DE112006001991B4 - Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine (11), welche in einem Kombikraftwerk (30, 40) eingesetzt ist, bei welchem Verfahren durch die Gasturbine (11) Luft angesaugt und verdichtet wird, die verdichtete Luft zur Verbrennung eines aus fossilem Brennstoff, Kohle, gewonnenen Syngases einer Brennkammer (18, 19) zugeführt wird, und die bei der Verbrennung entstehenden heißen Gase in einer nachfolgenden Turbine (16, 17) unter Verrichtung von Arbeit entspannt werden, wobei ein Teil der verdichteten Luft in Sauerstoff und Stickstoff zerlegt wird, und der Sauerstoff in einer Vergasungsanlage (34) zur Erzeugung des Syngases eingesetzt wird, und wobei ein Teil der verdichteten Luft zur Kühlung der von den heißen Gasen belasteten Teile der Gasturbine (11) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasturbine (11) mit Zwischenüberhitzung verwendet wird, welche zwei Brennkammern (18, 19) und zwei Turbinen (16, 17) umfasst, wobei in der ersten Brennkammer (18) Syngas unter Einsatz der verdichteten Luft verbrannt und die entstehenden heißen Gase in der ersten Turbine (16) entspannt werden, dass in der zweiten Brennkammer Syngas unter Einsatz der aus der ersten Turbine (16) kommenden Gase verbrannt und die entstehenden heißen Gase in der zweiten Turbine (17) entspannt werden, dass 80 bis 100% des bei der Luftzerlegung entstehenden Stickstoffs zur Verdünnung des in der zweiten Brennkammer (19) verbrannten Syngases verwendet werden, dass der bei der Luftzerlegung entstehende Stickstoff direkt in die zweite Brennkammer (19) eingedüst wird und dass der verbleibende Teil des bei der Luftzerlegung entstehenden Stickstoffs zur Verdünnung des in der ersten Brennkammer (18) verbrannten Syngases verwendet wird, die zur ersten Brennkammer (18 und zur zweiten Brennkammer (19) geführten Massenströme (m1) und (m2) jeweils 40 bis 60% des Syngases und 0 bis 20% des Stickstoffs (Massenstrom m1)bzw. 60 bis 40% des Syngases und 100 bis 80% des Stickstoffs (Massenstrom m2) haben.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer (stationären) Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es ist eine Gasturbine mit Zwischenüberhitzung (reheat gas turbine) bekannt (siehe z.B. die US 5 577 378 A oder „State-of-the-art gas turbines - a brief update“, ABB Review 02/1997, 15, Turbinentyp GT26), die einen flexiblen Betrieb mit sehr niedrigen Abgasemissionswerten kombiniert.
  • Aus der US 5 406 786 A ist eine einstufige Gasturbine bekannt, die mit Syngas aus einer Kohlevergasungsanlage betrieben wird. Die Kohlevergasungsanlage wird mit Druckluft, die aus dem Niederdruckkompressor der Gasturbine abgezweigt wurde, betrieben.
  • In dem Buch „Stationäre Gasturbine“ von Christof Lechner und Jörg Seume (Herausgeber) wird die zweistufige Gasturbinenfamilie GT 24/GT 26 von Alstom Power erwähnt und kurz erläutert.
  • Die US 5 577 378 A beschreibt eine zweistufige Gasturbine mit einem Kompressor und zwei Turbinen. Zwischen dem Kompressor und der Hochdruckturbine ist eine erste Brennkammer angeordnet. Unmittelbar im Anschluss an die Hochdruckturbine befindet sich eine brennerlose zweite Brennkammer. In diese brennerlose Brennkammer strömt das teilweise expandierte Rauchgas aus der Hochdruckturbine. In der zweiten Brennkammer wird Kraftstoff in flüssiger Form eingedüst. Dadurch wird das Rauchgas zwischenüberhitzt und anschließend in einer zweiten Turbine entspannt.
  • Aus der JP H11 30 131 A ist ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine bekannt, welche in einem Kombikraftwerk eingesetzt wird. Ein Teil der in einem Verdichter der Gasturbine verdichteten Luft wird in seine Bestandteile Sauerstoff und Stickstoff zerlegt. Der Sauerstoff wird in einer Kohlevergasungsanlage zur Erzeugung von Synthesegase eingesetzt.
