DE2554848A1 - Thermisches kraftwerk mit sauerstoffgespeistem druckgaserzeuger - Google Patents

Thermisches kraftwerk mit sauerstoffgespeistem druckgaserzeuger

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DE2554848A1 DE19752554848 DE2554848A DE2554848A1 DE 2554848 A1 DE2554848 A1 DE 2554848A1 DE 19752554848 DE19752554848 DE 19752554848 DE 2554848 A DE2554848 A DE 2554848A DE 2554848 A1 DE2554848 A1 DE 2554848A1
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    • F02C3/26—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 the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension
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Description

151/75 W/Ca
13.11.1975
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Thermisches Kraftwerk mit sauerstoffgespeistem Druckgaserzeuger
Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermisches Kraftwerk, bestehend im wesentlichen aus einer Gasturbine oder einer aus einem druckgefeuerten Kessel gespeisten Dampfturbine als Kraftmaschine, die einen elektrischen Generator treibt, aus einem sauerstoffgespeisten Druckgaserzeuger zur Erzeugung von Generatorgas aus einem fossilen Brennstoff, und aus einer 'Verbrennungseinrichtung für das Generatorgas, der die Verbrennungsluft unter Druck zugeführt wird und in welcher das zum Betrieb der Kraftmaschine notwendige Arbeitsmittel erhitzt wird.
Die Erzeugung von Generatorgas aus fossilen Brennstoffen kann
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sowohl mit Luft als auch mit Sauerstoff erfolgen. Die Vergasung mit Sauerstoff bietet viele Vorteile, die sich vor allem daraus ergeben, dass das solcherart hergestellte Generatorgas' praktisch ohne Stickstoffballast ist. Unter Stickstoff sind hier und nachfolgend sämtliche Bestandteile der Luft ohne dem Sauerstoff zu verstehen. Aus den obenstehenden Gründen ist der Heizwert des mit Sauerstoff erzeugten Generatorgases viel grosser als bei Verwendung von Luft. Verständlicherweise ist dadurch für die gleiche Heizleistung die notwendige Generatorgasmenge viel kleiner und dementsprechend auch alle Abmessungen der Rohrleitungen, der Ventile, der Staub- und Schwefelabscheider usw. Eine solche Anlage hat aber den Nachteil, dass die Herstellung des Sauerstoffs viel Energie benötigt und kostspielig ist, was den wirtschaftlichen Vorteil wieder grossteils zunichte macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem thermischen Kraftwerk der eingangs genannten Art, unter Wahrung der mit der Brennstoffvergasung mit Sauerstoff verbundenen Vorteile, die Bereitstellung des Sauerstoffs wirtschaftlicher zu gestalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Teil der verdichteten Verbrennungsluft einer Sauerstoffer-
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zeugungsanlage zuströmt, und nach der darin stattgefundenen Trennung der Luft in Sauerstoff und Stickstoff der Sauerstoff zum Druckgaserzeuger und der Stickstoff zu einer Stelle im Stromungsweg der verdichteten Verbrennungsluft, des unverbrannten oder des verbrannten Generatorgases fliesst.
Um der Sauerstofferzeugungsanlage die Luft mit einem höheren Druck als jenem der Verbrennungsluft vor der Verbrennungsei-nrichtung zuführen zu können, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung eine Aufladegruppe vorgesehen, deren Verdichter der Sauerstofferzeugungsanlage vor- und deren Gasturbine dem Druckgaserzeuger nachgeschaltet ist.
