DE102011053397A1

DE102011053397A1 - System und Verfahren zur Erzeugung von Elektrizität

Info

Publication number: DE102011053397A1
Application number: DE102011053397A
Authority: DE
Inventors: Samuel David Draper
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2012-03-29
Also published as: US8166766B2; CH703863A2; US20120187688A1; JP2012068014A; CH703863B1; US20120073260A1; JP5184684B2; CN102563592B; CN102563592A; US8371100B2

Abstract

Geschaffen ist eine aufgeteilte Wärmerückgewinnungsdampferzeuger-(HRSG)-Anordnung (60), die dazu dient, Emissionen in Abgasen zu verringern, die von einer Turbomaschine abgegeben werden, zu der gehören: ein Verdichter (21); eine Brennkammer (22), die mit dem Verdichter (21) strömungsmäßig verbunden ist und stromabwärts von diesem angeordnet ist; und eine Turbine (26), die mit der Brennkammer (22) strömungsmäßig verbunden ist und die stromabwärts von dieser angeordnet ist, um Verbrennungsgase aufzunehmen, und die mit dem Verdichter (21) strömungsmäßig verbunden ist, um Kühl- und Leckstromfluid aufzunehmen. Zu der Anordnung (60) gehören: ein erster HRSG (70), der mit der Turbine (26) verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen Teil der Abgase aufzunehmen, um den Teil der Abgase dem Verdichter (21) zuzuführen; ein zweiter HRSG (80), der mit der Turbine (26) verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen übrigen Teil der Abgase aufzunehmen, und der einen NOx-Katalysator (110) und einen CO-Katalysator (120) enthält, die darin sequentiell angeordnet sind, um NOx und CO aus den Abgasen zu entfernen; und eine Lufteinspeisungsvorrichtung (115), die dazu dient, zwischen dem NOx-Katalysator (110) und dem CO-Katalysator (120) Luft in den zweiten HRSG (80) einzuspeisen, um einen CO-Verbrauch an dem CO-Katalysator (120) durchzuführen.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die hierin beschriebene Erfindung betrifft Gasturbinen und spezieller Gasturbinen, die stöchiometrische Abgasrückführung verwenden.
In Gasturbinen werden verdichtete Luft sowie Brennstoff miteinander vermischt und verbrannt, um hochenergetische Fluide hervorzubringen, die zu einem Turbinenabschnitt gelenkt werden, wo die Fluide mit Turbinenschaufeln in Wechselwirkung treten, um mechanische Energie hervorzubringen, die genutzt werden kann, um Leistung und Elektrizität zu erzeugen. Speziell können die Turbinenschaufeln eine Welle drehend antreiben, die mit einem elektrischen Generator verbunden ist. Die Rotation der Welle induziert in dem elektrischen Generator einen Strom in einer Spule, die mit einem externen elektrischen Schaltkreis elektrisch verbunden ist. Während die hochenergetischen Fluide den Turbinenabschnitt verlassen, können sie zu einem Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (HRSG) zurückgeleitet werden, wo von den Fluiden stammende Wärme genutzt werden kann, um Dampf für Dampfturbinen und für weitere Erzeugung von Leistung und Elektrizität zu erzeugen.
