DE102009022491A1 - Kombinierter Kraftwerksprozess mit STIG- und Hochdruckdampfturbine - Google Patents

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Abstract

Der kombinierte Kraftwerksprozess mit STIG- und Hochdruckdampfturbine dient der Effizienzsteigerung von Kraftwerken und Heizkraftwerken. Er hat den besseren elektrischen Wirkungsgrad als andere bekannte Kraftwerksprozesse wie der GUD-Prozess und der einfache STIG-Prozess. Der kombinierte Kraftwerksprozess mit STIG- und Hochdruckdampfturbine kann in Kraft-Wärme-Koppelung betrieben werden. Beim kombinierten Kraftwerksprozess mit STIG- und Hochdruckdampfturbine wird der in einem Abhitzekessel auf hohem Druckniveau erzeugte Frischdampf in eine Hochdruckdampfturbine geleitet und dort auf das Druckniveau der Brennkammer der Gasturbine entspannt. Danach wird der Dampf in die Brennkammer der Gasturbine eingespeist. Die mechanische Arbeit der Hochdruckdampfturbine steht, verglichen mit dem einfachen STIG-Prozess, bei dem der Dampf aus dem Abhitzedampfkessel direkt in die Brennkammer geleitet wird, ergänzend zur mechanischen Arbeit der Gasturbine zur Verfügung und kann zusätzlich zur Stromerzeugung in einem Generator genutzt werden. Energieumwandlung in Kraftwerken und Blockheizkraftwerken.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen kombinierten Kraftwerksprozess, bei dem der elektrische Wirkungsgrad des bekannten STIG-Prozess (auch als Cheng-Cycle bezeichnet) durch kombinierten Einsatz mit einer Hochdruckdampfturbine wesentlich verbessert wird. Die Erfindung ist zum Bau neuer Energieversorgungseinheiten wie auch zum Umbau bestehender Gasturbinenanlagen geeignet.
  • Zur zusätzlichen Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades lässt sich der kombinierte Kraftwerksprozess mit STIG- und Hochdruckdampfturbine mit Kraftwerksprozessen zur Nutzung der Niedertemperaturwärme kombinieren.
  • Die in der Erfindung kombinierten Prozesse und Anlagen sind als Einzelprozesse bekannt. Nicht bekannt ist die in der Erfindung beschriebene thermodynamisch besonders günstigen Kombinationen dieser Prozesse.
  • Stand der Technik bei kombinierten Kraftwerksprozessen
  • Derzeit werden im Kraftwerksbetrieb die höchsten elektrischen Wirkungsgrade im so genannten GUD-Prozess erzielt. Beim GUD-Prozess wird
    • – zunächst der Brennstoff in der Brennkammer einer Gasturbine verbrannt und
    • – die Abwärme der Gasturbine wird in einem Abhitzedampfkessel zur Speisung einer mehrstufigen Dampfturbinenanlage mit Hoch-, Mittel und Niederdruckstufe verwendet
  • Im GUD-Prozess werden beim derzeitigen Stand der Technik elektrische Wirkungsgrade zwischen 50% und 60% erzielt. Der GUD-Prozess gilt als optimale Technik. Bei der Euphorie über den GUD-Prozess wird unzureichend bewertet, dass keine Kraft-Wärme-Koppelung möglich ist, weil das Temperaturniveau der im Kondensatorbetrieb abgeführten Wärme zu niedrig ist.
  • Die Entwicklung alternativer kombinierter Kraftwerksprozesse mit besseren Wirkungsgraden und der Möglichkeit der Abwärmenutzung hat Nachholbedarf.
  • Stand der Technik beim STIG-Prozess
  • Im offenen Gasturbinenprozess ist die Dampfinjektion in die Brennkammer der Gasturbine ein erprobtes Verfahren. Dieses Verfahren wird als STIG-Prozess (Steam Injekted Gasturbine) oder auch als Cheng-Cycle bezeichnet.
  • Im einfachen STIG-Prozess wird aus den heißen Abgasen der Gasturbine in einem Abhitzedampfkessel Prozessdampf erzeugt. Die Dampfbeimischung erfolgt in die Brennkammer der Gasturbinen und dient beim STIG-Prozess zur Verbesserung des Wirkungsgrades und zur Steigerung der Turbinenleistung.
  • Der mit dem einfachen STIG-Prozess erreichte elektrische Wirkungsgrad kann über 50% liegen.
  • Stand der Technik der Hochdruckdampfturbinen
  • Hochdruckdampfturbinen werden überwiegend als 1. Stufe in Dampfturbinenanlagen eingesetzt. Hierbei sind zum derzeitigen Stand der Technik ein Frischdampfdruck von bis zu 250 bar und eine Temperatur von bis zu 600° technische Grenzwerte bei der Konstruktion von Dampfturbinen.
  • Stand der Technik bei Kombination von STIG-Prozess und Dampfstrahlverdichtern
  • Bekannt ist aus der Europäischen Patentschrift 0 462 458 B1 dass sich die Effizienz des einfachen STIG-Prozesses durch eine Aufteilung der Verdichterarbeit auf einen Turboverdichter und einen oder mehrere Dampfstrahlverdichter (Injektoren) steigern lässt. Eine Bauart für die Anordnung der Injektoren im Diffusor des Turboverdichters ist in der Europäischen Patentschrift 0 718 483 B1 beschrieben.
  • Stand der Technik bei der Nutzung von Wärme auf niedrigem Temperaturniveau
  • Zur Nutzung der Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau sind mindestens 3 Verfahren bekannt:
    • 1. Nutzung von Niedertemperaturwärme in Niederdruck-Dampfturbinen Wenn Wärme auf einem Temperaturniveau unterhalb von 100°C in Dampfturbinen genutzt werden soll, führt die Verwendung des Wasserdampfs als Arbeitsfluid dazu, dass in der Turbine mit Drücken unterhalb des Atmosphärendrucks gearbeitet werden muss.
    • 2. Nutzung von Niedertemperaturwärme in ORC-Turbinen Wegen der ungünstigen Druckverhältnisse im Dampfturbinenprozess im Niedertemperaturbereich kommt bei der Nutzung von Niedertemperaturwärme oft der ORC-Prozess zum Einsatz, der organischen Arbeitsmittel (bzw. andere niedrig siedende Arbeitsmittel) verwendet.
