DE3824813C2

DE3824813C2 -

Info

Publication number: DE3824813C2
Application number: DE3824813A
Authority: DE
Inventors: Arno Dipl.-Ing. 5307 Wachtberg De Schneider; Hermann-Josef Dipl.-Ing. 5000 Koeln De Wester
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-07-21
Filing date: 1988-07-21
Publication date: 1991-07-11
Also published as: DE3824813A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage, insbesondere von Dieselmotoren, deren Rauchgase zumindest teilweise direkt in den Brenner einer Nachbrennkammer eines Prozeßofens oder einer Kesselanlage geführt werden, um Rußbestandteile oder andere Verunreinigungen der Rauchgase dort ohne zusätzliche Verbrennungsluftbeigabe lediglich unter Brennstoffzufuhr und unter erhöhter Temperatur der Rauchgase auszubrennen, wobei der Betrieb der Motoren- und/oder Turbinenanlage parallel zu dem der Kesselanlage bzw. des Prozeßofens erfolgt, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und deren Verwendung in Kraft-Wärme-Kopplungs systemen.The invention relates to a method of operation an internal combustion engine and / or gas turbine system, especially of diesel engines, whose flue gases at least some directly into the burner of an afterburner a process furnace or a boiler system to soot components or other contaminants the flue gases there without additional combustion air only with fuel supply and with increased Burn out the temperature of the flue gases, the operation of the engine and / or turbine system parallel to that of the boiler system or the process furnace takes place, and on a device for performing this Process and their use in cogeneration systems.

Derartige Anlagen zur Rauchgasreinigung bei Brennkraftmaschinen sind gemäß der DE-OS 25 47 858 bekannt.Such systems for flue gas cleaning in internal combustion engines are known according to DE-OS 25 47 858.

Die dort insbesondere durch den Betrieb von Dieselmotoren entstehenden Abgase werden dabei direkt in den Brenner einer Nachbrennkammer gebracht, wobei der Nachbrennkammer ein Abhitzekessel für die heißen Abgabe nachgeschaltet ist.The there in particular through the operation of diesel engines Exhaust gases are directly into the burner brought to an afterburning chamber, the afterburning chamber a waste heat boiler downstream for hot delivery is.

Die den Dieselmotor etwa mit einer Temperatur von 400° und mit einem O₂-Gehalt von 10-17 Volumen-%, insbesondere 15-16 Volumen-%, verlassenden Abgase werden dabei ohne zusätzliche Verbrennungsluft unter bloßer Zuführung von Brennstoff in den Brenner der Nachbrennkammer auf ca. 800° erhitzt, wobei die nachbrennbaren Bestandteile der Abgase vollständig ausgebrannt werden sollen. Which the diesel engine with a temperature of about 400 ° and with an O₂ content of 10-17% by volume, in particular 15-16% by volume, leaving exhaust gases thereby without additional combustion air under mere Feeding fuel into the burner of the afterburner heated to approx. 800 °, the combustible Components of the exhaust gases are completely burned out should.

Diese gereinigten Abgase erzeugen dann in dem der Nachbrennkammer nachgeschalteten Abhitzekessel hochgespannten Dampf in einem Sekundär-Kreis und verlassen den Abhitzekessel mit 160°C. Die Rauchgase sollen insofern vollkommen frei von Rußbestandteilen und Schwelgasen den Schornstein dieser ein "Kraft-Wärme- Kopplungssystem" darstellenden Anlage verlassen.These cleaned exhaust gases then generate in the Post-combustion chamber downstream of the heat recovery boiler Steam in a secondary circuit and leave the waste heat boiler at 160 ° C. The smoke gases should insofar completely free of soot components and Smoldering the chimney this a "cogeneration Coupling system "leaving plant.

Der in dieser Nachverbrennungsstufe zuzuführende Brennstoff wird dabei der dem Abhitzekessel vorgeschalteten Nachbrennkammer über eine in Abhängigkeit vom O₂- Gehalt und der Temperatur der Abgase betätigte, verstellbare Dosiervorrichtung zugeführt.The fuel to be fed in this post-combustion stage is the upstream of the waste heat boiler Afterburner via a depending on the O₂ Exhaust gas operated and adjustable temperature and temperature Dosing device supplied.

