DE2309198A1 - Kraftwerksanlage - Google Patents

Kraftwerksanlage

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DE2309198A1
DE2309198A1 DE19732309198 DE2309198A DE2309198A1 DE 2309198 A1 DE2309198 A1 DE 2309198A1 DE 19732309198 DE19732309198 DE 19732309198 DE 2309198 A DE2309198 A DE 2309198A DE 2309198 A1 DE2309198 A1 DE 2309198A1
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turbine
gas
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compressor
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DE19732309198
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Geoffrey Frederick Skinner
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Foster Wheeler Inc
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Foster Wheeler Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Description

  • Kraftwerksanl age Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Energie im allgemeinen und auf eine Anlage, bei der Brennstoff zum Erzeugen von Hitze verbrannt wird, die dann in elektrische Energie umgewandelt wird, im besonderen.
  • Bei einer üblichen Kraft station wird Kohle oder öl verbrannt und die so erzeugte Hitze dient zur Lieferung eines hohen Dampfdruckes. Dieser wird dann zum Antrieb einer Turbine und zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet. Ein Faktor, der den Gesamtwirkungsgrad solcher Anlagen begrenzt, besteht darin, daß, nachdem der Dampf in der Turbine expandiert ist, kondensiert werden muß, so daß die latente Wärme verloren geht. Dadurch wird der Gesamtwirkungsgrad der Anlage stark herabgesetzt. Durch größere Anlagen, die mit hohem Dampfdruck arbeiten, kann ein leichtes Ansteigen des Wirkungsgrades erzielt werden.
  • Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Anlage anzugeben, die für einen Wirkungsgrad entwickelt werden kann, der mindestens dem üblicher Dampfkesselanlagen vergleichbar ist und die vergleichsweise viel kleiner gehalten werden kann.
  • Gemäß der Erfindung enthält die Energieanlage einen Brenner mit einem fluidisierten Bett, bei dem Brennstoff verbrannt wird, um Wärme zu erzeugen, aus der durch Erhitzen eines von einem Kompressor zur Turbine einer Gasturbine strömenden Gases Wärme gewonnen wird, die die Gasturbine antreibt, wobei die Turbine wiederum so angeordnet ist, daß sie eine Ausgangsenergie liefert, z.B.
  • durch Antreiben eines elektrischen Generators, der elektrische Energie abgibt.
  • Eine solche Anlage kann verhältnismäßig kompakt sein, weil sehr hohe Hitzemengen in kleinen Räumen in fluidisierten Bettbrennern untergebracht werden können und die Gasturbine selbst im Vergleich mit einer Dampfturbine bei einer üblichen Dampfkesselkraftanlage verhältnismäßig ebenfalls kompakt gehalten werden kann. Außerdem sind die Temperaturen bei einem üblichen Dampfkessel verhältnismäßig gleichmäßig ohne Hitzestellen und so können die Materialien der Rohre und des Bettes so gewählt sein, daß sie nahe ihrer Belastungsgrenze betrieben werden können. Ferner tritt in dem zum Betrieb der Gasturbine verwendeten Gas keine Phasenverschiebung auf und somit werden Verluste verborgener Wärme vermieden, die auftreten, wenn Dampf kondensiert und das Kondensat dem Kessel wieder zugeführt wird.
  • Vorzugsweise wird der Brenner mit dem fluidisierten Bett mit einem Druck betrieben, der meistens, d.h. innerhalb der Größenordnung einer Atmosphäre identisch ist, wobei der Druck des Gases für die Gasturbine erhitzt wird. Auf diese Weise kann das zu erhitzende Gas durch Rohre hindurchgehen, die in das fluidisierte Bett eintauchen, und die Rohre müssen nicht besonders dick sein, da sie großen Differentialdrücken nicht widerstehen müssen. Wegen der sehr hohen Temperaturen des fluidisierten Bettes ist dieses ein Vorteil, da es viel leichter ist, Röhren herzustellen und auch billiger zu beschaffen, die hohe Temperaturen aushalten und nicht gleichzeitig auch hohe Differentialdrücke. Die Rohre können deshalb dicht an ihren Belastungsgrenzen betrieben werden und können auch vergleichsweise billig sein. Beim Eintauchen der Rohre in das fluidisierte Bett kann man auch sehr hohe Hitzeübertragungsgeschwindigkeiten erzielen. Dies wird durch die dünnen Rohrwände unterstützt. Obwohl vorzugsweise die Gasdrücke im fluidisierten Bett und in den Rohren bei praktisch identischen Drücken gehalten werden, sind Anordnungen erwünscht, die gewährleisten, daß der Druck des Gases in den Rohren stets etwas höher als der in den Brennern mit dem fluidisierten Bett ist, so daß beim Ausfall eines Rohres feste Stoffe vom fluidisierten Bett nicht in die Gasturbine abgezogen werden, die die Turbinenblätter beschädigen.