    • 3. Nutzung von Niedertemperaturwärme im Kalina-Prozess Eine weitere Möglichkeit der Nutzung von Niedertemperaturwärme ist der nach dem russischen Wissenschaftler benannte Prozess, der zur Nutzung der Niedertemperaturquellen einen Kreisprozess mit einem Zweistoffgemisch als Arbeitsmedium einsetzt. Das binäre Fluid weist keine isotherme Verdampfung auf, sondern eine Verdampfung mit zunehmender Temperaturerhöhung, Zudem ist die Kondensation nicht isotherm. Der Kalina-Prozess liefert im Vergleich zum einfachen ORC-Prozess den höheren Wirkungsgrad mit höherer Wärmeausnutzung.
  • Probleme bei der praktischen Anwendung des einfachen STIG-Prozesses
  • Trotz des hohen Wirkungsgrades und dem im Vergleich mit GUD-Kraftwerken einfachen und preisgünstigen Anlagenaufbaus wird der STIG-Prozess im Kraftwerksbau bislang kaum eingesetzt. In den letzten Jahren kam fast ausschließlich der GUD-Prozess im Kraftwerksbau zu Einsatz, da dieser zu einer höheren Ausbeute an elektrischer Energie führt. Im Vergleich mit dem einfachen Gasturbinenprozess ist der Wirkungsgrad des STIG-Prozesses ca. 11,5% höher. Im Vergleich zum GuD-Prozess ist der Wirkungsgrad des STIG-Prozesses jedoch 7,2% niedriger (Dissertation Christoph Kail, „Analyse von Kraftwerksprozessen mit Gasturbinen unter energetischen, exergetischen und ökonomischen Aspekten" eingereicht am 3.11.1997 und angenommen am 06.02.1998 an der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München, S. 49 ff.).
  • Der Vorteil des einfachen STIG-Prozesses, dass die Investitionskosten über 25% niedriger liegen als beim GuD-Prozess (Dissertation Christoph Kail, a. a. O. S. 96), führt wegen des höheren Primärenergieverbrauchs bei reiner Elektrizitätserzeugung nicht zu einem insgesamt wirtschaftlicheren Ergebnis.
  • Zu wenig berücksichtigt wird bei den Entscheidungen zum Kraftwerksbau, dass beim STIG-Prozesses die Möglichkeit besteht, diesen in Kraft-Wärme-Koppelung einzusetzen, das heißt neben den ca. 50% elektrischer Energie zusätzlich die fast 50% Abwärme aus dem Abhitzedampfkessel für Heizzwecke – z. B. ein Fernwärmenetz – genutzt werden kann.
  • Damit kann selbst beim einfachen STIG-Prozess die eingesetzte Primärenergie fast vollständige genutzt werden. Bei vielen Einsatzfällen wird die Nutzungsmöglichkeit der Abwärme beim STIG-Prozess den verglichen mit der GUD-Technik niedrigeren elektrischen Wirkungsgrad ökonomisch überkompensieren.
  • Probleme beim Umbau konventioneller Gasturbinen
  • Prinzipiell ist der STIG-Prozess auch bei konventionellen Gasturbinen nachrüstbar, da die Turbinen höhere Massenströme durch Wasserdampfeinspeisung ohne große Wirkungsgradeinbußen verarbeiten (R. A. Zahoranky, Energietechnik, 4. aktualisierte und erweitere Auflage 2009, S. 157). Beachtet werden muss jedoch, dass beim STIG-Prozess durch die Dampfeinspeisung in die Brennkammer der Druck in der Brennkammer steigt. Damit muss auch der Turboverdichter diesen höheren Druck aufbringen. Die Dampfeinspeisung in die Brennkammer kann deshalb nur dann erfolgen, wenn der Turboverdichter mit ausreichendem Abstand zur Pumpgrenze betrieben wird, da ansonsten die Förderleistung des Turboverdichters bei zu hohem Gegendruck plötzlich einbricht (J. Karl, Dezentrale Energiesysteme, 2. verbesserte Auflage 2006, S. 282 ff). Der erhöhte Gegendruck in der Brennkammer kann bei der Umrüstung von klassischen Gasturbinen auf den STIG-Prozess ein entscheidendes Hindernis darstellen.
  • Aufgabenstellung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den einfachen STIG-Prozess so zu verbessern, dass konkurrierende Prozesse
    • – bei reiner Stromerzeugung im elektrischen Wirkungsgrad und
    • – bei Kraft-Wärme-Koppelung im Gesamtwirkungsgrad
    übertroffen werden.
  • Lösung
  • Kombinierter Kraftwerksprozess mit STIG- und Hochdruckdampfturbine
  • Zur Steigerung der Effizienz wird der einfache STIG-Prozess um eine Hochdruckdampfturbine ergänzt. Der im Abhitzedampfkessel erzeugte Dampf wird nicht mehr wie beim einfachen STIG_Prozess direkt in die Brennkammer eingespeist, sondern es wird in einem Abhitzehochdruckdampfkessel Arbeitsdampf auf einem hohen Druckniveau erzeugt, der vor Injektion des Dampfes in die Brennkammer in einer Hochdruckdampfturbine entspannt wird.
  • Die mechanische Arbeit der Hochdruckdampfturbine steht zusätzlich zur Stromerzeugung in einem Generator zur Verfügung und der elektrische Wirkungsgrad des einfachen STIG-Prozesses wird damit deutlich verbessert.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für den grundsätzlichen Aufbau des kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses dargestellt.
