DE112009001835T5

DE112009001835T5 - System und Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinenantriebs mit einem alternativen Arbeitsfluid

Info

Publication number: DE112009001835T5
Application number: DE112009001835T
Authority: DE
Inventors: Matthew Timothy Ohio Franer; Randy Lee Ohio Lewis; David Allen Wy. Bell; Morris Dee Wy. Argyle; Brian Francis Wy. Towler; John Frederick Wy. Ackermann
Original assignee: General Electric Co; University of Wyoming
Current assignee: General Electric Co; University of Wyoming
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-07-21
Also published as: JP2011530034A; GB201101287D0; GB2474398A; CA2732125A1; WO2010014324A2; WO2010014324A3; US20100024378A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Turbinenantriebssystem, wobei das Verfahren aufweist: Zuführen einer Sauerstoffströmung zu einer Brennkammer, die in dem Turbinenantriebssystem definiert ist; Zuführen einer Strömung eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs zu der Brennkammer; und Zuführen eines Arbeitsfluids zu einem Einlass des Turbinenantriebssystems, wobei das Arbeitsfluid im Wesentlichen stickstofffrei ist und wobei das Turbinenantriebssystem mit dem resultierenden Brennstoff-Sauerstoff-Arbeitsfluid-Gemisch betrieben werden kann.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Gasturbinenantriebe und insbesondere Gasturbinenantriebssysteme, die mit einem alternativen Arbeitsfluid arbeiten.
Gasturbinenantriebe erzeugen mechanische Energie mit einem Arbeitsfluid, das den Antrieben zugeführt wird. Insbesondere ist in bekannten Gasturbinenantrieben das Arbeitsfluid Luft, die komprimiert und gemeinsam mit einem Brennstoff und Sauerstoff einer Brennkammer zugeführt wird, in der das Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet wird. Während das Brennstoff-Luft-Gemisch verbrennt, wird seine Energie als Wärme in das Arbeitsfluid abgegeben. Der Temperaturanstieg bewirkt eine entsprechende Erhöhung des Drucks des Arbeitsfluids, und nach der Verbrennung expandiert das Arbeitsfluid, während es aus der Brennkammer stromabwärts zu wenigstens einer Turbine hin ausgegeben wird. Wenn das Arbeitsfluid an jeder Turbine vorbeiströmt, wird die Turbine gedreht, und sie wandelt die Wärmeenergie in mechanische Energie in Form von Schub oder Wellenleistung um.
Weltweite Probleme mit Luftverschmutzung haben zu strengeren Emissionsstandards sowohl im Inland als auch international geführt. Schadstoffemissionen aus wenigstens einigen Gasturbinen unterliegen Normen der US-Umweltschutzbehörde (EPA, Environmental Protection Agency), die die Emission von Stickoxiden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) regeln. Allgemein werden Antriebsemissionen in zwei Klassen eingeteilt: diejenigen, die aufgrund hoher Flammentemperaturen gebildet werden (NOx), und diejenigen, die aufgrund niedriger Flammentemperaturen gebildet werden, die kein Fortschreiten der Brennstoff-Luft-Reaktion bis zur Vollendung ermöglichen (HC & CO).
Als ein Arbeitsfluid wird Luft verwendet, da sie leicht verfügbar, frei ist und voraussagbare Kompressibilitäts-, Wärmekapazitäts- und Reaktivitäts(Sauerstoffgehalts)-Eigenschaften aufweist. Aufgrund des hohen Anteils von Stickstoff in der Luft kann jedoch während des Verbrennungsprozesses Stickoxid (NOx) erzeugt werden. Außerdem kann sich in dem Brennstoff enthaltener Kohlenstoff mit in der Luft enthaltenem Sauerstoff verbinden, um Kohlenmonoxid (CO) und/oder Kohlendioxid (CO₂) zu bilden.
