DE3241169A1

DE3241169A1 - Mit kohlevergasung integriertes kraftwerk

Info

Publication number: DE3241169A1
Application number: DE19823241169
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Hitachi Noguchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-11-09
Filing date: 1982-11-08
Publication date: 1983-07-21
Also published as: JPH0463914B2; DE3241169C2; US4488398A; KR840002497A; KR890000425B1; JPS5880381A

Description

HITACHI, LTD.

5-1, Marunouchi 1-chome, Chiyoda-ku,

Tokyo, Japan

Mit Kohlevergasung integriertes Kraftwerk

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftwerk, das mit Kohlevergasung und mit einer Gasturbinenanlage integriert ist, die ein von der Kohlevergasung erzeugtes brennbares Gas als Brennstoff verwendet/ und sieht ein mit einer Anlage zur Kohlevergasung integriertes Kraftwerk vor, das ein brennbares Gas durch Reaktion von Kohle mit einem wenigstens Sauerstoff als einen wirksamen Bestandteil enthaltenden Vergasungsmittel erzeugt.

Die Kohlevergasungstechnik wurde bisher praktisch beispielsweise in einem mit Kohlevergasung integrierten Kraftwerk usw. verwendet. Nach dem Stand der Technik wird Sauerstoff oder an Sauerstoff hoch angereicherte Luft einer Kohlevergasungsanlage als Vergasungsmittel zugeführt. Jedoch ist der Verbrauch des erzeugten elektrischen Stromes in Hilfseinrichtungen einschließlich einer Sauerstoffanlage zur Erzeugung eines solchen Vergasungsmittels

zu hoch, um einen guten Energiewirkungsgrad des gesamten Kraftwerks aufrechtzuerhalten, wie im einzelnen anhand der Fig. 1 erläutert werden soll, die ein Beispiel des Standes der Technik zeigt.

In Fig. 1 ist eine Vergasungsanlage 10 mit einem Kraftwerk 30 integriert, das eine Gasturbine enthält, die ein von der Vergasungsanlage 10 erzeugtes brennbares Gas als Brennstoff verwendet. Die Vergasungsanlage.10 weist einen Vergasungsofen 11, der ein brennbares Gas 2 durch Reaktion von Kohle 1 mit Sauerstoff 8 als ein Vergasungsmittel zusammen mit Dampf 4 usw. erzeugt, und einen Kühler 12 auf, der das im Vergasungsofen 11 erzeugte brennbare Gas abkühlt. Das so gebildete brennbare Gas 2 wird einer Staubabscheidung und Schwefelbeseitigung in einer Gasreinigungsanlage 20 unterworfen, um ein Brennstoffgas 3 für eine Gasturbine zu erhalten. Nach dem Stand der Technik wird eine Sauerstoffanlage 40 als eine Vorrichtung zur Lieferung eines Vergasungsmittels verwendet und erzeugt an Sauerstoff hoch angereicherte Luft als Vergasungsmittel. So muß die Sauerstoffanlage 40 entsprechend ausgelegt sein, um eine gewünschte Sauerstoffkonzentration zu gewährleisten. Beispielsweise kann sie Sauerstoff 8 mit einer Sauerstoffkonzentration von 98 %, Rest Luft, erzeugen. Die Sauerstoffanlage 40 weist einen Einspeisungsluftkompressor einen Luftseparator 42 zum Abtrennen des Sauerstoffs vom Rest 7 der Luft und einen Sauerstoffkompressor 43 zur Kompression des Sauerstoffs vom Luftseparator 42 auf. Der hauptsächlich aus Stickstoff bestehende, von der Luft abgetrennte Rest 7 wird an anderen Stellen als Nebenprodukt von der Sauerstoffanlage 40 verwendet.

Zusätzlich zur Sauerstoffanlage 40 sind ein Luftkom-

pressor 50 und eine Mischtrommel 54 vorhanden, um den Sauerstoff 8 mit Luft zwecks Erhaltens einer eine gewünschte Sauerstoffkonzentration aufweisenden, an Sauerstoff angereicherten Luft zu vermischen, die der Vergasungsanlage 10 zugeführt wird.