  • Legende zu Fig. 1:
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoff
    2
    Luft
    3
    Turboverdichter
    4
    Hochdruckdampfturbine
    5
    Mitteldruckdampf
    7
    Brennkammer mit Dampfinjektion
    8
    Gasturbine
    9
    Generator
    10
    Abhitzehochdruckdampfkessel
    11
    Hochdruckdampf
    12
    Abgaswärmeübertrager mit Anschluss an ein Heiznetz (13)
    14
    Abgas
    15
    Kondensat (Wasser)
    16
    Wasseraufbereitung
    17
    Kondensatpumpe
    18
    Entgaser
    19
    Speisewasserpumpe
  • Erreichte Vorteile
  • Vorteil 1
  • Durch die zusätzlich eingefügte Hochdruckdampfturbine wird zusätzliche elektrische Energie erzeugt und der elektrische Wirkungsgrad des kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses verglichen mit dem einfachen STIG-Prozess um rd. 7% gesteigert. Damit erreicht der kombinierte STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozess den elektrischen Wirkungsgrad des GUD-Prozesses (vgl. hierzu auch Wirkungsgradberechnung zu Ausführungsbeispiel 1).
  • Vorteil 2
  • Eine Hochdruckdampfturbine ist die preiswerteste Turbinenstufe (Die höchsten Kosten im Dampfturbinebau liegen in der Niederdruckstufe). Ein Investitionskostenvorteil auch des kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses gegenüber dem GuD-Prozess bleibt damit erhalten.
  • Vorteil 3
  • Der kombinierte STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozess kann in Kraft-Wärme-Koppelung eingesetzt, das heißt bei gleichem elektrischen Wirkungsgrad wie beim GUD-Prozess von fast 60% kann gemäß der Erfindung zusätzlich die Abwärme aus dem Abhitzedampfkessel für Heizzwecke – z. B. ein Fernwärmenetz – genutzt werden. In Kraft-Wärme-Koppelung erreicht der kombinierte STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozess eine fast vollständige Nutzung der eingesetzten Primärenergie.
  • Eine Abwärmenutzung ist im konkurrierenden GUD-Prozess nicht möglich, weil das Temperaturniveau der im Kondensatorbetrieb abgeführten Wärme zu niedrig ist.
  • Kombinierter STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozess mit Dampfstrahlverdichter
  • Bei der Umrüstung bestehender Gasturbinen ist es zweckmäßig, den in 1 dargestellten kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozess um einen Dampfstrahlverdichter (Injektor) zu ergänzen, der einen Teil der Verdichterarbeit übernimmt und dabei für den Fall der Nachrüstung bestehender Gasturbinen für einen genügenden Abstand zur Pumpgrenze des Turboverdichters sorgt.
  • Ein Ausführungsbeispiel des kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses mit Dampfstrahlverdichter ist in 2 dargestellt.
  • Legende zu Fig. 2:
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoff
    2
    Luft
    3
    Turboverdichter
    4
    Hochdruckdampfturbine
    5
    Mitteldruckdampf
    6
    Dampfstrahlverdichter (Injektor)
    7
    Brennkammer
    8
    Gasturbine
    9
    Generator
    10
    Abhitzehochdruckdampfkessel
    11
    Hochdruckdampf
    12
    Abgaswärmeübertrager mit Anschluss an ein Heiznetz (13)
    14
    Abgas
    15
    Kondensat (Wasser)
    16
    Wasseraufbereitung
    17
    Kondensatpumpe
    18
    Entgaser
    19
    Speisewasserpumpe
  • zusätzliche Vorteile durch den Dampfstrahlverdichter
  • Grundsätzlich sind auch bei zusätzlichem Einsatz eines Dampfstrahlverdichters die beschriebenen Vorteile 1 bis 3 weiter nutzbar. Zusätzliche Vorteile sind:
  • Vorteil 4
  • Der zusätzlich eingefügte Dampfstrahlverdichter ergänzt den Turboverdichter, so dass auch bestehende klassische Gasturbinen auf das Verfahren umgestellt werden können, ohne dass der Gegendruck für den Turboverdichter ansteigt.
  • Vorteil 5
  • Die Zugabe des Dampfes als Treibdampf im Dampfstrahlverdichter führt zu einer hervorragenden Durchmischung der Verbrennungsluft mit dem Dampf, so dass die Verbrennungsqualität in der Brennkammer verbessert wird und der Konstruktionsaufwand für die Brennkammer vereinfacht wird.
  • Kombinierter Kraftwerksprozess mit STIG und Hochdruckdampfturbine ergänzt um einen Niederdruckdampfturbinenprozess
  • Bei diesem Anlagenaufbau wird die nach der Hochdruckdampferzeugung verbleibende Abwärme nicht, wie in 2 und 3 dargestellt in einem Heiznetz, sondern zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie mit einer Niederdruckdampfturbine genutzt.
  • In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des mit einem Niederdruckdampfturbinenprozess kombinierten Kraftwerksprozesses mit STIG- und Hochdruckdampfturbine dargestellt.
  • Legende zu Fig. 3:
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoff
    2
    Luft
    3
    Turboverdichter
    4
    Hochdruckdampfturbine
    5
    Mitteldruckdampf
    7
    Brennkammer mit Dampfinjektion
    8
    Gasturbine
    9
    Generator
    10
    Abhitzehochdruckdampfkessel
    11
    Hochdruckdampf
    14
    Abgas
    15
    Kondensat (Wasser)
    16
    Wasseraufbereitung
    17
    Kondensatpumpe
    18
    Entgaser
    19
    Speisewasserpumpe
    20
    Kondensierender Abhitzekessel zur Wärmeübertragung auf ein Niederdruckdampfnetz
    21
    Niederdruckdampfturbine
    22
    Generator
    23
    Kondensator
    24
    Kühlturm (Wärmesenke)
  • Zusätzliche Vorteile durch den Niederdruckdampfturbinenprozess
  • Vorteil 6
  • In dem zusätzlichen Niederdruckdampfturbinenprozess lässt sich rund 15% der Abwärme aus dem Abhitzehochdruckdampfkessels in elektrische Energie umwandeln. Bezogen auf den elektrischen Wirkungsgrad des kombinierten Prozesses bedeutet dieses eine Wirkungsgradverbesserung von rd. 5%, die zusammen mit dem elektrischen Wirkungsgrad des kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses von fast 58% wird Gesamtwirkungsgrad von 63% erreicht. Damit wird der bei gleichen Bedingungen (Temperatur und Druck) im GUD-Prozess erreichte Wirkungsgrad von 58% deutlich übertroffen.
