DE3801605C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Gas-Dampfturbinen­ anlage zur Erzeugung von Nutzenergie, vorzugsweise elektri­ scher Energie, mit einem im offenen Prozeß arbeitenden Gasturbinen-Anlagenteil mit wenigstens einer Gasturbine, welche einen Kompressor aufweist, in welchem Umgebungsluft verdichtet wird, die dann über eine Brennkammer, in welcher ausschließlich der verdichteten Umgebungsluft Wärmeenergie zugeführt und vollständig zum Turbinenteil der Gasturbine geführt und nach Leistung von Nutzarbeit in die Umgebungs­ atmosphäre zurückgeführt wird, und mit einem Dampfturbinen- Anlagenteil, in welchem mittels der in den Verbrennungs­ gasen des Turbinenteils der Gasturbine enthaltenen Wärme in einem Wärmetauscher aus einem flüssigen Arbeitsmedium Dampf erzeugt und dieser dann zur Leistung von Nutzarbeit zu einer nachgeschalteten Dampfturbine geführt wird, aus welcher der Dampf nach Kondensation in einer nachgeschalte­ ten Kondensatoreinheit unter Druckerhöhung zum Wärme­ tauscher zurückgeführt wird.

Kraftwerke, bei denen ein Gasturbinen- mit einem Dampf­ prozeß gekoppelt ist, sind sowohl mit in geschlossenem Kreislauf mit Stickstoff oder Helium als Turbinengas arbei­ tender Gasturbine (DE-PS 35 O9 357) als auch mit im offenen Prozeß mit Luft arbeitender Gasturbine (Gasturbinen­ kraftwerke, Kombikraftwerke, Heizkraftwerke und Industriekraftwerke von R. Kehlhofer, N. Kunze, J. Lehmann, K.-H. Schüller, Technischer Verlag Resch, 1984, S. 79-83) bekannt, wobei in dem an den Gasturbinenprozeß angekoppel­ ten Dampfprozeß aber in der Regel Wasser bzw. Wasserdampf als Arbeitsmedium für die Dampfturbine verwendet wird, auch wenn die grundsätzliche Möglichkeit der Verwendung von anderen Arbeitsmedien im Dampfprozeß, wie Quecksilber, organische Flüssigkeiten oder Ammoniak, grundsätzlich bekannt ist. Für kombinierte Gas-Dampfturbinenanlagen sind auch bereits Schaltungen vorgeschlagen worden (Die Gasturbine J. Kruschik, E. Hüttner, Springer-Verlag 1960, S. 653, 654), bei denen in einem mit fossilen Brennstoff gefeuerten Abhitzekessel sowohl überhitzter Dampf für den Betrieb des Dampfturbinen-Anlagenteils als auch die Verbrennungsgase zum Betrieb des Turbinenteils der Gastur­ bine erzeugt wird, wobei die vom Kompressor der Gasturbine gelieferte Verbrennungsluft für den Abhitzekessel über einen Rekuperator geführt wird, in welchem in den aus dem Turbinenteil austretenden Verbrennungsgasen noch enthaltene Wärmeenergie teilweise auf die Verbrennungsluft übertragen wird. Gegenüber reinen Dampfkraftprozessen wird der Wirkungsgrad von kombinierten Gas-Dampfkraftprozessen deut­ lich erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in einem kombinierten Gas-Dampfkraftprozeß mit im offenem Kreislauf arbeitender Gasturbine arbeitende Anlage zu schaffen, welche einen weiter verbesserten Gesamtwirkungsgrad der Energieerzeugung erbringt.

Ausgehend von einer Anlage der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vom Kompressor gelieferte Umgebungsluft durch einen dem Turbinenteil vorgeschalteten Rekuperator geführt wird, und daß der Rekuperator von den aus dem Turbinenteil austreten­ den Verbrennungsgasen durchströmt wird und diese erst danach dem Wärmetauscher zugeführt werden, in welchem Ammoniak von flüssigem Zustand in Ammoniak-Dampf mit über­ kritischem Zustand verdampft und dieser dann in der Dampf­ turbine auf einen der Umgebungstemperatur entsprechenden Druck entspannt wird. Ein Teil der in den aus dem Turbinen­ teil austretenden Verbrennungsgasen enthaltenen Wärme­ energie wird also im Rekuperator auf die vom Kompressor zum Turbinenteil geförderte Luft übertragen, während ein weite­ rer Teil der Wärmeenergie der dann bereits deutlich abge­ kühlten Verbrennungsgase anschließend zur Verdampfung des flüssigen Ammoniaks in überkritischen Zustand verwendet wird. Insbesondere die im Vergleich zu Wasser als Arbeits­ medium für den Dampfkraftprozeß wesentlich günstigeren physikalischen Eigenschaften des Ammoniaks hinsichtlich des Druck-Temperaturverhaltens und der Wärmekapazität erlauben eine Auslegung des Dampfturbinen-Anlagenteils auf wesent­ lich geringerer Ammoniak-Durchsätze mit wesentlich geringe­ ren Volumina, wodurch auch deutlich kleinere und weniger massive und dementsprechend kostengünstigere Maschinen- und Bauteile im Dampfturbinen-Anlagenteil Verwendung finden können.

