DE102009038322A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung thermischer Energie aus Biomasse in mechanische Arbeit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen in mechanische Arbeit mit wenigstens einer ersten (4) und einer zweiten (6) Einrichtung zum Speichern und zur Abgabe thermischer Energie, welche wenigstens zeitweise wechselweise in einen Turbinenzweig (T) mit einer nachgeschalteten Gasturbine (8) eingeschaltet werden, mit den Schritten: a) Verbrennen eines Gases in einem Gasbrenner (2), b) Durchleiten der in dem Gasbrenner (2) entstandenen Rauchgase (3) durch eine Einrichtung (4, 6) zum Speichern thermischer Energie, und c) Einleiten der von wenigstens einer Einrichtung (4, 6) abgegebenen Heißluft (7) in die Gasturbine (8), wobei die von der Gasturbine (8) abgegebene Heißluft mindestens einem der Gasturbine (8) nachgeschalteten Wärmetauscher (...) zugeführt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie aus Biomasse in mechanische Arbeit, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 7. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf Biomasse beschrieben, es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für andere kohlenstoffhaltige Produkte verwendet werden können.
- Die
DE 100 39 246 C2 betrifft ein Verfahren zur Umwandlung thermischer Energie in mechanische Arbeit, wobei ein erstes und ein zweites Mittel zum Speichern thermischer Energie wechselweise in einen Turbinenzweig eingeschaltet werden. Als nachteilig erweist sich dabei die unzureichende Integration der in den verschiedenen Prozessschritten freiwerdenden Wärme sowie die Bildung von Staub in den Rauchgasen, welcher beispielsweise mittels eines Zyklons entfernt wird. - Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umsetzung von thermischer Energie aus Verbrennung bzw. Vergasung kohlestoffhaltiger Rohstoffe in mechanische Arbeit zur Verfügung zu stellen, welche eine hohe Effizienz und einen hohen Wirkungsgrad mit verbesserter Wärmeintegration in den Verbrennungsprozeß aufweisen und vorteilhaft unter Vermeidung von Staub in den Rauchgasen arbeiten. Weiterhin soll ein Verfahren geschaffen werden, welches entstehende Energien in effizienter Weise wiederum einzelnen Prozessen zuführt.
- Dies wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 7 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass ein Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen in mechanische Arbeit mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Einrichtung zum Speichern und zur Abgabe thermischer Energie, welche wenigstens zeitweise wechselweise in einen Turbinenzweig mit einer nachgeschalteten Gasturbine eingeschaltet werden, folgende Schritte aufweist:
- a) Verbrennen eines Brennstoffes in einem Gasbrenner, wobei dem Gasbrenner Verbrennungsluft zugeführt wird,
- b) Durchleiten der in dem Gasbrenner entstandenen Rauchgase durch eine Einrichtung zum Speichern thermischer Energie, und
- c) Einleiten der von wenigstens einer Einrichtung zum Speichern und zur Abgabe thermischer Energie abgegebenen Heißluft in die Gasturbine, insbesondere deren Expander, wobei von der Gasturbine abgegebene Heißluft mindestens einem der Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher zugeführt wird und mittels dieses Wärmetauschers die dem Gasbrenner zugeführte Verbrennungsluft erwärmt wird.
- Unter dem Begriff Nachschalten wird insbesondere ein Nachschalten in Bezug auf die jeweils zu verarbeitenden Gase bzw. den Wärmefluß verstanden. Dabei ist der Gasbrenner vorteilhaft einem Vergaser unmittelbar nachgeschaltet. Bevorzugt ist die Einrichtung zum Speichern thermischer Energie auch zur Abgabe der gespeicherten thermischen Energie, beispielsweise in Form von Heißluft, geeignet. Als Einrichtungen zum Speichern thermischer Energie können insbesondere Schüttgutgeneratoren eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in der
EP 0 620 909 B1 oder derDE 42 36 619 C2 beschrieben wurden. Der Offenbarungsgehalt derDE 100 39 246 A1 , angemeldet am 11.08.2008 beim DPMA, wird durch Bezugnahme vollständig in die vorliegende Offenbarung einbezogen. - Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann die Leistungsausbeute der Anlage erhöht werden, indem eine gezieltere lambda-Steuerung der Anlage vorgenommen wird.