  • Durch Erhitzthalten des Gases und des fluidisierten Bettes bei etwa demselben Druck untereinander können Teile der Anlage bei einer konstanten Temperatur betätigt werden, wobei Belastungsschwankungen durch Druckschwankungen der Strömung angepaßt werden. Weil die Gasgeschwindigkeitee durch die verschiedenen Anlagenteile hindurch praktisch konstant sein können, kann somit die Anlage bei einem scheinbar konstanten Wirkungsgrad über einen weiten Belastungsbereich, z.B. von 20 bis loo % bei voller Leistung einfach durch Einstellen der Drücke und dadurch der Strömung betrieben werden.
  • Außerdem können sehr rasche Belastungsschwankungen erreicht werden, ohne daß Probleme thermischer Expansion wegen der konstanten Temperatur auftreten, die über den ganzen Belastungsbereich konstant gehalten werden. Das für die Verwendung in der Gasturbine erhitzte Gas kann auf verhältnismäßig hohe Temperaturen, z.B. über 8ovo0 C erhitzt werden. Dies führt zu einem ,irkungsgrad der Gasturbine, der mit dem der Dampfturbine verglichen werden kann. Auch die Turbinenteile können verhältnismäßig klein im Vergleich mit der Dampfturbine üblicher Kraftwerkanlagen gehalten werden, weil sie bei höheren Gasauslaßdrücken als Dampfturbinen arbeiten und weniger Flüssigkeit verarbeiten.
  • Vorzugsweise wird die Gasturbine im geschlossenen Kreis betrieben. Das Gas kann somit fortlaufend aus dem Kompressor zirkulieren, wird erhitzt, geht dann zur Expansionsturbine, um zu arbeiten, und kehrt dann zum Kompressor zurück. Außerdem kann das Gas von einem gemeinsamen Kompressor aus zirkulieren, erhitzt werden, zur Expansionsturbine gehen und danach zum gemeinsamen Kompressor zurückkehren, der auch komprimierte Luft zum Speisen des fluidisierten Brettes zum Verbrennen liefert.
  • In diesem Fall ergibt sich somit der Vorteil, daß die Gasdrücke erhitzt werden und das Gas im Brenner mit dem fluidisierten Bett praktisch identisch sein muß, ohne daß hierzu besondere Steuereinrichtungen notwendig wären.
  • Verlustwärme wird von der Gasturbinenschleife durch Abkühlen des Gases in entsprechender Weise ausgeschieden.
  • Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß das Gas in einem Wärmeaustauscher mit Kühlwasser oder einem Luftstrom geführt wird. Da die Verlustwärme bei viel höherer Temperatur ausgeschieden wird, als dies bei Dampfkraftanlagen der Fall ist, wenn die Gase durch Wärmeaustauscher mit Kühlwasser gekühlt werden, benötigt man viel weniger Kühlwasser pro Wärmeeinheit der zurückgeführten Hitze.
  • In der Anlage nach der erfindung würde nur das Wasser benötigt werden, das dieses Kühlwasser ist, und so kann man das Speisen einer komplexen und teuren Entsalzungsanlage vermeiden, wenn eine solche zum Reinigen des Wassers bei Verwendung in einem üblichen Dampfkessel notwendig sein sollte.
  • enn die Gasturbine als vollstandig eschlossene Schleife betrieben wird, kann das hierfür verwendete Gas beispielsweise Helium oder Kohlendioxyd sein. Der Vorteil bei der Verwendung von Helium besteht darin, daß die llärmeübertragungsgeschwindigkeit bei Helium sehr viel höher sein kann, während der Vorteil bei der Verwendung von Kohlendioxyd der ist, daß es bei Drücken nahe dem Verdichtungspunkt verwendet werden kann und es somit starker zusammengedrückt werden kann. Um zu gewährleisten, daß der Druck des Gases in dieser geschlossenen Schleife, die durch die in den Brenner mit dem fluidisierten Bett getauchten Rohre hindurchgeht, bei einem Druck liegt, der sehr dem Druck im fluidisierten Brenner identisch ist, wird der Umlauf dementsprechend geregelt.