Bei dieser bekannten Anordnung verbraucht die Sauerstoffanlage 40 eine beträchtliche Menge elektrischen Stromes, üblicherweise werden etwa 13 % des im Kraftwerk 30 erzeugten elektrischen Stromes in der Sauerstoffanlage 40 verbraucht. Im Fall der thermoelektrischen Stromerzeugung durch Verbrennen von Schweröl usw. werden etwa 5 % des erzeugten elektrischen Stromes in den Hilfseinrichtungen verbraucht, und im Fall der thermoelektrischen Stromerzeugung durch direktes Verbrennen von Kohle als Brennstoff werden etwa 8 % des erzeugten elektrischen Stromes verbraucht. So ist der Stromverbrauch in den Hilfseinrichtungen bei der thermoelektrischen Stromerzeugung unter Verwendung des Kohlevergasungsbrennstoffes beträchtlich höher als in den anderen Fällen,da in der gesamten Anlage etwa 15 % des erzeugten elektrischen Stromes verbraucht werden. Daher ist es in der Kohlevergasungstechnik eine wesentliche Aufgabe, den Verbrauch des erzeugten elektrischen Stromes in den Hilfseinrichtungen zu verringern, um so den Energiewirkungsgrad des gesamten Kraftwerks zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit Kohlevergasung integriertes Kraftwerk zu entwickeln, das eine verringerte Kapazität einer Sauerstoffanlage und einen beträchtlich geringeren Verbrauch des erzeugten elektrischen Stromes in Hilfseinrichtungen einschließlich der Sauerstoffanlage aufgrund einer wirksamen Ausnutzung der Kohlever-

gasungstechnik ohne die bekannten Nachteile aufweist.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein mit Kohlevergasung integriertes Kraftwerk, das eine Kohlevergasungsanlage zur Erzeugung eines brennbaren Gases durch Reaktion von Kohle mit einem wenigstens Sauerstoff als wirksamen Bestandteil enthaltenden Vergasungsmittel, eine Sauerstoffanlage zum Trennen des Sauerstoffs von Luft und zum Zuführen des den abgetrennten Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittels zur Kohlevergasungsanlage und eine Gasturbinenanlage mit einer das brennbare Gas von der Kohlevergasungsanlage als Brennstoff verwendender Gasturbine aufweist, mit dem Kennzeichen, daß ein Teil komprimierter Luft von einem Luftkompressor für die Gasturbine als Einspeisungsluft für die Sauerstoffanlage abgezapft wird.

Hierdurch wird es ermöglicht, den erwähnten Einspeisungsluftkompressor zur Trennung des Sauerstoffs von der Luft wegzulassen und dadurch den Stromverbrauch zu senken.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Insbesondere kann erfindungsgemäß die vom Luftkompressor für die Gasturbine abgezapfte Luft zum Auslaß der Sauerstoffanlage geleitet werden, um die Sauerstoffkonzentration der an Sauerstoff angereicherten Luft für die Kohlevergasungsanlage zu justieren, wodurch die Kapazität der Sauerstoffanlage verringert werden kann, wobei auch der besondere Luftkompressor zum Einstellen der Sauerstoffkonzentration, der nach dem Stand der Technik vorgesehen

war, entfallen kann. Dies führt zur Minimierung und beträchtlichen Verringerung des Verbrauchs des erzeugten elektrischen Stromes in den Hilfseinrichtungen.

Erfindungsgemäß läßt sich der Energiewirkungsgrad an der Abgabeseite eines mit Kohlevergasung integrierten Kraftwerks beträchtlich verbessern.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 den schon erläuterten Fiußplan eines mit Kohlevergasung integrierten Kraftwerks nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen Flußplan eines mit Kohlevergasung integrieren Kraftwerks nach ei Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Stromverbrauchskennwerte;

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration der an Sauerstoff angereicherten Luft und der Kapazität der Sauerstoffanlage;

Fig.. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration der an Sauerstoff angereicherten Luft und dem Heizwert des Kohlevergasungsgases; und

Fig. 6 einen Flußplan eines mit Kohlevergasung integrierten Kraftwerks nach einem anderen Ausftihrungsbeispiel der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand von Fig. 2 erläutert, die ein mit Kohlevergasung integriertes Kraftwerk zeigt.

