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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Gasturbinenvorrichtungen. Insbesondere kann die Erfindung für Mikrogasturbinenvorrichtungen relevant sein.
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Gasturbinenvorrichtungen kommen insbesondere zum Einsatz, um durch Verbrennung von Brennstoffen Wärme und elektrische Energie zu erzeugen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenvorrichtung bereitzustellen, welches eine einfache und/oder kompakte Ausgestaltung sowie eine energieeffiziente Nutzung der Gasturbinenvorrichtung zur Rohgasreinigung, insbesondere zur Schwachgasverwertung, ermöglicht. Insbesondere kann es ein effizienter Betrieb sein, wenn zusätzlich zur Erzeugung von Wärme und/oder elektrischem Strom die effiziente Reinigung eines Rohgasstroms ermöglicht wird. Ferner kann es ein effizienter Betrieb sein, wenn die Brennkammer gutmütiger bezüglich einer Kohlenstoffmonoxid-Bildung betreibbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenvorrichtung gemäß Anspruch 8 sowie eine Verwendung einer Gasturbinenvorrichtung gemäß Anspruch 21.
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Die Gasturbinenvorrichtung ist insbesondere eine Gasturbinenvorrichtung zur Verbrennung von Brennstoff mit Oxidator. Vorzugsweise umfasst die Gasturbinenvorrichtung Folgendes:
- einen Brennerkopf zur Zuführung von Brennstoff und Oxidator zu einer Brennkammer der Gasturbinenvorrichtung;
- eine Turbinenvorrichtung, welche stromabwärts der Brennkammer angeordnet ist und welcher ein Turbinengasstrom zuführbar ist, der zumindest einen Teil eines aus der Brennkammer abgeführten Brennergasstroms umfasst oder hieraus gebildet ist.
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Bei der Gasturbinenvorrichtung ist vorzugsweise eine zusätzliche Vorwärmung vorgesehen, wodurch insbesondere ein gutmütigerer Betrieb hinsichtlich der Bildung von Kohlenstoffmonoxid ermöglicht wird.
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Unter einem Gasstrom ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen vorzugsweise ein Massenstrom und/oder Volumenstrom, insbesondere ein Normvolumenstrom, eines zumindest im Wesentlichen gasförmigen Fluids zu verstehen.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn, insbesondere als Vorwärmung, der Brennkammer Zuluft mit erhöhter Temperatur zugeführt wird. Im Vergleich zur Zuführung von kälterer Zuluft kann hierdurch zur Erzielung gleicher Flammentemperaturen ein Betrieb mit höherer Luftzahl vorgesehen sein, was insbesondere bei Brennstoffen mit schwankendem Heizwert, beispielsweise Biogas, Deponiegas, etc., vorteilhaft sein kann.
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Vorzugsweise umfasst die Gasturbinenvorrichtung ferner mindestens einen von der Brennkammer verschiedenen Zusatzreaktor zur chemischen Umsetzung eines Brennstoffs und/oder eines brennbare Bestandteile enthaltenden Rohgases.
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In einem Zusatzreaktor laufen vorzugsweise exotherme chemische Reaktionen, insbesondere exotherme RedOx-Reaktionen, ab, welche ihrerseits Wärmeenergie in den Gasstrom eintragen und damit diesen erwärmen. Der Zusatzreaktor kann dabei so angeordnet sein, dass im Zusatzreaktor solche chemischen Reaktionen effizient ablaufen können, welche beispielsweise eine erhöhte Prozesstemperatur benötigen.
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Rohgas ist insbesondere verunreinigte Luft, beispielsweise mit leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen (volatile organic compounds, VOC) beladene Luft.
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Die erfindungsgemäße Gasturbinenvorrichtung ist insbesondere eine Mikrogasturbinenvorrichtung.
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Günstig kann es sein, wenn die Gasturbinenvorrichtung eine Abgasreinigungsvorrichtung bildet oder Bestandteil hiervon ist. Mittels der Abgasreinigungsvorrichtung kann insbesondere Abgas, beispielsweise ein Prozessabgas, gereinigt werden, bevor dieses an die Umwelt abgegeben wird. Ferner kann mittels der Abgasreinigungsvorrichtung vorzugsweise ein im zu reinigenden Abgas enthaltener Energiegehalt durch chemische Umsetzung genutzt werden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass Brenngas mit niedrigem Heizwert zugemischt wird, insbesondere als Zusatzgasstrom zu einem Oxidatorgasstrom und/oder einem Brennergasstrom. Dabei sind vorzugsweise sehr große Volumenströme realisierbar.
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Günstig kann es sein, wenn Zusatzgas aus einem Zusatzgasspeicher oder einer Zusatzgasquelle mit einem Druck zu der Brennkammer und/oder einem Zusatzreaktor zugeführt wird, welcher über einem in der Brennkammer und/oder dem Zusatzreaktor herrschenden Druck liegt. Ein separater Kompressor für das Zusatzgas ist dann vorzugsweise entbehrlich. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Zusatzreaktor sich unmittelbar an die Brennkammer anschließt.
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Ein solcher Zusatzreaktor ist insbesondere ein Hochtemperaturreaktor.
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Es kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Zusatzreaktor einen Reaktorraum umfasst, in welchen eine Hauptgasführung und eine Zusatzgasführung münden. Die Hauptgasführung ist insbesondere eine Brennergasführung. Die Zusatzgasführung ist insbesondere eine Brennstoffzuführung, welche beispielsweise genutzt wird, um bei schwankendem Verunreinigungsgrad des zu reinigenden Rohgases eine Mindestmenge brennbarer Bestandteile und/oder eine möglichst konstante Konzentration brennbarer Bestandteile des Rohgases aufrechtzuerhalten. Eine zu geringe oder zu stark schwankende Beladung des Rohgases mit brennbaren Bestandteilen kann durch die Zuführung von Brennstoff über die Zusatzgasführung vorzugsweise kompensiert werden. Dies kann insbesondere deshalb vorteilhaft sein, weil ein Brenner (Pilotbrenner und/oder Hauptstufe), der für eine bestimmte VOC-Beladung ausgelegt ist, bei nicht ausreichender VOC-Zufuhr ohne Zusatzgaszuführung zu heiß wird.
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Oxidator für die Brennkammer kann vorzugsweise ebenfalls Rohgas sein oder Rohgas umfassen.
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Ein Oxidatorgasstrom ist insbesondere ein Gasstrom, welcher Oxidator oder Oxidatorgas gemäß der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen umfasst oder hieraus gebildet ist.
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Der Oxidatorgasstrom ist oder umfasst insbesondere eine als Oxidator für den Brennstoff wirkende Substanz.
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Vorzugsweise umfasst der Oxidatorgasstrom reinen Sauerstoff, ein Prozessgas, insbesondere Abluft, ein Sauerstoff enthaltendes Gemisch, insbesondere Luft, und/oder brennbare Stoffe, insbesondere leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe (volatile organic compounds, VOC). Ferner kann der Oxidatorgasstrom aus einem der vorstehend genannten Stoffe gebildet sein.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Brennkammer unmittelbar in einen Reaktorraum eines Zusatzreaktors mündet und/oder in den Reaktorraum eines Zusatzreaktors übergeht. An einem Übergang zwischen der Brennkammer und dem Reaktorraum ist dann vorzugsweise eine Zusatzgasführung vorgesehen, insbesondere eine Sekundärgaszuführung zur Zuführung von Oxidator und/oder Rohgas.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Zusatzreaktor stromaufwärts der Brennkammer, insbesondere in einer Oxidatorzuführung zur Zuführung von Oxidator zu der Brennkammer, angeordnet ist.
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Ein solcher Zusatzreaktor ist insbesondere stromabwärts einer Verdichtervorrichtung angeordnet.
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Vorzugsweise ist ein solcher Zusatzreaktor ein Niedertemperaturreaktor.
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Bei weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Zusatzreaktoren stromaufwärts der Brennkammer und/oder zwei oder mehr als zwei Zusatzreaktoren stromabwärts der Brennkammer angeordnet sind.
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Günstig kann es sein, wenn die Gasturbinenvorrichtung mindestens eine Kühlvorrichtung, insbesondere eine der Turbinenvorrichtung vorgeschaltete Kühlvorrichtung, umfasst.
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Mittels der Kühlvorrichtung ist insbesondere ein Brennergasstrom und/oder ein Turbinengasstrom abkühlbar.
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Die Kühlvorrichtung umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Zusatzmediumzuführungen zur Zuführung eines oder mehrerer Zusatzmedien, insbesondere eines oder mehrerer Kühlmedien, und/oder einen oder mehrere Wärmeübertrager, insbesondere einen der Turbinenvorrichtung vorgeschalteten Wärmeübertrager.
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Dieser Wärmeübertrager ist vorzugsweise stromaufwärts der Turbinenvorrichtung angeordnet. Mittels dieses Wärmeübertragers ist vorzugsweise Wärme von dem der Turbinenvorrichtung zuzuführenden Turbinengasstrom abführbar und insbesondere auf einen der Brennkammer zuzuführenden Oxidatorgasstrom übertragbar.
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Der Wärmeübertrager kann beispielsweise ein Hochtemperaturwärmeübertrager sein.