  • Aus der DE 195 08 018 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer zweistufigen Gasturbine Gasturbine bekannt. In einem Abhitzedampferzeuger wird die in den Abgasen der zweiten Gasturbine enthaltene Energie eingesetzt, um Sattdampf und überhitzten Dampf zu erzeugen. erzeugt. Der überhitzte Dampf wird in eine der zweiten Turbine vorgeschalteten Brennkammer eingeblasen. Der Sattdampf wird in einem Wärmetauscher zur Kühlung der Lauft aus dem Verdichter eingesetzt und anschließend in eine der ersten Turbine vorgeschalteten Brennkammer eingeblasen. Das Einblasen des Dampfes führt zu einer erheblichen Leistungssteigerung und Erhöhung des Wirkungsgrads der Gasturbine.
  • Das Prinzip der bekannten Gasturbine mit Zwischenüberhitzung ist in 1 wiedergegeben. Die Gasturbine 11, die Teil eines Kombikraftwerkes 10 ist, umfasst auf einer gemeinsamen Welle 15 angeordnet zwei hintereinander geschaltete Verdichter, nämlich einen Niederdruckverdichter 13 und einen Hochdruckverdichter 14, sowie zwei Brennkammern, nämlich eine Hochdruckbrennkammer 18 und eine Zwischenüberhitzungsbrennkammerl 9, und zugehörige Turbinen, nämlich eine Hochdruckturbine 16 und eine Niederdruckturbine 17. Die Welle 15 treibt einen Generator 12 an.
  • Die Arbeitsweise der Anlage ist die folgende: Luft wird über einen Lufteinlass 20 vom Niederdruckverdichter 13 angesaugt und zunächst auf ein Zwischendruckniveau (ca. 20 bar) verdichtet. Der Hochdruckverdichter 14 verdichtet die Luft dann weiter auf ein Hochdruckniveau (ca. 32 bar). Kühlluft wird sowohl auf dem Zwischendruckniveau als auch auf dem Hochdruckniveau abgezweigt und in zugehörigen OTC-Kühlern (OTC = Once Through Cooler) 23 und 24 abgekühlt und über Kühlleitungen 25 und 26 zur Kühlung an die Brennkammern 18, 19 und Turbinen 16, 17 weitergeleitet. Die verbleibende Luft aus dem Hochdruckverdichter 14 wird zur Hochdruckbrennkammer 18 geführt und dort durch Verbrennung eines über die Brennstoffzufuhr 21 zugeführten Brennstoffs aufgeheizt. Das entstehende Abgas wird dann in der nachfolgenden Hochdruckturbine 16 unter Arbeitsleistung auf ein mittleres Druckniveau entspannt. Nach der Entspannung wird das Abgas in der Zwischenüberhitzungsbrennkammer 19 durch Verbrennung eines über die Brennstoffzufuhr 22 zugeführten Brennstoffs wieder erhitzt, bevor es in der nachfolgenden Niederdruckturbine 17 unter weiterer Arbeitsleistung entspannt wird.
  • Die durch die Kühlleitungen 25, 26 strömende Kühlluft wird an geeigneten Stellen der Brennkammern 18, 19 und Turbinen 16, 17 eingedüst, um die Materialtemperaturen auf ein vertretbares Maß zu begrenzen. Das aus der Niederdruckturbine 17 kommende Abgas wird durch einen Abhitzedampferzeuger 27 (HRSG = Heat Recovery Steam Generator) geschickt, um Dampf zu erzeugen, der innerhalb eines Wasser-Dampf-Kreislaufs durch eine Dampfturbine 29 strömt und dort weitere Arbeit leistet. Nach dem Durchströmen des Abhitzedampferzeugers 27 wird das Abgas schließlich durch eine Abgasleitung 28 nach außen abgegeben. Die OTC-Kühler 23, 24 sind Teil des Wasser-Dampf-Kreislaufs; an ihren Ausgängen wird überhitzter Dampf erzeugt.