Bei der Verbrennung der Luft und des Brennstoffs entstehen allerdings Emissionen und/oder Schadstoffe, z. B. Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NO_x), die sich in Gasturbinenemissionen nachweisen lassen. Es ist erforderlich, diese Schadstoffe zu verringern, um die umweltschädlichen Einflüsse von Gasturbinen zu mildern, und Richtlinien zu erfüllen. Häufig ist eine Schadstoffreduzierung jedoch unmittelbar mit einem Wirkungsgradverlust verbunden, der die Wirtschaftlichkeit der Elektrizitätserzeugung schmälert.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine aufgeteilte Wärmerückgewinnungsdampferzeuger-(HRSG)-Anordnung geschaffen, die dazu dient, Emissionen in Abgasen zu verringern, die aus einem Turbomaschinensystem ausgestoßen werden, um Elektrizität zu erzeugen, zu dem gehören: ein Verdichter; eine Brennkammer, die mit dem Verdichter strömungsmäßig verbunden ist und stromabwärts von diesem angeordnet ist; und eine Turbine, die mit der Brennkammer strömungsmäßig verbunden ist und die stromabwärts von dieser angeordnet ist, um Verbrennungsgase aufzunehmen, und die mit dem Verdichter strömungsmäßig verbunden ist, um Kühl- und Leckstromfluid aufzunehmen. Zu der Anordnung gehören: ein erster HRSG, der mit der Turbine verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen Teil der Abgase aufzunehmen, um den Teil der Abgase dem Verdichter zuzuführen; ein zweiter HRSG, der mit der Turbine verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen übrigen Teil der Abgase aufzunehmen, und der einen NO_x-Katalysator und einen CO-Katalysator enthält, die darin sequentiell angeordnet sind, um NO_x und CO aus den Abgasen zu entfernen; und eine Lufteinspeisungsvorrichtung, die dazu dient, zwischen dem NO_x-Katalysator und dem CO-Katalysator Luft in den zweiten HRSG einzuspeisen, um an dem CO-Katalysator einen CO-Verbrauch durchzuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System zur Erzeugung von Elektrizität geschaffen, das eine Turbomaschinen enthält. Zu der Turbomaschinen gehören: ein Verdichter; eine Brennkammer, die mit dem Verdichter strömungsmäßig verbunden ist und stromabwärts von diesem angeordnet ist; und eine Turbine, die mit der Brennkammer (22) strömungsmäßig verbunden ist und die stromabwärts von dieser angeordnet ist, um Verbrennungsgase aufzunehmen, und die mit dem Verdichter strömungsmäßig verbunden ist, um Kühl- und Leckstromfluid aufzunehmen. Das System enthält ferner: einen ersten Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (HRSG), der mit der Turbine verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen Teil der von der Turbine abgegebenen Abgase aufzunehmen, wobei der erste HRSG dazu eingerichtet ist, den Teil der Abgase dem Verdichter zuzuführen; einen zweiten HRSG, der mit der Turbine verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen übrigen Teil der von der Turbine ausgegebenen Abgase aufzunehmen, und einen NO_x-Katalysator und einen CO-Katalysator enthält, die darin sequentiell angeordnet sind, um die aufgenommenen Abgase zu behandeln; und eine Lufteinspeisungsvorrichtung, die dazu dient, zwischen dem NO_x-Katalysator und dem CO-Katalysator Luft in den zweiten HRSG einzuspeisen, um an dem CO-Katalysator einen CO-Verbrauch durchzuführen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Turbomaschinensystems geschaffen, um Elektrizität zu erzeugen, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet: Gestatten, dass ein Teil der Turbomaschinenabgase in einen ersten HRSG aufgenommen wird, um einem Verdichter der Turbomaschine zugeführt zu werden, und dass ein übriger Teil der Turbomaschinenabgase in einen zweiten HRSG aufgenommen wird, in dem NO_x und CO in den Abgasen der Gasturbine verbraucht werden; Erfassen, ob der NO_x- und der CO-Verbrauch weitgehend vollständig sind; und für den Fall, dass der NO_x-Verbrauch unvollständig ist, Modulieren der relativen Mengen des Teils und des übrigen Teils der Turbomaschinenabgase, die in dem ersten bzw. in dem zweiten HRSG aufgenommen sind; und für den Fall, dass der CO-Verbrauch unvollständig ist, Modulieren einer Luftmenge, die in den zweiten HRSG eingespeist wird.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Der als die Erfindung erachtete behandelte Gegenstand, wird in den der Beschreibung beigefügten Patentansprüchen speziell aufgezeigt und gesondert beansprucht. Die vorausgehend erwähnten und sonstige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich:
1 veranschaulicht schematisch ein System mit einer Gasturbine und einer aufgeteilten Wärmerückgewinnungsdampferzeuger-(HRSG)-Anordnung;
2 zeigt in einem Blockschaltbild eine Steuereinrichtung für das System von 1;
3 zeigt in einem Blockschaltbild ein Abgasauslasssystem für den Einsatz in dem System von 1; und
4 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Betrieb des Systems von 1.