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Günstig kann es sein, wenn mittels des Wärmeübertragers zwei Teilströme des Oxidatorgasstroms unterschiedlich stark erhitzbar sind. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass ein über eine Sekundärgaszuführung zugeführter Sekundärgasstrom stärker oder weniger stark erhitzt wird als ein über einen Brennerkopf zugeführter Primärgasstrom.
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Der Primärgasstrom ist insbesondere ein Hauptoxidatorgasstrom. Der Sekundärgasstrom ist insbesondere ein Nebenoxidatorgasstrom.
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Die aus dem Turbinengasstrom abgeführte Wärme wird vorzugsweise genutzt, um das Temperaturniveau in der Brennkammer und/oder in mindestens einem Zusatzreaktor anzuheben, wobei vorzugsweise zugleich gewährleistet wird, dass die Temperatur des der Turbinenvorrichtung zuzuführenden Turbinengasstroms zumindest näherungsweise derjenigen Temperatur entspricht, welche der Turbinengasstrom hätte, wenn keine Erhöhung des Temperaturniveaus gemäß den vorstehenden Ausführungen vorgesehen wäre.
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Es kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Zusatzreaktor unmittelbar vor und/oder unmittelbar nach dem der Turbinenvorrichtung vorgeschalteten Wärmeübertrager angeordnet und/oder ausgebildet ist.
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Die Gasturbinenvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Steuervorrichtung, welche so ausgebildet und eingerichtet ist, dass mittels der Steuervorrichtung die Volumenströme und/oder Massenströme des Brennstoffs, des Oxidators, des Rohgasstroms und/oder des Brennergasstroms derart steuerbar und/oder regelbar sind, dass eine Temperatur des Turbinengasstroms stromaufwärts der der Turbinenvorrichtung vorgeschalteten Kühlvorrichtung höher ist als eine vorgegebene Solltemperatur an einer Turbineneintrittszone der Turbinenvorrichtung, insbesondere höher als eine maximale Turbineneintrittstemperatur.
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Die maximale Turbineneintrittstemperatur ist insbesondere eine Temperatur, bei deren Überschreitung eine Beschädigung der Turbinenvorrichtung durch zu hohe thermische Belastung derselben zu befürchten wäre.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Gasturbinenvorrichtung eine Steuervorrichtung umfasst, welche so ausgebildet und eingerichtet ist, dass mittels der Gasturbinenvorrichtung eines der beschriebenen Verfahren durchführbar ist.
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Günstig kann es sein, wenn ein Wärmeübertrager dadurch gebildet ist, dass eine Brennstoffzuführung und/oder eine Gaszuführung, insbesondere eine Oxidatorzuführung und/oder eine Rohgaszuführung, unmittelbar an eine Brennkammerwandung der Brennkammer und/oder unmittelbar an eine Reaktorwandung mindestens eines Zusatzreaktors angrenzen.
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Somit ist insbesondere Wärme von dem in der Brennkammer geführten Brennergasstrom und/oder einem in dem Zusatzreaktor geführten Gasstrom auf die Brennstoffzuführung und/oder die Gaszuführung, insbesondere die Oxidatorzuführung und/oder die Rohgaszuführung, übertragbar.
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Die Brennstoffzuführung und/oder die Gaszuführung, insbesondere die Oxidatorzuführung und/oder die Rohgaszuführung, umgeben die Brennkammer und/oder den Zusatzreaktor vorzugsweise zylindermantelförmig.
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Insbesondere bilden die Brennstoffzuführung und/oder die Gaszuführung, insbesondere die Oxidatorzuführung und/oder die Rohgaszuführung, eine Mantelstromvorrichtung, mittels welcher ein Mantelstrom an der Brennkammer und/oder dem Zusatzreaktor vorbeiführbar ist. Der Mantelstrom umfasst insbesondere einen Brennstoffstrom, einen Oxidatorgasstrom, einen Zusatzgasstrom und/oder einen Rohgasstrom.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Mantelstromvorrichtung einen Mantelraum umfasst, welcher die Brennkammer und/oder den Zusatzreaktor mantelförmig umgibt und der Führung des Mantelstroms dient.
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Der Mantelraum ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise geteilt ausgebildet, so dass unterschiedliche Gasströme zu unterschiedlichen Bereichen zuführbar sind.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels eines Trennelements ein radial innen liegender Teil des Mantelraums und ein radial außen liegender Teil des Mantelraums gebildet sind.
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Ein in dem radial innen liegenden Teil des Mantelraums geführter Strom, insbesondere Gasstrom, wird aufgrund der Wärmeübertragung von der Brennkammer und/oder dem Zusatzreaktor stärker erhitzt als der radial außen liegende Teil des Mantelraums.
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Der radial innen liegende Teil dient insbesondere der Zuführung eines Gasstroms zu einem Brennerkopf der Brennkammer oder zu einer Zusatzgasführung am Übergang zwischen der Brennkammer und dem Zusatzreaktor. Der radial außen liegende Teil des Mantelraums dient insbesondere der Zuführung eines Gasstroms zu einer Zusatzgasführung an einem Übergangsbereich zwischen der Brennkammer und dem Zusatzreaktor und/oder zur Zuführung eines Gasstroms zu einem Brennerkopf der Brennkammer.
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Insbesondere kann über den radial außen liegenden Teil des Mantelraums vergleichsweise kühlere Luft zu dem Brennerkopf der Brennkammer zugeführt werden, um die thermische Belastung des Brennerkopfs und/oder der Brennkammer zu minimieren. Der radial innen liegende Teil des Mantelraums dient dann vorzugsweise der stärkeren Erhitzung eines Teilgasstroms und der Zuführung desselben zu der Zusatzgasführung am Übergangsbereich zwischen der Brennkammer und dem Zusatzreaktor.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Strömungsrichtung in der Brennstoffzuführung und/oder der Gaszuführung, insbesondere der Oxidatorzuführung und/oder der Rohgaszuführung, in einem die Brennkammer und/oder den Zusatzreaktor umgebenden Abschnitt der Brennstoffzuführung und/oder der Gaszuführung, insbesondere der Oxidatorzuführung und/oder der Rohgaszuführung, einer Hauptströmungsrichtung innerhalb der Brennkammer und/oder innerhalb des Zusatzreaktors entgegengesetzt ist.
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Der Wärmeübertrager ist somit insbesondere ein Gegenstrom-Wärmeübertrager.
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Der Wärmeübertrager kann aber auch als Gleichstrom-Wärmeübertrager ausgebildet sein.
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Die Brennkammerwandung und/oder die Reaktorwandung sind vorzugsweise mit einem oder mehreren Wärmeübertragungselementen versehen, welche in die Brennkammer und/oder den Reaktorraum hineinragen und durch welche der Brennstoff und/oder das Gas, insbesondere der Oxidator und/oder das Rohgas, hindurchführbar ist.
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Das eine oder die mehreren Wärmeübertragungselemente sind somit im Betrieb der Gasturbinenvorrichtung vorzugsweise mit Brennergas umströmt, um letztlich Wärme auf ein innerhalb des einen oder der mehreren Wärmeübertragungselemente geführtes Medium zu übertragen.
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Die Brennkammervorrichtung kann beispielsweise eine Ventilvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines durch das eine oder die mehreren Wärmeübertragungselemente hindurchgeführten Volumenstroms und/oder Massenstroms umfassen.
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Insbesondere kann hierdurch gezielt auf eine Wärmeübertragung von dem Brennergasstrom und/oder einem im Zusatzreaktor geführten Gasstrom auf den Brennstoff und/oder das Gas, insbesondere den Oxidator und/oder das Rohgas, Einfluss genommen werden. Vorzugsweise kann mittels der Ventilvorrichtung eine Wärmeabgabe zur Reduktion der Temperatur des Turbinengasstroms gesteuert und/oder geregelt werden.
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Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Gasturbinenvorrichtung eine Ventilvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines durch die Gaszuführung, insbesondere die Oxidatorzuführung und/oder die Rohgaszuführung, hindurchgeführten Volumenstroms und/oder Massenstroms umfasst.
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Insbesondere kann hierbei der Mantelraum geöffnet und/oder verschlossen werden, um einen Volumenstrom und/oder Massenstrom zu einem Brennerkopf der Brennkammer und/oder einer Zusatzgasführung im Bereich zwischen der Brennkammer und dem Zusatzreaktor zu steuern und/oder zu regeln.
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Günstig kann es sein, wenn die Gasturbinenvorrichtung eine Homogenisierungsvorrichtung zur Vergleichmäßigung eines Temperaturprofils eines Gasstroms umfasst.
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Eine solche Homogenisierungsvorrichtung kann insbesondere stromaufwärts der Turbinenvorrichtung angeordnet sein, insbesondere um lokale Überhitzungen des Turbinengasstroms und somit auch der Turbinenvorrichtung selbst zu vermeiden.
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Die Homogenisierungsvorrichtung kann beispielsweise unmittelbar stromabwärts eines sich an einen Hochtemperaturreaktor anschließenden Wärmeübertragers angeordnet und/oder ausgebildet sein.