  • Eine Einrichtung dient zum Ablassen des Gases aus der Schleife, wenn die Anlage stillzelegt werden soll, z.B.
  • zum Vermeiden einer Beschädigung an den in das Bett getauchten Rohren.
  • enn die Gasturbine und das fluidisierte Bett einen gemeinsamen Kompressor besitzen, wird der Gasstrom durch die Gasturbine somit Luft sein. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit zum Ablassen von Energie bei Stilllegung der Anlage.
  • Der Brenner mit dem fluidisierten Bett kann als Brennstoff Kohle oder einen anderen festen Brennstoff verwenden.
  • Der Brenner kann auch ein Gas, z.B. ein Naturgas, zusammen mit inerten festen feuerfesten Partikeln verwenden, die das Bett bilden.
  • Bei einer vorteilhaften Form der erfindung verwendet der Brenner als Brennmaterial Heizöl. Dieses wird in ein fluidisiertes Bett aus festen Partikeln geführt. 'wenn das Heizöl Schwefel- und Vanadiumverschmutzunzen enthält und das Bett aus festen Partikeln besteht, die z.B. Karbonate oder Oxide von Kalzium und/oder Magnesium sind, können die Partikel durch einstellen der Menge von Luft im Bett so angeordnet werden, daß der Schwefel aus dem Heizöl in Form eines Kalzium- und Magneslumsulfides entfernt wird. Diese Sulfidpartikel können dann entfernt und in Überschußluft verbrannt werden, um Oxidpartikel zu erhalten, die zum Bett und in Schwefeldioxid zurückgeführt werden, das dann beispielsweise beim Herstellen von Schwefelsäure verwendet werden kann. Durch anpassen dieses Behelfs kann man den Schwefel verwenden, der sonst verloren gehen und die Umwelt verschmutzen würde.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindung kann der Brenner aus zwei fluidisierten retten bestehen, die in Reihe übereinander angeordnet sind. Das untere Bett ist so anb geordnet, daß es mit einem schwefelhaltigen Heizöl Welle fert wird, und enthält beispielsweise Kalziumoxidpartikel.
  • Dieses Bett wird beim Vorliegen eines verhältnismäßig Kleinen Anteils von überflüssiger Luft, z.R. 05 5a, betrieben. Auf diese Reise reagiert der zchvJefel im Heizöl mit Kalziumoxid zu Kalziumsulfidpartikeln. Die heißen Abgase aus diesem Bett gehen nach oben in das obere Bett und fluidisieren dort die Kalziumoxidpartikel. Die Wärmeaustauschrohre, durch die das Gas aus der Gasturbine hindurchgeht, um erhitzt zu werden, tauchen in das obere Bett ein. Das obere Bett wird ständig mit einer frischen Menge von Kalziumcarbonatpartikeln gespeist, um Verluste aufzufüllen, und dort werden diese frischen Kalziumcarbonatpartikel durch die hohen Temperaturen zersetzt und ergeben Kalziumoxidpartikel, die zum unteren Bett absinken, wo sie zum Entfernen des Schwefels dienen. Aus dem unteren Bett wird ein Teil von schwefelhaltigen Partikeln ständig abgezogen und der Schwefel wird aus diesen Partikeln durch Erhitzen in einem weiteren fluidisierten Bett bei einer Uberschußmenge von Luft entfernt, was Kalziumoxidpartikel ergibt, die dann wieder in das untere Bett und in Schwefeloxid zurückgeführt werden, das beispielsweise an eine Claus-Anlage geführt wird, um den Schwefel zurückzugewinnen. justatt die Schwefel enthaltenden Partikel aus dem unteren Bett abzuziehen, können diese in einer Zone dieses Bettes mit Uberschußluft gebrannt werden und das erzeugte S02 kann durch einen vom Feuergas getrennten Ausgang entfernt werden.