Die detaillierte Beschreibung erläutert anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung, zusammen mit Vorteilen und Merkmalen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß 1 und 2 ist ein System 10 geschaffen, das dazu dient, Elektrizität mit reduzierten Emissionen zu erzeugen. Spezieller ist das System 10 geschaffen, um Elektrizität mit nur geringen oder überhaupt keinen schädlichen Emissionen von Stickoxiden (NO_x) oder Kohlenmonoxid (CO) zu erzeugen. Das System 10 enthält einen Gasturbinenantrieb, beispielsweise eine Gasturbine 20 (GT), eine aufgeteilte Wärmerückgewinnungsdampferzeuger-(HRSG)-Anordnung 60 mit einem ersten HRSG 70 und einem zweiten HRSG 80, und eine Lufteinspeisungsvorrichtung 115. In der Gasturbine 20 verdichtet ein Verdichter 21 Abgase, die in einem Kreislauf von dem zweiten HRSG 80 zurückgeführt sind, und die einer Brennkammer 22 zugeführt werden, die mit dem Verdichter 21 strömungsmäßig verbunden ist und stromabwärts von diesem angeordnet ist. Die Brennkammer 22 kann wenigstens eine oder mehrere Dry-Low-NOx-(DLN)-Komponenten und/oder Spätmagereinspeisungs-(LLI)-Komponenten enthalten, die dazu dienen, NO_x-Emissionen zu reduzieren. Eine Turbine 26 ist mit dem Verdichter 21 und der Brennkammer 22 verbunden, um Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer 22 und Kühl- und Leckstromfluid von dem Verdichter 21 aufzunehmen.
Ein stromaufwärts angeordneter Verdichter 30 ist mit der Welle 25 verbunden, so dass die Rotation der Welle 25 den stromaufwärts angeordneten Verdichter 30 antreibt, durch den Einlassluft 35 verdichtet wird und anschließend über eine Leitung 36 der Brennkammer 22 zugeführt werden kann. In der Brennkammer 22 werden die aus dem Verdichter 21 stammenden verdichteten Abgase mit Luft aus dem stromaufwärts angeordneten Verdichter 30 und mit Brennstoff, z. B. Erdgas, Synthesegas (synthetischem Gas) und/oder Kombinationen davon, vermischt. Die Mischung wird anschließend verbrannt, um hochenergetische Fluide hervorzubringen, denen in der Turbine 26 mechanische Energie entzogen werden kann. Speziell bewirkt die den Fluiden entzogenen mechanische Energie, dass die Welle 25 mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Außerdem ist ein elektrischer Generator 40 mit der Welle 25 verbunden, wobei die Rotation der Welle 25 bewirkt, dass der elektrische Generator 40 elektrischen Strom erzeugt. In einem Ausführungsbeispiel werden die Fluide dem ersten und zweiten HRSG 70 und 80 über die Leitungen 23 bzw. 24 zugeführt.
Der erste HRSG 70 ist strömungsmäßig mit der Turbine 26 verbunden und ist dadurch in der Lage, über die Leitung 23 einen Teil der Abgase der Gasturbine aufzunehmen, der unbehandelt ist. Der erste HRSG 70 ist dazu eingerichtet, die Wärme der Gasturbinenabgase, während sich die Gasturbinenabgase durch den ersten HRSG 70 von einem ersten Einlassende desselben zu einem zweiten Ende desselben bewegen zur Erzeugung von Dampf zu nutzen, anhand dessen zusätzliche Leistung und/oder Elektrizität erzeugt werden kann. Eine stöchiometrische Abgasrückführungs-(SEGR)-Leitung 90 ist mit dem zweiten Ende des ersten HRSG 70 verbunden und dient dazu, den Teil der Gasturbinenabgase in einer SEGR-Schleife zu dem Verdichter 21 rückzuführen. Die SEGR-Schleife kann die Abgase zusätzlich kühlen und behandeln.