  • Vorteil 7
  • Die Verwendung von Wasserdampf als Arbeitsmittel im Niedertemperaturprozess vermeidet die im Kraftwerksbetrieb bislang nicht so gut bekannten Arbeitsmittel des ORC-Prozesses bzw. des binären Fluids im Kalinaprozess.
  • Nachteilig bei der Verwendung von Wasser als Arbeitsfluid ist, dass dieses im Unterdruck gehalten werden muss und damit die Gefahr von Lufteindringengen besteht. Der elektrisch Wirkungsgrad des Niederdruckdampfturbinenprozesses ist niedriger als beim ORC- oder Kalina-Prozess.
  • Kombinierter Kraftwerksprozess mit STIG- und Hochdruckdampfturbine ergänzt um einen ORC-Turbinenprozess
  • Bei diesem Anlagenaufbau wird die nach der Hochdruckdampferzeugung verbleibende Abwärme nicht, wie in 2 und 3 dargestellt in einem Heiznetz sondern zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie mit einer ORC-Turbine genutzt.
  • In 4 ist ein Ausführungsbeispiel des mit einem ORC-Prozess kombinierten Kraftwerksprozesses mit STIG- und Hochdruckdampfturbine dargestellt.
  • Legende zu Fig. 4:
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoff
    2
    Luft
    3
    Turboverdichter
    4
    Hochdruckdampfturbine
    5
    Mitteldruckdampf
    7
    Brennkammer mit Dampfinjektion
    8
    Gasturbine
    9
    Generator
    10
    Abhitzehochdruckdampfkessel
    11
    Hochdruckdampf
    14
    Abgas
    15
    Kondensat (Wasser)
    16
    Wasseraufbereitung
    17
    Kondensatpumpe
    18
    Entgaser
    19
    Speisewasserpumpe
    25
    Kondensierender Abhitzekessel zur Wärmeübertragung auf den ORC-Prozess
    26
    ORC-Turbine
    27
    Generator
    28
    Kondensator
    29
    Kühlturm (Wärmesenke)
  • zusätzliche Vorteile durch den ORC-Prozess
  • Vorteil 8
  • Durch die Nutzung der Abwärme aus dem Abhitzehochdruckdampfkessel in dem ORC-Prozess lässt sich bis 18% der Abwärme in elektrische Energie umwandeln. Bezogen auf den elektrischen Wirkungsgrad des kombinierten Prozesses bedeutet dieses eine Wirkungsgradverbesserung von rd. 6%. Zusammen mit dem elektrischen Wirkungsgrad des kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses von 58% ergibt dies einen Gesamtwirkungsgrad von 64%. Damit wird der bei gleichen Bedingungen (Temperatur und Druck) im GUD-Prozess erreichte Wirkungsgrad von 58% deutlich übertroffen.
  • Kombinierter Kraftwerksprozess mit STIG- und Hochdruckdampfturbine ergänzt um einen Kalina-Prozess
  • Bei diesem Anlagenaufbau wird die nach der Hochdruckdampferzeugung verbleibende Abwärme nicht, wie in 2 und 3 dargestellt in einem Heiznetz sondern zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie mit einem Kalina-Prozess genutzt.
  • In 5 ist ein Ausführungsbeispiel des mit einem Kalina-Prozess kombinierten Kraftwerksprozesses mit STIG- und Hochdruckdampfturbine dargestellt.
  • Legende zu Fig. 5:
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoff
    2
    Luft
    3
    Turboverdichter
    4
    Hochdruckdampfturbine
    5
    Mitteldruckdampf
    7
    Brennkammer mit Dampfinjektion
    8
    Gasturbine
    9
    Generator
    10
    Abhitzehochdruckdampfkessel
    11
    Hochdruckdampf
    14
    Abgas
    15
    Kondensat (Wasser)
    16
    Wasseraufbereitung
    17
    Kondensatpumpe
    18
    Entgaser
    19
    Speisewasserpumpe
    30
    Kondensierender Wärmeübertrager zur Verdampfung des Arbeitsgases aus dem binären Fluid
    31
    Turbine
    32
    Generator
    33
    Absorber
    34
    Kühlturm (Wärmesenke)
  • Zusätzlich erreichte Vorteile durch den Kalina-Prozess
  • Vorteil 9
  • Im Kalina-Prozess lässt sich bis 20% der Abwärme des Abhitzehochdruckdampfkessels in elektrische Energie umwandeln. Bezogen auf den elektrischen Wirkungsgrad des kombinierten Prozesses bedeutet dieses eine Wirkungsgradverbesserung von rd. 7%, die zusammen mit dem elektrischen Wirkungsgrad nach Lösung 1 und/oder 2 von 58% zu einem Gesamtwirkungsgrad von 65% führt. Damit wird der bei gleichen Bedingungen (Temperatur und Druck) im GUD-Prozess erreichte Wirkungsgrad von 58% deutlich übertroffen.
  • Kombinierter Kraftwerksprozess mit STIG- und Hochdruckdampfturbine ergänzt um einen Wassergasgenerator
  • Der in den 1 bis 5 dargestellte Anlagenaufbau des kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozess geht von einer Verwendung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen aus.
  • Bei Einsatz von festen Brennstoffen ist Verwendung eines Wassergasgenerators beliebiger Bauart zur Vergasung des Festbrennstoffs zweckmäßig. In dem Wassergasgenerator findet die Vergasung des Festbrennstoffs bei Dampfüberschuss statt.
  • Dabei führt der Dampfüberschuss dazu, dass bei der Vergasung nach der Reformierung des Brennstoffs (Umwandlung der Kohlenwasserstoffe in CO und H2) in der exothermen Shift-Reaktion das CO mit Wasserdampf zu CO2 und H2 umgeformt wird. Nach Vergasung mit Wasserdampfüberschuss besteht der brennbare Anteil des Generatorgases ausschließlich aus Wasserstoff.
  • Zweckmäßig ist, die Vergasung bei Überdruck auf dem Eingangsdruckniveau der STIG-Turbine durchzuführen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 werden daher die Luft und der Wasserdampf auf diesem Eingangsdruckniveau der STIG-Turbine in den Wassergasgenerator.