  • Wenn alle Rohre, in denen das Gas durch die Gasturbine hindurchgehende Gas erhitzt wird, brauchen nicht in das fluidisierte Bett getaucht zu werden. Vorzugsweise werden die meisten Rohre wegen der sehr hohen Ubertragungsgeschwindigkeiten, die erzielt werden können, in das Bett getaucht, aber einige Rohre können auch über dem Bett angeordnet und Konvektionsrohre sein, die durch die heißen Gase aus dem Bett geführt werden.
  • Außerdem können mehrere reihenweise miteinander verbundene fluidisierte Betten bei geringeren Temperaturen in der Richtung der heißen Verbrennungsgase zum Abgaskanal hin arbeiten, wobei das Gas für die Gasturbine progressiv durch den Kühler und dann die heißeren Betten durch Durch laufen durch Rohre, die in die Betten getaucht sind, erhitzt werden.
  • Um den Ausgang der Anlage gemäß der Erfindung zu vergrößern, kann man mehrere fluidisierte Betten parallel anordnen, damit eine größere Menge heißen Gases in der Gasturbine verwendet wird.
  • Die erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist: Figur 1 ein Strömungsdiagramm einer Ausführung einer Kraftwerksanlage nach der Erfindung; Figur 2 ein Strömungsdiagramm einer zweiten Ausführung nach der Erfindung; Figur 3 ein Strömungsdiagramm eines abgeänderten Brenners mit fluidisiertem Bett zur Verwendung in der Anlage nach Figur 1 oder Figur 2.
  • Die Anlage nach Figur 1 enthält einen Brenner 12 mit einem fluidisierten Bett und eine Gasturbine 14 mit geschlossener Schleife. In dem Bett 12 wird der Brennstoff verbrannt und die erzeugte Wärme dient zum Erhitzen der durch die Rohre 16 hindurchgehenden Gase. Die Rohre 16 sind in das fluidisierte Bett getaucht und das heiße Gas dient dann zum Antrieb der Gas turbine 14.
  • Die Gasturbine enthält einen Kompressor 18, bei dem das Gas in geschlossener Schleife komprimiert wird, und einen Wärmeaustauscher 20, zu dem die komprimierten Gase gelangen und vorgeheizt werden, bevor sie zu den Rohren 16 gelangen. Die heißen Gase aus den Rohren 16, die in das fluidisierte Bett getaucht sind, gehen dann zur Expansionsturbine 22, in der sie expandieren und nutzbringende Arbeit verrichten. Danach gehen die Gase, die noch verhältnismäßig heiß sind, zum Wärmeaustauscher 20, wo sie im Wärmeaustauscher mit den Gasen aus dem Kompressor verlaufen und diese Gase vorheizen. Diese Gase gehen dann an einen weiteren Wärmeaustauscher 24, in dem sie abgekühlt werden, bevor sie zum Kompressor 18 zurückgeleitet werden. Das Kühlmittel für den Wärmeaustauscher 24 kann Luft oder Kühlwasser sein. Der Kompressor 18 und die Expansionsturbine 22 befinden sich auf einer gemeinsamen Welle 26, die auch mit einem elektrischen Generator 28 gekuppelt ist und die überschüssige, von der Expansionsturbine 22 erzeugte Energie, die die durch den Kompressor 18 verbrauchte überschreitet, wird vom Generator zum Erzeugen elektrischer Leistung benutzt.
  • Der Brenner 12 mit dem fluidisierten Bett wird mit komprimierter Luft durch eine Leitung 30 geführt. Zunächst wird die Luft durch einen Kompressor 32, der an der Welle 33 liegt, komprimiert. Diese Luft wird dann in einem Wärmeaustauscher, beispielsweise mit Kühlwasser, gekühlt und die gekühlte vorkomprimierte Luft wird dann an einen Kompressor 36 gelegt, der sich an der Welle 26 befindet.
  • Die vom Kompressor 36 an der Welle 26 komprimierte Luft geht über die Leitung 30 zum fluidisierten Bett 12.
  • Im Brenner 12 werden die komprimierten Gase aus der Leitung 30 zum Fluidisieren der Partikel verwendet. Der Brennstoff, der durch den Einlaß 40 geliefert wird, wird in der Luft verbrannt. Die heißen Abwärmeprodukte verlassen den Brenner über die Leistung 42 und gelangen an eine Expansionsturbine 44, die sich ebenfalls an der Welle 26 befindet. Nach der Expansion in der Turbine ge]angen dann die Abgase durch die Leitungen 46 und 48 zu einer Turbine 50 mit einer Niederdruckexpansion, die sich an der Welle 33 befindet, und von dort an einen nicht dargestellten Abzug. Der Kompressor 32 und die Turbine 50 liegen an der gemeinsamen Welle 33 und arbeiten ohne äußere Belastung.