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Mindestens ein Zusatzreaktor umfasst vorzugsweise einen vollzylindrischen ersten Reaktorraumabschnitt und einen diesen Reaktorraumabschnitt zylindermantelförmig umgebenden zweiten Reaktorraumabschnitt.
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Der erste Reaktorraumabschnitt und der zweite Reaktorraumabschnitt sind vorzugsweise mittels einer Strömungsumlenkung fluidwirksam miteinander verbunden.
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Ein durch den ersten Reaktorraumabschnitt hindurchgeführter Gasstrom wird somit insbesondere an einem Ende umgelenkt und dann durch den zweiten Reaktorraumabschnitt hindurchgeführt.
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Günstig kann es sein, wenn ein Brennkammeraustritt einer Brennkammer in den der Strömungsumlenkung abgewandten Endbereich des ersten Reaktorraumabschnitts mündet.
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Der Brennkammeraustritt kann dabei insbesondere im Wesentlichen längs einer Mittelachse und/oder Symmetrieachse des ersten und/oder des zweiten Reaktorraumabschnitts in den ersten Reaktorraumabschnitt münden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Brennkammeraustritt der Brennkammer außermittig, insbesondere windschief, bezüglich einer Mittelachse und/oder Symmetrieachse eines Reaktorraums, insbesondere des ersten Reaktorraumabschnitts und/oder des zweiten Reaktorraumabschnitts, in den Reaktorraum hineingerichtet ist.
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Insbesondere kann eine im Wesentlichen tangentiale Zuführung des Brennergasstroms zu dem Reaktorraum vorgesehen sein, um letztlich einen Drallstrom innerhalb des Reaktorraums zu erzeugen.
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Der zweite Reaktorraumabschnitt ist vorzugsweise zylindermantelförmig von einer Gasführung, insbesondere einer Oxidatorzuführung und/oder einer Rohgaszuführung, umgeben.
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Insbesondere umgibt ein Mantelraum einer Mantelstromvorrichtung den zweiten Reaktorraumabschnitt des Reaktorraums des Zusatzreaktors.
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Eine Hauptströmungsrichtung im Mantelraum entspricht dabei beispielsweise im Wesentlichen einer Hauptströmungsrichtung im ersten Reaktorraumabschnitt oder im zweiten Reaktorraumabschnitt.
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Günstig kann es sein, wenn an einem der Strömungsumlenkung abgewandten Ende des zweiten Reaktorraumabschnitts eine Abscheidevorrichtung und/oder eine Filtervorrichtung, beispielsweise ein Zyklonabscheider, angeordnet ist.
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Anstelle von oder ergänzend zu einem Wärmeübertrager, insbesondere anstelle von oder ergänzend zu einzelnen oder mehreren der beschriebenen Wärmeübertrager, können eine oder mehrere Zusatzmediumzuführungen zur Zuführung eines oder mehrerer Zusatzmedien, insbesondere eines oder mehrerer Kühlmedien, vorgesehen sein.
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Insbesondere können eine Zusatzmediumzuführung und/oder ein Wärmeübertrager Bestandteil einer Kühlvorrichtung zum Abkühlen des der Turbinenvorrichtung zuzuführenden Turbinengasstroms sein.
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Mittels der Zusatzmediumzuführung ist insbesondere eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, oder ein Gas, beispielsweise Frischluft oder Druckluft, zu dem Brennergasstrom und/oder dem Turbinengasstrom zuführbar, um diesen zu kühlen. Das Zusatzmedium ist somit insbesondere ein Kühlmedium.
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Insbesondere werden der Brennergasstrom und/oder der Turbinengasstrom mittels des zugeführten Zusatzmediums vorzugsweise um mindestens ungefähr 100 K, beispielsweise mindestens ungefähr 150 K, vorzugsweise mindestens ungefähr 200 K, abgekühlt, bevor der Brennergasstrom und/oder der Turbinengasstrom zu der Turbinenvorrichtung weitergeleitet werden.
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Die Gasturbinenvorrichtung umfasst vorzugsweise mindestens eine Kühlvorrichtung, welche insbesondere stromabwärts der Brennkammer und/oder stromaufwärts der Turbinenvorrichtung angeordnet ist.
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Die Gasturbinenvorrichtung kann insbesondere zur Abreinigung und/oder energetischen Verwertung von mit brennbaren Bestandteilen beladener Abluft verwendet werden. Hierbei wird insbesondere eines der beschriebenen Verfahren durchgeführt.
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Das Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenvorrichtung umfasst vorzugsweise Folgendes:
- Umsetzen von Brennstoff mit Oxidator in einer Brennkammer der Gasturbinenvorrichtung, wodurch ein Brennergasstrom erhalten wird, der aus der Brennkammer herausströmt;
- Zuführen eines Turbinengasstroms, welcher den Brennergasstrom teilweise oder vollständig umfasst, zu einer Kühlvorrichtung zum Abkühlen des Turbinengasstroms, bevor der Turbinengasstrom einer Turbinenvorrichtung zugeführt wird.
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Ergänzend kann bei dem Verfahren Folgendes vorgesehen sein:
- Erhitzen eines Oxidatorgasstroms und/oder eines Brennstoffstroms stromaufwärts der Brennkammer und/oder Erhitzen des Brennergasstroms stromabwärts der Brennkammer, insbesondere durch chemisches Umsetzen von brennbaren Bestandteilen eines Rohgasstroms in einer inbesondere stromabwärtigen Reaktionszone der Brennkammer und/oder in mindestens einem Zusatzreaktor und/oder durch Übertragung von Wärme mittels eines Wärmeübertragers;
- Zuführen eines Turbinengasstroms, welcher den Brennergasstrom teilweise oder vollständig umfasst, zu einer Kühlvorrichtung, insbesondere einem Wärmeübertrager und/oder einer Zusatzmediumzuführung, bevor der Turbinengasstrom einer Turbinenvorrichtung zugeführt wird.
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Insbesondere durch das Erhitzen des Oxidatorgasstroms und/oder des Brennstoffstroms stromaufwärts der Brennkammer und/oder durch das Erhitzen des Brennergasstroms stromabwärts der Brennkammer wird vorzugsweise ein Gasstrom erhalten, dessen Temperatur über einer vorgegebenen Solltemperatur an einer Turbineneintrittszone liegt. Hierdurch kann vorzugsweise ein gutmütigerer Betrieb der Gasturbinenvorrichtung realisiert werden, insbesondere durch Ermöglichung eines größeren Luftzahlbereichs. Zusätzlich können vorzugsweise aufgrund eines magereren Betriebs niedrigere maximale Flammentemperaturen realisiert werden. Die thermische Belastung des Brenners und/oder des Flammrohrs, insbesondere stromaufwärts der Sekundärgaszuführung kann hierdurch vorzugsweise reduziert werden.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn ein Oxidatorgasstrom stromaufwärts der Brennkammer erhitzt wird und hierdurch eine adiabate Flammentemperatur in der Brennkammer im Vergleich zur adiabaten Flammentemperatur ohne ein Erhitzen des Oxidatorgasstroms reduziert werden kann. Insbesondere kann die adiabate Flammentemperatur mindestens oder höchstens oder exakt um denjenigen Betrag reduziert sein, um welchen sich die Temperatur eines Brennergasstrom und/oder eines Turbinengasstrom aufgrund des Erhitzens des Oxidatorgasstroms erhöht. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die adiabate Flammentemperatur mindestens oder höchstens oder exakt um denjenigen Betrag reduziert wird, um welchen sich die Temperatur eines Brennergasstroms und/oder eines Turbinengasstroms aufgrund des Abkühlens desselben mittels eines Wärmeübertragers reduziert.
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Insbesondere kann die Reduktion der adiabaten Flammentemperatur durch Anpassung, insbesondere Erhöhung oder Reduktion, eines Pilotgasstroms, des Primärgasstroms und/oder des Sekundärgasstroms erzielt werden. Insbesondere wird hierzu vorzugsweise ein Verhältnis zwischen Pilotgasstrom und/oder Primärgasstrom und/oder Sekundärgasstrom angepasst.
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Die Turbineneintrittszone ist vorzugsweise ein Raumbereich, welcher stromaufwärts von Turbinenschaufeln der Turbinenvorrichtung angeordnet und/oder gebildet ist.
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Die Abkühlung des Turbinengasstroms mittels der Kühlvorrichtung erfolgt vorzugsweise nicht direkt an Turbinenschaufeln der Turbinenvorrichtung, sondern in einem der Turbinenvorrichtung vorgelagerten Raumbereich, insbesondere einem der Turbineneintrittszone vorgelagerten Raumbereich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gasturbinenvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Die erfindungsgemäße Verwendung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gasturbinenvorrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird zur Abkühlung mittels eines Wärmeübertragers Wärme von dem Turbinengasstrom auf den Oxidatorgasstrom und/oder den Brennstoffstrom übertragen. Ferner kann durch Zuführung von Zusatzmedium der Turbinengasstrom abgekühlt werden.