  • Durch die beiden voneinander unabhängigen, aufeinanderfolgenden Verbrennungen in den Brennkammern 18 und 19 wird eine große Flexibilität im Betrieb erreicht; die Brennkammertemperaturen können so eingestellt werden, dass innerhalb der bestehenden Grenzen der maximale Wirkungsgrad erreicht wird. Die niedrigen Abgaswerte des sequentiellen Verbrennungssystems sind durch die inhärent niedrigen Emissionswerte gegeben, die bei der Zwischenüberhitzung erreichbar sind.
  • Es sind andererseits Kombikraftwerke mit einstufiger Verbrennung in den Gasturbinen bekannt (siehe z.B. die US 4 785 622 A oder US 6 513 317 B2 in denen eine Kohlevergasungsanlage integriert ist, um den für die Gasturbine benötigten Brennstoff in Form von aus Kohle gewonnenem Syngas bereitzustellen. Solche Kombikraftwerke werden als IGCC-Anlagen (IGCC = Integrated Gasification Combined Cycle) bezeichnet.
  • Aus der JP 2002 - 221 047 A ist eine Gasturbine bekannt, bei der Das Gas durch eiunen Kompressor verdichtet wird und zusammen mit der verdichteten Verbrennungsluft dem Brenn zugeführt wird. Der Kompressor für das Gas umfasst eine Einrichtung zum Einsprühen von Wasser auf.
  • Aus der JP 2000 - 345 856 A ist eine Gasturbine bekannt, die mit Öl und Gas betrieben werden kann. In bestimmten Lastbereichen wird der Verbrennungsluft Stickstoff zugegeben, um eine vollständige Verbrennung des Gases zu erreichen.
  • Die vorliegende Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, dass durch den Einsatz von Gasturbinen mit Zwischenüberhitzung in einer IGCC-Anlage die Vorteile dieses Gasturbinentyps für die Anlage in besonderer Weise nutzbar gemacht werden können.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer mit einer Vergasungsanlage für fossile Brennstoffe, insbesondere Kohle, zusammenarbeitenden Gasturbine anzugeben, welches sich durch einen verbesserten Wirkungsgrad auszeichnet und sich mit vorhandenen Komponenten besonders günstig realisieren lässt, sowie eine Gasturbine zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Wesentlich ist, dass in einer mit Syngas arbeitenden Gasturbinenanlage eine Gasturbine mit Zwischenüberhitzung verwendet wird, welche zwei Brennkammern und zwei Turbinen umfasst, wobei in der ersten Brennkammer Syngas unter Einsatz der verdichteten Luft verbrannt und die entstehenden heißen Gase in der ersten Turbine entspannt werden, und wobei in der zweiten Brennkammer Syngas unter Einsatz der aus der ersten Turbine kommenden Abgase verbrannt und die entstehenden heißen Gase in der zweiten Turbine entspannt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des bei der Luftzerlegung entstehenden Stickstoffs zur Verdünnung des in der zweiten Brennkammer verbrannten Syngases verwendet wird, wobei 80-100% des bei der Luftzerlegung entstehenden Stickstoffs zur Verdünnung des in der zweiten Brennkammer verbrannten Syngases verwendet werden.
  • Der bei der Luftzerlegung entstehende Stickstoff wird dabei direkt, d.h. ohne weitere Verdichtung, in die zweite Brennkammer eingedüst.
  • Der verbleibende Teil des bei der Luftzerlegung entstehenden Stickstoffs wird zur Verdünnung des in der ersten Brennkammer verbrannten Syngases verwendet, wobei insbesondere der für die erste Brennkammer vorgesehene Stickstoff vor dem Eindüsen in die Brennkammer zunächst in einem Verdichter auf einen höheren Druck verdichtet wird.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Teil des in der Vergasungsanlage erzeugten Syngases ohne weitere Verdichtung in die zweite Brennkammer eingedüst.
  • Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Teil des in der Vergasungsanlage erzeugten Syngases zunächst in einem Verdichter auf einen höheren Druck verdichtet und dann in die erste Brennkammer eingedüst wird.