  • Dies ergibt eine Arbeitsflexibilität der Anlage über einen weiten Belastungsbereich.
  • Weil die Turbinen 22 und 44 verhältnismäßig klein und somit verhältnismäßig billig sind, können sie nach einer kurzen Betriebsdauer, z,B. von 20 ooo Stunden, ersetzt werden, was ihr Arbeiten bei hohen Temperaturen erleichtert.
  • Um die Anlage anzulassen und während des Betriebes zu regeln, wird ein kleiner Teil der komprimierten Luft vom Kompressor 32 durch die Leitung 52 an einen Kompressor 54 geführt, der sich zwischen den Leitungen 46 und 48 befindet. In diesem Brenner wird Brennstoff in der Mischung von Abgasen und Gasen aus der Leitung 52 verbrannt und dann durch die Expansionsturbine 50 zum Abzug geleitet.
  • Die Turbine mit geschlossener Schleife kann Helium als Gas enthalten. Die Schleife arbeitet in bei Gasturbinen bekannter Weise. Der Wärmeaustauscher 20 ist ein Rohr.
  • Ein Mantelwärmeaustauscher mit einer vergleichsweise großen Wärmeaustauschfläche ergibt einen guten Wirkunksgrad, da die beiden Gasströmungen beim Wärmeaustausch im allgemeinen eine Temperaturdifferenz von etwa 20 bis 50° C besitzen.
  • Die Anlage wird so betrieben, daß das fluidisierte Bett praktisch auf konstanter Temperatur, z.B. auf 8ovo0 C, gehalten wird. Diese Temperatur soll so hoch wie möglich sein, um den Wirkungsgrad der Anlage zu verbessern.
  • Die Kompressoren 32 und 36 werden dann in solcher Weise und bei solcher Geschwindigkeit betrieben, daß der Druck im Bett so proportional wie möglich dem verbrannten Brennstoff ist, doh. proportional der geforderten AusgangsleistungO Auf diese Weise hält man die Gasgeschwindigkeit im fluidisierten Bett annähernd konstant und man kann somit das Volumen des fluidisierten Bettes über den normalen Arbeitsbereich der Anlage praktisch konstant halten.
  • Soll die Leistung erhöht werden, so werden die Strömung durch das Bett und der Druck erhöht, aber die Gasgeschwindigkeit kann dann praktisch konstant gehalten werden.
  • Der Gasdruck im geschlossenen Umlauf wird ebenfalls entsprihend dem Druck im Brenner eingestellt, um den Gasdruck in den Rohren 16 praktisch gleich dem Gasdruck im Bett über dem Bereich der Betriebsleistungen zu halten.
  • Auf diese Weise kann der Differentialdruck an den Rohren 16 stets verhältnismäßig niedrig gehalten werden, d.ho bei weniger als etwa einer Atmosphäre. Somit können auch diese Rohre verhältnismäßig dünnwandig sein. Dies verringert die Kosten, macht sie im Betrieb zuverlässiger und ermöglicht höhere }7ärmeübertragungsgeschwindigkeiten zwischen den Partikeln des fluidisierten Bettes und dem Gas in den Rohren 16. Außerdem ist es erwünscht, den Gasdruck in den Rohren 16 etwas höher als den Gasdruck im Bett zu halten, so daß beim Ausfall eines Rohres feste Partikel nicht in das geschlossene Umlaufsystem gelangen und einen Schaden an den Blättern der fflxpansionsturbine 32 verursachen können.
  • Beispielsweise kann die Eingangsluft am fluidisierten Bett einen Druck von etwa 50 Atmosphären besitzen, während das Bett bei einer Temperatur von etwa 800 bis logo0 C arbeitet. Die Ausgangsverbrennungsgase liegen bei etwa 50 Atmosphären und bei 700 bis logo0 C. Bei der Gasturbine mit geschlossener Schleife liegt der Eingang der Rohre 16 bei etwa 4oo bis 6000° C, während der Ausgang an 700 bis logo0 C liegt0 Diese sehr hohen Eingangstemperaturen an der Turbine 44 können hohe Viirkungsgrade für die Anlage und insbesondere für die Gasturbine mit geschlossener Schleife erzielen.