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Die Gasturbinenvorrichtung wird vorzugsweise in einem Überhitzungsmodus betrieben oder ist in einem solchen Überhitzungsmodus betreibbar, wobei in dem Überhitzungsmodus eine durchschnittliche Temperatur des aus der Brennkammer herausströmenden Brennergasstroms und/oder des der Turbinenvorrichtung zuzuführenden Turbinengasstroms stromaufwärts der Kühlvorrichtung mindestens ungefähr 25 K, insbesondere mindestens ungefähr 50 K, beispielsweise mindestens ungefähr 100 K, vorzugsweise mindestens ungefähr 150 K, besonders bevorzugt mindestens ungefähr 200 K oder darüber, über einer vorgegebenen Solltemperatur an einer Turbineneintrittszone der Turbinenvorrichtung liegt.
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Beispielsweise kann die Gasturbinenvorrichtung wahlweise a) in dem Überhitzungsmodus oder b) in einem Standardmodus betrieben werden, in welchem der Brennstoff und der Oxidator derart der Brennkammer zugeführt und miteinander umgesetzt werden, dass auch ohne Kühlung des Turbinengasstroms mittels der Kühlvorrichtung eine vorgegebene Solltemperatur an einer Turbineneintrittszone eingehalten wird.
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Ein der Brennkammer zugeführtes oder in der Brennkammer erhältliches Gemisch aus Brennstoff und Oxidator weist im Überhitzungsmodus vorzugsweise eine höhere Luftzahl auf und/oder ist vorzugsweise ein magereres Gemisch als im Standardmodus.
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Beispielsweise kann eine Lambda-Regelung der Gasturbinenvorrichtung derart vorgesehen sein, dass im Überhitzungsmodus eine sauerstoffreichere und somit heißere Verbrennung in der Brennkammer vorgesehen ist als im Standardmodus.
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Im Überhitzungsmodus ist eine Temperatur des Brennergasstroms und/oder des Turbinengasstroms stromaufwärts der Kühlvorrichtung im Vergleich zu einer Temperatur des Turbinengasstroms stromabwärts der Kühlvorrichtung vorzugsweise derart erhöht, dass die Umwandlungsraten und/oder Reaktionsraten zur Umwandlung von Verunreinigungen, insbesondere zur Oxidation von leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen (volatile organic compounds, VOC) stromaufwärts der Kühlvorrichtung, insbesondere in der Brennkammer, um mindestens ungefähr 50 %, beispielsweise um mindestens ungefähr 100 %, höher liegen als stromabwärts der Kühlvorrichtung, insbesondere in der Turbineneintrittszone.
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Günstig kann es sein, wenn der Oxidatorgasstrom und/oder der Brennstoffstrom und/oder der Brennergasstrom überhitzt werden, so dass der Brennergasstrom zumindest temporär eine Temperatur aufweist, welche über einer vorgegebenen Solltemperatur in einer Turbineneintrittszone, insbesondere über einer maximalen Turbineneintrittstemperatur der Turbinenvorrichtung, liegt.
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Insbesondere liegt die Temperatur des Brennergasstroms am Brennkammeraustritt und/oder am Austritt eines Zusatzreaktors höher als eine vorgegebene Solltemperatur in einer Turbineneintrittszone.
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Die vorgegebene Solltemperatur ist insbesondere eine für einen sicheren und/oder materialschonenden und/oder zuverlässigen Betrieb der Turbinenvorrichtung maximale Turbineneintrittstemperatur der Turbinenvorrichtung. Insbesondere in einem Teillastbetrieb der Turbinenvorrichtung kann es jedoch auch vorteilhaft sein, wenn die Solltemperatur niedriger als die maximale Turbineneintrittstemperatur vorgegeben oder eingestellt wird. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Solltemperatur zum Beispiel lastabhängig variabel eingestellt oder gesteuert wird, wobei eine Obergrenze der Varianz durch die maximale Turbineneintrittstemperatur und vorzugsweise eine Untergrenze durch die Teillastfähigkeit der Turbinenvorrichtung begrenzt wird.
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Der Brennergasstrom weist vorzugsweise zumindest temporär eine Temperatur auf, welche im Falle einer unveränderten Zuführung des Brennergasstroms zu der Turbinenvorrichtung schädlich für dieselbe wäre.
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Vorzugsweise wird der Turbinengasstrom mittels der Kühlvorrichtung abgekühlt, insbesondere auf eine Temperatur unterhalb der vorgegebenen Solltemperatur, beispielsweise unterhalb der maximalen Turbineneintrittstemperatur.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn der Brennergasstrom oder der den Brennergasstrom teilweise oder vollständig umfassende Turbinengasstrom abgekühlt wird, insbesondere durch Wärmeübertragung auf ein der Brennkammer und/oder einem Zusatzreaktor zuzuführendes Gas, insbesondere Oxidator und/oder Rohgas. Vorzugsweise wird das Gas zur Wärmeübertragung als Mantelstrom an einer der Brennkammer und/oder einem Reaktorraum des Zusatzreaktors abgewandten Außenseite einer Brennkammerwandung der Brennkammer und/oder einer Reaktorwandung des Zusatzreaktors entlanggeführt.
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Dem Brennergasstrom wird vorzugsweise an einem Reaktorraumeintritt des Zusatzreaktors Zusatzgas, insbesondere Oxidator und/oder Rohgas, zugeführt.
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Der Reaktorraumeintritt ist insbesondere ein Übergang zwischen der Brennkammer und dem Reaktorraum.
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Ein durch den Zusatzreaktor geführter Reaktorgasstrom wird vorzugsweise mindestens einmal innerhalb des Zusatzreaktors umgelenkt, beispielsweise mindestens einmal um ungefähr 90° und/oder mindestens einmal um ungefähr 180°.
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Ein Gas zur Wärmeübertragung wird vorzugsweise durch einen den zweiten Reaktorraumabschnitt mantelförmig umgebenden Mantelraum der Gaszuführung geführt.
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Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Reinigung von Prozessabgas. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Prozessabgas als Oxidator und/oder Rohgas und/oder Zusatzgas zugeführt wird.
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Die mantelförmige Umströmung des Reaktorraums, insbesondere des ersten Reaktorraumabschnitts und/oder des zweiten Reaktorraumabschnitts, ermöglicht insbesondere eine Reduktion einer Oberflächentemperatur eines den Reaktorraum und/oder den Mantelraum umgebenden Gehäuses. Hierdurch können günstigere und einfacher zu handhabende Materialien zur thermischen Isolierung eingesetzt werden.
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Die aufgrund der Verwendung eines Wärmeübertragers stromaufwärts der Turbinenvorrichtung vorzugsweise erzielte Temperaturniveauanhebung ermöglicht vorzugsweise eine verkürzte Ausbildung des Zusatzreaktors und/oder eine höhere Reinigungseffizienz, beispielsweise bei der Umwandlung von flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen.
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Vorzugsweise kann der Gasturbinenvorrichtung ein im Vergleich zu herkömmlichen Systemen deutlich magereres Brennstoff-Oxidator-Gemisch zugeführt werden, da eventuell entstehende Stickoxide und/oder Kohlenstoffmonoxid vorzugsweise in mindestens einem nachfolgenden Zusatzreaktor abgereinigt und/oder unschädlich gemacht werden können.