- Somit wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Verbrennungsluft für den Gasbrenner unter vorteilhafter Nutzung der von der Gasturbine abgegebenen Wärme bzw. Heißluft mittels eines Wärmetauschers zu erwärmen. Dabei kann zusätzlich komprimierte Luft dem Wärmetauscher zugeführt werden. Das Verfahren ermöglicht so eine optimale Wärmeintegration in den Verbrennungsprozeß. Es wird also die bei der Verbrennung gebildete Wärme mittels des Wärmetauschers als erhitzte Verbrennungsluft dem Gasbrenner erneut zugeführt, um die Effizienz des Verfahrens weiter zu erhöhen.
- Bevorzugt wird die von der Gasturbine abgegebene und mindestens einem dem Expander der Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher zugeführt und die gewonnene thermische Energie als nutzbare Wärme ausgekoppelt. Dies trägt weiter zur Umweltverträglichkeit sowie zur Steigerung der Effizienz des Verfahrens bei.
- Vorzugsweise wird die von der Gasturbine abgegebene und mindestens einem der Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher zugeführt und die gewonnene thermische Energie für die Erzeugung von Sattdampf verwendet. In dieser Ausführungsform wird die Abwärme für eine Sattdampferzeugung verwendet. Dies betrifft insbesondere das Zuleiten der Abwärme zu mindestens einem weiteren Wärmetauscher, welcher wiederum dem der Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher nachgeschaltet ist, mit welchem Wasser zur Erzeugung des Sattdampfes erhitzt wird.
- Zusätzlich oder alternativ wird bevorzugt die von der Gasturbine abgegebene und mindestens einem der Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher zugeführt und die gewonnene thermische Energie für die Erzeugung von Heißluft verwendet. Diese Heißluft kann einem Vergaser zugeführt werden.
- Das Gesamtverfahren beinhaltet vorzugsweise in einem ersten Schritt eine Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe in einem Vergaser, wobei das Produktgas als Brennstoff dem Vergaser nachgeschalteten Gasbrenner zugeführt wird. Dabei werden bevorzugt der erhitzte Sattdampf und/oder die Heißluft über die der Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher in den Vergaser eingeführt und als Vergasungsmittel zur Vergasung verwendet.
- Vorzugsweise wird als Vergaser ein Festbett-Gegenstrom-Vergaser verwendet. Dabei wird der mittels eines Wärmetauschers erhitzte Wasserdampf in den Vergaser eingeführt und zur Vergasung verwendet. Gemeinsam mit dem Wasserdampf wird dem Vergaser vorteilhaft ein weiteres gasförmiges Medium als Verbrennungsgas zugeführt. Als Verbrennungsgas kommt z. B. Heißluft, Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft und dergleichen in Betracht. Grundsätzlich können verschiedene Vergasertypen nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Der besondere Vorteil eines Gegenstromfestbettvergasers besteht jedoch darin, dass sich innerhalb dieses Reaktors einzelne Zonen herausbilden, in denen unterschiedliche Temperaturen und somit unterschiedliche Prozesse auftreten. Die unterschiedlichen Temperaturen beruhen darauf, dass die jeweiligen Prozesse stark endotherm sind und die Wärme nur von unten kommt. Auf diese Weise nutzt man in besonders vorteilhafter Weise die sehr hohen Dampftemperaturen aus.
- Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird mittels einer Dampfturbine entspannte Heißluft aus der Gasturbine zur Energieerzeugung verwendet. Dabei könnte diese Dampfturbine in einen separaten Wasserkreislauf eingebunden werden und das Wasser in diesem Kreislauf durch einen Wärmetauscher verdampft und überhitzt werden. Nach der Dampfturbine wird der Dampf kondensiert, um dann in flüssiger Form von einer Pumpe unter Druck gesetzt zu werden, bevor er wieder dem Wärmetauscher zugeführt wird.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit beinhaltet im wesentlichen einen Gasbrenner zum Verbrennen eines Brennstoffes; wenigstens eine erste und eine zweite Einrichtung zum Speichern thermischer Energie, welche wenigstens zeitweise wechselweise in einen Turbinenzweig mit einer nachgeschalteten Gasturbine einschaltbar sind und wenigstens eine Verbindungsleitung, welche in dem Gasbrenner entstehende Rauchgase den Einrichtungen zum Speichern thermischer Energie zuführt, wobei der Gasturbine mindestens ein Wärmetauscher nachgeschaltet ist, welcher zur Erwärmung von in den Gasbrenner geführter Verbrennungsluft dient.
- Insbesondere ist eine Verbindungsleitung zwischen der Gasturbine und dem Wärmetauscher sowie zwischen dem Wärmetauscher und dem Gasbrenner vorgesehen, so dass aus der Gasturbine austretende Wärme zunächst die Verbrennungsluft erhitzt und damit die abgegebene Energie erneut dem Gasbrenner zugeführt werden kann, um den Verbrennungsvorgang in dem Gasbrenner noch effizienter zu gestalten. Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Luftzuführungseinrichtung auf, welche dem Gasbrenner die Luft, insbesondere Frischluft zuführt. Der besagte Wärmetauscher ist in dieser Leitung angeordnet.
- Bevorzugt besteht zwar keine unmittelbare Gasverbindung zwischen der Gasturbine und dem Gasbrenner. Mittels des Wärmetauschers wird jedoch thermische Energie der von der Gasturbine abgegebenen Gase auf andere Mittel wie die Verbrennungsluft, den Sattdampf und die Heißluft übertragen und diese Medien werden wie oben erwähnt wiederum dem Gasbrenner und/oder dem Vergaser zugeführt.
- Weiterhin wirkt die Gasturbine vorteilhaft auch als Kompressor, um zugeführte Luft zu komprimieren und um den Einrichtungen zum Speichern thermischer Energie wiederum zu erwärmende Kaltluft zuzuführen, wobei der Gasturbine mindestens ein Wärmetauscher nachgeschaltet ist, der die erwärmte Luft dem Gasbrenner zuführt.
- Dabei ist vorzugsweise dem Gasbrenner ein Vergaser zum Erzeugen bzw. Umwandeln des Brennstoffes vorgeschaltet.
- Bevorzugt sind weitere dem Turbinenzweig nachgeschaltete Mittel zum Erwärmen mindestens eines Gases vorgesehen. Diese Mittel sind beispielsweise ebenfalls Wärmetauscher, welche gleichzeitig Luft erwärmen können, um so Heißluft zu erzeugen, welche dem Vergaser zugeführt werden kann. Weiterhin kann mit diesen Mitteln Sattdampf erzeugt werden, der ebenfalls dem Vergaser zugeführt werden kann.
- Vorzugsweise wird mindestens einem der Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher zugeführt und die gewonnene thermische Energie als nutzbare Wärme ausgekoppelt.
- Vorzugsweise wird mindestens einem der Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher zugeführt, welcher die gewonnene thermische Energie zur Sattdampferzeugung nutzt.
- Vorzugsweise wird mindestens einem der Gasturbine nachgeschalteten Wärmetauscher zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher zugeführt, welcher die gewonnene thermische Energie zur Heißlufterzeugung nutzt. Damit sind bevorzugt in einem Strang der aus der Turbine austretenden Heißluft hintereinander mehrere Wärmetauscher angeordnet.