Der Turbinenteil der Gasturbine ist vorzugsweise in einen Hochdruck- und einen Niederdruck-Turbinenteil unterteilt, wobei zwischen dem Austritt aus dem Hochdruck-Turbinenteil und dem Eintritt in den Niederdruck-Turbinenteil eine zu­ sätzliche Brennkammer angeordnet ist, in welcher den Ver­ brennungsgasen bei einem etwa der Wurzel aus dem höchsten Druck des Hochdruck-Turbinenteils entsprechenden Druck Wärmeenergie zugeführt wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Gasturbinen-Anlagenteils und somit der Anlage insgesamt erhöht, und zwar bei den gleichen Eintrittstemperaturen in den Turbinenteil rechnerisch auf ein η ≈ 0,63 gegenüber bekannten kombinierten Gas-Dampfkraftprozessen, wo etwa ein η ≈ 0,50 erreicht wird, was eine Verbesserung von etwa 26% darstellt.

Die Brennkammern der Gasturbine sind üblicherweise für Öl- oder Gasfeuerung ausgelegt. Trotzdem ist auch eine Ver­ wendung von Festbrennstoffen, z. B. Kohle im Rahmen der erfindungsgemäßen Anlage dadurch möglich, daß dem Turbinen­ teil eine mit festem Brennstoff (Kohle) gefeuerte Brenn­ kammer nachgeschaltet ist, in welcher eine Nachverbrennung der aus dem Turbinenteil austretenden Verbrennungsgase er­ folgt, so daß deren Temperaturniveau erhöht wird, wobei diese Brennkammer dem Rekuperator vorgeschaltet ist. Im Grenzfall kann dann die dem Turbinenteil vorgeschaltete und öl- oder gasgefeuerte Brennkammer ganz entfallen.

Wenn der Turbinenteil der Gasturbine in einen Hochdruck- und einen Niederdruck-Turbinenteil unterteilt ist, kann die erfindungsgemäße Anlage mit Vorteil so weitergebildet werden, daß dem Niederdruck-Turbinenteil zwei mit festem Brennstoff (Kohle) gefeuerte Brennkammern zur Nachver­ brennung der Verbrennungsgase in Reihe nachgeschaltet sind, und daß zwischen den beiden Nachverbrennungsbrennkammern ein von den aus dem Niederdruck-Turbinenteil austretenden Verbrennungsgasen durchströmter Rekuperator eingeschaltet ist, der andererseits von den vom Hochdruck-Turbinenteil zum Niederdruck-Turbinenteil strömenden Verbrennungsgasen durchströmt wird, so daß also Wärmeenergie von den in der ersten, dem Niederdruck-Turbinenteil nachgeschalteten Nach­ verbrennung-Brennkammer im Temperaturniveau erhöhten Ver­ brennungsgasen auf die zum Niederdruck-Turbinenteil strö­ menden Verbrennungsgase übertragen wird. Auch in diesem Fall kann dann die Erwärmung der dem Hochdruck- und dem Niederdruck-Turbinenteil zuströmenden Luft bzw. Verbren­ nungsgase im Grenzfall ausschließlich über die Rekupe­ ratoren erfolgen, d. h. die gas- oder ölgefeuerten Gasturbinen-Brennkammern können auch ganz entfallen.

Falls aber zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruck- Turbinenteil eine öl- oder gasgefeuerte zusätzliche Brenn­ kammer vorgesehen ist, wird der zwischen den beiden Nach­ verbrennungs-Brennkammern angeordnete Rekuperator bezüglich der vom Hochdruck-Turbinenteil zum Niederdruck-Turbinenteil strömenden Verbrennungsgase der dem Niederdruck-Turbinen­ teil zugeordneten zusätzlichen Brennkammer vorgeschaltet.