Um eine Reduktion von NOx-Emissionen zu fördern, arbeiten wenigstens einige bekannte Gasturbinenantriebe mit reduzierten Verbrennungstemperaturen und/oder einer Einrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR, Selective Catalytic Reduction). Jedoch mindert ein Betrieb bei reduzierten Verbrennungstemperaturen den Gesamtwirkungsgrad des Gasturbinenantriebs. Außerdem können die Kosten der Einrichtung und/oder die Kosten der Entsorgung des NOx jegliche Vorteile, die durch die Verwendung bekannter SCR-Einrichtung erzielt werden, überwiegen. In ähnlicher Weise leiten wenigstens einige bekannte Gasturbinenantriebe, um eine Reduktion von CO- und CO₂-Emissionen zu unterstützen, Turbinenabgas durch eine Gasabscheideeinheit, um CO₂ von N₂, der Hauptkomponente, wenn Luft als das Arbeitsfluid verwendet wird, abzutrennen, und wenigstens einen Sequestrierungsverdichter. Erneut werden jedoch die Vorteile, die durch die Verwendung einer derartigen Einrichtung erzielt werden, durch die Kosten der Einrichtung überwogen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Turbinenantriebssystems geschaffen. Das Verfahren weist das Zuführen einer Sauerstoffströmung zu einer Brennkammer, die in dem Turbinenantriebssystem definiert ist, Zuführen einer Strömung eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs zu der Brennkammer und Zuführen eines Arbeitsfluids zu einem Einlass des Turbinenantriebssystems, wobei das Arbeitsfluid im Wesentlichen stickstofffrei ist und wobei das Turbinenantriebssystem mit dem resultierenden Brennstoff-Sauerstoff-Arbeitsfluid-Gemisch betreibbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Gasturbinenantriebssystem geschaffen. Das Gasturbinenantriebssystem enthält einen Gasturbinenantrieb und ein Abgaskonditionierungssystem. Der Gasturbinenantrieb enthält wenigstens eine Brennkammer und wenigstens eine Turbine stromabwärts von der Brennkammer. Die Brennkammer ist mit einer Quelle eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs und mit einer Sauerstoffquelle strömungsmäßig verbunden. Der Gasturbinenantrieb lässt sich mit einem Arbeitsfluid betreiben, das im Wesentlichen stickstofffrei ist. Das Abgaskonditionierungssystem ist zwischen einem Auslass des Gasturbinenantriebs und einem Einlass des Gasturbinenantriebs eingekoppelt.
In einem weiteren Aspekt ist ein Antrieb geschaffen. Der Antrieb enthält einen Einlass, eine Brennkammer und einen Antriebsauslass. Die Brennkammer ist in Strömungsverbindung zwischen dem Antriebseinlass und dem Antriebsauslass angeschlossen. Die Brennkammer ist mit einer Quelle eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs und mit einer Sauerstoffquelle verbunden. Der Einlass steht in Strömungsverbindung mit dem Auslass, um eine Quelle im Wesentlichen stickstofffreien Arbeitsfluids, das aus dem Auslass ausgegeben wird, zu empfangen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften Gasturbinenantriebs.
2 zeigt eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften Turbinenantriebsystems, das den in 1 veranschaulichten Gasturbinenantrieb enthalten kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften Gasturbinenantriebs 10. In der beispielhaften Ausführungsform enthält der Antrieb 10 einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 18 stromabwärts von dem Niederdruckverdichter 14, eine Brennkammeranordnung 22 stromabwärts von dem Hochdruckverdichter 18, eine Hochdruckturbine 26 stromabwärts von der Brennkammeranordnung 22 und eine Niederdruckturbine 30 stromabwärts von der Hochdruckturbine 26. Außerdem sind in der beispielhaften Ausführungsform die Verdichter 14 und 18, die Brennkammeranordnung 22 und die Turbinen 26 und 30 in serieller Strömungsverbindung miteinander gekoppelt.
In der beispielhaften Ausführungsform rotieren die drehbaren Komponenten des Gasturbinenantriebs 10 um eine mit 34 angezeigte Längsachse. Eine typische Konfiguration für Antriebe dieser Art ist eine Anordnung mit zwei konzentrischen Wellen, in der die Niederdruckturbine 30 mit dem Niederdruckverdichter 14 über eine erste Welle 38 antriebsmäßig verbunden ist und die Hochdruckturbine 26 mit dem Hochdruckverdichter 18 über eine zweite Welle 42 antriebsmäßig verbunden ist, die im Inneren der Welle 38 und in Bezug auf diese konzentrisch angeordnet ist. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Niederdruckturbine 30 unmittelbar mit dem Niederdruckverdichter 14 und mit einer Last 46 verbunden. Zum Beispiel wird der Antrieb 10 in einer Ausführungsform durch die General Electric Company aus Evendale, Ohio, unter der Bezeichnung LM6000 hergestellt. Obwohl die vorliegende Erfindung beschrieben ist, wie sie bei einem Gasturbinenantrieb 10 verwendet wird, ist es zu verstehen, dass sie auch bei Schiffsgasturbinentriebwerken und industriellen Gasturbinenanlagen anderer Konfigurationen verwendet werden kann, wie beispielsweise einer, die eine gesonderte Leistungsturbine stromabwärts von der Niederdruckturbine 30 enthält, die mit einer Last verbunden ist (z. B. einer LM1600, die von der General Electric Company hergestellt wird), oder mit einer Einzel-Verdichter-Turbinen-Anordnung (z. B. der LM2500, die von der General Electric Company hergestellt wird) sowie mit Gasturbinenflugtriebwerken und/oder mit Hochleistungs-Gasturbinen, die geeignet modifiziert werden.