- Dabei ist bevorzugt ein Mittel zum wechselweisen Einschalten wenigstens einer ersten Einrichtung zum Speichern thermischer Energie und wenigstens einer zweiten Einrichtung zum Speichern thermischer Energie in den Turbinenzweig vorgesehen. Bei diesen Mitteln zum wechselweisen Einschalten kann es sich beispielsweise um eine Vielzahl von steuerbaren Ventilen handeln, die jeweils ein wechselweises Zuführen von Rauchgas in die Mittel zum Speichern thermischer Energie ermöglichen beziehungsweise ein wechselweises Abgeben von erhitzter Luft an die Gasturbine erlauben.
- Vorteilhaft ist mindestens ein weiterer einem Verdichter der Gasturbine nachgeschalteter Wärmetauscher vorgesehen, welcher zugeführte Heißluft zumindest teilweise abkühlt und als Kaltluft der ersten und/oder zweiten Einrichtung zum Speichern thermischer Energie zuführt. Zum eine soll dadurch eine Effizienzerhöhung der gespeicherten Energie gewährleistet werden. Andererseits kann durch das Abkühlen der Luft auch die Temperatur des Rauchgases reduziert werden.
- Des Weiteren bevorzugt ist dem Verdichter der Gasturbine nachgeschaltet eine Wassereindüsung vorgesehen ist.
- Bevorzugt ist wenigstens ein ventilartiges Mittel zwischen dem Verdichter und einem Entspanner der Gasturbine zum Ausschalten des Turbinenzweigs vorgesehen. Das ventilartige Mittel dient der Notabschaltung und ist vorzugsweise in einem Bypass zwischen einer zuführenden zum Entspanner und einer abführenden Leitung vom Verdichter der Gasturbine angeordnet.
- Weiterhin können Temperatursensoren vorgesehen sein, die jeweils an entsprechenden Stellen der Vorrichtungen zum Speichern thermischer Energie die Temperaturen messen und in Reaktion auf diese Messungen die entsprechenden Ventile schalten, so dass zu jedem Zeitpunkt eine optimale Versorgung der Gasturbinen mit Heißluft ermöglicht wird und weiterhin auch ein effizientes Wiederaufladen der Mittel zum Speichern von thermischer Energie ermöglicht wird. Ein wesentlicher Vorteil der Steuerung des Verbrennungs- bzw. Vergasungsprozesses mittels der dargestellten Anordnung von Wärmetauschern liegt insbesondere auch in einer sehr gezielten Lambda-Steuerung des Gasbrenners.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Gasturbine eine Dampfturbine nachgeschaltet. Durch diese nachgeschaltete Dampfturbine kann die Heißluft aus der ersten Gasturbine noch einmal zur Stromerzeugung verwendet werden. So kann die Stromausbeute weiter verbessert werden.
- Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen zu entnehmen. Dabei zeigen:
-
1 ein erstes Flussdiagramm; und -
2 ein zweites Flussdiagramm. -
1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm der Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen in mechanische Arbeit. - Dabei bezieht sich das Bezugszeichen
1 auf einen der Gasturbine8 nachgeschalteten Wärmetauscher. - Zunächst wird der Rohstoff
14 von oben in den Vergaser18 eingegeben und das Vergasungsmittel (z. B. Luft/Sattdampf) entlang einer Zuleitung16 von unten. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Vergasungsmittel und das Produktgas den Reaktionsraum in entgegengesetzter Richtung zu dem Brennstoffstrom durchströmen. Die in dem Vergaser18 entstehende Asche wird nach unten, das heißt entlang des Pfeils P1, abgeführt. - Das Produktgas gelangt in den Gasbrenner