In den in den Brennkammern und - gegebenenfalls - den Nach­ verbrennungs-Brennkammern entstehenden Verbrennungsgasen sind Schwefeldioxid und Stickoxide enthalten, welche als Umwelt-Schadstoffe mit den auch bei Dampfkessel-Feuerungen angewandten Verfahren der Schwefelwäsche und der katalyti­ schen Reduzierung der Stickoxide zu molekularem Stickstoff unter Zugabe eines Reduktionsmittels weitgehend entfernt werden können. Das heute fast ausschließlich verwendete Reduktionsmittel ist Ammoniak, welches aus einem Vorrat mit flüssigem Ammoniak dosiert in die zu reinigenden Abgase eingespritzt wird, verdampft und mit den Abgasen vermischt wird, bevor diese den Katalysator durchströmen. Bei der erfindungsgemäßen Anlage kann das für die Entschwefelung und/oder Entstickung (Reduzierung des NO _x ) der Abgase erforderliche Ammoniak aus dem Ammoniak-Kreislauf des Dampfturbinenteils entnommen werden, wobei die Ausgestaltung erfindungsgemäß dann so getroffen ist, daß eine Verbindung von der das aus der Dampfturbine austretende gasförmige Ammoniak zur Kondensatoreinheit führenden Leitung des Dampfturbinen-Anlagenteils zu dem die Verbrennungsgase des Gasturbinen-Anlagenteils aus dem den Dampferzeuger bilden­ den Wärmetauscher abführenden Leitung vorgesehen ist, über welche gasförmiges Ammoniak den anschließend einer Gas- Reinigungsanlage zur Reduzierung von in den Verbrennungs­ gasen enthaltenden Schwefeloxiden und/oder Stickoxiden zu­ zuführenden Verbrennungsgasen zugeführt wird, und daß an dem flüssiges Ammoniak führenden Teil des Ammoniak-Kreis­ laufs des Dampfturbinen-Anlagenteils eine Speiseleitung an­ geschlossen ist, über welche aus einem Ammoniak-Vorrat flüssiges Ammoniak in einer der Menge des abgezweigten gas­ förmigen Ammoniaks entsprechenden Menge in den Ammoniak- Kreislauf eingespeist wird. Gegenüber der beim Stand der Technik üblichen Einspritzung flüssigen Ammoniaks in die Abgase hat die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Anlage den Vorteil, daß das Ammoniak dem Kreislauf bereits dampf­ förmig entnommen wird und den Abgasen insoweit keine Ener­ gie für die Verdampfung mehr entzogen werden muß. Die Abgastemperatur vor dem Katalysator kann dementsprechend niedrig gewählt werden. Andererseits wird die dem Kreislauf dampfförmig als Reduktionsmittel entnommene Menge des Ammoniaks durch Zufuhr von flüssigem Ammoniak in ent­ sprechender Menge in den der Kondensatoreinheit nachge­ schalteten Abschnitt des Kreislaufs ersetzt. Das zur Abgas­ reinigung entnommene Ammoniak wird also dem Kreislauf erst dann entnommen, wenn die im Dampferzeuger aufgenommene Wärmeenergie in der Dampfturbine in Nutzenergie umgewandelt ist. D. h. die für die Entschwefelung und/oder Entstickung abgezweigte Menge von Ammoniak ist an der Nutzenergieerzeu­ gung (Stromerzeugung) beteiligt.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der erfin­ dungsgemäßen Gas-Dampfturbinenanlage in ihrem grundsätzlichen Aufbau;

Fig. 2 ein Schaltbild der Gas-Dampfturbinenanlage gemäß Fig. 1, bei welcher die Gasturbine in einen Hochdruck- und einen Niederdruck- Turbinenteil aufweist, zwischen denen eine zusätzliche Brennkammer zur Zwischen­ erhitzung der Verbrennungsgase vorgesehen ist;

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild der erfin­ dungsgemäßen Gas-Dampfturbinenanlage gemäß Fig. 1, bei welcher dem Turbinenteil der Gasturbine in Vorschaltung zu dem die komprimierte Luft vorwärmenden Rekuperator eine mit festem Brennstoff befeuerbare Nachverbrennungs-Brennkammer nachgeschaltet ist;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Weiterbildung der in Fig. 2 gezeigten Gas-Dampfturbinenanlage, bei welcher sowohl dem Hochdruck- als auch dem Niederdruck-Turbinenteil eine Nach­ verbrennungs-Brennkammer nachgeschaltet ist und durch einen Rekuperator Wärmeenergie von den aus dem Niederdruck-Turbinenteil austretenden nachverbrannten Verbrennungs­ gasen auf die vom Hochdruck-Turbinenteil zum Niederdruck-Turbinenteil strömenden Verbrennungsgase übertragen wird;

Fig. 5 ein Schaltbild der in Fig. 2 gezeigten Anlage, bei welchem zusätzlich die Ab­ zapfung von gasförmigem Ammoniak aus dem Ammoniak-Kreislauf als Reduktionsmittel für die Verbrennungsgas-Reinigung veranschau­ licht ist; und

Fig. 6 ein Schaltbild einer gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Anlage abgewandelte Anlage.