Während des Betriebs tritt Luft durch einen Einlass ein, und sie wird zu dem Hochdruckverdichter 14 hin und anschließend zu dem Niederdruckverdichter 18 geleitet. Komprimierte Luft wird zu der Brennkammer 22 geliefert, in der die Luft Wenigstens mit dem Brennstoff vermischt und gezündet wird. Aus der Brennkammer 18 ausgegebene Luftströmung treibt die Hochdruckturbine 26 und die Niederdruckturbine 30 an, bevor sie aus dem Gasturbinenantrieb 10 austritt.
2 zeigt eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften Turbinenantriebssystems 100, das mit dem (in 1 veranschaulichten) Gasturbinenantrieb 10 verwendet werden kann. Alternativ kann das System 100 mit einer landgestützen Turbine und/oder einer Flugzeugturbine, einer Einzel-Brennstoff oder Dual-Brennstoff befeuerten Turbine und/oder einer beliebigen Turbine verwendet werden, die modifiziert wird, um dem System 100 zu ermöglichen, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren. Außerdem kann das System 100 als eine Einfachzyklusmaschine eingesetzt werden, oder es kann in einem Kombizyklussystem, einschließlich eines Kombizyklussystems mit integrierter Vergasung (IGCC-System, Integrated Gasification Combined Cycle System), verwendet werden.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält das System 100 einen Turbinenantrieb 110, einen Wärmetauscher oder eine Luftabscheideeinheit (ASU, Air Separator Unit) 112 und ein Sequestrierungsteilsystem 114. Insbesondere enthält der Turbinenantrieb 110 in der beispielhaften Ausführungsform eine Brennkammer 120, die stromaufwärts von wenigstens einer Turbine 122 angeschlossen ist. In anderen Ausführungsformen kann der Antrieb 110 andere Komponenten, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, eine (nicht veranschaulichte) Bläseranordnung und/oder wenigstens einen Verdichter, wie beispielsweise den (in 1 veranschaulichten) Verdichter 14, enthalten. Außerdem kann das System 100 in anderen Ausführungsformen irgendeinen anderen Abgaskonditionierer als einen Wärmetauscher oder eine ASU enthalten, der dem System 100 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren.
Der Antrieb 110 ist mit einer Quelle mit kohlenstoffwasserhaltigem Brennstoff 130 und einer Quelle mit Sauerstoff 132 strömungsmäßig verbunden. In der beispielhaften Ausführungsform kann der von der Brennstoffquelle 130 gelieferte Brennstoff Erdgas, Synthesegas und/oder Destillate sein, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. In einer Ausführungsform wird Sauerstoff dem Antrieb 110 von einem Druck-Kreisprozess oder einem sonstigen O₂-Abscheider zugeführt. In einer anderen Ausführungsform ist die Sauerstoffquelle 132 ein Sauerstoffdruckbehälter. Außerdem ist die Sauerstoffquelle 132 in einer weiteren Ausführungsform mit einer (nicht veranschaulichten) Druckbeaufschlagungsquelle, wie beispielsweise einem Verdichter, gekoppelt um sicherzustellen, dass die Sauerstoffversorgung dem Antrieb 110 mit einem vorbestimmten Betriebsdruck zugeführt wird.
Der Wärmetauscher oder eine Luftabscheidereinheit (ASU) 112 ist stromabwärts von der Turbine 110 angeschlossen und mit dieser strömungsmäßig verbunden, so dass die gesamten Abgase 108, die von der Turbine 110 ausgegeben werden, durch den Wärmetauscher 112 geleitet werden. In der beispielhaften Ausführungsform ermöglicht der Wärmetauscher 112 ein Abführen von Wärme und Wasserdampf aus durch diesen hindurch geleiteten Abgasen 108. Insbesondere ist der Wärmetauscher 112 in der beispielhaften Ausführungsform mit einer Quelle eines Kühlfluids, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Luft oder Wasser, strömungsmäßig verbunden.