  • Zweckmäßig ist auch, das gewonnene Generatorgas von festen Bestandteilen (Flugasche, Feinstaub) zu reinigen. Hierzu wird im Ausführungsbeispiel 6 eine Kombination aus Fliehkraftstaubabscheider (Multizyclon) und Feinstaubfilter (Elektrofilter) eingesetzt.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, das Generatorgas vor der Reinigung abzukühlen, um preiswertere Werkstoffe für die Reinigungsstufen verwenden zu können und um Wärmeverluste in den Reinigungsstufen zu vermindern. Daher wird im Ausführungsbeispiel nach 6 das Generatorgas in einem Wärmeübertrager zwischen dem zugeführten Festbrennstoff und dem Generatorgas regenerativ durch Wärmeübertragung an den zugeführten Festbrennstoff abgekühlt.
  • Legende zu Fig. 6:
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoff
    2
    Luft
    3
    Turboverdichter
    4
    Hochdruckdampfturbine
    5
    Mitteldruckdampf
    7
    Brennkammer mit Dampfinjektion
    8
    Gasturbine
    9
    Generator
    10
    Abhitzehochdruckdampfkessel
    11
    Hochdruckdampf
    12
    Abgaswärmeübertrager mit Anschluss an ein Heiznetz (13)
    14
    Abgas
    15
    Kondensat (Wasser)
    16
    Wasseraufbereitung
    17
    Kondensatpumpe
    18
    Entgaser
    19
    Speisewasserpumpe
    35
    Zufuhr Festbrennstoff
    36
    Wassergasgenerator
    37
    Ascheaustrag
    38
    Generatorgas
    39
    Wärmeübertrager Festbrennstoff/Generatorgas
    40
    Fliehkraftstaubabscheider
    41
    Feinstaubfilter
  • Zusätzlich erreichte Vorteile durch den Wassergasgenerator
  • Vorteil 10
  • Durch die Kombination mit einem Wassergasgenerator lassen sich in dem kombinierten Kraftwerksprozess mit STIG- und Hockdruckdampfturbine wesentlich preiswerterer Festbrennstoffe (z. B. Kohle) oder auch nachwachsende feste Brennstoffe (z. B. Holz) einsetzen.
  • Vorteil 11
  • Die Vergasung von Festbrennstoffen in einem Wassergasgenerator mit Dampfüberschuss hat gegenüber anderen Vergasungsverfahren den Vorteil, dass sich keine Teere bilden können da alle Kohlenwasserstoffe durch den Dampfüberschuss in der Shift-Reaktion in CO2 und H2 umgeformt werden.
  • Berechnung des elektrischen Wirkungsgrades für ein Ausführungsbeispiel nach 1 Im Folgenden wird für ein Ausführungsbeispiel des kombinierten Kraftwerksprozesses mit STIG- und Hochdruckdampfturbine nach 1 der Wirkungsgrad berechnet.
  • Zur Vergleichbarkeit mit der früheren Studie zur Effizienz von Kraftwerksprozessen, wird für das Berechnungsbeispiel eine Brennkammertemperatur von 1.500°C und eine Eingangsdruck in die Turbine von 20 bar angesetzt. Der GuD-Prozess erreicht bei diesen Bedingungen einen elektrischen Wirkungsgrad von 58,5% (Dissertation Christoph Kail, a. a. O. S. 48 ff.) Diese Berechnung dient daher dem beispielhaften Nachweis der Effizienz des Verfahrens im Vergleich mit konkurrierenden Verfahren; sie dient nicht dazu, die maximale Leistungsfähigkeit des Verfahrens zu dokumentieren. Werte des Ausführungsbeispiels:
    Temperatur der Umgebung tI 15°C
    Druck der Umgebung p1 1 bar
    Druck nach Turboverdichter p2 20,00 bar
    Temperatur des Brenngases tB 15°C
    Brennkammertemperatur t3 1.500°C
    Ansaugluftmassenstrom mI 132,00 kg/s
    isentroper Turboverdichterwirkungsgrad ηi,TVD 92,00%
    isentroper Turbinenwirkungsgrad ηi,T 92,00%
    mechanischer Turbinenwirkungsgrad ηm,T 99,00%
    Generatorwirkungsgrad ηG 99,00%
    innerer Wirkungsgrad Speisewasserpumpe ηi,SP 85,00%
    elektrischer Wirkungsgrad Speisewasserpumpe ηel,SP 95,00%
    Heizwert des Brenngases (Erdgas) Hu 47.245 kJ/kg
    spez. Wärmekapazität Brenngas cpG 1,912 kJ/kgK
    spez. Wärmekapazität Luft bei 25°C cpL 1,004 kJ/kgK
    spez. Wärmekapazität Luft bei 400°C cpL 1,068 kJ/kgK
    Isentropenexponent der Luft κ 1,4
  • Berechnung des Turboverdichters
  • Die Enthalpie am Ein- und Austritt des Turboverdichters berechnet sich wie folgt: Enthalpie Verbrennungsluft am Eintritt Turboverdichter
    h1 = cpL·t1 15,06 kJ/kg
    Enthalpie Verbrennungsluft am Austritt Turboverdichter
    hTDV = h1 + 1/ηi,VD·cpL·(t1 + 273)·[(p2/p1)(κ–1)/κ–1] 467,5 kJ/kg
  • Berechnung der Brennstoffmenge
  • Bei Verbrennung ohne Luftüberschuss λ = 1 ermittelt sich die Brennstoffmenge mit:
    Menge Verbrennungsluft mL 132,0000 kg/s
    Luftüberschuss λ = mL/(mB·1min) 1,00
    minimaler Luftbedarf Imin 15,67 kg/kgBS
    Menge Brennstoff mB 8,4237 kg/s
  • Berechnung der erforderlichen Dampfmenge
  • Bei Begrenzung der Temperatur in der Brennkammer auf 1.500°C lässt sich die Formel zur Berechnung der für den Prozess erforderlichen Dampfmenge aus der Energiebilanz der Brennkammer herleiten:
    Figure 00120001
  • Berechnung der Leistung der STIG-Turbine
  • Da der Dampfanteil im Rauchgas-/Dampfgemisch deutlich überhitzt ist, kann die Entspannung des Gemischs in der Gasturbine unter der Annahme eines perfekten Gasverhaltens berechnet werden (Zahoransky, Energietechnik, 4. Auflage 2009, S. 158). Stoffdaten des Rauchgases und des Dampfes:
    cp,RG für Rauchgas Erdgas mit λ = 1 Verbrennung 1,3947
    κ für Rauchgas aus Erdgas mit λ = 1 Verberennung 1,2734
    cv,RG für Rauchgas aus Erdgas mit λ = 1 Verberennung 1,0952
    cp,D 1100°C 20 bar 2,5470
    κD 1100°C, 20 bar 1,2200
    cv,D 1100°C 20 bar 2,0877
  • Die Mengen und Stoffdaten des Gemischs lassen sich unter der Annahme perfekten Gasverhaltens wie folgt berechnen:
    mGes = mD + mL + mB 203,1065 kg/s
    Cp,Ges = mRG/mGes·Cp,RG + mD/mGes·Cp,D 1,750302
    Cv,Ges = mRG/mGes·Cv,RG + mD/mGes·Cv,D 1,401518
    κGes 1,248862
  • Die Austrittstemperatur aus der Turbine ermittelt sich bezogen auf den Turbineneintritt bei 1733°K bei isentroper Entspannung des Arbeitsgases mit der Beziehung T4ges = T3Ges(p4/p3)(κ – 1/κ) mit 976°K bzw. 703°C.