2 und wird verbrannt. Anschließend werden die in dem Gasbrenner2 entstandenen Rauchgase durch eine Verbindungsleitung3 und mit Hilfe der Ventile46 ,44 in einen ersten4 oder zweiten6 Schüttgutregenerator geleitet und die von den Schüttgutregeneratoren4 ,6 abgegebene Heißluft7 über eine Leitung21 einer Gasturbine8 zugeführt. Im Turbinenzweig T ist ein Generator G auf der Gasturbine8 angeordnet. Das Bezugszeichen23 kennzeichnet eine Abführleitung zum Abführen des in den Mitteln4 ,6 zum Speichern thermischer Energie entstehenden Rauchgases. Vom ersten Regenerator4 führt eine Leitung22 zur Gasturbine8 . - Die aus der Gasturbine
8 austretende heiße Abluft wird über eine Leitung26 dem Wärmetauscher1 zugeführt. Die abgegebene Wärme wird zum Erhitzen zuströmender, komprimierter Luft verwendet, welche dem Gasbrenner2 als vorgewärmte Verbrennungsluft7 zugeführt wird. - Die aus der Gasturbine
8 austretende heiße Abluft wird anschließend einem weiteren Wärmetauscher13 zugeführt, welcher der Warmwassererzeugung dient. - Dem Wärmetauscher
13 sind Wärmetauscher11 ,12 nachgeschaltet, um sowohl Luft als auch Wasser als Vergasungsmittel dem Festbett-Gegenstrom-Reaktor18 erhitzt zuzuführen. - Der Wärmetauscher
13 ist unmittelbar dem ersten Wärmetauscher1 nachgeschaltet. Mittels dieser Vorrichtung ist es möglich, die ausgekoppelte Wärme beispielsweise zur Warmwassererzeugung auf einem hohen Temperaturniveau zu nutzen. Die Wärmetauscher11 ,12 zur Erhitzung von Luft und Wasser als Vergasungsmittel sind auch dabei dem Wärmetauscher13 nachgeschaltet. - Die Reihenfolge der Wärmetauscher gestattet eine genaue Steuerung der Wärmeverteilung im erfindungsgemäßen Verfahren. Der erste Wärmetauscher
1 , welcher die Verbrennungsluft mit der höchsten Temperatur aufnimmt, dient insbesondere zur Erzeugung von Heißluft für den Gasbrenner, der nächste Wärmetauscher13 zur Erzeugung von Wärme, welche den weiteren Wärmetauschern11 und12 zugeführt wird, um anschließend Heißluft beziehungsweise Sattdampf zu erzeugen. Weiterhin wäre es auch möglich, die beiden Wärmetauscher12 und11 hinsichtlich ihrer Reihenfolge zu vertauschen. - Der Wärmetauscher
15 ist dem Verdichter der Gasturbine8 nachgeschaltet und kühlt die aus dem Verdichter der Gasturbine8 austretende, komprimierte Heißluft ab und führt anschließend Kaltluft der ersten Einrichtung4 und/oder zweiten Einrichtung6 zum Speichern thermischer Energie zu. Dabei soll die Temperatureffizienz der gespeicherten Energie erhöht werden, aber auch die Temperatur des Rauchgases reduziert werden. - Das Bezugszeichen
58 in der Figur bezieht sich auf eine Pumpe zum Fördern von Wasser. Das Bezugszeichen10 in der Figur bezieht sich auf die Heißluft und das Bezugszeichen9 bezeichnet den Sattdampf. - Die Bezugszeichen
32 ,34 ,36 ,38 ,40 ,42 ,44 ,46 beziehen sich jeweils auf steuerbare Ventile, die die Zuführung des Rauchgases an die Schüttgutregeneratoren4 ,6 (Ventile44 und46 ) sowie die Abgabe der Heißluft von Schüttgutregeneratoren4 ,6 an die Gasturbine8 (Ventile36 und42 ), die Abgabe von Rauchgas (Ventile32 und38 ) sowie auch umgekehrt die Zuführung von Kaltluft (Ventile34 und40 ) an die Schüttgutregeneratoren4 ,6 steuern. Die jeweils schwarz eingezeichneten Ventile sind dabei in einem geöffneten Zustand und die lediglich umrandeten Ventile in einem geschlossenen Zustand. Die Bezugszeichen52 ,54 ,56 beziehen sich jeweils auf Kompressoren, um Luft (Bezugszeichen56 ), Rauchgas (Bezugszeichen52 ) und Abluft (Bezugszeichen54 ) zu komprimieren beziehungsweise zu fördern. Weiterhin wird Luft über die Leitung25 der Gasturbine8 zugeführt und über einen weiteren Wärmetauscher15 geführt, um als Kaltluft in Schüttgutregeneratoren4 und6 zugeführt zu werden. - Durch Verwendung des Vergasers
18 kann vorteilhaft auf eine aufwändige Entstaubung der Rauchgase3 verzichtet werden. -