  • Obwohl der Kompressor 36 und die Xpansionsturbine 44 an der zelle 26 dargestellt sind, die sie mit der Turbine 22 und dem Kompressor 18 sowie dem Generator 28 gemeinsam haben, können sie auch je an einer besonderen Welle liegen.
  • Die Kompressoren 32 und 36 können mit einer einstellbaren Beschaufelung versehen sein, um die Flexibilitot der Ärbeitsweise der Anlage zu erhöhen.
  • Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, kann ein Not-Akkumulator mit dem Gasturbinenumlauf verbunden sein.
  • Die heißen Hochdruckgase können bei einem Ausfall des fluidisierten Bettes in diesen Akkumulator abgelassen werden.
  • Neil das zu kühlende Gas im iärmeaustauscher 24 auf einer viel höheren Temperatur als der in einen üblichen Dampfkesselanlage kondensierte Dampf liegt, kann man verhältnismäßig kleine Mengen Kühlwasser verwenden. Auch können die Gase im Wärmeaustauscher 24 durch ein Luftgebläse gekühlt werden.
  • Es können auch Wärmeaustauscher zum Vorheizen der Verbrennungsluft vor ihrem Eintritt in das fluidisierte Bett und zum Zurückgewinnen von Hitze aus den Abgasen vor ihrem Gang zum Abzug vorgesehen werden.
  • Der Brenner kann mit einem entsprechenden Brennstoff, z.B. mit Kohlenstaub oder einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff zusammen mit inerten partikeln betrieben werden. Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt der Brenner mit fluidisiertem Bett die in Figur 3 dargestellte Form.
  • Bei der Anlage nach Figur 2 besitzen Teile, die denen der Anlage 1o in Figur 1 ähnlich sind, dieselben Bezugszeichen und werden nicht besonders beschrieben.
  • Die Anlage 60 unterscheidet sich von der Anlage 1o darin, daß ein gemeinsamer Kompressor 62 sowohl für die Gasturbine 14 als auch zum Liefern von Luft an den Brenner 12 vorgesehen ist. Diese Anlage besitzt den wichtigen Vorteil, daß der Luftdruck in den Rohren 16 notwendigerweise dem Luftdruck im Brenner 12 genau identisch sein muß. Die Rohre 16 können somit verhältnismäßig dünne Wandungen aufweisen und außerdem ist eine Einrichtung zum Ablassen von Luft in die Gasturbine bei einem Notfall nicht notwendig.
  • In anderer Hinsicht besitzt die Anlage 60 ähnliche Vorteile wie die Anlage lo in Figur 1.
  • Die bevorzugte Ausführung eines Brenners mit fluidisiertem Bett zur Verwendung in Anlagen nach den Figuren 1 und 2 wird in Figur 3 gezeigt. Dieser Brenner 80 besteht aus einem oberen fluidisierten Bett 82, in dem die Rohre 16 eintauchen, und einem unteren fluidisierten Bett 84.
  • Damit Teilchen vom oberen Bett in das untere gelangen, ist ein Uberlauf 86 vorgesehen, so daß die Höhe des Bettes 82 konstant gehalten wird.
  • Zum unteren Bett 84 gelangt durch eine Leitung 40 Brennstoff, z.B. gashaltiges Öl oder Naturgas mit schwefligen Verschmutzungen und ausreichend Luft, um über eine Leitung 88 einen kleinen Uberschuß von z.B. 15 Jo über dem zum Verbrennen des Brennstoffes zu geben. Der größere Teil der Luft aus der Leitung 3o wird durch die Leitung 9o an das obere Bett 82 geführt.
  • Die Partikel im unteren Bett sind zum Beispiel Kalzium-oder Maznesiumoxidpartikel. Unter Bedinzungen, bei denen das Bett mit einem verhältnismaßig geringen Uberschußanteil an Luft betrieben wird, reagiert der Schwefel aus dem Brennstoff mit den Oxidpartikeln und ergibt Kalzium- oder Magnesiumsulfidpartikel.