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Vorzugsweise ist mindestens ein Bypass zur Umgehung mindestens eines Wärmeübertragers vorgesehen, insbesondere um Temperaturverschiebungen, welche sich durch die Wärmeübertragung im jeweiligen Wärmeübertrager ergeben, gezielt zu steuern und/oder zu regeln. Hierdurch kann vorzugsweise die Erzeugung von Stickoxiden optimiert, insbesondere minimiert, werden. Zugleich können vorzugsweise die thermischen Belastungen der einzelnen Komponenten der Gasturbinenvorrichtung minimiert werden.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gasturbinenvorrichtung derart betreibbar ist oder betrieben wird, dass beispielsweise während eines Regelbetriebs eine für einen autothermen Betrieb ausreichende Wärmemenge allein durch chemische Umsetzung von brennbaren Stoffen, welche in einem zu reinigenden Rohgas enthalten sind, erzeugt wird. Die Zuführung von zusätzlichem Brennstoff ist dann vorzugsweise entbehrlich.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Gasturbinenvorrichtung, welche eine Brennkammer, einen sich an die Brennkammer anschließenden Zusatzreaktor und einen Hochtemperaturwärmeübertrager umfasst, welcher stromaufwärts einer Turbinenvorrichtung angeordnet ist;
- 2 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung, bei welcher ein stromaufwärts der Brennkammer angeordneter Niedertemperaturreaktor und eine zwischen dem Hochtemperaturwärmeübertrager und der Turbinenvorrichtung angeordnete Homogenisierungsvorrichtung vorgesehen sind;
- 3 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung, bei welcher zwei Wärmeübertrager zur Beeinflussung der Temperaturniveaus in der Gasturbinenvorrichtung vorgesehen sind;
- 4 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung, bei welcher drei Wärmeübertrager zur Beeinflussung der Temperaturniveaus in der Gasturbinenvorrichtung vorgesehen sind;
- 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine weitere alternative Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung, bei welcher ein sich unmittelbar an eine Brennkammer anschließender Zusatzreaktor und eine den Zusatzreaktor und die Brennkammer umgebende Mantelstromvorrichtung vorgesehen sind;
- 6 eine der 5 entsprechende schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung, bei welcher in den Reaktorraum des Zusatzreaktors hineinragende Wärmeübertragungselemente sowie eine sich an die Wärmeübertragungselemente anschließende Homogenisierungszone vorgesehen sind;
- 7 eine der 5 entsprechende schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung, bei welcher die Mantelstromvorrichtung eine Strömungstrennung zur getrennten Zuführung von Gas zu der Brennkammer einerseits und einer Zusatzgasführung zwischen der Brennkammer und dem Zusatzreaktor andererseits vorgesehen ist;
- 8 eine schematische Schnittdarstellung durch eine alternative Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung, bei welcher zwei aufeinanderfolgende Reaktorraumabschnitte mit einer bezüglich einer Strömungsrichtung dazwischen angeordneten Strömungsumlenkung vorgesehen sind, wobei der zweite Reaktorraumabschnitt den ersten Reaktorraumabschnitt mantelförmig umgibt und wobei eine Mantelstromvorrichtung zur Zuführung von Gas den zweiten Reaktorraumabschnitt mantelförmig umgibt;
- 9 eine der 8 entsprechende schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung, welche größtenteils derjenigen von 8 entspricht, jedoch einen außermittig in den ersten Reaktorraumabschnitt hinein gerichteten Brennkammeraustritt aufweist und zudem einen Abscheidebereich zum Abscheiden von Partikeln umfasst;
- 10 einen schematischen Querschnitt durch die Gasturbinenvorrichtung aus 9 längs der Linie 10-10 in 9; und
- 11 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung, welche eine Brennkammer und eine als Zusatzmediumzuführung ausgebildete Kühlvorrichtung umfasst, welcher stromaufwärts einer Turbinenvorrichtung angeordnet ist.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine in 1 schematisch dargestellte Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Gasturbinenvorrichtung findet beispielsweise in Industrieprozessen Anwendung. Die Gasturbinenvorrichtung 100 ist insbesondere Bestandteil einer Abgasreinigungsvorrichtung 102, welche insbesondere eine Mikrogasturbinenvorrichtung 104 umfasst.
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Die Gasturbinenvorrichtung 100 kann insbesondere zur Erzeugung von Wärme und elektrischer Energie unter Verwendung von Brennstoff genutzt werden. Ferner kann die Gasturbinenvorrichtung 100 dazu dienen, einen Rohgasstrom, beispielsweise Prozessabgas, zu reinigen.
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Ein Rohgasstrom ist beispielsweise mit leichtflüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen beladene Luft (VOC-haltige Luft).
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Ein Rohgas wird insbesondere als Oxidator durch die Gasturbinenvorrichtung 100 hindurchgeführt oder als Zusatzgas zu der Gasturbinenvorrichtung 100 zugeführt, um letztlich in dem Rohgas enthaltene Verunreinigungen, beispielsweise leichtflüchtige organische Kohlenwasserstoffe, chemisch umzusetzen, insbesondere in Kohlenstoffdioxid und Wasser.
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Die Gasturbinenvorrichtung 100 umfasst eine Brennkammer 106, welcher mittels einer Oxidatorzuführung 108 Oxidator und mittels einer Brennstoffzuführung 110 Brennstoff zuführbar ist.
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Die Oxidatorzuführung 108 ist insbesondere ganz allgemein eine Gaszuführung 112. Beispielsweise kann die Oxidatorzuführung 108 eine Rohgaszuführung 114 sein.
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Eine Verdichtervorrichtung 116 der Gasturbinenvorrichtung 100 dient insbesondere der Komprimierung von der Brennkammer 106 zuzuführendem Gas, insbesondere Oxidator, beispielsweise oxidatorhaltiges Rohgas.
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Eine Turbinenvorrichtung 118 der Gasturbinenvorrichtung 100 dient dazu, aus der Brennkammer 106 abgeführtes Brennergas zu entspannen und hierdurch zur Umwandlung in elektrische Energie zu nutzen, insbesondere durch Kopplung der Turbinenvorrichtung 118 mit einem (nicht dargestellten) Generator.
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Eine Welle 120 der Gasturbinenvorrichtung 100 verbindet die Turbinenvorrichtung 118 mit der Verdichtervorrichtung 116 und dient insbesondere dazu, die Verdichtervorrichtung 116 mittels der Turbinenvorrichtung 118 anzutreiben.
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Mit Hinblick auf die einzelnen Positionen der Komponenten der Gasturbinenvorrichtung 100 wird insbesondere auf eine Hauptströmungsrichtung 122 Bezug genommen. Diese Hauptströmungsrichtung 122 ergibt sich insbesondere aus demjenigen Pfad, längs welchem ein über die Oxidatorzuführung 108 zugeführter Oxidatorgasstrom zunächst die Verdichtervorrichtung 116, dann die Brennkammer 106 und schließlich die Turbinenvorrichtung 118 durchströmt, wobei optional zwischen den genannten Komponenten der Gasturbinenvorrichtung 100 weitere Komponenten angeordnet sind und folglich von dem Oxidatorgasstrom durchströmt werden können.
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Beispielsweise ist stromabwärts der Brennkammer 106 bezüglich der Hauptströmungsrichtung 122 ein optionaler Zusatzreaktor 124 angeordnet.
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Der Zusatzreaktor 124 schließt sich insbesondere unmittelbar an die Brennkammer 106 an. An einem der Brennkammer 106 zugewandten vorderen Ende des Zusatzreaktors 124 ist insbesondere eine weitere Gaszuführung 112, beispielsweise eine Rohgaszuführung 114, angeordnet. Ferner kann beispielsweise eine aus der Oxidatorzuführung 108 der Brennkammer 106 abgezweigte weitere Oxidatorzuführung 108 vorgesehen sein, welche in den Zusatzreaktor 124 mündet.
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Im Zusatzreaktor 124 wird durch die zusätzliche Gaszuführung vorzugsweise eine deutlich niedrigere Temperatur erzielt als die Temperatur, welche innerhalb der Brennkammer 106 herrscht. Dennoch ist die Temperatur mit beispielsweise mindestens ungefähr 800° Celsius, insbesondere mindestens ungefähr 1000° Celsius, noch ausreichend hoch, um Verunreinigungen, welche in einem dem Zusatzreaktor 124 zugeführten Gasstrom enthalten sind, chemisch umzuwandeln und somit unschädlich zu machen. Insbesondere können dabei leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe in Kohlenstoffdioxid und Wasser umgewandelt werden.
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Da bei höheren Temperaturen größere Mengen von Rohgas in kürzerer Zeit nachbehandelt werden können, um darin enthaltene Verunreinigungen unschädlich zu machen, wird die Brennkammer 106 vorzugsweise so betrieben, dass darin besonders hohe Temperaturen herrschen.
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Insbesondere ist hierzu eine Steuervorrichtung 126 vorgesehen, mittels welcher die Brennstoffzuführung 110 und/oder die Oxidatorzuführung 108 und/oder die Verdichtervorrichtung 116 steuerbar und/oder regelbar sind.
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Die Turbinenvorrichtung 118 erfordert hingegen ein geringeres Temperaturniveau an einer Turbineneintrittszone 128.
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Ein der Turbinenvorrichtung 118 zugeführter Turbinengasstrom, welcher den der Brennkammer 106 abgeführten Brennergasstrom teilweise oder vollständig umfasst, darf folglich eine vorgegebene Grenztemperatur nicht überschreiten, um mögliche Beschädigungen der Turbinenvorrichtung 118 auszuschließen.
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Die Gasturbinenvorrichtung 100 umfasst daher vorzugsweise eine Kühlvorrichtung 129 zum Abkühlen des Turbinengasstroms.
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Die Kühlvorrichtung 129 umfasst insbesondere einen Wärmeübertrager 130, mittels welchem Wärme aus dem der Turbinenvorrichtung 118 zuzuführenden Turbinengasstrom, welcher insbesondere den Brennergasstrom und/oder einen im Zusatzreaktor 124 zusätzlich zugeführten Gasstrom umfasst, abgeführt werden kann.
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Aufgrund der Kühlvorrichtung 129 kann somit in der Brennkammer 106 und/oder im Zusatzreaktor 124 ein besonders hohes Temperaturniveau erzielt werden, während zugleich die Turbinenvorrichtung 118 vor einer zu hohen thermischen Belastung geschützt wird.
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Wenn Wärme mittels des Wärmeübertragers 130 aus dem Turbinengasstrom abgeführt wird, kann diese insbesondere zum Vorwärmen von über die Oxidatorzuführung 108, die Gaszuführung 112 und/oder die Rohgaszuführung 114 zuzuführendem Gas genutzt werden. Der Wärmeübertrager 130 ist hierzu insbesondere thermisch mit der Oxidatorzuführung 108, der Gaszuführung 112 und/oder der Rohgaszuführung 114 gekoppelt.
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Eine in 2 dargestellte alternative Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass sowohl stromabwärts der Brennkammer 106 als auch stromaufwärts der Brennkammer 106 jeweils ein Zusatzreaktor 124 angeordnet ist.