  • Vorzugsweise werden das Syngas und der zur Verdünnung vorgesehene Stickstoff in konzentrischer Anordnung in die Brennkammern eingedüst, wobei der Stickstoffstrahl den Syngasstrahl mantelförmig umschließt, und die Eindüsung senkrecht zur Richtung der in die Brennkammern einströmenden verdichteten Luft bzw. Abluft aus der ersten Turbine erfolgt.
  • Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gasturbine ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Stickstoffleitung zwischen dem Ausgang der Luftzerlegungsanlage und der ersten Brennkammer ein Verdichter zur Verdichtung des Stickstoffs angeordnet ist.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist in der Syngaszuleitung zwischen dem Ausgang der Anlage zur Erzeugung von Syngas und der ersten Brennkammer ein Verdichter zur Verdichtung des Syngases angeordnet ist.
  • Bevorzugt sind in der ersten und/oder zweiten Brennkammer dabei Brennstoffdüsen vorgesehen, durch welche in konzentrischer Anordnung innen das Syngas und mantelförmig umgebend außen der Stickstoff quer zur Strömungsrichtung der verdichteten Luft bzw. der Abluft aus der ersten Turbine in die Brennkammer einströmt.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
    • 1 das vereinfachte Schema eines Kombikraftwerks mit einer Gasturbine mitZwischenüberhitzung bzw. sequentieller Verbrennung nach dem Stand der Technik;
    • 2 das vereinfachte Schema einer IGCC-Anlage mit einer Gasturbine mit Zwischenüberhitzung bzw. sequentieller Verbrennung, wie sie zur Verwirklichung der Erfindung geeignet ist;
    • 3 ein Diagramm der NOx-Emission in Abhängigkeit von der Stickstoffverdünnung (SD) des Brennstoffs für eine Gasturbine mit (Kurve C) und ohne (Kurve A) Zwischenüberhitzung;
    • 4 ein Diagramm des zulässigen Bereiches der Flammentemperatur in Abhängigkeit von der Brennstoffreaktivität (FR) für eine Gasturbine ohne (Kurve F) und mit (Kurve D) Zwischenüberhitzungbzw. sequentieller Verbrennung;
    • 5 ein stark vereinfachtes Schema des Zusammenwirkens einer Gasturbine mit Zwischenüberhitzung mit einer Luftzerlegungs- und Syngaserzeugungsanlage unter Bezugnahme auf die erforderlichen Druckniveaus;
    • 6 eine diagrammatische Darstellung der Aufteilung der Massenströme von Syngas und verdünnendem Stickstoff auf die beiden Brennkammern der Gasturbine mit Zwischenüberhitzung; und
    • 7 eine vereinfachte Darstellung der im Rahmen der Erfindung bevorzugten Eindüsungskonfiguration für das Syngas und den Stickstoff.
  • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In der 2 ist in einem stark vereinfachten Schema eine IGCC-Anlage mit einer Gasturbine mit Zwischenüberhitzung bzw. sequentieller Verbrennung gezeigt, wie sie im Rahmen der Erfindung beispielhaft ausgebildet sein kann. Das Kombikraftwerk 30 umfasst eine Gasturbine 11 mit einem Niederdruckverdichter 13, einem nachfolgenden Hochdruckverdichter 14, einer Hochdruckbrennkammer 18 mit einer nachfolgenden Hochdruckturbine 16 und einer Zwischenüberhitzungsbrennkammer 19 mit einer nachfolgenden Niederdruckturbine 17. Die Verdichter 13, 14 und die Turbinen 16, 17 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 15, von der ein Generator 12 angetrieben wird. Die Brennkammern 18 und 19 werden über eine Syngaszuleitung 31 mit Syngas (H2, CO) als Brennstoff versorgt, welches durch Vergasung von Kohle (Kohlezufuhr 33) in einer Kohlevergasungsanlage 34 erzeugt wird (es können auch andere fossile Brennstoffe vergast werden). Der Kohlevergasungsanlage 34 ist eine Kühlvorrichtung 35 für das Syngas, eine Reinigungsanlage 36 und ein C02- Abscheider 37 mit einem C02-Ausgang 38 zur Abgabe des abgeschiedenen C02 nachgeschaltet.