Die in Fig. 1 gezeigte, in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeich­ nete kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage ist in einen in der Zeichnung oben dargestellten Gasturbinen-Anlagenteil 12 mit einem von einer Gasturbine 14 angetriebenen elektri­ schen Drehstrom-Generator 16 und einen in der Zeichnung unten dargestellten Dampfturbinen-Anlagenteil 18 mit einem zweiten, von einer Dampfturbine 20 angetriebenen elektri­ schen Drehstrom-Generator 22 unterteilt.

Der Gasturbinen-Anlagenteil 12 arbeitet im offenen Prozeß, d. h. als Arbeitsmedium wird Umgebungsluft vom Kompressor 24 der Gasturbine 14 angesaugt, verdichtet und dann über einen Rekuperator 26, in welchem der komprimierten Luft Wärme­ energie zugeführt wird, zu einer öl- oder gasgefeuerten Brennkammer 28 gefördert. Die in der Brennkammer 28 entste­ henden Verbrennungsgase hoher Temperatur und hohen Drucks werden anschließend in den - über eine Welle 30 mit dem Kompressor 24 gekoppelte - eigentliche Arbeit leistenden Turbinenteil 32 der Gasturbine 14 geführt. Aus der Turbine 32 strömen die nach Arbeitsleistung in der Temperatur erniedrigten und entspannten Verbrennungsgase über den Rekuperator 26 zu einem Wärmetauscher 34, aus dem sie dann in die Umgebungsatmosphäre austreten. Im Rekuperator 26 wird ein Teil der in den aus dem Turbinenteil 32 austreten­ den Verbrennungsgasen immer noch relativ hoher Temperatur enthaltenen Wärmeenergie auf die vom Kompressor 24 verdich­ tete, zur Brennkammer 28 strömende Luft übertragen.

Ein weiterer Anteil der in den Verbrennungsgasen nach Durchtritt durch den Rekuperator 26 dann noch enthaltenen Wärmeenergie wird schließlich im Wärmetauscher 34 auf das Arbeitsmedium des Dampfturbinen-Anlagenteils 18 übertragen. Der Wärmetauscher 34 stellt also gleichzeitig den Dampfer­ zeuger des Dampfturbinen-Anlagenteils 18 dar. Das im Dampf­ turbinen-Anlagenteil 18 verwendete Arbeitsmedium ist Ammoniak, welches bei den in den als Dampferzeuger dienen­ den Wärmetauscher 34 vom Rekuperator 26 zuströmenden Ver­ brennungsgasen herrschenden Temperaturen aus der flüssigen Phase bis in überkritischen Zustand verdampft wird. Der Ammoniak-Dampf tritt dann in die Dampfturbine 20, in welcher er entspannt und abgekühlt wird. Die dabei in der Dampfturbine geleistete Arbeit wird auf den Drehstrom-Gene­ rator 22 übertragen. Das entspannte und abgekühlte, jedoch immer noch dampfförmige Ammoniak wird dann in einer Konden­ satoreinheit 36 durch zusätzliche Kühlung kondensiert und dann in flüssiger Form von zwei in Reihe geschalteter Pum­ pen 38 und 40 unter stufenweiser Druckerhöhung zum Wärme­ tauscher 34 zurückgefördert. Im Bereich zwischen den Pumpen 38, 40 in die das kondensierte Ammoniak zum Wärmetauscher 34 zurückführende Leitung 42 geschaltete Wärmetauscher 44 und 46 führen dem flüssigen Ammoniak Wärme aus der Kühlung der Generatoren und bei der Ölkühlung der Sätze gewonnene Abwärme zu. Eine zusätzliche Vorwärmung des flüssigen Ammoniaks wird durch Kondensation und Einspeisung von gas­ förmigem Ammoniak höherer Temperatur in den zwischen den Pumpen 38, 40 verlaufenden Zweig der Leitung 42 erhalten. Dieser zur Vorwärmung des flüssigen Ammoniaks dienende Anteil von gasförmigem Ammoniak wird durch Anzapfen der Dampfturbine 20 erhalten, von welcher der Anzapf-Dampf über die Leitung 48 zu dem in die Leitung 42 eingeschalteten Kondensator 50 geführt wird.