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Ein bezüglich der Hauptströmungsrichtung 122 stromaufwärts der Brennkammer 106 angeordneter Zusatzreaktor 124 ist dabei insbesondere ein Niedertemperaturreaktor 132, während der der Brennkammer 106 bezüglich der Hauptströmungsrichtung 12 nachgeordnete Zusatzreaktor 124 insbesondere ein Hochtemperaturreaktor 134 ist.
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Dem Wärmeübertrager 130, welcher stromaufwärts der Turbinenvorrichtung 118 angeordnet ist, ist bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 vorzugsweise ein Bypass 136 zugeordnet.
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Mittels des Bypass 136 kann insbesondere aus dem Zusatzreaktor 124, welcher als Hochtemperaturreaktor 134 ausgebildet ist und stromabwärts der Brennkammer 106 angeordnet ist, ein Teilgasstrom abgezweigt und an dem Wärmeübertrager 130 vorbeigeführt werden.
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Der abgezweigte Teilgasstrom kann insbesondere stromabwärts des Wärmeübertragers 130 erneut mit dem durch den Wärmeübertrager 130 hindurchgeführten Teilgasstrom zusammengeführt werden.
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Mittels des Bypasses 136 kann somit insbesondere gezielt gesteuert und/oder geregelt werden, welche Wärmemenge mittels des Wärmeübertragers 130 aus dem der Turbinenvorrichtung 118 zuzuführenden Turbinengasstrom abgeführt wird. Die Temperatur des Turbinengasstroms kann somit gezielt variiert werden.
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Stromabwärts des Wärmeübertragers 130 ist zudem vorzugsweise noch eine Homogenisierungsvorrichtung 138 angeordnet.
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Die Homogenisierungsvorrichtung 138 ist insbesondere eine Strömungsstrecke, in welcher eine Vergleichmäßigung der lokalen Temperaturniveaus des der Turbinenvorrichtung 118 zuzuführenden Turbinengasstroms erzielt werden kann, insbesondere dann, wenn ein Teilgasstrom im Wärmeübertrager 130 stark abgekühlt wurde und dieser anschließend mit einem durch den Bypass 136 hindurchgeführten sehr heißen Teilgasstrom zusammengeführt und gemischt werden soll. Mittels der Homogenisierungsvorrichtung 138 kann somit insbesondere verhindert werden, dass sich Hot Spots bilden, welche die Turbinenvorrichtung 118 lokal überhitzen und somit zu einer Beschädigung führen könnten.
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Die Homogenisierungsvorrichtung 138 ist ferner vorzugsweise eine Nachreaktionszone 140 und somit ebenfalls vorzugsweise ein Zusatzreaktor 124 zur Umsetzung von Verunreinigungen des Rohgasstroms.
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Im Übrigen stimmt die in 2 dargestellte Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 3 dargestellte Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass zwei Wärmeübertrager 130 vorgesehen sind, wobei ein Wärmeübertrager 130 entsprechend der in 1 dargestellten Ausführungsform ein Hochtemperaturwärmeübertrager 131 ist. Mittels dieses Hochtemperaturwärmeübertragers 131 kann insbesondere Wärme von dem der Turbinenvorrichtung 118 zuzuführenden Turbinengasstrom, welcher insbesondere den Brennergasstrom und ein dem Zusatzreaktor 124 zugeführtes Zusatzgas umfasst, auf das über die Oxidatorzuführung 108 der Brennkammer 106 zugeführte Brennergas übertragen werden.
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Ein weiterer Wärmeübertrager 130 ist vorzugsweise ein Niedertemperaturwärmeübertrager 142.
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Mittels dieses weiteren Wärmeübertragers 130 kann vorzugsweise Wärme von dem aus der Turbinenvorrichtung 118 abgeführten Turbinenabgas auf den in der Oxidatorzuführung 108 geführten Oxidator übertragen werden.
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Bezüglich der Hauptströmungsrichtung 122 ist der Niedertemperaturwärmeübertrager 142 vorzugsweise stromaufwärts des Hochtemperaturwärmeübertragers 131 in der Oxidatorzuführung 108 angeordnet.
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Mittels des Niedertemperaturwärmeübertragers 142 kann der in der Oxidatorzuführung 108 geführte Oxidatorgasstrom somit vorgewärmt und schließlich mittels des Hochtemperaturwärmeübertragers 131 noch stärker erhitzt werden.
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Insbesondere die in 3 dargestellte Einbindung des Hochtemperaturwärmeübertragers 131 in die Gesamtanlage ermöglicht vorzugsweise eine deutliche Erhöhung des Temperaturniveaus im Zusatzreaktor 124, wodurch eine effiziente Rohgasreinigung erzielt werden kann. Zugleich kann, wie bereits mit Hinblick auf 1 beschrieben, eine ausreichende Abkühlung des Turbinengasstroms erzielt werden, um die thermische Belastung der Turbinenvorrichtung 118 zu minimieren.
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Insbesondere können deutlich erhöhte Reaktionsraten der im Rohgasstrom enthaltenen Verunreinigungen einerseits und ein hoher elektrischer Wirkungsgrad der Gasturbinenvorrichtung 100 im Falle einer Kopplung mit einem Generator andererseits erzielt werden.
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Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Optional können bei der in 3 dargestellten Ausführungsform zudem auch der Niedertemperaturreaktor 132, der Bypass 136 und/oder die Nachreaktionszone 140 der in 2 dargestellten Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 vorgesehen sein.
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Eine in 4 dargestellte Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung 100 umfasst insbesondere eine Kombination von Komponenten der Gasturbinenvorrichtung 100 gemäß den 2 und 3.
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Insbesondere ist bei der in 4 dargestellten Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 ein mindestens zweistufiges Erhitzen des Oxidatorgasstroms in der Oxidatorzuführung 108 mittels eines Niedertemperaturwärmeübertragers 142 einerseits und mittels eines Hochtemperaturwärmeübertragers 131 andererseits vorgesehen.
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Zwischen dem Niedertemperaturwärmeübertrager 142 und dem Hochtemperaturwärmeübertrager 131 ist ein optionaler Niedertemperaturreaktor 132 vorgesehen.
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Zudem sind mittels zweier Bypässe 136 die über die beiden Wärmeübertrager 142, 131 auf den Oxidatorgasstrom übertragenen Wärmemengen steuerbar und/oder regelbar.
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Wie auch bei der in 3 dargestellten Ausführungsform dient auch bei der in 4 dargestellten Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 der Niedertemperaturwärmeübertrager 142 zur thermischen Kopplung der Oxidatorzuführung 108 mit einer sich an die Turbinenvorrichtung 118 anschließenden Abgasabführung 143. Auch in der Abgasabführung 143 ist vorzugsweise ein Bypass 136 vorgesehen, um die dem Niedertemperaturwärmeübertrager 142 zuzuführende Abgasmenge steuern und/oder regeln zu können.
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Entsprechend der in 2 dargestellten Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 ist bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ein stromaufwärts der Brennkammer 106 angeordneter weiterer Niedertemperaturreaktor 132 vorgesehen.
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Dieser Niedertemperaturreaktor 132 ist bezüglich der Hauptströmungsrichtung 122 stromabwärts des vorstehend genannten Niedertemperaturreaktors 132 angeordnet, wobei insbesondere zwischen den beiden Niedertemperaturreaktoren 132 der Hochtemperaturwärmeübertrager 131 angeordnet ist.
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Die beiden Niedertemperaturreaktoren 132 arbeiten somit auf unterschiedlichen Temperaturniveaus.
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An die Brennkammer 106 schließt sich zunächst der Hochtemperaturreaktor 134 an, welcher optional eine Homogenisierungsvorrichtung 138 bilden kann.
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Das aus diesem Hochtemperaturreaktor 134 abgeführte Gas wird insbesondere mittels des Hochtemperaturwärmeübertragers 131 abgekühlt und schließlich optional einer Homogenisierungsvorrichtung 138, welche eine Nachreaktionszone 140 umfassen kann, zugeführt.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 kann alternativ oder ergänzend zu der Homogenisierungsvorrichtung 138 stromabwärts des Hochtemperaturwärmeübertragers 131 ferner eine Abscheidevorrichtung 144 und/oder eine thermische Kompensationsvorrichtung 146 vorgesehen sein.
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Die Abscheidevorrichtung 144 ist insbesondere ein Zyklonabscheider.
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Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Abscheidevorrichtung 144 einen Hochtemperaturgasfilter umfasst.
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Bei sämtlichen bislang beschriebenen Gasturbinenvorrichtungen 100 kann insbesondere eine lokale Erhöhung des Temperaturniveaus erzielt werden, um die Umsetzraten der Verunreinigungen im zu reinigenden Rohgasstrom zu erhöhen, ohne eine höhere thermische Belastung der Turbinenvorrichtung 118 befürchten zu müssen.
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Die beschriebenen Wärmeübertrager 130 können insbesondere Rohrwärmeübertrager oder Kühler mit Kühlrippen sein.
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Vorzugsweise dient die Abscheidevorrichtung 144 der Abscheidung von Partikeln aus dem Gasstrom, bevor dieser als Turbinengasstrom der Turbinenvorrichtung 118 zugeführt wird.
