdichter 204, eine Brennkammer 206 und mindestens ein Expansionssystem 208, um die Energie bereitzustellen, die zum Antrieb des Verdichters 204 und eines Generators 210 zur Stromerzeugung erforderlich ist. In einer Ausführung wird ein komprimierter Gasstrom 212 aus dem Verdichter 204 in zwei Teile geteilt, wobei ein erster Teilstrom 214 in die Brennkammer 206 und ein zweiter Teilstrom 216 in eine sekundäre Brennkammer 218 geleitet wird. In der sekundären Brennkammer 218 wird der zweite Teilstrom 216 des komprimierten Gasstroms 212 mit zugeführtem Brennstoff 220, zu dem Beispiel Erdgas, verbrannt. Dies geschieht, um den Sauerstoffgehalt des zweiten Teilstroms 216 zu reduzieren und die CO2-Konzentration zu maximieren.
In der sekundären Brennkammer 218 wird ein CO2-reicher Strom 222 erzeugt, welcher in eine CO2-Aufnahmeeinrichtung 224 geleitet wird, wo das CO2 226 vom CO2-reichen Strom 222 getrennt wird und ein CO2-armer Strom 228 entsteht, der in eine sekundäre Turbinenanlage 230 eingespeist wird, um zusätzliche Leistung zu generieren. Nach Bedarf kann die Einrichtung mehrere Schnittstellen zum Wärmeaustausch beinhalten, zum Beispiel können der CO2-reiche Strom 222 und der CO2-arme Strom 228 durch einen Wärmetauscher 232 geleitet werden, so dass der Wärmeaustausch zwischen diesen Strömen verbessert wird. Zusätzlich kann in der sekundären Brennkammer 218 ein Wärmetauscher 234 angeordnet werden, so dass weiterer Wärme tausch zwischen den Verbrennungsgasen und dem CO2-armen Strom 228 stattfindet und die sekundäre Brennkammer gekühlt wird.
Die sekundäre Turbinenanlage 230 beinhaltet eine sekundäre Turbine 234 und einen sekundären Verdichter 236. Der CO2-arme Strom 228 wird in die sekundäre Turbine 234 eingespeist und dort expandiert, so dass er über einen Motor-Generator 238 zusätzliche Leistung erzeugt. Durch die Expansion in der sekundären Turbine 234 wird ein Abgasstrom 240 erzeugt, der in üblicher Weise, d.h. nach Durchströmen einer Wärmerückgewinnungsanlage 242 zum Rückgewinnen der Restwärme, in die Umgebung abgegeben werden kann. Da aus dem Abgasstrom 240 das CO2 in der CO2-Aufnahmeeinrichtung 224 bis auf einen nicht nennenswerten Rest entfernt wurde, ist der Abgasstrom 240 in dem Wesentlichen frei von CO2 und kann umweltverträglich in die Atmosphäre freigesetzt werden.
Der Luftstrom 244 durchströmt den sekundären Verdichter 236, der üblicherweise durch die Turbine 234 angetrieben wird und einen komprimierten Luftstrom 246 erzeugt. Der komprimierte Luftstrom 246 wird in die Brennkammer 206 eingespeist, um dort mit einem ersten Brennstoff 248 und dem ersten Teilstrom 214 des komprimierten Gasstroms 212 verbrannt zu werden und dadurch ein sehr heißes Abgas 250 zu erzeugen. Das heiße Abgas 250 wird in dem Expansionssystem 208 expandiert, erzeugt auf diese Weise über den Generator 210 elektrischen Strom und einen expandierten Abgasstrom 252. Das expandierte Abgas 252 wird zur Wärmerückgewinnung in einen Dampfgenerator 254 geleitet und erzeugt dort Dampf 256 und einen gekühlten, expandierten Abgasstrom 258. Der Dampf 256 wird zum Expandieren und zur Generierung zusätzlichen elektrischen Stroms in eine Dampfturbine 260 geleitet. Der gekühlte und expandierte Abgasstrom 258 wird in den Verdichter 204 geleitet. Das Abgas 258 wird in üblicher Weise auf eine geeignete Temperatur hinuntergekühlt, welche das Abscheiden von Wasser ermöglicht, und wird dann in den Verdichter 204 geleitet, der das Abgas komprimiert.
In einer Ausführung der Erfindung beinhaltet die Brennkammer 206 eine erste Verbrennungszone 262 und eine zweite Verbrennungszone 264. In einer Ausführung werden der komprimierte Luftstrom 246 und der erste Brennstoff 248 in die erste Verbrennungszone 262 geleitet, wo sie verbrannt werden, und der erste Teilstrom 214 des komprimierten Gasstroms 212 wird in die zweite Verbrennungszone 264 geleitet.