Im Rahmen der Erfindung enthält ein Vergasungsmittel Sauerstoff als einen wesentlichen wirs/icamen Bestandteil, doch enthält es in diesem Ausführungsbeispiel auch Dampf zusätzlich zum Sauerstoff 8.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält ein Kraftwerk eine Sauerstoffanlage 40, die Sauerstoff 8 von Luft B trennt, und eine Kohlevergasungsanlage 10 zur Erzeugung eines brennbaren Gases 2 durch Reaktion von Kohle 1 mit einem Vergasungsmittel. Das brennbare Gas 2 wird als Brennstoff für eine Gasturbine 3 3 verwendet, und ein Teil der komprimierten Luft wird von einem Luftkompressor 31 für die Gasturbine 33 am Auslaß oder an einer Zwischenstufe des Luftkompressors 31 abgezapft. Die Abzapfluft C wird als Einspeisungsluft B für die Sauerstoffanlage 40 verwendet. Da die abgezapfte Luft C vom Luftkompressor 31 für die Gasturbine 33 als Einspeisungsluft B verwendet wird, ist es nicht erforderlich, einen Einspeisungsluftkompressor vorzusehen, und folglich läßt sich der Stromverbrauch in der Sauerstoffanlage 40 erheblich verringern.

Weiter wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die vom Luftkompressor 31 für die Gasturbine 33 abgezapfte Luft C in zwei Teile unterteilt. Ein Teil C. der abgezapften komprimierten Luft wird als Einspeisungsluft B für die Sauerstoffabtrennung verwendet, während der andere Teil C₂ zur Verdünnung verwendet wird, d, h. daß der Teil C₂ zu einer Mischtrommel 54 als Verdünnungsluft D geleitet

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und mit Sauerstoff 8 von der Sauerstoffanlage 40 vermischt wird, um eine an Sauerstoff angereicherte Luft 9 mit einer gewünschten Sauerstoffkonzentration;zu erhalten, die der Kohlevergasungsanlage 10 zugeführt wird.

Dieses Ausführungsbeispiel soll im folgenden noch näher beschrieben werden.

Das mit Kohlevergasung integrierte Kraftwerk enthält eine Kohlevergasungsanlage 10, die einen Kohlevergasungsofen 11 zur Erzeugung eines brennbaren Vergasungsgases 2 durch Reaktion von Kohle 1 mit einem Vergasungsmitte1, wie an Sauerstoff angereicherter Luft 9 zusammen mit Dampf 4 usw_v und einen Kühler 12 zum Abkühlen des erhaltenen heißen brennbaren Gases 2 aufweist, eine Gasreinigungsänlage 20 zur Reinigung des brennbaren Gases 2 zu einem Brennstoffgas 3 für die Gasturbine 33 durch Staub- und Schwefelentfernung, ein Kraftwerk 30 mit einer Gasturbineneinheit und eine Sauerstoffanlage 40 zur Abtrennung des Sauerstoffs aus Einspeisungsluft B und zum Zuführen des Sauerstoffs zur Kohlevergasungsanlage 10. Die Sauerstoffanlage 40 enthält einen Luftseparator 42 zum Abtrennen des Sauerstoffs vom Rest 7 der Luft und einen Sauersotffkompressor 43 zur Kompression des abgetrennten Sauerstoffs 8.