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Die thermische Kompensationsvorrichtung 146 kann beispielsweise einen Wärmespeicherkörper oder eine Wärmespeicherfüllung umfassen. Beispielsweise kann ein Körper oder eine Füllung aus Keramik und/oder Stahl vorgesehen sein, um eine zeitliche Vergleichmäßigung des Temperaturniveaus des der Turbinenvorrichtung 118 zuzuführenden Turbinengasstroms zu erzielen.
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Schließlich kann noch ein externes System 148 mittels eines weiteren Wärmeübertragers 130 beispielsweise stromaufwärts der Turbinenvorrichtung 118 vorgesehen sein, um den der Turbinenvorrichtung 118 zuzuführenden Turbinengasstrom weiter abzukühlen.
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Das externe System 148 kann somit insbesondere die in der Gasturbinenvorrichtung 100 erzeugte Wärme beispielsweise für andere Prozesse nutzen.
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Die in 4 dargestellte Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 kann insbesondere in einem autothermen Betrieb genutzt werden, in welchem eine Wärmeentwicklung sich vorzugsweise ausschließlich durch Umsetzen von brennbaren Bestandteilen des Rohgasstromes ergibt. Die Zuführung von Brennstoff über die Brennstoffzuführung 110 zur Brennkammer 106 kann dabei vorzugsweise entfallen oder allenfalls zum Start des autothermen Betriebs genutzt werden.
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Über die Bypässe 136 kann vorzugsweise auch auf schwankende Konzentrationen von brennbaren Bestandteilen im Rohgasstrom reagiert werden, um letztlich die gesamte Gasturbinenvorrichtung 100 stabil betreiben zu können.
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Beispielsweise mittels eines Glühzünders in der Brennkammer 106 kann gewährleistet werden, dass die brennbaren Bestandteile des Rohgasstroms auch tatsächlich verbrannt werden und folglich eine Temperaturerhöhung zumindest in der Brennkammer 106 erzielt wird.
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In den Zusatzreaktoren 124, insbesondere in den Niedertemperaturreaktoren 132 sowie den Hochtemperaturreaktoren 134 ergibt sich vorzugsweise keine Flammenbildung sondern lediglich eine einfache thermische Umsetzung von Bestandteilen des jeweils zugeführten Gasstroms.
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Nachfolgend werden verschiedene konkrete Ausgestaltungen einer Brennkammer 106, eines Zusatzrektors 124, insbesondere eines Hochtemperaturreaktors 134, und eines Wärmeübertragers 130, insbesondere eine Hochtemperaturwärmeübertragers 131, anhand der 5 bis 10 erläutert. Jede dieser konkreten Ausgestaltungen kann bei jeder der vorstehend beschriebenen Gasturbinenvorrichtungen 100 zum Einsatz kommen.
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Eine in 5 dargestellte Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung 100 umfasst eine Brennkammer 106, einen Zusatzreaktor 124 und einen Wärmeübertrager 130, welche gemeinsam in einem Gehäuse 150 der Gasturbinenvorrichtung 100 angeordnet sind und insbesondere unmittelbar ohne Leitungen oder Strömungsführungen aneinander angrenzen.
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Die Brennkammer 106 mündet insbesondere unmittelbar in den Zusatzreaktor 124. Der Wärmeübertrager 130 ist insbesondere durch eine die Brennkammer 106 umgebende Brennkammerwandung 152 sowie eine einen Reaktorraum 154 des Zusatzreaktors 124 umgebende Reaktorwandung 156 gebildet.
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Die Brennkammerwandung 152 und die Reaktorwandung 156 sind vorzugsweise rotationssymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse 158, welche insbesondere zugleich eine Mittelachse der Brennkammer 106 und des Zusatzreaktors 124 bildet.
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Außerhalb der Brennkammerwandung 152 und der Reaktorwandung 156 ist vorzugsweise ein Mantelraum 160 einer Mantelstromvorrichtung 162 gebildet.
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Der Mantelraum 160 umgibt den Zusatzreaktor 124 und die Brennkammer 106 vorzugsweise im Wesentlichen mantelförmig, insbesondere kreiszylindermantelförmig.
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Durch den Mantelraum 160 ist insbesondere ein Gasstrom hindurchführbar.
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Der Gasstrom ist insbesondere ein über die Gaszuführung 112 zuzuführendes Gas, beispielsweise Oxidator und/oder Rohgas.
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Die Gaszuführung 112 ist somit beispielsweise die Oxidatorzuführung 108 oder die Rohgaszuführung 114.
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Die Brennkammerwandung 152 ist beispielsweise ein Flammrohr.
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Die Reaktorwandung 156 stellt insbesondere eine Erweiterung oder Verlängerung des Flammrohrs dar. Vorzugsweise sind in der Brennkammerwandung 152 und/oder in der Reaktorwandung 156 Durchtrittsöffnungen 164 angeordnet.
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Die Durchtrittsöffnungen 164 ermöglichen insbesondere ein Einströmen von im Mantelraum 160 geführtem Gas, insbesondere Oxidator oder Rohgas, in die Brennkammer 106 und/oder den Reaktorraum 154 des Zusatzreaktors 124.
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Vorzugsweise sind die Durchtrittsöffnungen 164 ringförmig angeordnet und insbesondere in einem Übergangsbereich zwischen der Brennkammer 106 und dem Zusatzreaktor 124 ausgebildet und/oder angeordnet.
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Die Durchtrittsöffnungen 164 bilden insbesondere eine Zusatzgasführung 166 oder eine Sekundärgaszuführung 168.
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Die Brennkammer 106 bildet vorzugsweise eine Hauptgasführung 170, über welche dem Zusatzreaktor 124 der Brennergasstrom zuführbar ist.
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Über die Durchtrittsöffnungen 164, welche insbesondere die Zusatzgasführung 166 bilden, ist vorzugsweise Zusatzgas zu dem Brennergasstrom zumischbar.
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Vorzugsweise werden ein Brennerkopf 172 der Brennkammer 106 ebenso wie die Zusatzgasführung 166 über den Mantelraum 160 mit Gas, insbesondere Oxidator oder Rohgas, versorgt.
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An einem der Brennkammer 106 gegenüberliegenden Ende des Zusatzreaktors 124 ist vorzugsweise eine Gasabführung 174 angeordnet und/oder ausgebildet. Die Gasabführung 174 dient insbesondere der Zuführung von durch den Zusatzreaktor 124 durchgeführtem Gas zu einer Turbinenvorrichtung 118. Die Gasabführung 174 bildet insbesondere eine Turbineneintrittszone 128 oder grenzt an eine solche an.
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Eine in 6 dargestellte alternative Ausgestaltung einer Gasturbinenvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 5 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Wärmeübertrager 130 nicht lediglich durch Umströmen des Reaktorraums 154 und/oder der Brennkammer 106 im Mantelraum 160 gebildet ist. Vielmehr sind ein oder mehrere Wärmeübertragungselemente 176 vorgesehen, welche radial nach innen in den Reaktorraum 154 hineinragen oder den Reaktorraum 154 von einer nachfolgenden Homogenisierungsvorrichtung 138 abtrennen.
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Die Wärmeübertragungselemente 176 können insbesondere Rippen oder Bögen sein, welche von dem durch den Zusatzreaktor 124 hindurchgeführten Gasstrom umströmt werden und somit eine im Vergleich zur Mantelstromvorrichtung 162 gemäß 5 größere Wärmeübertragungsfläche bereitstellen.
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Die Wärmeübertragungselemente 176 werden insbesondere mit Oxidator und/oder Rohgas durchströmt, wobei eine Strömungsrichtung in den Wärmeübertragungselementen 176 vorzugsweise der Hauptströmungsrichtung 122 im Zusatzreaktor 124 entgegengerichtet ist.
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Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 sind somit vorzugsweise zahlreiche Komponenten der Gasturbinenvorrichtung 100 beispielsweise in einem einzigen Gehäuse 150 zusammengefasst und unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet und/oder ausgebildet.
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Mehrere Komponenten der Gasturbinenvorrichtung 100 bilden somit insbesondere lediglich unterschiedliche Abschnitte oder Zonen einer zumindest näherungsweise rohrförmigen Strömungsführung.
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Insbesondere ist dabei eine Brennkammerzone 178 im Bereich der Brennkammer 106 vorgesehen, auf welche eine Zusatzreaktorzone 180 im Bereich des Zusatzreaktors 124 folgt. Darauf folgend ist eine durch die Wärmeübertragungselemente 176 gebildete Wärmeübertragungszone 182 vorgesehen, an welche sich schließlich eine durch die Homogenisierungsvorrichtung 138 gebildete Homogenisierungszone 184 anschließt.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn ferner eine Ventilvorrichtung 186 vorgesehen ist.