Vorstehend ist in Verbindung mit Fig. 1 der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Gas-Dampfturbinenanlage beschrieben, welche in der Praxis durch verschiedene - teilweise nachstehend erörterte - Maßnahmen in ihrem Wir­ kungsgrad weiter verbessert bzw. besonderen Betriebsbe­ dingungen angepaßt werden kann. Wesentlich ist jedenfalls, daß dem Gasturbinen-Anlagenteil 12 der mit Ammoniak als Arbeitsmedium arbeitende Dampfturbinen-Anlageteil 18 nach­ geschaltet ist, wobei die Verwendung von Ammoniak den Vor­ teil hat, daß das Arbeitsmedium Ammoniak bei den aus dem Gasturbinen-Prozeß zur Verfügung stellbaren Temperaturen in den überkritischen Zustand verdampfbar ist und für die Kon­ densation des nach der Arbeitsleistung aus der Dampfturbine 20 austretenden Ammoniakdampfs bei Umgebungstemperatur kein Vakuum erforderlich ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Gas-Dampfturbinenanlage 110 entspricht der Gas-Dampfturbinenanlage 10 gemäß Fig. 1 in ihrem grundsätzlichen schaltungsmäßigen Aufbau, so daß zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen genügt, nachfolgend nur die gegenüber der letztgenannten Anlage 10 getroffenen Änderungen zu beschreiben, zumal die mit den Bauteilen der Anlage 10 übereinstimmenden Bauteile der Gas-Dampfturbinen­ anlage 110 mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch vorange­ stellte "1" bezeichnet sind. Die schematische schaltungs­ mäßige Darstellung der Gas-Dampfturbinenanlage 110 weicht von der Darstellung der Anlage 10 in Fig. 1 insofern ab, als der Gasturbinen-Anlagenteil 114 und der Dampfturbinen- Anlagenteil 118 nicht in Übereinanderanordnung, sondern ineinandergeschachtelt dargestellt sind, woraus aber er­ sichtlich kein prinzipieller funktioneller Unterschied resultiert.

Abweichend von der Gas-Dampfturbinenanlage 10 ist der eigentliche Arbeit leistende Turbinenteil der Gasturbine in einen Niederdruck-Turbinenteil 132 a und einen Hochdruck- Turbinenteil 132 b unterteilt, welche jeweils gesonderte Drehstrom-Generatoren 116 a, 116 b antreiben und über Wellen 130 a bzw. 130 b mit jeweils gesonderten, hintereinanderge­ schalteten Kompressoren 124 b, 124 a gekoppelt sind. Zwischen dem Niederdruck-Turbinenteil 132 a und dem Hochdruck-Turbinenteil 132 b ist eine zusätzliche öl- oder gasgefeuerte Brennkammer 128 b eingeschaltet, in welcher den primär in der dem Niederdruck-Turbinenteil 132 a vorgeschal­ teten Brennkammer 128 a erzeugten Verbrennungsgasen vor dem Eintritt in den Hochdruck-Turbinenteil 132 b erneut Wärme­ energie zugeführt wird. Im übrigen entspricht die Anlage 110 der Anlage 10.

In Fig. 3 ist eine Gas-Dampfturbinenanlage 210 darge­ stellt, welche sich gegenüber den in Fig. 1 gezeigten und in Verbindung mit dieser Figur beschriebenen Anlage 10 nur dadurch unterscheidet, daß dem eigentlichen Turbinenteil 232 der Gasturbine 214 noch eine Verbrennungskammer 152 nachgeschaltet ist, die nicht nur zur Nachverbrennung und somit Erhöhung des Temperaturniveaus der aus dem Turbinen­ teil 232 austretenden Verbrennungsgase dient, sondern auch als Brennkammer für Festbrennstoffe, d. h. bevorzugt Kohle, ausgebildet werden kann, weil der Brennkammer keine staub- oder ablagerungsempfindlichen Maschinenaggregate mehr nach­ geschaltet sind. D. h. während die dem Turbinenteil 232 der Gasturbine 214 vorgeschaltete Brennkammer also mit einem für die Turbine verträglichen Brennstoff wie Erdöl oder Gas befeuert werden muß, kann die Nachverbrennungs-Brennkammer 252 mit beliebigen Brennstoffen und damit auch mit Kohle befeuert werden. Es ist klar, daß bei entsprechend leistungsfähiger Auslegung der Nachverbrennungs-Brennkammer 252 der vom Kompressor 224 gelieferten Luft im Rekuperator 226 auch eine solche Wärmemenge zugeführt werden kann, daß die öl- oder gasgefeuerte Brennkammer 228 ganz entfallen kann.

Bezüglich der weiteren Ausgestaltung der Gas-Dampfturbinen­ anlage 210 kann wiederum auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen werden, wobei zu beachten ist, daß gleiche Teile der Anlagen mit gleichen Bezugszeichen - jedoch im Falle der Anlage 210 mit vorangestellter "2" - bezeichnet sind.