Die vom Luftkompressor 31 für die Gasturbine 33 abgezapfte Luft C wird als die Einspeisungsluft B für die Sauerstoff anlage 40 in der folgenden Weise verwendet. Die abgezapfte Luft C wird am Punkt E in Fig. 2 durch eine geeignete Einrichtung in zwei Teile aufgeteilt. Ein Teil C. der abgezapften Luft wird einer Expansionsturbine 55 zugeführt, um sowohl den Druck als auch die Temperatur zu senken und

gleichzeitig Leistung zu gewinnen. Die Luft von der Turbine 55 wird dem Luftseparator 42 als Einspeisungsluft B zugeführt.

Andererseits wird der andere Teil C~ zu einem Luftkompressor 51 zwecks Druckerhöhung geleitet und dann in die Mischtrommel 54 eingeführt. Wärmetauscher 52 und 53 sind an der Stromaufseite und der Stromabseite des Luftkompressors 51 zum Abkühlen der komprimierten Luft vorgesehen. Der Luftkompressor 51 ist auch fest mit der Expansionsturbine 55 verbunden und wird durch die von der Turbine 55 gewonnene Leistung angetrieben. Die Mischtrommel erhält die abgekühlte Luft C~ als Verdünnungsluft D Und vermischt den Sauerstoff 8 vom Sauerstoffkompressor 43 mit der Verdünnungsluft D zur Herstellung einer an Sauerstoff angereicherten Luft 9 mit einer gewünschten Sauerstoffkonzentration, die der Kohlevergasungsanlage 10 zugeführt wird.

Die Kohlevergasungsanlage 10 weist einen Kohlevergasungsofen 11 zur Reaktion von Kohle 1 mit einem Vergasungsmittel, wie der an Sauerstoff angereicherten Luft 9 zusammen mit Dampf 4 usw., und einen Gaskühler 12 zum Abkühlen des im Kohlevergasungsofen 11 erzeugten brennbaren Gases auf. Das abgekühlte brennbare Gas 2 wird in der Gasreinigungsanlage 20 gereinigt und zum integrierten Kraftwerk 30 als brennbares Gas 3 für eine Gasturbine geleitet.

Hier ist ein Brenner 32 für eine Gasturbine vorgesehen, der das brennbare Gas 3 mit der Luft vom Kompressor 31 vermischt und die Mischung verbrennt. Das erhaltene Verbrennungsgas wird der Gasturbine 33 zugeführt, um einen

Generator 80 zur Stromerzeugung und den Kompressor 31 anzutreiben. Das Abgas von der Gasturbine 33 wird einem Abwärmegewinnungskessel 34 zur Erzeugung von Dampf durch die Wärme des Abgases und dann einem Schornstein 35 zugeführt. Der Dampf F vom Kessel 34 wird als Arbeits-quelle für eine Dampfturbine 36 zum Antrieb eines Generators 81 verwendet. Ein Teil des Dampfes F wird auch als Einspeisungsdampf 4 für die Kohlevergasungsanlage 10 verwendet .

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der in der herkömmlichen Sauerstoffanlage vorgesehene Luftkompressor 41 in Fig. 1 entfallen. Außerdem erfolgt der Antrieb des Luftkompressor* 51 ganz oder teilweise durch die -Leistung,

die aus der vom Luftkompressor 31 für die Gasturbine abgezapften Luft durch die Expansionsturbine 55 geliefert wird. Weiter kann der Luftkompressor 50 in Fig. 1 entfallen. So läßt sich ein kombinierter Effekt der Verringerung der Kapazität der Sauerstoffanlage und der Verringerung des Stromverbrauchs in den Hilfseinrichtungen erzielen, und besonders dä's Ausmaß der Verringerung des Stromverbrauchs in den Hilfseinrichtungen ist bemerkenswert.

Beispielsweise ergeben sich, wenn die Sauerstoffkonzentration der an Sauerstoff angereicherten Luft 50 % beträgt, die folgende Funktion und Wirkung bei diesem Ausführungsbeispiel .