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist ein weiterer Kreislauf70 vorgesehen, der der Gasturbine8 nachgeschaltet ist. Genauer wird die Heißluft aus der Gasturbine8 durch einen Wärmetauscher71 geführt, der in diesen Kreislauf70 integriert ist. Durch den Wärmetauscher wird Wasser des Kreislaufs70 erhitzt und einer Dampfturbine72 zugeführt, welche wiederum einen Generator74 antreibt. Das Bezugszeichen78 bezieht sich auf eine Pumpe und das Bezugszeichen76 auf einen Kondensator. Durch diese Vorgehensweise kann die Stromausbeute der Anlage weiter erhöht werden. - Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wärmetauscher, der Gasturbine nachgeschaltet
- 2
- Gasbrenner
- 3
- Rauchgase, Verbindungsleitung
- 4
- Erste Einrichtung zum Speichern und zur Abgabe thermischer Energie
- 6
- Zweite Einrichtung zum Speichern und zur Abgabe thermischer Energie
- 7
- Verbrennungsluft, Verbindungsleitung
- 8
- Gasturbine
- 9
- Sattdampf
- 10
- Heißluft
- 11, 12, 13, 15
- Wärmetauscher
- 14
- kohlenstoffhaltiger Rohstoff
- 16
- Zuleitung für Vergasungsmittel
- 18
- Vergaser
- 21, 22
- Zuleitung zur Gasturbine
- 25
- Leitung
- 26
- Zuleitung zu Wärmetauschern
- 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46
- steuerbare Ventile
- 52, 54, 56
- Kompressoren
- 58
- Pumpe
- 60
- Generator
- 61
- Wassereindüsung
- 70
- Kreislauf
- 71
- Wärmetauscher
- 72
- Dampfturbine
- 74
- Generator
- 76
- Kondensator
- P1
- Richtungspfeil
- T
- Turbinenzweig
- 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
-
- - DE 10039246 C2 [0002]
- - EP 0620909 B1 [0006]
- - DE 4236619 C2 [0006]
- - DE 10039246 A1 [0006]
Claims (18)
- Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen in mechanische Arbeit mit wenigstens einer ersten (
4 ) und einer zweiten (6 ) Einrichtung zum Speichern und zur Abgabe thermischer Energie, welche wenigstens zeitweise wechselweise in einen Turbinenzweig (T) mit einer nachgeschalteten Gasturbine (8 ) eingeschaltet werden, mit folgenden Schritten: a) Verbrennen eines Brennstoffes in einem Gasbrenner (2 ), wobei dem Gasbrenner Verbrennungsluft zugeführt wird. b) Durchleiten der in dem Gasbrenner (2 ) entstandenen Rauchgase (3 ) durch eine Einrichtung (4 ,6 ) zum Speichern thermischer Energie, und c) Einleiten der von wenigstens einer Einrichtung (4 ,6 ) abgegebenen Heißluft (7 ) in die Gasturbine (8 ), dadurch gekennzeichnet, dass von der Gasturbine (8 ) abgegebene Heißluft mindestens einem der Gasturbine (8 ) nachgeschalteten Wärmetauscher (1 ) zugeführt wird und mittels dieses Wärmetauschers (1 ) die dem Gasbrenner (2 ) zugeführte Verbrennungsluft (7 ) erwärmt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Gasturbine (
8 ) abgegebene und mindestens einem der Gasturbine (8 ) nachgeschalteten Wärmetauscher (1 ) zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher (13 ) zugeführt wird und die gewonnene thermische Energie als nutzbare Wärme ausgekoppelt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Gasturbine (
8 ) abgegebene und mindestens einem der Gasturbine (8 ) nachgeschalteten Wärmetauscher (1 ) zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher (11 ) zugeführt wird und die gewonnene thermische Energie für die Erzeugung von Sattdampf (9 ) verwendet wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Gasturbine (
8 ) abgegebene und mindestens einem der Gasturbine (8 ) nachgeschalteten Wärmetauscher (1 ) zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher (12 ) zugeführt wird und die gewonnene thermische Energie für die Erzeugung von Heißluft (10 ) verwendet wird. - Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Schritt eine Vergasung der kohlenstoffhaltigen Rohstoffe (