Die mit der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, dass einerseits die Luft für die Sauerstofferzeugungsanlage wieder vollständig - in Form von Generatorgas und Stickstoff - in den thermischen Prozess rückgeführt wird, somit nichts verloren geht, andererseits diese Luft nicht gesondert verdichtet werden muss, sondern ihre Verdichtung bis auf den Druck der Verbrennungsluft ohne zusätzlichen Energieaufwand, also kostenlos erfolgt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
Pig. 1 ein Kraftwerk mit einer Gasturbine als Kraftmaschine,
Fig. 2 ein Kraftwerk mit einer Dampfturbine als Kraftmaschine,
In beiden Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Nach Fig. 1 saugt der Verdichter 1 die Verbrennungsluft aus der umgebenden Atmosphäre an, verdichtet sie auf den vorgesehenen Druck und fördert sie durch die Luftleitung 2 in den Brenner 3 der Brennkammer k, wo sie zur Verbrennung des durch die Leitung 5 zuströmenden Generatorgases dient. Die Abgase werden durch die Leitung 6 der Gasturbine 7 zugeleitet, welche den Verdichter 1 und den elektrischen Generator 8 antreibt.
Im Punkte 9 der Luftleitung 2 wird ein Teil der verdichteten Verbrennungsluft abgezweigt, der über die Leitung 10 dem Verdichter 11 einer Aufladegruppe zugeführt wird, zu der noch die Gasturbine 12 gehört. Im Verdichter 11 wird dieser Teil der verdichteten Verbrennungsluft auf eine noch höhere Druckstufe verdichtet und strömt hierauf der Sauerstofferzeugungsanlage 13 zu, in welcher die Luft in Sauerstoff und Stickstoff getrennt wird. Der Sauerstoff gelangt über die Leitung 14 zum
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Druckgaserzeuger 15, welchem ein fossiler Brennstoff, z.B. Kohle oder Erdöl, bei 16 zugeführt wird, der anschliessend darin vergast wird.
Das so mit Sauerstoff erzeugte Generatorgas wird über die. Leitung 17 der Gasturbine 12 der Aufladegruppe zugeführt. Die Gasturbine ist zweckmässigerweise derart ausgelegt, dass sie gerade die Leistung für den Antrieb des Verdichters 11 erbringt.
Auf die Aufladegruppe kann auch gänzlich verzichtet werden, wenn man sich in der Sauerstofferzeugungsanlage mit einem tieferen Druck, nämlich jenem der verdichteten Verbrennungsluft, begnügt. Von der Gasturbine 12 führt die Leitung 5 zum Brenner 3 der Brennkammer 1J.
Würde der bei der Sauerstofferzeugung anfallende Stickstoff nicht mehr im thermischen Prozess verwendet , dann bekäme die Gasturbine 7 eine um die Stickstoffmenge verkleinerte Arbeitsmittelmenge zugeführt, was ihre Leistung stark verringern würde. Um dies zu vermeiden, wird der Stickstoff wieder in den thermischen Prozess rückgeführt und auf diese Weise verwertet. Zu diesem Zwecke kann der Stickstoff einer Stelle im Strömungsweg der verdichteten Verbrennungsluft, des unverbrannten oder des verbrannten Generatorgases zugeführt und mit dem betreffenden Gase vereinigt werden.
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In der Fig. 1 sind zwei solche Möglichkeiten dargestellt. Der Stickstoff fliesst von der Sauerstofferzeugungsanlage 13 durch die Leitung 18 zum Brenner 3 der Brennkammer 1J, wo er sich mit der 'durch die Luftleitung 2 zuströmenden Verbrennungsluft mischt Der Massenstrom durch die Gasturbine 7 ist somit gleich jenem durch den Verdichter 1, vermehrt um die im Druckgaserzeuger hinzugekommene Brennstoffmenge.
Eine andere Verwendungsmöglichkeit besteht darin, den Stickstoff erst über die Leitung 18 und anschliessend über die gestrichelt eingezeichnete Leitung 19 der Gasturbine 7 zuzuführen, wo er zur Kühlung z.B. der ersten Leitschaufelreihen dient und hierauf sich mit dem Arbeitsmittel der Gasturbine vereinigt, um die weiteren Schaufelreihen zu durchströmen.