Der zweite HRSG 80 ist mit der Turbine 26 strömungsmäßig verbunden und ist dadurch in der Lage, über die Leitung 24 einen übrigen Teil der Gasturbinenabgase aufzunehmen, der wenigstens zu Beginn ebenfalls unbehandelt ist. Der zweite HRSG 80 arbeitet ähnlich wie der erste HRSG 70, insofern als der zweite HRSG 80 ebenfalls Dampf erzeugen kann, anhand dessen zusätzliche Leistung und/oder Elektrizität erzeugt werden kann. Darüber hinaus enthält der zweite HRSG 80 einen ersten CO-Katalysator 100, einen NO_x-Katalysator 110 und einen zweiten CO-Katalysator 120, die darin sequentiell angeordnet sind, um eine stöchiometrische Behandlung der Gasturbinenabgase durchzuführen, während die Abgase der Gasturbine den zweiten HRSG 80 durchqueren. In manchen Fällen sind in dem zweiten HRSG 80 lediglich der NO_x-Katalysator 110 und der zweite CO-Katalysator 120 vorgesehen.
Indem die relativen Mengen des Teils der Gasturbinenabgase, dem es gestattet ist, zu dem ersten HRSG 70 zu strömen, und des übrigen Teils, dem es gestattet ist, zu dem zweiten HRSG 80 zu strömen, bei entsprechenden vordefinierten Pegeln aufrecht erhalten werden, kann die GT 20 so betrieben werden, dass die Abgase der Gasturbine im Wesentlichen frei von Sauerstoff (O₂) sind. Die GT 20 kann daher mit Blick auf eine Anwendung der Drei-Wege-Katalysatoren des zweiten HRSG 80 positioniert werden, um NO_x- und CO-Emissionen im Wesentlichen auf Null oder nahezu auf Null zu reduzieren. Gleichzeitig ist mittels des Betriebs der Lufteinspeisungsvorrichtung 115 eine Steuerung und Verringerung der CO-Emissionen möglich. Eine Verringerung der CO-Emissionen setzt voraus, dass der zweite CO-Katalysator in einer sauerstoffreichen Umgebung arbeitet, und das System 10 enthält daher zusätzlich die Lufteinspeisungsvorrichtung 115, um zwischen dem NO_x-Katalysator 110 und dem zweiten CO-Katalysator 120 Luft in den zweiten HRSG 80 einzuspeisen, um bei dem zweiten CO-Katalysator 120 einen CO-Verbrauch durchzuführen.
Eine Strömung zu dem Verdichter 21 wird gesteuert, indem erste Einlassleitschaufeln 201 für den Gasturbinenverdichter 21 und zweite Einlassleitschaufeln 202 für den stromaufwärts angeordneten Verdichter 30 moduliert werden. Eine Steuerung/Regelung der Ströme zwischen diesen beiden Verdichtern wird auch die Ströme in der aufgeteilten HRSG-Anordnung 60 steuern/regeln.
In Übereinstimmung mit Ausführungsbeispielen ist die Verringerung der NO_x- und CO-Emissionen ermöglicht, wenn es etwa 55–65 Gew.-% der Gasturbinenabgase gestattet ist, zu dem ersten HRSG 70 zu strömen, und es etwa 35–45 Gew.-% der Gasturbinenabgase gestattet ist, zu dem zweiten HRSG 80 zu strömen. Speziell ist die Verringerung der NO_x- und der CO-Emissionen ermöglicht, wenn es etwa 60 Gew.-% der Gasturbinenabgase gestattet ist, zu dem ersten HRSG 70 zu strömen, und es etwa 40 Gew.-% der Gasturbinenabgase gestattet ist, zu dem zweiten HRSG 80 zu strömen. Selbstverständlich ist dieses Verhältnis lediglich exemplarisch und könnte in Abhängigkeit von sich ändernden Bedingungen und von HRSG- oder Katalysatorgüteanforderungen modifiziert oder verändert werden. Diese Modifikationen oder Änderungen können vordefiniert sein oder, wie weiter unten beschrieben, durch eine Steuereinrichtung 200 auf einer Ad-hoc-Grundlage durchgeführt werden.