  • Zur Kohlevergasung in der Kohlevergasungsanlage 34 wird Sauerstoff (02) verwendet, welcher in einer Luftzerlegungsanlage 32 gewonnen und über eine Sauerstoffleitung 32a zugeführt wird. Die Luftzerlegungsanlage 32 erhält verdichtete Luft vom Ausgang des Niederdruckverdichters 13. Der bei der Zerlegung ebenfalls entstehende Stickstoff (N2) wird über eine Stickstoffleitung 32b zu unterschiedlichen Teilen der Hochdruckbrennkammer 18 und der Niederdruckbrennkammer 19 zugeführt (siehe auch das Diagramm in 6).
  • Zur Kühlung der vom Heissgas belasteten Komponenten der Brennkammern 18, 19 und Turbinen 16, 17 wird verdichtete Kühlluft an den Ausgängen der beiden Verdichter 13 und 14 abgezapft, in einem nachgeschalteten OTC-Kühler 23 bzw. 24 abgekühlt, und dann über entsprechende Kühlleitungen 25 und 26 den zu kühlenden Stellen zugeführt.
  • Am Ausgang der Niederdruckturbine 17 ist ein Abhitzedampferzeuger 27 angeordnet, der zusammen mit einer angeschlossenen Dampfturbine 29 Teil eines Wasser-Dampf-Kreislaufs ist. Das aus dem Abhitzedampferzeuger 27 austretende Abgas wird über eine Abgasleitung 28 nach außen abgegeben.
  • Die hauptsächlichen technischen Herausforderungen bei der Verbrennung von Syngas in der Brennkammer einer Gasturbine sind:
    • das Minimieren der Anforderungen an Gasdrücken oberhalb der bei der Vergasung und Luftzerlegung vorhandenen Gasdrücke, das Erreichen niedriger Emissionswerte,
    • ein ausreichender Abstand zu den Grenzen von Flammenrückschlägen und Pulsationen, und die Aufrechterhaltung der Flexibilität im Betrieb bei Änderungen in der Qualität des Kohlegases, sowie die Möglichkeit der Unterstützung mit anderen Brennstoffen (Erdgas oder Öl).
  • Diese Herausforderungen können bei IGCC-Anlagen von der Konzeption her aus folgenden Gründen besonders gut durch eine Gasturbine mit Zwischenüberhitzung bewältigt werden:
    1. 1. Der bei der Zwischenüberhitzung inhärente Vorteil bezüglich NOx kann auch auf das Syngas übertragen werden, wenn die Verbrennungstemperaturen in den beiden Brennkammern optimal ausgewählt werden. Wie aus 3 ersichtlich ist, lässt sich - ausgehend von der NOx-Kurve A für einstufige Verbrennung - durch Reduzierung der Verbrennungstemperatur in der ersten Brennkammer bei zweistufiger Verbrennung (Kurve B) in Abhängigkeit von der Verdünnung des Syngases SD mit Stickstoff eine erhebliche Reduzierung E1 der NOx-Emission erreichen, die sich dann mit der höheren Emission in der zweiten Stufe (E2) zu einer Gesamtemission bei zweistufiger Verbrennung addiert (Kurve C), die gegenüber der einstufigen Verbrennung immer noch um die erhebliche Differenz E3 reduziert ist.
    2. 2. Die Stabilität der Verbrennung und die Flexibilität beim Betrieb der Gasturbine mit Zwischenüberhitzung sind grösser als bei einer vergleichbaren Gasturbine mit einstufiger Verbrennung. Die Betriebsgrenzen werden gemäß 4 typischerweise durch die Flammenauslöschung (Grenzgebiet L2) und den Flammenrückschlag und/oder Emissionsniveaus (Grenzgebiet L1) in Abhängigkeit von der Brennstoffreaktivität FR für eine vorgegebene Flammentemperatur (TF) gegeben, was zu einem erlaubten Bereich von Brennstoffqualitäten und Brennstoffreaktivitäten führt. In der Gasturbine mit einstufiger Verbrennung (Kurve F in 4) werden die Grenzen auf beiden Seiten schnell erreicht. In der Gasturbine mit Zwischenüberhitzung (Kurve D in 4) ist diese Betriebsgrenze deutlich erhöht, weil zwei Verbrennungssysteme den Betrieb bei zwei unabhängigen Flammentemperaturen ermöglichen, z.B. mit einer niedrigeren Temperatur in der ersten Stufe und einer höheren Temperatur in der zweiten Stufe, mit geringen Nachteilen bezüglich des NOx.