Um an Sauerstoff angereicherte Luft 9 mit einer Sauerstoffkonzentration von 50 % zu erhalten, wenn die Reinheit des Sauerstoff- 8 vom Sauerstoffkompressor 43 beispielsweise 98 % ist, läßt sich das Volumenströmungsverhältnls unter

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normalen Bedingungen für den Sauerstoff 8, die Verdünnungsluft D und die Einspeisungsluft B berechnen, da die atmosphärische Luft etwa 21 Vol. % Sauersotff enthält. Und zwar ist das Volumenströmungsverhältnis unter Normalbedingungen für Sauerstoff 8 mit 98 %iger Reinheit vom Sauerstoffkompressor 43: Verdünnungsluft D vom Luftkompressor 51: Einspeisungsluft B von der Expansionsturbine 55 angenähert 0,16: 0,26: 0,74, wenn das Volumen der komprimierten Luft am Auslaß des Luftkompressors 31 für die Gasturbine 33 als 1,0 angenommen wird, d. h. die Gesamtsumme der Volumina der Verdünnungsluft D und der Einspeisungsluft B unter Normalbedingungen als 1,0 angenommen wird.

Wenn sich die komprimierte Luft C am Auslaß des Luftkompressors 31 beispielsweise auf 10 bar und 350 °C befindet, die für die komprimierte Luft für die Gasturbine üblich sind, läßt sich in diesem Fall eine Leistung von etwa 1,018 kW/Nm aus der abgezapften komprimierten Luft in der Expansionsturbine 55 durch Verringern des Drucks auf 5 bar und durch Leiten der expandierten Luft als Einspeisungsluft B zum Luftseparator 42 gewinnen. Andererseits wird die Verdünnungsluft D als abgezapfte kompri" mierte Luft einer Druckerhöhung auf beispielsweise 28 bar im Luftkpmpressor 51 und einer Abkühlung nahezu auf Raumtemperatur im Wärmetauscher 53 unterworfen und dann zur Mischtrommel 54 geleitet, wobei eine Leistung von

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etwa 0,04 kW/Nm verbraucht wird. Weiter verbraucht der Sauerstoffkompressor eine Leistung von etwa 0,2 kW/Nm zur Kompression des Sauerstoffs 8 vom atmosphärischen Druck auf beispielsweise 28 bar zu seiner Einleitung in die Mischtrommel 54.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der nach dem Stand der Technik verwendete Einspeisungsluftkpmpressor 41 in Fig. 1 entfallen, und so kann der Stromverbrauch hierfür entsprechend eingespart werden. So kann wenn der Stromverbrauch für den Einspeisungsluftkompressor 41 mit etwa 0,09 kW/Nm , wie beim Stand der Technik üblich, angenommen wird, die Gesamtsumme dieses Verbrauchs und der in der Expansionsturbine 55 gewonnenen Leistung, d. h. etwa 0,018 kW/Nm , mit anderen Worten eine Gesamtsumme von 0,108 kW/Nm nach diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich mit dem Stand der Technik eingespart werden. Als Ergebnis läßt sich der gesamte Stromverbrauch des Sauerstoffkompressors 43, des Luftkompressors 51 und der Expansionsturbine 55 um mehr als die Hälfte des beim Stand der Technik erforderlichen Stromverbrauchs verringern, wenn das erwähnte Strömungsverhältnis berücksichtigt wird.

Fig. 3 zeigt die Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration (Vol. %) der Luft 9 zur Kohlevergasungsanlage 10 als Vergasungsmittel und dem Stromverbrauchverhältnis in der Sauerstoffanlage, wenn ein bestimmtes Sauerstoff volumen der Kohlevergasungsanlage zugeführt wird, wo die Sauerstoffkonzentration der Luft 9 im Bereich von 21 bis 98 Vol. % für die Kohlevergasungsanlage auf der Abszissenachse aufgetragen ist und das . Stroraverbrauchsverhältnis einer Vergasungsmittellieferanlage mit der Sauerstoffanlage 40 auf der Ordinatenachse aufgetragen ist. Das Strom Verbrauchsverhältnis basiert auf dem gesamten Stromverbrauch des Einspeisungslüftkompressors 41, des Sauerstoffkompressors 43 und des Luftkompressors 50 nach dem in Fig. 1 veranschaulichten Stand der Technik unter Verwendung von Sauerstoff mit einer Sauerstoffreinheit von