Die Stöchiometrie der Drei-Wege-Katalysatoren des zweiten HRSG 80 findet wie im Folgenden erläutert statt. Die Abgase der Gasturbine enthalten Spuren von O₂, Spuren von CO und Spuren von NO_x. Wenn der erste CO-Katalysator 100 in Betrieb ist, verbraucht er im Wesentlichen das gesamte O₂, so dass Spuren von CO und Spuren von NO_x übrig bleiben. In der Abwesenheit wesentlicher Anteile von O₂ verbraucht der NO_x-Katalysator 110 das NO_x und etwas CO, um einen Gasturbinenabgasstrom zu erzeugen, der kein O₂ und kein NO_x, jedoch etwas CO enthält. Die durch die Lufteinspeisungsvorrichtung 115 vorgesehene Lufteinspeisung fügt eine ausreichende Menge von O₂ hinzu, um es dem zweiten CO-Katalysator 120 zu ermöglichen, das CO zu verbrauchen, so dass in dem Strom kein NO_x und kein CO, jedoch Spuren von O₂ und Kohlendioxid (CO₂) übrigbleiben.
Wie in 2 gezeigt, kann das System 10 eine Steuereinrichtung 200 enthalten, um die relativen Mengen des Teils und des übrigen Teils der Gasturbinenabgase durch Steuerung der ersten Einlassleitschaufeln 201, der zweiten Einlassleitschaufeln 202 und des Ventils 203 in Abhängigkeit von Messwerten des Sensors 210 zu modulieren. Das Ventil 203 ist auf oder an der Lufteinspeisungsvorrichtung 115 angeordnet und kann verwendet werden, um die Menge der Luft, die in den zweiten HRSG 80 stromaufwärts des zweiten CO-Katalysators 120 eingespeist wird, zu steigern oder zu vermindern. Der Sensor 210 kann ein beliebiger Sensor sein, der in der Lage ist, eine Bedingung, beispielsweise in dem zweiten HRSG 80 zu erfassen, die eine Betriebsbedingung der GT 20, des zweiten HRSG 80 und/oder der Drei-Wege-Katalysatoren kennzeichnet. Der Sensor 210 kann daher auf einem Thermoelement, das in der Leitung 24 oder in dem zweiten HRSG 80 angeordnet ist, um eine Temperatur der Gasturbinenabgase zu ermitteln, oder auf einem Kalorimeter oder einem Gaschromatographen, das bzw. der in dem zweiten HRSG 80 angeordnet ist, um einen Wirkungsgrad der NO_x- und/oder CO-Verbrauch auszuwerten, oder auf einem Sauerstoffsensor basieren. Der Sensor 210 kann eine einzelne Komponente sein oder er kann mehrere und möglicherweise unterschiedliche Komponenten beinhalten, die an vielfältigen Orten angeordnet ist.
Im Betrieb kann der Sensor 210 Messwerte der Bedingung erfassen und Daten zu der Steuereinrichtung 200 übertragen, die jene Messwerte kennzeichnen. In Antwort darauf kann die Steuereinrichtung 200 in Echtzeit Steuersignale an die ersten Einlassleitschaufeln 201, an die zweiten Einlassleitschaufeln 202 und an das Ventil 203 ausgeben, die jene Einrichtungen veranlassen, sich zu öffnen, zu schließen oder in einem gegenwärtigen geöffneten/geschlossenen Zustand zu verbleiben. Somit kann die Steuereinrichtung 200, falls gegenwärtig das exemplarische prozentuale Verhältnis von 60/40 vorhanden ist, und falls über Messwerte des Sensors 210 ermittelt ist, dass die NO_x- und CO-Emissionen vollständig reduziert sind, die ersten und zweiten Einlassleitschaufeln 201, 202 und das Ventil 203 veranlassen, ihre gegenwärtigen geöffneten/geschlossenen Stellungen beizubehalten. Falls sich hingegen herausstellt, dass die NO_x- und CO-Emissionen nicht vollständig reduziert sind, kann die Steuereinrichtung 200 veranlassen, dass die ersten und zweiten Einlassleitschaufeln 201, 202 und das Ventil 203 ihre gegenwärtigen geöffneten/geschlossenen Stellungen ändern.
