DE19936704A1 - Hochtemperatur Kombi-System mit der nachgeschaltenen Dampfturbine - Google Patents

Hochtemperatur Kombi-System mit der nachgeschaltenen Dampfturbine

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DE19936704A1
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Alexander Waberski
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
    • F01K21/047—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas having at least one combustion gas turbine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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Abstract

In einem neuen Kombi-System ist die Möglichkeit dargestellt, die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer weiter zu erhöhen, ohne stärkere Wärmebelastung der Kombi-Turbine. Dabei ist in der adaptiven Brennkammer mit variablem Volumen direkt Wasser eingespritzt. Infolgedessen sinkt durch Wasserverdampfung die Temperatur des in der Brennkammer erzeugten Abgas/Dampfgemisches vor der Turbine deutlich, was die Wärmebelastung der Schaufeln reduziert und die Lebensdauer verlängert. Weil das Abgas/Dampfgemisch nach der Entspannung in der Kombi-Turbine noch immer hohe Temperatur hat, ist in das System eine klassische Dampfturbine nachgeschaltet. Dadurch sind durch Abfallwärme die Energieverluste wesentlich reduziert. Nach der Entspannung in der Kombi-Turbine und Abkühlung im Kessel ist das Abgas/Dampfgemisch abgekühlt, bis Wasserkondensation und dadurch Schadstoffe aus dem Abgas ausgespült werden. Nach einer solchen Reinigung ist Abgas in die Umgebung abgeblasen und Wasser nach der Filtrierung wieder in die Brennkammer eingespritzt.

Description

In einem Kombi-Kraftwerk (Kombination einer Gas- und Dampfturbine) effektive Wirkungsgrad ist abhängig von der Temperatur in der Brennkammer also von der Temperatur des Abgases vor Gasturbine. Auf Grund der Wärmebelastung der Turbinenschaufeln trotz der Anwendung wärmefestigen, Werkstoffen diese Temperatur kann heute nicht 1300°C überschreiten. Anderes Problem bei der Gasturbine ist Abgasabstoß in die Umgebung, mit dem breitet sich wesentliche Menge Schadstoffen aus. Effektive Reinigung der Abgasen ist also wichtige Aufgabe bei der Entwicklung solche Energieanlagen. Beide diese Probleme sind bei neuem Konzept in dieser Bearbeitung bewältigt. Das neue System ist auf Fig. 1 dargestellt. In einer adaptiven mit dem variablen Volumen Brennkammer ist direkt im Abgas, Wasser eingespritzt, wobei die Temperatur des Abgas/Dampfgemisches welche versorgt Gasturbine sinkt bis 700-650°C. Solche adaptive mit den variablen Volumen Brennkammern besitzt zwei integrierte Zonen, also Verbrennungszone und Verdampfungszone und war durch Autor in einem früherem Patent dargestellt. Bei dieser Temperaturen arbeitet Turbine bei viel günstiger Bedingungen als bei einer klassischen Gasturbine und Lebensdauer der Turbinenschaufeln verlängert sich wesentlich.
Dabei ist möglich in der Verbrennungszone der Brennkammer weiter Verbrennungstemperatur erhöhen ohne Schaden für Turbine was positive Einfluß auf effektive Wirkungsgrad und Große der Anlage hat. Eine Verbrennungstemperatur über 1600 C ist denkbar. Für diesen Zweck notwendig ist aber eine speziell konstruierte wärmefestige und gekühlte Brennkammer. Wenn erzeugten durch Luftverdichter Druck ist aber relativ niedrig z. B. ca. 10 bar dann Abgas/Dampfgemisch nach der Entspannung in der Gasturbine hat noch Temperatur ca. 250- 220°C.
Die Energie bei dieser Temperaturen akkumuliert im Abgas/Dampfgemisch man kann nutzen durch Nachschaltung einer Dampfturbine. Dabei Dampf für diese Turbine ist erzeugt in einem Kessel durch Abgas/Dampfgemisch angetrieben.
Weiter Abgas/Dampfgemisch ist einem Kondensator bis Wasserkondensation abgekühlt und Schadstoffe aus der Abgasen im großen Umfang ausgespült sowie aus dem Separator periodisch entfernt.
Das Wasser gereinigt in einem Filtersystem ist wieder in der Brennkammer eingespritzt. Beide Turbinen besitzen also Kondensatoren aber im Kondensator der Gasturbine man kann nicht Unterdruck erreichen, weil für Ausblasen separierten vom Dampf Abgasen, notwendig klein Überdruck ist.
Bezugszeichenliste Fig. 1
1
Verdichter
2
Adaptive Brennkammer
3
Gas/Dampfturbine
4
Dampfturbine
5
Elektrogenerator
6
Kondensator
7
Pumpe
8
Pumpe
9
Kondensator
10
Dampfgenerator
11
Separator

Claims (1)

  1. Kombinierte Verfahren bei einem Gasturbinensystem dadurch gekennzeichnet, daß
    • 1. Abgas/Dampfgemisch von einer Kombi-Turbine mit dem Verdampfung durch direkte Einspritzung in der adaptiven Brennkammer mit dem variablen Volumen, erzeugt in einem Kessel Dampf und treibt in geschlossenem Kreislauf eine gekoppelte Dampfturbine.
    • 2. Abgas/Dampfgemisch nach Entspannung in der Gasturbine und weiterer Abkühlung im Kessel ist im Kondensator bis Wasserkondensierung abgekühlt und Wasser nach Filtrierung wieder in Brennkammer eingespritzt. Im Separator ist Abgas von Wasser abgetrennt und in Umgebung abgeblasen. Dabei die der Kondensierung Abgas ist von Schadstoffen ausgespült und gereinigt. Die Schadstoffe sind periodisch aus Separator entfernt.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6845738B2 (en) 2001-06-21 2005-01-25 Alstom Technology Ltd Method for operating an internal combustion engine
WO2005021935A1 (de) * 2003-08-27 2005-03-10 Siemens Aktiengesellschaft Dampfkraftwerk
US8015809B2 (en) * 2008-02-14 2011-09-13 Dresser, Inc. Recirculation of exhaust gas condensate

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