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Mittels der Ventilvorrichtung 186 kann insbesondere eine Durchströmung der Wärmeübertragungselemente 176 und/oder des Mantelraums 160 beeinflusst werden. Insbesondere kann mittels der Ventilvorrichtung 186 vorzugsweise variiert werden, welche Menge des durch die Gaszuführung 112 der Brennkammer 106 und/oder der Zusatzgasführung 166 zugeführten Gasstroms in der Wärmeübertragungszone 182 durch die Wärmeübertragungselemente 176 hindurchgeführt und somit stark erhitzt oder aber an den Wärmeübertragungselementen 176 vorbeigeführt wird. Hierdurch kann insbesondere die Temperatur des der Brennkammer 106 und/oder der Zusatzgasführung 166 zugeführten Gasstroms gezielt beeinflusst werden.
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Ferner kann hierdurch auch eine Temperaturabsenkung des aus dem Zusatzreaktor 124 ausströmenden Gasstroms gezielt beeinflusst werden, um letztlich die Temperatur des der Turbinenvorrichtung 118 zuzuführenden Turbinengasstroms steuern und/oder regeln zu können.
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Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 5 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 7 dargestellte Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 6 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, dass der Mantelraum 160 der Mantelstromvorrichtung 162 mittels eines Trennelements 188 teilweise oder über eine gesamte Länge des Zusatzreaktors 124 und/oder des Wärmeübertragers 130 hinweg in eine radial innen liegende Zusatzgasführung 166 und eine radial außen liegende Oxidatorzuführung 108 unterteilt ist.
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Mittels der Wärmeübertragungselemente 176 ist somit lediglich das über die Zusatzgasführung 166 dem Zusatzreaktor 124 zuzuführende Zusatzgas stark erhitzbar, während das über die Oxidatorzuführung 108 der Brennkammer 106 zuzuführende Gas an den Wärmeübertragungselementen 176 vorbeigeführt wird und allenfalls geringfügig erwärmt wird.
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Hierdurch kann insbesondere eine zu starke thermische Belastung der Brennkammer 106, beispielsweise des Brennerkopfs 172, vermieden werden.
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Im Übrigen stimmt die in 7 dargestellte Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 6 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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In 8 ist ein grundsätzlich anderes Design einer Gasturbinenvorrichtung 100 dargestellt.
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Die Gasturbinenvorrichtung 100 umfasst hierbei eine Brennkammer 106, welche längs einer Symmetrieachse 158 eines Gehäuses 150 ausgerichtet ist und in einen sich ebenfalls längs der Symmetrieachse 158 erstreckenden ersten Reaktorraumabschnitt 190 eines Reaktorraums 154 eines Zusatzreaktors 124 mündet.
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Der erste Reaktorraumabschnitt 190 ist insbesondere im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet.
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In einem Übergangsbereich zwischen der Brennkammer 106 und dem ersten Reaktorraumabschnitt 190 ist vorzugsweise eine Zusatzgasführung 166 angeordnet, welche insbesondere durch Durchtrittsöffnungen 164 in einem Endbereich der Brennkammerwandung 152 der Brennkammer 106 gebildet ist.
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Über die Zusatzgasführung 166 kann dem aus der Brennkammer 106 abgeführten Brennergasstrom insbesondere Zusatzgas, beispielsweise Oxidator oder Rohgas zugeführt werden, welches dann im ersten Reaktorraumabschnitt 190 mit dem Brennergasstrom vermischt wird.
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Der erste Reaktorraumabschnitt 190 weist einen sich erweiternden Abschnitt 192 auf, welcher insbesondere an einem der Brennkammer 106 gegenüberliegenden Ende des ersten Reaktorraumabschnitts 190 angeordnet ist.
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Der sich erweiternde Abschnitt 192 mündet insbesondere in eine Strömungsumlenkung 194.
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Der erste Reaktorraumabschnitt 190 ist von einem zweiten Reaktorraumabschnitt 196 mantelförmig umgeben und mittels der Strömungsumlenkung 194 mit dem zweiten Reaktorraumabschnitt 196 fluidwirksam verbunden.
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Der durch den ersten Reaktorraumabschnitt 190 hindurchgeführte Gasstrom wird somit an der Strömungsumlenkung 194 umgelenkt und über den zweiten Reaktorraumabschnitt 196 entgegen der Strömungsrichtung im ersten Reaktorraumabschnitt 190 zurück in Richtung der Brennkammer 106 geführt.
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An einem der Brennkammer 106 zugewandten Endbereich des zweiten Reaktorraumabschnitts 196 ist vorzugsweise eine Gasabführung 174 vorgesehen, mittels welcher das die beiden Reaktorraumabschnitte 190, 196 durchströmende Gas abführbar ist.
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Der zweite Reaktorraumabschnitt 196 und somit der gesamte Reaktorraum 154 ist von einem Mantelraum 160 mantelförmig umgeben.
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Der Mantelraum 160 ist insbesondere Bestandteil einer Mantelstromvorrichtung 162, welche entsprechend den vorstehenden Ausführungsformen insbesondere eine Gaszuführung 112 bildet oder Teil hiervon ist.
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Somit ist bei der in 8 dargestellten Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 der zweite Reaktorraumabschnitt 196 mit einem Gas, beispielsweise Oxidator oder Rohgas, umströmbar.
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Das Gas strömt dabei insbesondere von einem der Strömungsumlenkung 194 zugewandten Endbereich des Mantelraums 160 bis zu einem der Brennkammer 106 zugewandten Endbereich des Mantelraums 160 und wird dann durch die Durchtrittsöffnungen 164 in der Brennkammerwandung 152 hindurch dem ersten Reaktorraumabschnitt 190 des Reaktorraums 154 zugeführt.
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Der Gasstrom kann somit insbesondere mittels des durch den Reaktorraum 154 hindurchgeführten Gasstroms erwärmt werden.
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Somit ist in der Gasabführung 174 eine reduzierte Temperatur erhältlich, während insbesondere im ersten Reaktorraumabschnitt 190 mit Hinblick auf eine optimierte Umsetzung von Verunreinigungen eines Rohgasstroms eine erhöhte Temperatur erzielbar ist.
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Im Übrigen stimmt die in 8 dargestellte Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion wahlweise mit jeder einzelnen der vorstehend beschriebenen Gasturbinenvorrichtungen 100 überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in den 9 und 10 dargestellte alternative Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 8 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass ein Brennkammeraustritt 198 nicht längs der Symmetrieachse 158, sondern schräg oder windschief hierzu in den ersten Reaktorraumabschnitt 190 hineingerichtet ist.
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Wie insbesondere 10 zu entnehmen ist, führt dies zur Ausbildung einer Drallströmung innerhalb des ersten Reaktorraumabschnitts 190, welche sich auch im zweiten Reaktorraumabschnitt 196 weiter als Drallströmung ausbreitet.
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Hierdurch kann insbesondere eine höhere Verweildauer innerhalb des Reaktorraums 154 erzielt werden.
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Zudem kann bei der in den 9 und 10 dargestellten Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 eine Abscheidevorrichtung 144 vorgesehen sein.
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Die Abscheidevorrichtung 144 kann beispielsweise als Zyklon an einem der Strömungsumlenkung 194 abgewandten Ende des zweiten Reaktorabschnitts 196 ausgebildet sein und der Abscheidung von Partikeln aus dem durch den Reaktorraum 154 hindurchgeführten Gasstrom dienen.
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Über die Gasabführung 174 ist somit ein vorzugsweise weitestgehend von Partikeln befreiter Gasstrom aus dem Reaktorraum 154 des Zusatzreaktors 124 abführbar.
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Im Übrigen stimmt die in den 9 und 10 dargestellte Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 8 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 11 dargestellte weitere alternative Ausführungsform einer Gasturbinenvorrichtung 100 entspricht weitestgehend der in 1 dargestellten Ausführungsform, umfasst jedoch alternativ zu einer als Wärmeübertrager 130 ausgebildeten Kühlvorrichtung 129 eine als Zusatzmediumzuführung 133 ausgebildete Kühlvorrichtung 129. Ein Zusatzreaktor ist bei dieser Ausführungsform nicht vorgesehen, kann jedoch optional an unterschiedlichen Positionen ergänzt werden.
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Mittels der Zusatzmediumzuführung 133 ist insbesondere eine Flüssigkeit, beispielswiese Wasser, oder ein Gas, beispielsweise Frischluft oder Druckluft, zu dem Brennergasstrom und/oder dem Turbinengasstrom zuführbar, um diesen zu kühlen. Das Zusatzmedium ist somit insbesondere ein Kühlmedium. Insbesondere werden der Brennergasstrom und/oder der Turbinengasstrom mittels des zugeführten Zusatzmediums vorzugsweise um mindestens ungefähr 100 K, beispielsweise mindestens ungefähr 150 K, vorzugsweise mindestens ungefähr 200 K, abgekühlt, bevor der Brennergasstrom und/oder der Turbinengasstrom zu der Turbinenvorrichtung 118 weitergeleitet werden.
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Im Übrigen stimmt die in 11 dargestellte Ausführungsform der Gasturbinenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Dadurch, dass bei sämtlichen der beschriebenen Gasturbinenvorrichtungen 100 eine bestimmte Kombination aus Brennkammer 106, Turbinenvorrichtung 118 und Kühlvorrichtung 129 vorgesehen ist, ergibt sich vorzugsweise eine optimierte Betriebsweise der Gasturbinenvorrichtung 100, insbesondere dann, wenn diese zur Reinigung eines Rohgasstroms genutzt wird.