Mit Bezug auf 1 und 3 kann das System 10 außerdem ein Abgasauslasssystem 130 aufweisen, das stromabwärts des zweiten CO-Katalysators 120 mit dem distalen Ende des zweiten HRSG 80 verbunden ist. Das Abgasauslasssystem 130 lenkt behandelte Gasturbinenabgase beispielsweise zu einem Schornstein 300, der die behandelte Gasturbinenabgase ins Freie entlässt. Da die behandelten Gasturbinenabgase vollständig oder weitgehend frei von NO_x- oder CO-Emissionen sind, kann die durch den elektrischen Generator 40 bereitgestellte Elektrizitätserzeugung gemäß der oben dargelegten Beschreibung ohne wesentliche Strafabgaben durchgeführt werden, die durch gegenwärtige Verordnungen zur Beschränkung von Schadstoffemissionen auferlegt sind. solche Strafzahlungen lassen sich jedoch dank der hierin ermöglichten Reduzierung der NO_x-Emissionen vermeiden. Darüber hinaus kann das in den behandelten Gasturbinenabgasen verbliebene CO₂ in einem Kohlenstoffauffangsystem 301 gesammelt und in einer umweltfreundlichen Weise entsorgt werden.
Gemäß weiteren Aspekten und mit Bezug auf 4 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Gasturbinensystems, beispielsweise eines Systems einer Gasturbine 20, geschaffen, zu dem die Schritte gehören: Gestatten, dass ein Teil der Abgase der Gasturbine in einem ersten HRSG 70 aufgenommen wird, um einem Verdichter 21 der Gasturbine 20 zugeführt zu werden, und dass ein übriger Teil der Gasturbinenabgase in einem zweiten HRSG 80 aufgenommen wird, in dem in den Abgasen der Gasturbine vorhandenes NO_x und CO verbraucht werden; und Erfassen, ob der NO_x- und der CO-Verbrauch weitgehend vollständig sind. Das Erfassen kann beispielsweise durch Messen der NO_x- und/oder der CO- und/oder der O₂-Emissionen (400), oder in ähnlicher Weise durch Messen einer Temperatur der Gasturbinenabgase erreicht werden. Es kann anschließend bestimmt werden, ob die NO_x-/CO-Emissionen Null oder im Wesentlichen nahezu Null sind (401). Falls dies der Fall ist, veranlasst die Steuereinrichtung 200, dass die ersten Einlassleitschaufeln 201 und die zweiten Einlassleitschaufeln 202 und das Ventil 203 jeweils ihren Betrieb in ihrem gegenwärtigen Zustand fortsetzen (410). Falls die Emissionen hingegen im Wesentlichen nicht auf Null reduziert sind, passt die Steuereinrichtung 200 die NO_x-Leistung 420 und/oder die CO-Leistung 430 an, wie im Vorausgehenden beschrieben. Während des Betrieb des Systems 10 kann diese Rückführungsregelung in Echtzeit beständig wiederholt werden.
Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es ferner selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.