  • Unter Berücksichtigung des isentropen Turbinenwirkungsgrades (im Berechnungsbeispiel angenommen mit ηiT = 92%) ermittelt sich die Turbinenleistung nach der Formel: PTpolytrop = ηiT·Cp Ges·(T3 – T4)·m . Ges
  • Die Leistung der STIG-Turbine beträgt im Berechnungsbeispiel 206.686 kW.
  • Berechnung der Leistung der Hochdruckdampfturbine
  • Die Erzeugung des Hochdruckdampfes im Hochdruckabhitzedampfkessel erfolgt im Berechnungsbeispiel bei 200 bar. Die Frischdampftemperatur beträgt 600°C.
  • Bei isentroper Entspannung des Hochdruckdampfes ergibt sich beim Turbinenausgangsdruck von 20 bar eine Austrittstemperatur von 235°C, bei polytroper Entspannung mit ηi,T = 92% beträgt die Austrittstemperatur ca. 260°C. Werte:
    h 600°C 200 bar 3.511,3 kJ/kg
    h isentrop 235°C 20 bar 2.864,0 kJ/kg
    h polytrop 260°C 20 bar 2.915,8 kJ/kg
    Δhisentrop 647,3 kJ/kg
    Δhpolytrop 595,5 kJ/kg
    bei der Dampfmenge von 62,68 kg/s beträgt im Berechnungsbeispiel die Leistung der Hochdruckdampfturbine 37.327 kW.
  • Berechnung des Leistungsbedarfs der Speisewasserpumpe
  • Der Leistungsbedarf der Speisewasserpumpe ermittelt sich ermittelt sich nach der Formel: PelSP = 1/(ηi,SP·ηel,SP)·(PFD – PSp)/ρSW·m . D
  • Der Leistungsbedarf der Speisewasserpumpe beträgt im Berechnungsbeispiel 1.503 kW.
  • Berechnung des Leistungsbedarfs des Turboverdichters
  • Mit der Enthalpie der Luft am Eingang des Turboverdichter von 15,06 kJ/kg, der Enthalpie am Ausgang des Turboverdichters von 467,5 kJ/kg und der Luftmenge von 132 kg/s beträgt der Leistungsbedarf des Turboverdichters 59.723 kW.
  • Elektrische Leistung des Kraftwerksprozesses mit STIG- und Hochdruckdampfturbine
  • Die elektrische Leistung des kombinierten Kraftwerksprozesses mit STIG- und Hochdruckdampfturbine ermittelt sich wie folgt:
    Leistung Gasturbine 258.079 kW
    Leistung Hochdruckdampfturbine 37.327 kW
    Leistungsbedarf Turboverdichter –59.723 kW
    mechanische Leistung 235.684 kW
    abzüglich Generatorverluste –2.357 kW
    elektrische Leistung brutto 233.327 kW
    Leistungsbedarf Speisewasserpumpe –1.503 kW
    elektrische Leistung netto 231.823 kW
  • Für den elektrischen Wirkungsgrad gilt ηel = Pel/(m . B·Hu)
  • Im Berechnungsbeispiel beträgt der elektrische Wirkungsgrad
    des kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses 58,25%
  • Energiebilanz des Abhitzehochdruckdampfkessels
  • Die Überprüfung, dass die im Berechnungsbeispiel für die Hochdruckdampfturbine geforderte Frischdampfmenge von 62,68 kg/s aus der Abwärme der STIG-Turbine erzeugt werden kann, erfolgt in der Energiebilanz des Abhitzedampfkessels.
  • Die Enthalpie des Arbeitsgases beim Eintritt in den Abhitzedampfkessel (= Austritt aus der STIG-Turbine) lässt sich aus der Enthalpie des Arbeitsgases bei Eintritt in die Gasturbine abzüglich der polytropen Turbinenleistung ermitteln.
  • Enthalpie am Eintritt Turbine
  • Figure 00140001
  • Mit der Enthalpie am Austritt der Gasturbine H4polytro lässt sich anhand der bekannten Zusammensetzung des Arbeitsgases mit 140,40 kg/s Rauchgas und 62,68 kg H2O die Temperatur am Gasturbinenaustritt mit rd. 768°C ermitteln.