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98 % als Vergasungsmittel gleich 1,0. In Fig. 3 zeigt die Linie 74 ein Stromverbrauchsverhältnis gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, während die Linie " das Stromverbrauchsverhältnis nach dem in Fig. 1 dargestellten Stand der Technik bedeutet. Die strichpunktierte Linie 72 ist ein Stromverbrauchsverhältnis des Luftkompressors 50, die gestrichelte Linie 73 ist ein Stromverbrauchsverhältnis des Ein6peisungsluftkompressors 41, und die Linie 74 ist ein Stromverbrauchsverhältnis des Sauerstoffkompressors 43. Die Linie

des bekannten Stromverbrauchsverhältnisses ergibt sich nach der Darstellung aus der Gesamtsumme der Linien 72, 73 und 74, während die Stromverbrauchsverhältnislinie des vorliegenden Ausführungsbeispiels im wesentlichen mit der Stronr Verbrauchsverhältnislinie 74 des Sauerstoffkompressors 43 übereinstimmt und bei jeder Sauerstoffkonzentration im wesentlichen konstant ist. Die

Stromverbrauchsverhältnislinien des Einspeisungsluftkompres.sors 41 und des Sauers toffkompressors 43 sind bei jeder Sauerstoffkonzentration im wesentlichen konstant, da das der Kohlevergasungsanlage zuzuführende Sauerstoffvolumen für jede Sauerstoffkonzentration konstant gemacht ist, d. h. daß ein größeres Luftvolumen im Fall einer niedrigen Sauerstoffkonzentration zugeführt wird, um zu steuern, daß die Einspeisungs das darin enthaltene Sauerstoff volumen konstant macht. Da die Sauerstoffkonzentration des im Luftseparator 42 abgetrennten Sauerstoffs konstant auf 98 % gehalten wird, ist das Volumen des im Sauerstoffkompressor 43 zu komprimierenden Sauerstoffs konstant. Da auch das Volumen der Einspeisungsluft zum Luftseparator konstant ist, ist der Stromverbrauch des Einspeisungsluftkompressors 41 konstant. So ändert sich nur der Stromver-

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brauch des Luftkompressors 50 mit der Sauerstoffkonzentration. Eine niedrigere Sauerstoffkonzentration bedeutet also ein größeres Volumen der Verdünnungsluft, d. h. einen höheren Stromverbrauch.

In Fig. 3 stimmt die Stromverbrauchsverhältnislinie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im wesentlichen mit der Linie 74 überein, da die Verringerung im Turbinenanlagenwirkungsgrad vernachlässigbar klein ist, wenn ein Teil der komprimierten Luft vom Luftkompressor für die Gasturbine 33 abgezapft wird, um als Einspeisungsluft und Verdünnungsluft in der Sauerstoffanlage 40 zu dienen, wie noch im einzelnen beschrieben Axial-Vielstufenkompressor wird gewöhnlich in einer Gasturbinenanlage verwendet und hat einen besseren Wirkungsgrad als die gemäß Fig. 1 getrennt vorgesehenen Kompressoren 41 und 50. Nach dem Stand der Technik wird eine Antriebsmaschine, wie z. B. ein Motor usw., zum Antrieb der Kompressoren 41 und 50 verwendet und durch die von der Gasturbinenanlage erzeugte elektrische Energie angetrieben, wo die Rotationsenergie einer Gasturbine durch den Generator 80 in elektrische Energie umgewandelt und die elektrische Energie durch den Motor usw. in Rotationsenergie umgewandelt wird, so daß ein hoher Energieverlust bei der Energieumwandlung auftritt, der den Energiewirkungsgrad des gesamten Kraftwerks einschließlich der Kohlevergasungsanlage senkt.