Die in Fig. 4 als schematischer Schaltplan dargestellte Gas-Dampfturbinenanlage 310 entspricht in der Darstellungs­ weise der Fig. 2, wobei die Schaltung funktionell als zusätzlich weitergebildete Kombination der Schaltungen gemäß den Fig. 2 und 3 interpretiert werden kann.

Entsprechend der Unterteilung des eigentlichen Turbinen­ teils der Gasturbine in einen Hochdruck- und einen Nieder­ druck-Turbinenteil 332 a bzw. 332 b ist jedem dieser Tur­ binenteile ein gesonderter Rekuperator 326 a bzw. 326 b zuge­ ordnet, welche jeweils zur Aufwärmung der dem Hochdruck- Turbinenteil 332 a zuströmenden Luft bzw. der dem Nieder­ druck-Turbinenteil 332 b zuströmenden Verbrennungsgase dient, wobei die dem jeweiligen Turbinenteil zugeordnete öl- oder gasgefeuerte Brennkammer 328 a bzw. 328 b jeweils in Strömungsrichtung der Luft bzw. der Verbrennungsgase hinter dem jeweiligen Rekuperator 326 a bzw. 326 b angeordnet ist. Beide Rekuperatoren werden sekundärseitig in Reihe geschal­ tet von den aus dem Niederdruck-Turbinenteil 323 b aus­ tretenden Verbrennungsgasen durchströmt.

Entsprechend der Anlage 210 erfolgt auch eine Nachver­ brennung der aus dem Niederdruck-Turbinenteil austretenden Verbrennungsgasen, und zwar im vorliegenden Fall durch zwei mit festem Brennstoff, d. h. Kohle befeuerbaren Nach­ verbrennungs-Brennkammern 352 b bzw. 352 a, welche jeweils in Strömungsrichtung vor dem Rekuperator 326 b bzw. 326 a ange­ ordnet sind. Auch in diesem Falle ist es wieder möglich, die öl- bzw. gasgefeuerten Gasturbinen-Brennkammern 328 a bzw. 328 b ganz entfallen zu lassen und die Erwärmung der vom Kompressor 324 b gelieferten Luft bzw. die aus dem Hochdruck-Turbinenteil 332 a austretenden Verbrennungsgase ausschließlich durch Wärmeübertragung in den Rekuperatoren 326 a bzw. 326 b durchzuführen, so daß dann die Wärmeenergie also ausschließlich von den mit Festbrennstoffen gefeuerten Nachverbrennungs-Brennkammern 352 a bzw. 352 b geliefert wird.

Auch in diesem Fall sind die Bauteile der Anlage 310 wieder mit den Bezugszeichen der entsprechenden Bauteile in den Anlagen 110 bzw. 210 versehen, wobei die erste Ziffer jedes Bezugszeichens jedoch eine "3" ist.

Fig. 5 zeigt schließlich eine der in Fig. 2 gezeigten Anlage 110 sowohl bezüglich des Gasturbinen-Anlagenteils 112 als auch bezüglich des Dampfturbinen-Anlagenteils 118 entsprechende Gas-Dampfturbinenanlage 410, bei welcher lediglich der Dampfturbinen-Anlagenteil 418 dadurch weiter­ gebildet ist, daß aus dem aus der Dampfturbine 420 austre­ tenden dampfförmigen Ammoniak vor dessen Verflüssigung in der Kondensatorereinheit 436 eine geringe Teilmenge abge­ zapft und über eine Zweigleitung 456 in die aus dem als Dampferzeuger dienenden Wärmetauscher 434 austretenden Ver­ brennungsgase überführt und mit diesen vermischt wird. Die Abzapfmenge wird dabei so gesteuert, daß sie ausreicht, um die in den Verbrennungsgasen enthaltenen Schwefel- und/oder Stickoxide in einem anschließend nachgeschalteten - nicht gezeigten - Katalysator weitgehend vollständig zu moleku­ larem Stickstoff zu reduzieren.

Die dem Dampfturbinen-Anlagenteil 418 gasförmig entnommene Menge des Ammoniaks wird im Bereich zwischen den Pumpen 438 und 440 aus einer Ammoniak-Vorratsquelle 458 ergänzt. Eine Pumpe 460 erzeugt den erforderlichen Einspeisedruck für das in die Leitung 442 einzuspeisende flüssige Ammoniak.