Der Wärmetauscher 112 ist ferner stromaufwärts von der Turbine 110 angeschlossen und mit dieser strömungsmäßig verbunden, so dass der Wärmetauscher 112 während des Antriebsbetriebs ein Arbeitsfluid zu der Turbine 110 liefert. Das Sequestrierungsteilsystem 114 ist mit dem Wärmetauscher 112 strömungsmäßig verbunden und stromabwärts von diesem angeschlossen. Insbesondere gibt der Wärmetauscher 112 in der beispielhaften Ausführungsform, wie nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben, einen CO₂-Strom und Dampf, d. h. einen Arbeitsfluidstrom 150, aus dem Turbinenabgas 108 zu dem Turbinenantrieb 110 zur Verwendung in der Brennkammer 120 aus.
Das Sequestrierungsteilsystem 114 ist mit dem Wärmetauscher 112 strömungsmäßig verbunden und stromabwärts von diesem angeschlossen. An sich wird während des Turbinenbetriebs, wie in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben, ein Teil von CO₂ und Dampf, d. h. ein Sequestrierungsstrom 152, aus dem Turbinenabgas 108 innerhalb des Wärmetauschers 112 durch das Sequestrierungsteilsystem 114 geleitet. In der beispielhaften Ausführungsform entfernt der Wärmetauscher 112 in effektiver Weise den Dampf als kondensiertes Wasser aus dem Turbinenabgas 108 und aus dem Sequestrierungsstrom 152. Außerdem enthält das Teilsystem 114 in der beispielhaften Ausführungsform eine Speicherkammer 140 und einen Verdichter 142, der den von dem Wärmetauscher 112 zu der Speicherkammer 140 übertragenen Fluidstrom unter Druck setzt. In einer alternativen Ausführungsform ist der Verdichter 142 mit einem (nicht veranschaulichten) zweiten Turbinensystem strömungsmäßig verbunden, das den Sequestrierungsstrom 152 als ein Arbeitsfluid verwendet. Außerdem enthält das Teilsystem 114 in einer weiteren alternativen Ausführungsform keinen Verdichter 142, sondern enthält vielmehr irgendeine andere bekannte Komponente, die die zu der Kammer 140 geleitete Fluidströmung unter Druck setzt, wie dies hierin beschrieben ist. In einer Ausführungsform ist die Speicherkammer 140 eine Untergrund-Sequestrierungskammer.
Während des Betriebs wird der Turbinenantrieb 110 mit einem Arbeitsfluid 150 betrieben, das im Wesentlichen stickstofffrei ist. Zum Beispiel ist das Arbeitsfluid 150 in der beispielhaften Ausführungsform zwischen ungefähr 99% und 100% frei von Stickstoff. Insbesondere, und wie in größere Einzelheiten nachstehend beschrieben, ist der Arbeitsfluidstrom 150 in der beispielhaften Ausführungsform im Wesentlichen Kohlendioxid CO₂. Zum Beispiel enthält das Arbeitfluid 150 in der beispielhaften Ausführungsform zwischen ungefähr 98 und 100% CO₂.
Um Startvorgänge des Turbinenantriebs 110 zu unterstützen, ist der Turbinenantrieb 110 in einer Ausführungsform ferner mit einer Quelle mit unter Druck stehendem CO₂ verbunden. Während des Betriebs wird in der beispielhaften Ausführungsform CO₂ zu einem (nicht veranschaulichten) Einlass der Brennkammer 120 geliefert. In anderen Ausführungsformen kann CO₂ zu einem (nicht veranschaulichten) Einlass des Turbinenantriebs 110 geliefert werden, und es kann in den Turbinenantrieb 110 stromaufwärts von der Brennkammer 120, beispielsweise jedoch nicht darauf beschränkt, stromaufwärts von einer (nicht veranschaulichten) Bläseranordnung, eintreten. Außerdem wird der Antrieb 110 ferner mit einer Strömung eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs von der Brennstoffquelle 130 und mit Sauerstoff aus der Sauerstoffquelle 132 versorgt. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Brennstoffquelle 130 und die Sauerstoffquelle 132 jeweils mit der Brennkammer 120 gekoppelt und führen jeweilige Brennstoff- und Sauerstoffströme unmittelbar der Brennkammer 120 zu. Der Brennstoff und der Sauerstoff werden mit dem CO₂-Strom 150 vermischt, und das resultierende Gemisch wird in der Brennkammer 120 gezündet. Die resultierenden Verbrennungsgase, die erzeugt werden, werden stromabwärts zu der Turbine 122 geliefert und rufen eine Drehung dieser hervor. Eine Drehung der Turbine 122 liefert Leistung zu der Last 46. Die aus dem Turbinenantrieb 110 ausgegebenen Abgase 108 werden durch den Wärmetauscher 112 geleitet.