    3. 3. Die Anforderungen für den Gasdruck können minimiert werden, wenn der größte Anteil des verdünnenden Stickstoffs (N2) in das zweite Verbrennungssystem (Brennkammer 19) injiziert wird, das typischerweise mit Drücken zwischen 15 und 20 bar arbeitet. Die optimale Auswahl von Vergasungsanlage, Luftzerlegungsanlage und Gasturbine hängt von der Auswahl der verschiedenen Technologien ab. Eine Konfiguration, die sich durch minimierte Gasverdichtung und damit minimierten Leistungsverlust auszeichnet, ist in den 5 und 6 schematisch dargestellt. Sie nutzt die inhärenten Vorteile der sequentiellen Verbrennung. Gemäß 5 wird der bei der Zerlegung der Luft 39 in der Luftzerlegungsanlage 32 Stickstoff über die Stickstoffleitung 32b einerseits direkt (ohne zusätzliche Verdichtung durch einen Verdichter VI) zur zweiten Brennkammer der Gasturbine 11 geleitet, während der zur ersten Brennkammer geführte Stickstoff im Verdichter V2 verdichtet wird. Entsprechend wird das aus Kohle 40 in der Kohlevergasungsanlage 34 erzeugte und in der Reinigungsanlage 36 gereinigte Syngas über die Syngaszuleitung 31 einerseits direkt (ohne zusätzliche Verdichtung durch einen Verdichter V3) zur zweiten Brennkammer geleitet, während dasr zur ersten Brennkammer geführte Syngas im Verdichter V4 verdichtet wird. Die Einsparung der beiden Verdichter V1 und V3 ist durch das Ausstreichen in 5 symbolisiert.
  • Gemäß 6 ergibt sich ein optimierter Betrieb der Anlage, wenn die zur ersten Brennkammer 18 und zur zweiten Brennkammer 19 geführten Massenströme m1 und m2 gemäß der Tabelle aus 6 jeweils 40-60% des Syngases und 0-20% des Stickstoffs (Massenstrom m1) bzw. 60-40% des Syngases und 100-80% des Stickstoffs (Massenstrom m2) haben. Das hat den zusätzlichen Vorteil einer verbesserten Verbrennungsstabilität und Mischungsqualität im Mischer der zweitenVerbrennungsstufe.
  • Eine typische Düsenkonfiguration für die Eindüsung des Syngases (H2, CO) und Stickstoffs (N2) ist in 7 vereinfacht dargestellt: Die beiden Gase werden mittels einer Brennstoffdüse 42 konzentrisch eingedüst, wobei das Syngas durch eine Zentraldüse 44 einströmt, während der Stickstoff durch eine die Zentraldüse 44 konzentrisch umgebende Ringdüse 43 eingedüst wird. Die Brennstoffdüse 42 ist dabei senkrecht zur Richtung der in die Brennkammer einströmenden verdichteten Luft bzw. des Abgases aus der ersten Turbine orientiert. Durch die mantelförmige Umhüllung des Syngasstrahls mit Stickstoff wird das Syngas abgeschirmt und gekühlt und so die spontane Zündung durch die heiße verdichtete Luft bzw. das Abgas deutlich verzögert.