In Fig. 6 ist eine in der Anlage 110 gemäß Fig. 2 im schaltungsmäßigen Aufbau weitgehend entsprechende Anlage 110′ gezeigt, wobei für die funktionswesentlichen Anlage­ teile auch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 verwen­ det sind. Aus dem Vergleich der Zeichnungsfiguren geht hervor, daß der einzige schaltungsmäßige Unterschied darin liegt, daß am Hochdruck-Turbinenteil 132 a kein Generator angekoppelt ist, so daß elektrische Leistung also aus­ schließlich von dem am Niederdruck-Turbinenteil 132 b ange­ koppelten Generator 116 b gewonnen wird. Damit sinken die Investitionskosten für einen zweiten Generator sowie die Regelung der Anlage. Allerdings bedingt dieser Unterschied auch eine etwas andere Betriebsweise der Anlage 110 inso­ fern, als der Hochdruck-Turbinenteil 132 a lediglich noch eine Leistung erbringen muß, welche der Antriebsleistung des Hochdruck-Kompressors 124 a entspricht. Dies wird dadurch erreicht, daß der dem austrittsseitigen Druck des Niederdruck-Kompressors 124 a entsprechende eintritts- oder saugseitige Druck des Hochdruck-Kompressors 124 b gegenüber dem in der Anlage gemäß Fig. 2 verwendeten Druck geändert wird. Der Wegfall des vom Hochdruck-Turbinenteil 132 a ange­ triebenen Generators ermöglicht es, diesen sowie den mit ihm gekoppelten Hochdruck-Kompressor 124 b mit höherer Dreh­ zahl als 3000 U/min anzutreiben, wodurch sich die Abmes­ sungen des Hochdruck-Turbinenteils und Kompressors verrin­ gern, was ebenfalls zu Einsparungen von Investitionskosten beiträgt.

Anhand der in Fig. 6 gezeigten Anlage soll auch noch eine weitere Änderung der Betriebsweise der Anlage beschrieben werden, die zu Verringerungen von Investitionskosten bei nur geringfügiger Einbuße des Klemmenwirkungsgrades führt. Wenn nämlich der Druck in der zwischen dem Hochdruck- Turbinenteil 132 a und dem Niederdruck-Turbinenteil 132 b vorgesehenen zusätzlichen Brennkammer 128 b gegenüber dem bezüglich des Wirkungsgrades optimalen Druck (= Wurzel aus dem höchsten Druck des Hochdruck-Turbinenteils) erhöht wird, sinkt die Temperatur der aus dem Niederdruck- Turbinenteil 132 b austretenden Verbrennungsgase und somit die Temperatur am Eintritt in den Rekuperator 126. Damit ist es dann möglich, für den Rekuperator in geringerem Maß wärmebelastbare Materialien zu verwenden, was die Investi­ tionskosten wiederum senkt.

Claims (11)

1. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage zur Erzeugung von Nutzenergie, vorzugsweise elektrischer Energie, mit einem im offenen Prozeß arbeitenden Gasturbinen-Anlagenteil mit wenigstens einer Gasturbine, welche einen Kompressor auf­ weist, in welchem Umgebungsluft verdichtet wird, die dann über eine Brennkammer, in welcher ausschließlich der ver­ dichteten Umgebungsluft Wärmeenergie zugeführt und voll­ ständig zum Turbinenteil der Gasturbine geführt und nach Leistung von Nutzarbeit in die Umgebungsatmosphäre zurück­ geführt wird, und mit einem Dampfturbinen-Anlagenteil, in welchem mittels der in den Verbrennungsgasen des Turbinen­ teils der Gasturbine enthaltenen Wärme in einem Wärme­ tauscher aus einem flüssigen Arbeitsmedium Dampf erzeugt und dieser dann zur Leistung von Nutzarbeit zu einer nach­ geschalteten Dampfturbine geführt wird, aus welcher der Dampf nach Kondensation in einer nachgeschalteten Kondensa­ toreinheit unter Druckerhöhung zum Wärmetauscher zurückge­ führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Kompressor (24) gelieferte Umgebungsluft durch einen dem Turbinenteil (32) vorgeschalteten Rekuperator (26) geführt wird, und daß der Rekuperator (26) von den aus dem Turbinenteil (32) austretenden Verbrennungsgasen durch­ strömt wird und diese erst danach dem Wärmetauscher (34) zugeführt werden, in dem Ammoniak von flüssigem Zustand in Ammoniak-Dampf mit überkritischem Zustand verdampft und dieser dann in der Dampfturbine (20) auf einen der Umgebungstemperatur entsprechenden Druck entspannt wird.

2. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine einen Hochdruck- und einen Niederdruck-Turbinenteil (132 a; 132 b) aufweist, wobei zwischen dem Austritt aus dem Hochdruck-Turbinenteil (132 a) und dem Eintritt in den Niederdruck-Turbinenteil (132 b) eine zusätzliche Brennkammer (128 b) angeordnet ist.

3. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der zusätzlichen Brennkammer (128 b) etwa der Wurzel aus dem höchsten Druck des Hochdruck-Turbinenteils (132 a) entsprechend eingestellt ist.

4. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der zusätzlichen Brennkammer (128 b) zur Verringerung der maximalen Tempera­ tur der aus dem Niederdruck-Turbinenteil (132 b) in den Rekuperator (126) eintretenden Verbrennungsgase höher als der der Wurzel aus dem höchsten Druck des Hochdruck- Turbinenteils (132 a) entsprechende Druckwert eingestellt ist.

5. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruck-Turbinenteil (132 a) und der Niederdruck-Turbinenteil (132 b) jeweils mit einem gesonderten Hochdruck-Kompressor (124 b) bzw. einem diesem in Reihe vorgeschalteten Niederdruck-Kompressor (124 a) gekoppelt ist.

6. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eintrittsseitige Druck in den Hochdruck-Kompressor (124 b) auf einen etwa der Wurzel aus seinem austrittsseitigen Druck entsprechenden Druckwert eingestellt ist.

7. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eintrittsseitige Druck in den Hochdruck-Kompressor (124 b) auf einen Wert eingestellt ist, bei dem der zugeordnete Hochdruck-Turbinenteil (132 a) eine gerade der erforderlichen Antriebsleistung des Hochdruck-Kompressors (124 b) entsprechende Leistung erbringt, und daß ein elektrischer Generator (116 b) nur am Niederdruck-Turbinenteil (132 b) angekoppelt ist.

8. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Turbinenteil (232) der Gasturbine (210) eine mit festem Brennstoff (Kohle) gefeu­ erte Brennkammer (252) nachgeschaltet ist, in welcher eine Nachverbrennung der aus dem Turbinenteil (232) austretenden Verbrennungsgase erfolgt, so daß deren Temperaturniveau erhöht wird, und daß diese Brennkammer (252) dem Rekupera­ tor (226) vorgeschaltet ist.

9. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Niederdruck-Turbinenteil (332 b) zwei mit festem Brennstoff (Kohle) gefeuerte Brennkammern (352 b; 352 a) zur Nachver­ brennung der Verbrennungsgase in Reihe nachgeschaltet sind, und daß zwischen den beiden Nachverbrennungs-Brennkammern (352 b; 352 a) ein von den aus dem Niederdruck-Turbinenteil (332 b) austretenden Verbrennungsgasen durchströmter Rekupe­ rator (326 b) eingeschaltet ist, der andererseits von den vom Hochdruck-Gasturbinenteil (332 a) zum Niederdruck- Turbinenteil (332 b) strömenden Verbrennungsgasen durch­ strömt wird, wobei Wärmeenergie von den in der ersten, dem Niederdruck-Turbinenteil (332 b) nachgeschalteten Nachver­ brennungs-Brennkammer (352 b) im Temperaturniveau erhöhten Verbrennungsgasen auf die zum Niederdruck-Turbinenteil (332 b) strömenden Verbrennungsgase übertragen wird.

10. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden Nach­ verbrennungs-Brennkammern (352 b; 352 a) angeordnete Rekupe­ rator (326 b) bezüglich der vom Hochdruck-Turbinenteil (332 a) zum Niederdruck-Gasturbinenteil (332 b) strömenden Verbrennungsgase der dem Niederdruck-Turbinenteil (322 b) zugeordneten zusätzlichen Brennkammer (328 b) vorgeschaltet ist.

11. Kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung (456) von der das aus der Dampfturbine (420) austretende gasförmige Ammoniak zur Kondensatorein­ heit (436) führenden Leitung des Dampfturbinen-Anlagenteils (418) zu dem die Verbrennungsgase des Gasturbinen-Anlagen­ teils (412) aus dem den Dampferzeuger bildenden Wärmetau­ scher (434) abführenden Leitung vorgesehen ist, über wel­ che gasförmiges Ammoniak den anschließend einer Gas-Reini­ gungsanlage zur Reduzierung von in den Verbrennungsgasen enthaltenen Schwefel- und/oder Stickoxiden zuzuführenden Verbrennungsgasen zugeführt wird, und daß an dem flüssiges Ammoniak führenden Teil des Ammoniak-Kreislaufs des Dampf­ turbinen-Anlagenteils (418) eine Speiseleitung an­ geschlossen ist, über welche aus einem Ammoniak-Vorrat (458) flüssiges Ammoniak in einer der Menge des abgezweig­ ten gasförmigen Ammoniaks entsprechenden Menge in den Ammo­ niak-Kreislauf eingespeist wird.