Ein Kühlfluid, das durch den Wärmetauscher 112 strömt, ermöglicht eine Reduktion einer Betriebstemperatur der Gase 108, so dass in den Abgasen 108 enthaltener Wasserdampf kondensiert wird und dass in den Abgasen 108 enthaltene Kohlendioxid CO₂ von dem Wasserdampf im Wesentlichen abgetrennt wird. In Abhängigkeit von den Lastanforderungen des Turbinenantriebs 110 wird das von den Abgasen 108 abgetrennte Kohlendioxid CO₂ entweder mittels des Arbeitsfluidstroms 150 wieder zu dem Antrieb 110 zurückgeführt, oder es wird mittels des Sequestrierungsstroms 152 zur Sequestrierung in der Speicherkammer 140 geleitet.
Weil der Turbinenantrieb 110 den Arbeitsfluidstrom 150 nutzt und weil der Strom 150 im Wesentlichen stickstofffrei ist, wird während des Antriebsbetriebs im Wesentlichen wenig oder kein NOx erzeugt. An sich kann die Brennkammer 120 bei einer höheren Temperatur als bekannte Brennkammern, die mit Luft als ein Arbeitsfluid arbeiten, betrieben werden, während NOx-Emissionen innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten werden. Die höheren Betriebstemperaturen ermöglichen der Brennkammer 120, näher an oder bei ihrem thermodynamischen Optimum zu arbeiten. Außerdem ermöglicht die Verwendung eines stickstofffreien Arbeitsfluids 150 eine kostengünstigere Erzeugung von Leistung von dem Turbinenantriebssystem 100 im Vergleich zu bekannten Turbinenantriebssystem, die eine kostspieligere/weniger zuverlässige Stickstoff/Kohlenstoffdioxid-Sequestrierungseinrichtung verwenden.
Weil der Strom 150 im Wesentlichen stickstofffrei ist und im Wesentlichen nur Kohlendioxid enthält, lässt sich der Turbinenantrieb 110 während des Antriebsbetriebs außerdem mit einer höheren Wärmekapazität betreiben. In einigen Ausführungsformen ermöglicht die höhere Wärmekapazität den Betrieb des Turbinenantriebssystems 100 mit höheren Verdichteraustrittsdrücken bei äquivalenten Temperaturen (d. h. mehr Verdichterstufen bei gleicher Temperatur) im Vergleich zu herkömmlichen Turbinenantriebssystemen. An sich ist der gesamte Betriebswirkungsgrad des Turbinenantriebssystems 100 im Vergleich zu anderen bekannten Turbinenantriebssystemen höher. Außerdem werden mit dem Einsatz des Arbeitsfluids 150 Verbrennungsgeschwindigkeiten in dem Turbinenantriebssystem 100 über eine Steuerung der der Turbine 110 zugeführten Sauerstoffmenge im Vergleich zu der Menge an Kohlendioxid, die der Turbine 110 zugeführt wird, d. h. eines O2/CO₂-Verhältnisses, verglichen mit bekannten Turbinenantriebssystemen leichter gesteuert. An sich wird ermöglicht, eine gleichmäßigere Wärmefreisetzung und/oder eine fortschrittliche Nachverbrennung zu erreichen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren und System zum Betreiben eines Turbinenantriebssystems mit einem im Wesentlichen stickstofffreien Arbeitsfluid ermöglichen die Erzeugung von Leistung von einem Turbinenantrieb auf eine kosteneffiziente und zuverlässige Weise. Ferner ermöglichen das vorstehend beschriebene Verfahren und System eine Reduktion der Erzeugung von Stickstoffoxid und Kohlendioxid im Vergleich zu bekannten Turbinenantrieben. Im Ergebnis ist ein Turbinenantriebssystem geschaffen, das die Erzeugung sauberer und relativ kostengünstiger Leistung bei gleichzeitiger Reduktion der Emission/Erzeugung von NO_x, CO und CO₂ ermöglicht.