  • Bezugszeichenliste
    • 10,30,40
    Kombikraftwerk
    11
    Gasturbine
    12
    Generator
    13
    Niederdruckverdichter
    14
    Hochdruckverdichter
    15
    Welle (Gasturbine)
    16
    Hochdruckturbine
    17
    Niederdruckturbine
    18
    Hochdruckbrennkammer
    19
    Zwischenüberhitzungsbrennkammer
    20
    Lufteinlass
    21,22
    Brennstoffzufuhr
    23,24
    OTC-Kühler
    25,26
    Kühlleitung
    27
    Abhitzedampferzeuger
    28
    Abgasleitung
    29
    Dampfturbine (Dampfkreislauf)
    31
    Syngaszuleitung
    32
    Luftzerlegungsanlage
    32a
    Sauerstoffleitung
    32b
    Stickstoffleitung
    33
    Kohlezufuhr
    34
    Kohlevergasungsanlage
    35
    Kühlvorrichtung
    36
    Reinigungsanlage
    38
    C02-Ausgang
    39
    Luft
    40
    Kohle
    41
    verdichtete Luft
    42
    Brennstoffdüse
    43
    Ringdüse
    44
    Zentraldüse
    A,B,C,D,F
    Kurve
    E1,E2,E3
    Emissionsdifferenz (NOx)
    FR
    Brennstoffreaktivität
    L1,L2
    Grenzgebiet
    m1,m2
    Massenstrom
    SD
    Syngasverdünnung
    TF1
    Flammentemperatur (1. Brennkammer)
    V1,..,V4
    Verdichter

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine (11), welche in einem Kombikraftwerk (30, 40) eingesetzt ist, bei welchem Verfahren durch die Gasturbine (11) Luft angesaugt und verdichtet wird, die verdichtete Luft zur Verbrennung eines aus fossilem Brennstoff, Kohle, gewonnenen Syngases einer Brennkammer (18, 19) zugeführt wird, und die bei der Verbrennung entstehenden heißen Gase in einer nachfolgenden Turbine (16, 17) unter Verrichtung von Arbeit entspannt werden, wobei ein Teil der verdichteten Luft in Sauerstoff und Stickstoff zerlegt wird, und der Sauerstoff in einer Vergasungsanlage (34) zur Erzeugung des Syngases eingesetzt wird, und wobei ein Teil der verdichteten Luft zur Kühlung der von den heißen Gasen belasteten Teile der Gasturbine (11) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasturbine (11) mit Zwischenüberhitzung verwendet wird, welche zwei Brennkammern (18, 19) und zwei Turbinen (16, 17) umfasst, wobei in der ersten Brennkammer (18) Syngas unter Einsatz der verdichteten Luft verbrannt und die entstehenden heißen Gase in der ersten Turbine (16) entspannt werden, dass in der zweiten Brennkammer Syngas unter Einsatz der aus der ersten Turbine (16) kommenden Gase verbrannt und die entstehenden heißen Gase in der zweiten Turbine (17) entspannt werden, dass 80 bis 100% des bei der Luftzerlegung entstehenden Stickstoffs zur Verdünnung des in der zweiten Brennkammer (19) verbrannten Syngases verwendet werden, dass der bei der Luftzerlegung entstehende Stickstoff direkt in die zweite Brennkammer (19) eingedüst wird und dass der verbleibende Teil des bei der Luftzerlegung entstehenden Stickstoffs zur Verdünnung des in der ersten Brennkammer (18) verbrannten Syngases verwendet wird, die zur ersten Brennkammer (18 und zur zweiten Brennkammer (19) geführten Massenströme (m1) und (m2) jeweils 40 bis 60% des Syngases und 0 bis 20% des Stickstoffs (Massenstrom m1)bzw. 60 bis 40% des Syngases und 100 bis 80% des Stickstoffs (Massenstrom m2) haben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der für die erste Brennkammer (18) vorgesehene Stickstoff vor dem Eindüsen in die Brennkammer zunächst in einem Verdichter (V2) auf einen höheren Druck verdichtet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in der Vergasungsanlage (34) erzeugten Syngases ohne weitere Verdichtung in die zweite Brennkammer (19) eingedüst wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in der Vergasungsanlage (34) erzeugten Syngases zunächst in einem Verdichter (V4) auf einen höheren Druck verdichtet und dann in die erste Brennkammer (18) eingedüst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Syngas und der zur Verdünnung vorgesehene Stickstoff in konzentrischer Anordnung in die Brennkammern (18, 19) eingedüst wird, wobei der Stickstoffstrahl den Syngasstrahl mantelförmig umschließt, und dass die Eindüsung senkrecht zur Richtung der in die Brennkammern (18, 19) einströmenden verdichteten Luft bzw. Abluft aus der ersten Turbine (16) erfolgt.
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