Gemäß der vom Erfinder durchgeführten Berechnung ist die Verringerung der in einer Gasturbinenanlage erzeugten Leistung etwa 2 %, wenn etwa 15 % der komprimierten Luft vom Kompressor 31 der Kohlevergasungsanlage mit einer

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Sauerstoffkonzentration von 50 % zugeführt werden, während der Stromverbrauch im gesamten Kraftwerk von den herkömmlichen 15 % auf etwa 8 % verringert wird.

Andererseits ergibt sich aus Fig. 3 klar, daß der Stromverbrauch beim Stand der Technik mit steigender Sauerstoffkonzentration geringer wird, doch existiert eine Grenze für die Kapazität einer Sauerstoffanlage, wie noch erläutert wird.

Fig. 4 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration und der Kapazität einer Sauerstoffanlage, wo die Sauerstoffkonzentration in Vol. % und die Kapazität einer Sauerstoffanlage in % dargestellt sind, wobei eine Kapazität für 100 % Sauerstoff (tatsächlich etwa 98 %) mit 100 % angenommen wird. Wie Fig. 4 erkennen läßt, kann, wenn an Sauerstoff angereicherte Luft anstelle reinen Sauerstoffs/verwendet wird, die Kapazität einer Sauerstoffanlage kleiner gemacht werden. Beispielsweise läßt sich, wenn auf 50 % Sauerstoff angereicherte Luft als Vergasungsmittel 9 in der Anlage nach Fig. 1 verwendet wird, die Kapazität der Sauerstoffanlage auf etwa 40 % verringern.

Wenn die Sauerstoffkonzentration zu niedrig gemacht wird, um die Kapazität der Sauerstoffanlage zu verringern und den Stromverbrauch zu senken, verringert sich die Funktion des Vergasungsmittels, so daß kein Brennstoffgas mit dem gewünschten Heizwert erzeugt werden kann.

Fig. 5 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehungen zwischen dem Heizwert eines Brennstoffgases und der

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Sauerstoffkonzentration der an Sauerstoff angereicherten Luft für die Kohlevergasung zur Erzeugung eines Brennstoff gases stabiler Verbrennung zum Antrieb einer Gasturbine, wo der Heizwert in J/Nm auf der Ordinatenachse angegeben ist und die Sauerstoffkonzentration in Vol. % auf der Abszissenachse angegeben ist. Der moderne Gasturbinenbrenner kann auch noch mit einem Brennstoffgas

. 4178 J/Nm* mit einem Heizwert von 15OO/bis 3OO . 4178/ arbeiten. Wie man aus Fig. 5 entnehmen kann, läßlich ein Brennstoffgas für eine Gasturbinenanlage mit einem an Sauerstoff angereicherten Gas bei einer Sauerstoffkonzentration von wenigstens 50 Vol. % erzeugen.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Teil der komprimierten Luft C wird von einem Luftkompressor 31 für eine Gasturbine 33 am Auslaß oder an einer Zwischenstufe des Luftkompressors 31 abgezapft und einer Expansionsturbine 55 ohne Aufteilung der abgezapften Luft in swei Teile zur Gewinnung der Leistung in der Expansionsturbine 55 und danach einem Luftseparator als Einspeisungsluft B für eine Sauerstoffanlage 40 zugeführt. Und zwar wird in diesem Ausführungsbeispiel Sauerstoff 8 in im wesentlichen reinem Zustand der Kohlevergasungsanlage 10 ohne Vermischen des Sauerstoffs 8 mit der vom Luftkompressor 31 abgezapften Luft in Abweichung vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zugeführt. Als Ergebnis läßt sich dieses Ausführungsbeispiel mit der höchsten Sauerstoffkonzentration durchführen, die in Fig. 3, die das Stromverbrauchsverhältnis zeigt, mit J angedeutet ist.

In diesem Ausführungsbeispiel kann der Energiewirkungsgrad nicht proportional entsprechend dem durch Verdünnung

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der Sauerstoffkonzentration des Vergasungsmittel erhaltenen verbessert werden, doch ist der Aufbau einfacher und unter Kostengesichtspunkten vorteilhaft und kann durch einfaches Umbauen des herkömmlichen Aufbaus erhalten werden.