Vorstehend sind beispielhafte Ausführungsformen eines Verfahrens und Systems zum Betreiben eines Turbinenantriebs mit einem im Wesentlichen stickstofffreien Arbeitsfluid im Einzelnen beschrieben. Das Verfahren und die Systeme sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, so dass vielmehr Schritte des Verfahrens und/oder Komponenten des Systems unabhängig und gesondert von anderen Schritten und/oder Komponenten, wie sie hierin beschrieben sind, verwendet werden können. Ferner können die beschriebenen Verfahrensschritte und/oder Systemkomponenten auch in anderen Verfahren und/oder Systemen definiert sein oder in Kombination mit anderen Verfahren und/oder Systemen verwendet werden, und sie sind nicht darauf beschränkt, mit lediglich dem hierin beschriebenen Verfahren und System in die Praxis umgesetzt zu werden.
Wenn Elemente der vorliegenden Erfindung oder deren bevorzugter Ausführungsformen eingeführt werden, sollen die Artikel „ein”, „eine”, „der”, „die” und „das” bedeuten, dass ein oder mehrere der Elemente vorhanden sind. Die Ausdrücke „aufweisen”, „enthalten” und „haben” sollen im einschließlichen Sinne verstanden werden und bedeuten, dass außer den aufgeführten Elementen weitere Elemente vorhanden sein können.
Da verschiedene Veränderungen an den obigen Konstruktionen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, besteht die Absicht, dass der gesamte Inhalt, wie er in der vorstehenden Beschreibung enthalten und in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist, in einem veranschaulichenden und nicht in einem beschränkenden Sinne aufgefasst werden sollte.
Zusammenfassung:
Es ist ein Gasturbinenantriebssystem geschaffen. Das Gasturbinenantriebssystem enthält einen Gasturbinenantrieb und ein Abgaskonditionierungssystem. Der Gasturbinenantrieb enthält wenigstens eine Brennkammer und wenigstens eine Turbine stromabwärts von der Brennkammer. Die Brennkammer steht in Strömungsverbindung mit einer Quelle eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs und einer Sauerstoffquelle. Der Gasturbinenantrieb ist mit einem Arbeitsfluid betreibbar, das im Wesentlichen stickstofffrei ist. Das Abgaskonditionierungssystem ist zwischen einem Auslass des Gasturbinenantriebs und einem Einlass des Gasturbinenantriebs angeschlossen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Turbinenantriebssystem, wobei das Verfahren aufweist: Zuführen einer Sauerstoffströmung zu einer Brennkammer, die in dem Turbinenantriebssystem definiert ist; Zuführen einer Strömung eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs zu der Brennkammer; und Zuführen eines Arbeitsfluids zu einem Einlass des Turbinenantriebssystems, wobei das Arbeitsfluid im Wesentlichen stickstofffrei ist und wobei das Turbinenantriebssystem mit dem resultierenden Brennstoff-Sauerstoff-Arbeitsfluid-Gemisch betrieben werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist: Zünden des Brennstoff-Sauerstoff-Arbeitsfluid-Gemisches in der Brennkammer; und Leiten eines Teils des Abgases aus der Brennkammer zu dem Einlass des Turbinenantriebssystems zur Verwendung als das Arbeitsfluid.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner ein Leiten von Abgas aus der Brennkammer zu einem Abgaskonditionierungssystem, das zwischen einem Auslass des Gasturbinenantriebs und dem Einlass des Turbinenantriebssystems angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner ein Leiten eines Teils des Abgases von dem Abgaskonditionierungssystem zu einem Sequestrierungsspeichersystem aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Leiten des Abgases von der Brennkammer zu einem Abgaskonditionierungssystem ferner ein Leiten des Abgases von der Brennkammer zu wenigstens entweder einem Wärmetauscher und/oder einer Luftabscheideeinheit aufweist.