Selbstverständlich kann der Stickstoff auch direkt in die Brennkammer h eingeleitet werden oder nach derselben, aber vor der Gasturbine 7 den Abgasen der Brennkammer beigemischt werden. Im letzteren Falle würde die Leitung 19 in die Leitung 6 einmünden. Ferner kann der Stickstoff auch zur Kühlung der Brennkammer dienen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Stickstoff in das Generatorgas einzuleiten, was aber zweckmässigerweise erst knapp vor dem Brenner erfolgen soll, um die durch die Sauerstoffvergasung erreichten Vorteile zu wahren.
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In Pig. 2 ist die Anwendung der Erfindung auf ein thermisches Kraftwerk mit einer Dampfturbine als Kraftmaschine gezeigt. Die aus dem Verdichter 20, welcher die Verbrennungsluft verdichtet, aus der Gasturbine 21 und dem Anwurfmotor 22 bestehende Gruppe dient in diesem Ausführungsbeispiel der Aufladung des druckgefeuerten Kessels 23 auf den vorgesehenen Betriebsdruck. Im Kessel wird das unter dem entsprechenden Druck zugeführte Speisewasser erhitzt. Der entstandene Dampf wird zur Dampfturbine 21I geleitet, welche den elektrischen Generator 25 treibt. Der Abdampf gelangt in den Kondensator 26, wird dort niedergeschlagen und das Kondensat wird von der Speisepumpe 27 wieder dem Kessel 23 zugeführt, womit der Dampfkreislauf geschlossen ist. Die übrigen Bauteile des Kraftwerks sind die gleichen wie in Fig. 1 und haben auch die gleichen Punktionen.
Die Stickstoffleitung 18 mündet hier in den Kessel 23 ein, so dass also der Stickstoff den Verbrennungsgasen schon im Kessel beigemischt wird. Er kann auch ganz oder teilweise über die Leitung 19 zur Leitung 6 geführt werden, wie überhaupt auch hier alle Möglichkeiten der Stickstofführung bzw. -beimischung sinngemäss anwendbar sind, die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erwähnt wurden.
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Claims (7)

151/75 D Patentansprüche
1.; Thermisches Kraftwerk, bestehend im wesentlichen aus einer Gasturbine oder einer aus einem druckgcfeuerten Kessel gespeisten Dampfturbine als Kraftmaschine, die einen elektrischen Generator treibt, aus einem sauerstoffgespeisten Druckgaserzeuger zur Erzeugung von Generatorgas aus einem fossilen Brennstoff, und aus einer Verbrennungseinrichtung für das Generatorgas, der die Verbrennungsluft unter Druck zugeführt wird und in welcher das zum Betrieb der Kraftmaschine notwendige Arbeitsmittel erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der verdich-. teten Verbrennungsluft einer SauerStofferzeugungsanlage (13) zuströmt, und nach der darin stattgefundenen Trennung der Luft in Sauerstoff und Stickstoff der Sauerstoff zum Druckgaserzeuger (15) und der Stickstoff zu einer Stelle im Strömungsweg der verdichteten Verbrennungsluft, des unverbrannten oder des verbrannten Generatorgases fliesst.
2. Kraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Aufladegruppe, deren Verdichter (11) der Sauerstofferzeugungsanlage (13) vor- und deren Gasturbine (12) dem Uruckp;aserzeuger (15) nachgeschaltet ist.
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3. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Stickstoff der verdichteten Verbrennungsluft vor der Verbrennungseinrichtung (4,23) beigemischt
wird.
4. Kraftwerk mit Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff den Abgasen des druckgefeuerten Kessels (23) vor einer Gasturbine (21) der zum Kessel gehörigen Aufladegruppe beigemischt wird.
5. Kraftwerk mit Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff den Abgasen in oder nach einer Brennkammer (4) beigemischt wird.
6. Kraftwerk mit Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff zur Kühlung einer Brennkammer (4) verwendet wird.
7. Kraftwerk mit Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoff zur Kühlung der Gasturbine (7) verwendet wird.
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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