Erfindungsgemäß wird also ein Teil der komprimierten Luft von einem Luftkompressor für eine Gasturbine unter Verwendung eines brennbaren Gases von einer Kohlevergasung abgezapft und wenigstens als Einspeisungsluft zum Abtrennen des Sauerstoffs als Vergasungsmittels von Luft, wie oben beschrieben, verwendet, so daß ein Einspeisungsluftkompressor in der Sauerstoffanlage entfallen kann. Außerdem kann Leistung aus der abgezapften komprimierten Luft in einer Expansionsturbine gewonnen werden, und so läßt sich der Stromverbrauch in den Hilfsanlagen in einem Vergasungsmittelliefersystem für eine Kohlevergasungsanlage beträchtlich senken, wobei außerdem der Energiewirkungsgrad im gesamten Kraftwerk verbessert werden kann. Außerdem kann die vom Luftkompressor für eine Gasturbine abgezapfte komprimierte Luft als Verdünnungsluft für Sauerstoff verwendet werden, und an Sauerstoff angereicherte Luft kann der Kohlevergasungsanlage zugeführt werden, wobei die Kapazität der Sauerstoffanlage merklich verringert werden kann. Durch Kombination dieses Effekts mit den oben erwähnten kann man eine beträchtliche Verringerung des Stromverbrauchs in den Hilfseinrichtungen, z. B. eine Verringerung um 70-80 %, im Vergleich mit dem Stand der Technik wirksam erreichen. Auch im Fall der Verwendung reinen Sauerstoffs als Vergasungsmittels kann der beim Stand der Technik vorgesehene Einspeisungsluftkompressor entfallen,und so läßt sich eine Verringerung des Stromverbrauchs um 30-70 % in den Hilfseinrichtungen wirkungsvoll erreichen.

Die Erfindung hat ausgezeichnete Wirkungen gegenüber dem Stand der Technik und somit bemerkenswerte Vorteile .

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Claims

Patentansprüche
1. Mit Kohlevergasung integriertes Kraftwerk, das

eine Kohlenvergasungsanlage zur Erzeugung eines brennbaren Gases durch Reaktion von Kohle mit einem wenigstens Sauerstoff als wirksamen Bestandteil enthaltenden Vergasungsmittel,

eine Sauerstoffanlage zum Trennen des Sauerstoffs von Luft und zum Zuführen des den abgetrennten Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittels zur Kohlevergasungsanlage und

eine Gasturbinenanlage mit einer das brennbare Gas von der Kohlevergasungsanlage als Brennstoff verwendenden Gasturbine aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Teil komprimierter Luft (C) von einem Luftkompressor (31) für die Gasturbine (33) als Einspeisungsluft (B) für die Sauerstoffanlage (40) abgezapft wird.
2. Kraftwerk nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Mischtrommel (54) in einem Vergasungwmittel-Zuführsystem zwischen der Sauerstoffanlage (40) und der Kohlevergasungsanlage (10) vorgesehen ist und

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die vom Luftkompressor (31) für die Gasturbine (33) abgezapfte komprimierte Luft (C) der Mischtrommel (54) als Verdünnungsluft (C) zugeführt wird.
3. Kraftwerk nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein Luftkompressor (5.1) zur Druckerhöhung und ein Wärmetauscher (52, 53) zum Abkühlen der komprimierten Luft (C) im Verdünnungsluft-Zuführsystem vorgesehen sind.
4. Kraftwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß eine Expansionsturbine (55) zur Leistungsgewinnung im System zum Zuführen der vom Luftkompressor (31) für die Gasturbine (33) abgezapften komprimierten Luft (C^ zur Sauerstoffanlage (40) vorgesehen ist.
5. Kraftwerk nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Luftkompressor (51) zur Druckerhöhung von der Expansionsturbine (55) angetrieben wird.