Gasturbinenantriebssystem, das aufweist: einen Gasturbinenantrieb, der wenigstens eine Brennkammer und wenigstens eine Turbine stromabwärts von der Brennkammer aufweist, wobei die Brennkammer mit einer Quelle eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs und mit einer Sauerstoffquelle strömungsmäßig verbunden ist, wobei der Gasturbinenantrieb mit einem Arbeitsfluid betreibbar ist, das im Wesentlichen stickstofffrei ist; und ein Abgaskonditionierungssystem, das zwischen einem Auslass des Gasturbinenantriebs und einem Einlass des Gasturbinenantriebs angeschlossen ist.
Gasturbinenantriebssystem nach Anspruch 6, das ferner eine Sequestrierungskammer aufweist, die stromabwärts von dem Abgaskonditionierungssystem angeschlossen ist, um wenigstens einen Teil des aus dem Gasturbinenantrieb ausgegebenen Abgases zu speichern.
Gasturbinenantriebssystem nach Anspruch 7, wobei die Sequestrierungskammer eine Untergrund-Speicherkammer aufweist.
Gasturbinenantriebssystem nach Anspruch 7, wobei das Abgaskonditionierungssystem wenigstens entweder einen Wärmetauscher und/oder eine Luftabscheideeinheit aufweist, der bzw. die in Strömungsverbindung zwischen dem Gasturbinenantrieb und der Sequestrierungskammer sowie zwischen dem Gasturbineneinlass und -auslass angeschlossen ist.
Gasturbinenantriebssystem nach Anspruch 9, wobei das Abgaskonditionierungssystem konfiguriert ist, um ein Entfernen wenigstens entweder von Wärme und/oder von Wasserdampf aus dem aus dem Gasturbinenantrieb ausgegebenen Abgas zu ermöglichen.
Gasturbinenantriebssystem nach Anspruch 9, wobei das Abgaskonditionierungssystem konfiguriert ist, um einen Kohlendioxidstrom dem Gasturbinenantrieb zur Verwendung als ein Arbeitsfluid zuzuführen.
Gasturbinenantriebssystem nach Anspruch 6, wobei das Abgaskonditionierungssystem eine Verbesserung eines Betriebswirkungsgrades des Gasturbinenantriebs ermöglicht.
Gasturbinenantriebssystem nach Anspruch 6, wobei das Abgaskonditionierungssystem eine Reduktion von Stickstoffoxidemissionen, die von dem Gasturbinenantrieb erzeugt werden, ermöglicht.
Antrieb, der aufweist: einen Antriebseinlass; eine Brennkammer; und einen Antriebsauslass, wobei die Brennkammer in Strömungsverbindung zwischen dem Antriebseinlass und dem Antriebsauslass angeschlossen ist, wobei die Brennkammer mit einer Quelle eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs, mit einer Sauerstoffquelle verbunden ist, wobei der Einlass in Strömungsverbindung mit dem Auslass verbunden ist, um eine Quelle im Wesentlichen stickstofffreien Arbeitsfluids, das aus dem Auslass ausgegeben wird, zu empfangen.
Antrieb nach Anspruch 14, der ferner ein Abgaskonditionierungssystem aufweist, das zwischen einem Auslass des Gasturbinenantriebs und einem Einlass des Gasturbinenantriebs angeschlossen ist.
Antrieb nach Anspruch 15, wobei das Abgaskonditionierungssystem wenigstens entweder einen Wärmetauscher und/oder eine Luftabscheideeinheit aufweist.
Antrieb nach Anspruch 15, wobei das Abgaskonditionierungssystem konfiguriert ist, um wenigstens entweder Wasserdampf und/oder Wärme aus dem aus dem Auslass ausgegebenen Arbeitsfluid zu entfernen.
Antrieb nach Anspruch 15, der ferner ein Sequestrierungssystem aufweist, das stromabwärts von und in Strömungsverbindung mit dem Abgaskonditionierungssystem angeschlossen ist, um einen Teil der aus dem Auslass ausgegebenen Strömung zu empfangen.
Antrieb nach Anspruch 18, wobei das Sequestrierungssystem ferner einen Verdichter und eine Speicherkammer aufweist, wobei der Verdichter konfiguriert ist, um eine Strömung unter Druck zu setzen, die aus dem Auslass ausgegeben und zu der Speicherkammer geleitet wird.
Antrieb nach Anspruch 15, wobei das Abgaskonditionierungssystem eine Reduktion von Stickstoffoxidemissionen, die von dem Antrieb (dem Antrieb) erzeugt werden, ermöglicht.