  • Die heißen Verbrennungsgase aus dem Bett 84 gehen zusammen mit anderen unverbrannten Gasen nach oben uiid werden mit einem überschuß an Luft gemischt, der durch die Leitung 9o geliefert wird, und dann in das Bett 82. In diesem Bett erfolgt die vollständige Verbrennung des jetzt entschwefelten Heizöls. Die Hitzeausgangsleistung dient zum Erhitzen des Gases in den Rohren 16 und treibt die Gas turbine nach den Figuren 1 und 2 an. Die heißen Abgase verlassen den Brenner durch die Leitung 42.
  • Ein ständiger Rückfluß von Partikeln aus dem unteren Bett 84 erfolgt hier durch eine Leitung 92. Diese Partikel gehen an ein anderes fluidisiertes Bett 94. Hier werden sie vor eine tberschußmenge heißer Luft aus der Leitung 96 fluidisiert. Das Kalzium- oder Magnesiumsulfid reagiert mit der Luft zu Schwefeldioxid- und Kalziumoxidpartikeln. Vom Bett 94 wird über die Leitung 98 ein ständiger Rückstrom von Kalzium- oder Magnesiumoxidpartikeln zum ?fett 84 geführt. Die Gase aus dem Bett 94 mit S02 verlassen es über die Leitung loo und das Schwefeldioxid wird z.B. in einer Claus-Anlage zurückgewonnen, um eine Verschmutzung der Atmosphäre zu verhindern und es bei der Produktion von Schwefelsäure zu verwenden. Die Schwefelrückgewinnungsanlage kann bei etwa demselben Druck wie das fluidisierte Bett 82 betrieben werden und die Abgase aus der Sdhwefelrückgewinnungsanlage können durch die Turbine 44 der Anlagen 1o und 60 zur Rückgewinnung von Energie hieraus expandiert werden.
  • Zur Aufbereitung von Verlusten von Partikeln aus dem Bett 82 wird eine kleine Lenge frischer Partikel dem Bett 82 über die Leitung 102 hinzugefügt. Diese Partikel können beispielsweise Kalziumkarbonatpartikel sein, die bei hchen Temperaturen im Bett 82 zerfallen und die notwendigen Kalziumoxidpartikel ergeben.
  • Durch Verwenden des fluidisierten Bettes 8o nach Figur 3 erhält man den zusätzlichen Vorteil, daß die Anlage nach der Erfindung die atmosphäre nicht mit großen Mengen Schwefeldioxid verschmutzt. Du gegen wird das Schwefeldioxid einem praktischen Zweck, z.3. der Schwefel säureproduktion zugeführt.

Claims (1)

  1. Pa tentansprüche
    1. Kraftwerkanlage, gekennzeichnet durch einen Brenner 12) mit fluidisiertem Bett, in dem Brennstoff verbrannt wird, um Hitze zu erzeugen, aus dem Hitze durch Erhitzen eines Gases entzogen wird, das aus dem Kompressor zu einer Gasturbine (14) gelangt und diese betreibt, wobei die aus der Gasturbine abgeleitete Energie zur Energieerzeugung abgeleitet wird.
    2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Verbrennungsgase im 3renner mit fluidisierten Bett dem Druck des Gases ähnlich ist, das vor dem Zufiihren zur Turbine erhitzt wird.
    3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des vor dem Zuführen zur Turbine erhitzten Gases etwas höher ist als der Druck der Verbrennungsgase im fluidisierten Bett.
    4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das fluidisierte Bett Rohre (16) während des Betriebes des Bettes eintauchen und daß das Gas vor dem Zuführen zur Turbine erhitzt wird0 5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Gasturbine (14) geführte Gas in einer geschlossenen Schleife vom Kompressor (18) zum fluidisierten aufzuheizenden Bett, zur Turbine, zu einem Kühler und dann zum Kompressor zurückgeführt wird.
    6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch zekennzeichnet, daß das Gas aus dem Kompressor (18) durch einen '!ärmeaustauscher (20) hindurchgeht, um sich durch den ,Värmeaustauscher aufzuheizen, wobei die r3ase aus der Turbine vor dem Zuführen zum fluidisierten Bett aufgeheizt werden.