In einer Ausführung kann ein katalytisches Verbrennungsgerät (nicht dargestellt) verwendet werden, um aus dem CO2-reichen Strom 222 vor dem Eintritt in die CO2-Aufnahmeeinrichtung 224 Sauerstoff zu entfernen. Auf einige Trennungsverfahren wirkt sich der verminderte Partialdruck des Sauerstoffs vorteilhaft aus, so werden zu dem Beispiel viele Lösungsmittel zur CO2-Aufnahme mit einer Geschwindigkeit degradiert, die ungefähr proportional zu dem Partialdruck des Sauerstoffs ist. Entsprechend steigert das Entfernen des Sauerstoffs die Gesamtleistung der Anlage. Diese Konfiguration ist zwar lediglich in dieser Ausführung dargestellt, sie ist jedoch gleichermaßen auf alle Ausführungen der hier beschriebenen Erfindung anwendbar.
Die hier niedergelegte Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung einschließlich der besten Art der Realisierung darzustellen, und auch, um jedem Fachmann in dieser Technik zu ermöglichen, diese Erfindung herzustellen und anzuwenden. Der patentierbare Umfang der Erfindung ergibt sich aus den Ansprüchen, er kann weitere Variationen der Ausführung um fassen, die der Fachmann erkennt. Diese Variationen sollen in den Rahmen der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die durch den Wortlaut der Ansprüche beschrieben sind, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die nur unwesentlich vom Wortlaut der Ansprüche abweichen.
Kraftwerke 10, 100 und Prozesse zu der Minderung von CO2-Emissionen beinhalten im Allgemeinen das Abscheiden eines Anteils des zurückgeführten CO2-reichen Abgases auf halbem Weg durch den Verdichtungspfad einer Gasturbine 12, 112 und Abscheiden des CO2 in einer Abscheidereinheit 36, 136. Der Restteilstrom des CO2-reichen Abgas (d.h. derjenige Teilstrom des zurückgeführten Abgases, der nicht in die Abscheidereinheit zugeführt wird) wird mit Frischluft gemischt, die von einem zusätzlichen Verdichter-Expander 48, 157 her zugeführt wird, und wird dann in den Verdichtungspfad zurückgeführt. Im Ergebnis erhöht Abgasrückführung die CO2-Konzentration im Arbeitsmedium, was zu einer zusätzlichen Erhöhung des CO2-Partialrucks führt. Mit der Erhöhung von Konzentration und Partialdruck des CO2 gehen geringere Energiekosten beim Abscheiden des CO2 einher. Darüber hinaus wird der CO2-Abscheidereinheit 36, 136 im Betrieb ein geringeres Volumen zugeführt. Infolgedessen kann die Größe der Abscheidereinrichtung 36, 136 ebenso geringer sein wie die für den Abscheidevorgang erforderliche Energiemenge.

10: Kraftwerk
12: Gasturbine
13: Verdichtungssystem
14: Niederdruckstufe des Verdichtungssystems
16: Hochdruckstufe des Verdichtungssystems
18: Brennkammer
21: Expansionssystem
22: Hochdruckstufe des Expansionssystems
24: Niederdruckstufe des Expansionssystems
26: Generator
28: Wärmerückgewinnung mit Dampfgenerator
30: Kondensator
32: Abgas
34: Teilstrom des Abgases
36: Abscheider
38: Restteilstrom des Abgas
40
42: Trimmkühler
44: Reingas
46
48: Zusatzverdichter/-expander
50: Wärmetauscher
51: Zwischenkühler
100: Kraftwerk
112: Gasturbine
113: Verdichtungssystem
114: Niederdruckstufe des Verdichtungssystems
116: Hochdruckstufe des Verdichtungssystems
118: Brennkammer
120: Brennstoff
121: Expansionssystem
122: Hochdruckstufe des Expansionssystems
124: Niederdruckstufe des Expansionssystems
126: Generator
128
130
132: Abgas
134: Teilstrom des Abgases
136: Abscheider
138: Restteilstrom des Abgases
140
142: Trimmkühler
144: CO2-armes Reingas
146
148: Expander
150: Vorrichtung zu der Rückgewinnung
152: Economizer
154: Befeuchtungsturm
155: befeuchtetes Gas
156: Verdichter
157: ZusatzVerdichtungssystem
158: Verdichter
160
162: Zwischenkühler
164: Zwischenkühler
166
168
170

Claims

Verfahren zur Erzeugung von elektrischem Strom in einem Kraftwerk (10, 100) mit einer Gasturbine (12, 112), wobei das Verfahren beinhaltet: Erzeugung eines Abgasstroms in einer Gasturbine (12, 112), worin die Gasturbine ein mindestens zweistufiges Verdichtungssystem (13, 113) mit einer Niederdruckstufe (14, 114) und einer Hochdruckstufe (16, 116), eine Brennkammer (18, 118) mit einer Durchflussmöglichkeit von dem Verdichtungssystems (14, 114) her und ein Expansionssystem (21, 121) mit einer Durchflussmöglichkeit von der Brennkammer (18, 118) her beinhaltet; Rückführung des Abgases in die Niederdruckstufe des Verdichtungssystems (14, 114); Ableiten eines Teilstroms des verdichteten, zurückgeführten Abgases in einen Kohlendioxidabscheider (36, 136) und eines Restteilstroms in die Hochdruckstufe des Verdichtungssystems (16, 116); Abscheiden des CO2 aus dem abgeleiteten Teilstrom in dem CO2-Abscheider (36, 136), so dass ein CO2-armes Gas entsteht; und Einleiten des Restteilstroms des zurückgeführten Abgases in die Hochdruckstufe des Verdichters (16, 116).