14 ) in einem Vergaser (18 ) erfolgt und – das Produktgas als Brennstoff der dem Vergaser (1 ) nachgeschalteten Gasbrenner (2 ) zugeführt wird. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergaser (
18 ) ein Festbett-Gegenstrom-Vergaser (18 ) verwendet wird. - Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Dampfturbine (
72 ) entspannte Heißluft aus der Gasturbine (8 ) zur Energieerzeugung verwendet wird. - Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische Arbeit, wobei vorgesehen sind: ein Gasbrenner (
2 ) zum Verbrennen eines Brennstoffes; wenigstens eine erste (4 ) und eine zweite (6 ) Einrichtung zum Speichern thermischer Energie, welche wenigstens zeitweise wechselweise in einen Turbinenzweig (T) mit einer nachgeschalteten Gasturbine (8 ) einschaltbar sind und wenigstens eine Verbindungsleitung (3 ), welche in dem Gasbrenner (2 ) entstehende Rauchgase den Einrichtungen (4 ,6 ) zum Speichern thermischer Energie zuführt; dadurch gekennzeichnet, dass der Gasturbine (8 ) mindestens ein Wärmetauscher (1 ) nachgeschaltet ist, welcher zur Erwärmung von in den Gasbrenner (2 ) geführter Verbrennungsluft (7 ) dient. - Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasbrenner (
2 ) ein Vergaser (1 ) zum Erzeugen des Brennstoffes vorgeschaltet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass weitere dem Turbinenzweig (T) nachgeschaltete Mittel (
1 ,11 ,12 ,13 ) zum Erwärmen mindestens eines Gases vorgesehen sind. - Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein der Gasturbine (
8 ) nachgeschalteter Wärmetauscher (1 ) zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher (13 ) zuführt und die gewonnene thermische Energie als nutzbare Wärme auskoppelbar ist. - Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein der Gasturbine (
8 ) nachgeschalteter Wärmetauscher (1 ) zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher (11 ) zuführt, welcher die gewonnene thermische Energie zur Sattdampferzeugung (9 ) nutzt. - Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8–12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein der Gasturbine (
8 ) nachgeschalteter Wärmetauscher (1 ) zugeführte Heißluft zumindest teilweise als heiße Abluft mindestens einem weiteren Wärmetauscher (12 ) zuführt, welcher die gewonnene thermische Energie zur Heißlufterzeugung (10 ) nutzt. - Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum wechselweisen Einschalten wenigstens einer ersten Einrichtung (
4 ) zum Speichern thermischer Energie und wenigstens einer zweiten Einrichtung (6 ) zum Speichern thermischer Energie in den Turbinenzweig (T) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8–14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer einem Verdichter der Gasturbine (
8 ) nachgeschalteter Wärmetauscher (15 ) vorgesehen ist, welcher zugeführte Heißluft zumindest teilweise abkühlt und als Kaltluft der ersten Einrichtung (4 ) zum Speichern thermischer Energie zuführt. - Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8–15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdichter der Gasturbine (
8 ) nachgeschaltet eine Wassereindüsung vorgesehen ist. - Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8–16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein ventilartiges Mittel zwischen dem Verdichter (
8 ) und einem Entspanner der Gasturbine zum Ausschalten des Turbinenzweigs (T) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 8–17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasturbine (
8 ) ein Dampfprozess nachgeschaltet ist.
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