  • Die Enthalpie der beiden Gasbestandteile betragt:
    h4 D = hD 768 4.083,4 kJ/kg
    H4 D = h4 D 768°·mO 255.958,3 kJ
    h4 RG = hRG 768° 897,7 kJ/kg
    H4 RG = h4 RG 768°·(mL + mB) 126.057,0 kJ
    H4 polytop 382.015,3 kJ
  • Im Abhitzehochdruckdampfkessel arbeitet im Berechnungsbeispiel mit nachstehenden Parametern. Die Energiebilanz weist einen leichten Überschuss der Abgaswärme aus. Energiebilanz Hochdruckdampferzeugung
    Figure 00150001
  • Die Erwärmung des Speisewassers erfolgt im Berechnungsbeispiel mit nachstehenden Parametern. Die Energiebilanz weist einen leichten Überschuss der Abgaswärme aus. Energiebilanz Speisewassererwärmung
    Figure 00150002
    Wärmeübertragung an das Speisewasser
    Figure 00150003
  • Nutzung der Abwärme aus dem Abhitzedampfkessel Das Abgas ist beim Austritt aus der Speisewassererwärmung noch sehr energiereich. Die gesamte Enthalpie der Abwärme beträgt 185.167 kW.
    h7 D Enthalpie Dampfbei 120°C 1 bar 2.716,6 kJ/kg
    h7 RG Enthalpie Rauchgas bei 120°C 1 bar 106,0 kJ/kg
    H7 D = h7 D·mD 170.285 kW
    H7 RG = H7 RG·(mL + mB) 14.882 kW
    H7 Ges 185.167 kW
  • Von dieser Wärmemenge werden für die Erwärmung das Speisewasser im Entgaser von 35°C auf die Entgasungstemperatur von 100°C lediglich 16.012 kW benötigt. Wärmebedarf im Entgaser
    Figure 00160001
  • Bei Abkühlung des Arbeitsgases auf 35°C wird der größte Teil des im Arbeitsgas enthaltenen Wasserdampfs kondensiert. Hierbei setzt sich die im Arbeitsgas enthaltene Wassermenge aus der im Abhitzehochdruckdampfkessel erzeugten Dampfmenge und der aus dem als Verbrennungsprodukt enthaltenen Wasserdampf zusammen.
  • Bei Abkühlung des Arbeitsgases auf 35°C ermittelt sich die Abwärme des kombinierten Kraftwerksprozesses mit STIG- und Hochdruckdampfturbine als Summe der Enthalpie des 35°C warmen Abgases und der Enthalpie des auf 35°C abgekühlten Kondenswassers. Abwärme bei Abkühlung des Arbeitsgases auf 35°C
    Figure 00160002
  • Die an das Wärmeversorgungsnetz übertragene Wärme errechnet sich wie folgt:
    H7 Abwärme am Austritt aus dem Abhitzedampfkessel 185.167 kW
    – ΔH Speisewasservorwärmung –16.012 kW
    – H6 Abwärme –28.981 kW
    = Ptherm Wärmeübertragung an das Wärmeversorgungsnetz 140.174 kW
  • Der thermische Wirkungsgrad des kombinierten Kraftwerksprozesses mit STIG- und Hochdruckdampfturbine beträgt damit im Berechnungsbeispiel: –ηtherm = Ptherm/(m . B·Hu) 35,2%
  • Der Gesamtwirkungsgrad des kombinierten Kraftwerksprozesses mit STIG- und Hochdruckdampfturbine beträgt im Berechnungsbeispiel: ηges = ηel + ηtherm = 58,3% + 35,2% = 93,5%
  • Abwärmenutzung der in einem Niedertemperaturprozess
  • Wenn für die bei der Dampferzeugung nicht nutzbare Abwärme kein geeignetes Heiznetz zur Verfügung steht, ist die Nutzung dieser Abwärme in einem Niedertemperaturprozess zweckmäßig.
  • Anders als in atmosphärisch befeuerten Kesselanlagen ist das aus dem Abhitzehochdruckdampfkessel ausströmende Abgas wegen des hohen Wasserdampfanteils noch sehr energiereich. Wenn das Abgas bei Atmosphärendruck unter 100°C abgekühlt wird, verbleibt lediglich der auf die Feuchtesättigung des Rauchgases entfallende Dampfanteil gasförmig, der gesamte andere Dampfanteil kondensiert und setzt seine Verdampfungswärme frei. So wird zwar eine große Wärmemenge nutzbar gemacht, wegen des niedrigen Temperaturniveaus ist die mögliche Umwandlung in mechanische bzw. elektrische Energie jedoch begrenzt.
  • Der Carnotfaktor beträgt bei 120°C Eingangstemperaturniveau und 25°C Ausgangstemperaturniveau lediglich 24%.
    Tab 393°K
    Tzu 298°K
    Carnotfaktor ηCR = 1 – (Tab/Tzu) 24%
  • Während der Carnotfaktor die mögliche Energieumwandlung bei idealen Bedingungen angibt, lassen sich mit den real einsetzbaren Niedertemperaturprozessen nur wesentlich niedrigere Wirkungsgrade realisieren.
  • Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades durch einen Niederdruckdampfprozess
  • In 3 ist ein Ausführungsbeispiel für die Kombination eines Niederdruckdampfprozesses mit dem kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozess dargestellt. Der gesamte Niederdruckdampfprozess muss im Unterdruck stattfinden, um eine Verdampfung des Wassers unterhalb von 100°C zu ermöglichen. Berechnung der elektrische Leistung der Niederdruckdampfturbine
    h 120°C 0,9 bar 2.720,0 kJ/kg
    h isentrop 25°C 0,04 bar 2.270,0 kJ/kg
    h Polytrog 25°C 0,04 bar 2.315,0 kJ/kg
    Δhisentrop 450,0 kJ/kg
    Δhpolytrop 405,0 kJ/kg
    Menge Dampf 51,5345 kg/s
    isentroper Turbinenwirkungsgrad ηi,T 90,00%
    Leistung Niederdruckdampfturbine 20.871 kW
  • Der Wirkungsgrad des Niederdruckdampfprozesses beträgt damit: ηelt = Pell NDDT/mB·Hu 14,89%
  • Die Leistung und der Gesamtwirkungsgrad des kombinierten Kraftwerksprozesses mit STIG- und Hochdruckdampfturbine verbessern sich durch die Nutzung der Abwärme in einem Niederdruckdampfprozess wie folgt:
    Leistung STIG-Turbine 258.079 kW
    Leistung Hochdruckdampfturbine 37.327 kW
    Leistungsbedarf Turboverdichter –59.723 kW
    Leistung Niederdruckdampfturbine 20.871 kW
    mechanische Gesamtleistung 256.555 kW
    abzüglich Generatorverluste –2.566 kW
    elektrische Gesamteistung brutto 253.990 kW
    Leistungsbedarf Speisewasserpumpe –1.503 kW
    elektrische Gesamteistung netto Pel Gesamt 252.486 kW
    nett Gesamtprozess = Pel Gesamt/mB·Hu 63,44%
  • Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades durch einen ORC-Prozess
  • In 4 ist ein Ausführungsbeispiel für die Kombination eines ORC-Prozesses mit dem kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozess dargestellt.