Geschaffen ist eine aufgeteilte Wärmerückgewinnungsdampferzeuger-(HRSG)-Anordnung 60, die dazu dient, Emissionen in Abgasen zu verringern, die von einer Turbomaschine abgegeben werden, zu der gehören: ein Verdichter 21; eine Brennkammer 22, die mit dem Verdichter 21 strömungsmäßig verbunden ist und stromabwärts von diesem angeordnet ist; und eine Turbine 26, die mit der Brennkammer 22 strömungsmäßig verbunden ist und die stromabwärts von dieser angeordnet ist, um Verbrennungsgase aufzunehmen, und die mit dem Verdichter 21 strömungsmäßig verbunden ist, um Kühl- und Leckstromfluid aufzunehmen. Zu der Anordnung 60 gehören: ein erster HRSG 70, der mit der Turbine 26 verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen Teil der Abgase aufzunehmen, um den Teil der Abgase dem Verdichter 21 zuzuführen; ein zweiter HRSG 80, der mit der Turbine 26 verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen übrigen Teil der Abgase aufzunehmen, und der einen NO_x-Katalysator 110 und einen CO-Katalysator 120 enthält, die darin sequentiell angeordnet sind, um NO_x und CO aus den Abgasen zu entfernen; und eine Lufteinspeisungsvorrichtung 115, die dazu dient, zwischen dem NO_x-Katalysator 110 und dem CO-Katalysator 120 Luft in den zweiten HRSG 80 einzuspeisen, um einen CO-Verbrauch an dem CO-Katalysator 120 durchzuführen.
Bezugszeichenliste

10: System
20: Gasturbine
21: Verdichter
22: Brennkammer
23, 24: Leitungen
25: Welle
26: Turbine
30: Stromaufwärts angeordneter Verdichter
35: Einlassluft
36: Leitung
40: Elektrischer Generator
60: Aufgeteilte HRSG-Anordnung
70: Erster HRSG
80: Zweiter HRSG
90: SEGR-Leitung
100: Erster CO-Katalysator
110: NO_x-Katalysator
115: Lufteinspeisungsvorrichtung
120: Zweiter CO-Katalysator
130: Abgasauslasssystem
200: Steuereinrichtung
201: Erste Einlassleitschaufeln
202: Zweite Einlassleitschaufeln
210: Sensor
300: Schornstein
301: Kohlenstoffauffangsystem
400: Messen
401: Bestimmen
410: Fortfahren
420, 430: Anpassen der Leistung

Claims

Aufgeteilte Wärmerückgewinnungsdampferzeuger-(HRSG)-Anordnung (60), die dazu dient, Emissionen in Abgasen zu verringern, die von einer Turbomaschine emittiert werden, zu der gehören: ein Verdichter (21); eine Brennkammer (22), die mit dem Verdichter (21) strömungsmäßig verbunden ist und stromabwärts von diesem angeordnet ist; und eine Turbine (26), die mit der Brennkammer (22) strömungsmäßig verbunden ist und stromabwärts von dieser angeordnet ist, um Verbrennungsgase aufzunehmen, und die mit dem Verdichter (21) strömungsmäßig verbunden ist, um Kühl- und Leckstromfluid aufzunehmen; wobei zu der Anordnung (60) gehören: ein erster HRSG (70), der mit der Turbine (26) verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen Teil der Abgase aufzunehmen, um den Teil der Abgase dem Verdichter (21) zuzuführen; ein zweiter HRSG (80), der mit der Turbine (26) verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen übrigen Teil der Abgase aufzunehmen, und der einen NO_x-Katalysator (110) und einen CO-Katalysator (120) enthält, die darin sequentiell angeordnet sind, um NO_x und CO aus den Abgasen zu entfernen; und eine Lufteinspeisungsvorrichtung (115), die dazu dient, zwischen dem NO_x-Katalysator (110) und dem CO-Katalysator (120) Luft in den zweiten HRSG (80) einzuspeisen, um einen CO-Verbrauch an dem CO-Katalysator 120 durchzuführen.
Anordnung (60) nach Anspruch 1, wobei stromaufwärts des NO_x-Katalysators (110) ein zusätzlicher CO-Katalysator (100) angeordnet ist, um Spuren von O₂ und CO in CO₂ umzuwandeln.
Anordnung (60) nach Anspruch 1, wobei die Brennkammer (22) eine oder mehrere Dry-Low-NO_x-(DLN)-Komponenten und Spätmagereinspeisungs-(LLI)-Komponenten aufweist.