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, das darüber hinaus das Mischen von Frischluft mit dem Restteilstrom des zurückgeführten Abgases vor dem Einleiten in den Hochdruckstufe des Verdichters (16, 116) beinhaltet.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Restteilstrom des zurückgeführten Abgases durch einen Zwischenkühler (51, 164) strömt, bevor er in die Hochdruckstufe des Verdichtungssystems (16, 116) eingespeist wird.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass derjenige Teilstrom des Abgases, der in den CO2-Abscheider (36, 136) eingespeist wird, zwischen rund 10 und rund 70 Prozent des zurückgeführten Abgases beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass der Anteil des in dem CO2-Abscheider (36, 136) vom abgeleiteten Teilstrom abgeschiedenen CO2 über 50 Prozent des CO2 beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, dass das gesamte Abgas von der Gasturbine (12, 112) das Kraftwerk (10, 100) über den CO2-Abscheider (36, 136) verlässt.
Kraftwerk (10, 100), das zu der Minderung von CO2-Emissionen konfiguriert ist, wobei das Kraftwerk beinhaltet: eine Gasturbine (12, 112) mit einem mindestens zweistufigen Verdichtungssystem (13, 113), welches wiederum einen Niederdruckstufe (14, 114) mit einer Durchflussmöglichkeit zu der Hochdruckstufe (16, 116) beinhaltet, eine Verbrennungseinrichtung (18, 118) mit einem ersten Einlauf, der für das Einspeisen von komprimiertem Gas eingerichtet ist, und einem zweiten Einlauf, der für das Einspeisen von Brennstoff (20, 120) eingerichtet ist, und einen Auslass, der für das Abgeben sehr heißen Abgases eingerichtet ist, und eine Hauptexpansionsstufe (21, 121) mit einem Einlauf, der für das Einspeisen sehr heißen Abgases eingerichtet ist, und einem Auslass, wobei der Auslass der Hauptexpanderstufe mit einer Durchflussmöglichkeit zu dem Niederdruckstufe des Verdichtungssystems (14, 114) versehen ist, und einem CO2-Abscheider (36, 136) mit einer Durchflussmöglichkeit von der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems (14, 114) zum Einspeisen eines Teils des Abgasstroms aus der Niederdruckstufe (14, 114) und Abgabe eines CO2-armen Gases, das dann einem weiteren Expander (48, 157) zugeführt wird, wobei der Restteilstrom des Abgases über die Niederdruckstufe (14, 114), welche über eine Durchflussmöglichkeit direkt mit der Hochdruckstufe (16, 116) verbunden ist, dieser letztgenannten zugeführt wird.
Kraftwerk nach Anspruch 7, das weiterhin einen Wärmetauscher (42, 142) zwischen dem CO2-Abscheider (36, 136) und der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems (14, 114) beinhaltet, welcher auf den Anteil des Abgases aus der Niederdruckstufe des Verdichtungssystems (14, 114) wirkt.
Kraftwerk nach irgendeinem der vorgenannten Ansprüche, weiterhin umfassend einen Zwischenkühler (51, 164) zur laufenden Aufnahme und Kühlung des zurückgeführten Abgases (32, 132) vor dem Eintritt in die Hochdruckstufe des Verdichtungssystems (16, 116).
Kraftwerk nach irgendeinem der vorgenannten Ansprüche, weiterhin umfassend eine Verbindung zwischen der Gasturbine (12, 112) und wenigstens einer zusätzlichen Gasturbine.