  • Da für einen ORC-Prozess im Temperaturbereich der Abwärmenutzung verschiedene Arbeitsfluids in Betracht kommen, wird hier nur eine quantitative Abschätzung der Effizienzsteigerung vorgenommen.
  • Angesetzt wird hierbei, dass bei günstiger Auswahl des Arbeitsfluids in diesem Temperaturbereich ein elektrischer Wirkungsgrad des ORC-Prozesses von 18% erreicht werden kann.
    Abwärme des kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses 140.174 kW
    Pelt ORC-Turbine 18% 25.231 kW
    Berechnung des STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses mit ORC-Turbine
    Leistung STIG-Turbine 258.079 kW
    Leistung Hochdruckdampfturbine 37.327 kW
    Leistungsbedarf Turboverdichter –59.723 kW
    Leistung ORC-Turbine 25.231 kW
    mechanische Gesamtleistung 260.915 kW
    abzüglich Generatorverluste –2.609 kW
    elektrische Gesamteistung brutto 258.306 kW
    Leistungsbedarf Speisewasserpumpe –1.503 kW
    elektrische Gesamteistung netto Pel Gesamt 256.802 kW
    ηelt Gesamtprozess = Pel Gesamt/mB·Hu 64,53%
  • Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades durch einen Kalina-Prozess
  • In 5 ist ein Ausführungsbeispiel für die Kombination eines Kalina-Prozesses mit dem kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozess dargestellt.
  • In der nachfolgenden Berechnung wird für den Kalina-Prozess ein möglicher elektrischer Wirkungsgrad von 20% angesetzt.
    Abwärme des kombinierten STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses 140.174 kW
    Pelt Kalina-Prozess 20% 28.035 kW
    Berechnung des STIG- und Hochdruckdampfturbinenprozesses mit Kalina-Prozess
    Leistung STIG-Turbine 258.079 kW
    Leistung Hochdruckdampfturbine 37.327 kW
    Leistungsbedarf Turboverdichter –59.723 kW
    Leistung Kalina-Prozess 28.035 kW
    mechanische Gesamtleistung 263.718 kW
    abzüglich Generatorverluste –2.637 kW
    elektrische Gesamteistung brutto 261.081 kW
    Leistungsbedarf Speisewasserpumpe –1.503 kW
    elektrische Gesamteistung netto Pel Gesamt 259.578 kW
    ηelt Gesamtprozess = Pel Gesamt/mB·Hu 65,22%
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0462458 B1 [0011]
    • - EP 0718483 B1 [0011]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Christoph Kail, „Analyse von Kraftwerksprozessen mit Gasturbinen unter energetischen, exergetischen und ökonomischen Aspekten” eingereicht am 3.11.1997 und angenommen am 06.02.1998 an der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München, S. 49 ff. [0013]
    • - R. A. Zahoranky, Energietechnik, 4. aktualisierte und erweitere Auflage 2009, S. 157 [0017]
    • - J. Karl, Dezentrale Energiesysteme, 2. verbesserte Auflage 2006, S. 282 ff [0017]
    • - Christoph Kail, a. a. O. S. 48 ff. [0051]
    • - Zahoransky, Energietechnik, 4. Auflage 2009, S. 158 [0055]

Claims (9)

  1. Kombinierter Kraftwerksprozess mit STIG- und Hochdruckdampfturbine, dadurch gekennzeichnet – dass ein offener Gasturbinenprozess mit Injektion von Dampf (STIG-Prozess) mit einem Hochdruckdampfturbinenprozess kombiniert wird, – dass Hochdruckdampf in einem Abhitzehochdruckdampfkessel aus der Abwärme der STIG-Turbine erzeugt wird, – dass der im Abhitzedampfkessel erzeugte Dampf nicht wie beim einfachen STIG_Prozess direkt in die Brennkammer eingespeist wird – sondern dass Frischdampf auf einem hohen Druckniveau erzeugt und der Frischdampf vor Injektion des Dampfes in die Brennkammer in einer Hochdruckdampfturbine entspannt wird und – dass die in der Hochdruckdampfturbine gewonnene Arbeit zusätzlich zu der in der STIG-Turbine gewonnen Arbeit zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Hochdruckdampferzeugung anstehende Abgaswärme zur Wärmeversorgung in einem Wärmeversorgungsnetz genutzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft zweistufig in einem Turboverdichter und einem oder mehreren Dampfstrahlverdichtern verdichtet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Hochdruckdampferzeugung anstehende Abgaswärme in einem Niederdruckdampfturbinenprozess zur Stromerzeugung genutzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Hochdruckdampferzeugung anstehende Abgaswärme in einem ORC-Prozess zur Stromerzeugung genutzt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Hochdruckdampferzeugung anstehende Abgaswärme in einem Kalina-Prozess zur Stromerzeugung genutzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Primärenergie Festbrennstoff verwendet wird, der zunächst in einem Vergaser mit Dampfüberschuss (Wassergasgenerator) vergast wird und danach gasförmig zur Verbrennung in der Brennkammer geführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Vergasung bei Überdruck auf dem Druckniveau des Turbineneingangsdrucks stattfindet.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, • dass das im Vergaser erzeugte heiße Wassergas zunächst in einem Wärmeübertrager abgekühlt wird, • dass die aus dem Wassergas abgeführte Wärme zur Vorerwärmung des zugeführten Festbrennstoffs genutzt wird, • dass das abgekühlte Wassergas danach in einem Fliehkraftstaubabscheider vorgereinigt und in einem Feinfilter (z. B. Elektrofilter) entstaubt und schlussgereinigt wird.
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