Anordnung (60) nach Anspruch 1, ferner mit einer Steuereinrichtung 200, die dazu dient, Mengen der Abgase, die durch den ersten bzw. zweiten HRSG (70, 80) aufgenommen werden können, und eine Menge der Luft zu modulieren, die in den zweiten HRSG (80) eingespeist wird.
Anordnung (60) nach Anspruch 1, wobei der erste HRSG (70) in der Lage ist, etwa 55–65 Gew.-% der Abgase aufzunehmen, und der zweite HRSG (80) in der Lage ist, etwa 35–45 Gew.-% der Abgase aufzunehmen.
Anordnung (60) nach Anspruch 1, die ferner aufweist: eine Welle (25), die durch die Turbomaschine drehend angetrieben wird; und einen stromaufwärts angeordneten Verdichter (30), der mit der Welle (25) verbunden ist, um in Abhängigkeit von der Rotation der Welle (25) verdichtete Luft an die Brennkammer (22) auszugeben.
Anordnung (60) nach Anspruch 1, die außerdem aufweist: eine Welle (25), die durch die Turbomaschine drehend angetrieben wird; und einen Generator (40), der mit der Welle (25) verbunden ist, um anhand der Rotation der Welle (25) Elektrizität zu erzeugen.
Anordnung (60) nach Anspruch 1, die ferner ein Abgasauslasssystem (130) enthält, das mit dem zweiten HRSG (80) verbunden ist, wobei das Abgasauslasssystem (130) ein Kohlenstoffauffangsystem (301) aufweist, um in den Abgasen vorhandenes Kohlendioxid aufzufangen.
System (10) zur Erzeugung von Elektrizität, aufweisend: eine Turbomaschine, zu der gehören: ein Verdichter (21); eine Brennkammer (22), die mit dem Verdichter (21) strömungsmäßig verbunden ist und stromabwärts von diesem angeordnet ist; und eine Turbine (26), die mit der Brennkammer (22) strömungsmäßig verbunden ist und die stromabwärts von dieser angeordnet ist, um Verbrennungsgase aufzunehmen, und die mit dem Verdichter (21) strömungsmäßig verbunden ist, um Kühl- und Leckstromfluid aufzunehmen; einen ersten Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (HRSG) (70), der mit der Turbine (26) verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen Teil der von der Turbine (26) abgegebenen Abgase aufzunehmen, wobei der erste HRSG (70) dazu eingerichtet ist, den Teil der Abgase dem Verdichter (21) zuzuführen; einen zweiten HRSG (80), der mit der Turbine (26) verbunden ist und der dadurch in der Lage ist, einen übrigen Teil der von der Turbine (26) ausgegebenen Abgase aufzunehmen, und der einen NO_x-Katalysator (110) und einen CO-Katalysator (120) enthält, die darin sequentiell angeordnet sind, um die aufgenommenen Abgase zu behandeln; und eine Lufteinspeisungsvorrichtung (115), die dazu dient, zwischen dem NO_x-Katalysator (110) und dem CO-Katalysator (120) Luft in den zweiten HRSG (80) einzuspeisen, um an dem CO-Katalysator 120 einen CO-Verbrauch durchzuführen.
Verfahren zum Betrieb eines Turbomaschinensystems, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet: Gestatten, dass ein Teil der Turbomaschinenabgase in einen ersten HRSG (70) aufgenommen wird, um einem Verdichter (21) der Turbomaschine zugeführt zu werden, und dass ein übriger Teil der Turbomaschinenabgase in einen zweiten HRSG (80) aufgenommen wird, in dem NO_x und CO in den Abgasen der Gasturbine (20) verbraucht werden; Erfassen, ob der NO_x- und der CO-Verbrauch weitgehend vollständig sind; und für den Fall, dass der NO_x-Verbrauch unvollständig ist, Modulieren der relativen Mengen des Teils und des übrigen Teils der Turbomaschinenabgase, die in dem ersten bzw. in dem zweiten HRSG (70, 80) aufgenommen sind, und für den Fall, dass der CO-Verbrauch unvollständig ist, Modulieren einer Luftmenge, die in den zweiten HRSG (80) eingespeist wird.