    7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, das in der geschlossenen Schleife zirkuliert, Helium ist 8o Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine und der Kompressor der Gasturbine sich an einer gemeinsamen Welle mit einem Kompressor befinden, der komprimierte Luft an das fluidisierte Bett zum Verbrennen und in eine Turbine (22) liefert, die Verbrennungsgase aus dem fluidisierten Bett expandiert, wobei die gemeinsame Welle auch mit einem elektrischen Generator zum Erzeugen elektrischer Energie verbunden ist.
    9. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Notfall-Akkumulator vorgesehen ist, in den das Gas aus der geschlossenen Schleife bei einem Ausfall der Anlage hineingelassen werden kann.
    1o. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft für die Verbrennung im fluidisierten Bett und die Luft zum Heizen im Bett für die Gasturbine in einem gemeinsamen Kompressor komprimiert werden, und daß die in der Gasturbine (22) expandierte Luft zum gemeinsamen Kompressor (13) zum Yiiederkomprimieren zurückgeführt wird.
    11. Anlage nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Kompressor (18), die Gasturbine (14) und eine Turbine (22), durch die die Verbrennungsgase aus dem Bett expandiert erden, sich zusammen an einer gemeinsamen Welle befinden, mit der auch ein elektrischer Generator gekoppelt ist.
    12. Anlage nach Anspruch 1o oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft aus dem gemeinsamen Kompressor (18) durch einen Wärmeaustauscher (20) hindurchgeht, um durch Värmeaustausch mit der Luft aus der Turbine vor dem Durchgang zum fluidisierten Bett zum Erhitzen vorzuhei zen 13. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine wusgangsturbine (22) vorgesehen ist, durch die die hefen Verbrennungsgase expandieren, bevor sie in die Atmosphäre abgelassen werden, und die einen Vorkompressor teilweise zum Teil antreibt, der die Luft für die Verbrennung komprimiert0 14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Luft aus dem Vorkompressor durch einen Brenner hindurchgehen kann, aus dem die heißen Verbrennungsgase zur Ausgangsturbine gelangen, um die Kraftwerksanlage zu regeln und anzulassen.
    15. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase aus der Gasturbine durch den Wärmeaustausch mit Kühlwasser oder Luft gekühlt werden, bevor sie zum Kompressor zurückkehren.
    16. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenner mit dem fluidisierten Bett nicht-brennbare Partikel enthält, die mit Schwefel und,/oder Vanadiumverschmutzungen im Brennstoff reagieren und daß die reagierten Partikel aus dem Brenner mit dem fluidisierten ett zur Rückgewinnung und Verwendung von Schwefel zurückgeführt werden.
    17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-brennbaren Partikel Kalzium- und/oder Magnesiumoxide sind, und daß die reagierten zurückgeführten Partikel Kalzium- und/oder Magnesiumsulfid sind.
    18. Anlage nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefel enthaltenden Partikel mit einem überschub von Luft gebrannt werden, Dies SO2 ergibt, das dann zum Erzeugen von Schwefelsäure dient, und daß dann die Partikel zum Brenner zurückgeführt werden 19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefel enthaltenden Partikel in einem fluidisierten Bett gebrannt werden 20. Anlage nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner aus zwei fluidisierten Betten (82, 84) besteht, die reihenweise übereinander angeordnet sind, wobei das untere Bett (84) mit einem mit Schwefel verschmutzten Brennstoff und einem kleinen Anteil der Verbrennungsluft sowie mit nicht-brennbaren Partikeln beliefert wird, die mit Schwefel reagieren, wobei die heißen Verbrennungsgase aus dem unteren Bett zum oberen gelangen und dort vollstandi bei einem Überschuß an Luft verbrennen und daß die Gase für die Gasturbine im oberen Bett aufgeheizt werden, whrend die reagierten, Schwefel enthaltenden, Partikel vom unteren Bett zur Rückgewinnung von Schwefel abgenommen werden.
    L e e r s e i t e
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DE (1) DE2309198A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0050687A1 (de) * 1980-10-28 1982-05-05 GebràœDer Sulzer Aktiengesellschaft Heissluftturbinen-Dampfkraftanlage
FR2540975A1 (fr) * 1983-02-14 1984-08-17 Inst Francais Du Petrole Procede de recuperation d'energie sur un fluide a haute temperature par echange thermique avec un gaz comprime

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FR2540975A1 (fr) * 1983-02-14 1984-08-17 Inst Francais Du Petrole Procede de recuperation d'energie sur un fluide a haute temperature par echange thermique avec un gaz comprime

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