Dieses vorbekannte System ermöglicht insofern eine Reinigung von Rauchgasen, sofern die zu verbrennenden Bestandteile und unverbrennbare Schadstoffe bei relativ niedrigen Temperaturen verbrannt, reduziert oder anderweitig abgebaut werden können.In this respect, this previously known system enables one Cleaning flue gases, provided that they are to be burned Ingredients and non-combustible pollutants burned relatively low temperatures, reduced or can be otherwise dismantled.

Sofern eine Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, Kohlenwasserstoffverbindungen und von anderen Schadstoffen und Verbrennungsprodukten erfolgen soll, welche Sauerstoffbindungsenergien aufweisen, welche größer als die von Kohlendioxyd sind, ist vorgesehene Verbrennungstemperatur von 800°C zu gering, um diese Schadstoffe und restlichen Verbrennungsprodukte der Rauchgase abzubauen.If a combustion of hydrocarbons, hydrocarbon compounds and other pollutants and combustion products should take place, which oxygen binding energies which are larger than that of carbon dioxide is provided Combustion temperature of 800 ° C too low to this Pollutants and residual combustion products of the To reduce flue gases.

Eine Reinigung von mit derartigen restlichen Verbrennungsprodukten und Schadstoffen behafteten Rauchgasen, welche eine Nachverbrennung bei Temperaturen über 800°C aufweisen müßte, ist bei diesem vorbekannten Verfahren nicht möglich. So werden bekanntlich insbesondere Stickstoffoxyde im stärkeren Umfang bei Verbrennungstemperaturen von mehr als 1200°C gebildet, wobei auch schon bei niedrigeren Temperaturen eine Bildung von Stickstoffoxyden in geringerem Umfang eintritt. Gleiche Schwierigkeiten ergeben sich für die Reinigung der Rauchgase von Kohlenmonoxyd.A cleaning of such residual combustion products flue gases contaminated with pollutants, which is an afterburning at temperatures above Should be 800 ° C, this is already known Procedure not possible. As we know, in particular Nitrogen oxides to a greater extent at combustion temperatures formed from more than 1200 ° C, even at lower temperatures Formation of nitrogen oxides to a lesser extent entry. The same difficulties arise for the cleaning of the smoke gases from carbon monoxide.

Grundsätzlich ist es dabei mit dieser vorbekannten Anlage zur Rauchgasreinigung von Brennkraftmaschinen möglich, einerseits über einen von der Brennkraftmaschine mittels Lastgetriebe angetriebenen Generator die notwendige elektrische Energie für die Stromversorgung herzustellen und andererseits die beim Betrieb der Motoren- bzw. Gasturbinenanlage anfallende Wärme aus dem Kühlwasser oder über den der Nachbrennkammer nachgeschalteten Abhitzekessel auszukoppeln und in das Verteilsystem des zu versorgenden Objektes einzuspeisen. Dadurch wird dann neben dem eigentlichen Strombedarf ferner die Wärmegrundlast des Objektes gedeckt. Spitzenlasten des Wärmebedarfs werden dabei durch eine zusätzliche konventionelle Anlage zur Wärmeerzeugung gedeckt. Derartige Kraft-Wärme-Kopplungssysteme sind dabei so ausgelegt, daß die die größere finanzielle Investition erfordernde Einrichtung zeitlich möglichst ununterbrochen betrieben wird, dagegen die Einrichtung zur Deckung der Spitzenbelastungen möglichst mit einer geringeren Investition erstellt und betrieben wird. Derartige Anlagen werden dabei herkömmlich als "Blockheizkraftwerke" bezeichnet.Basically, it is known with this Plant for flue gas cleaning of internal combustion engines possible, on the one hand via one of the internal combustion engine the necessary generator driven by load gear to produce electrical energy for the power supply and on the other hand, when operating the engine or gas turbine system heat from the cooling water or via the downstream of the afterburner Uncouple the waste heat boiler and into the distribution system of the object to be supplied. Thereby in addition to the actual electricity demand the basic thermal load of the property is covered. Peak loads of the heat requirement are covered by an additional conventional system for heat generation covered. Such cogeneration systems are included designed to be the bigger financial investment required facility as uninterrupted in time as possible is operated, however, the facility for cover the peak loads with a lower one if possible Investment is created and operated. Such Plants are conventionally used as "combined heat and power plants" designated.

Gemäß der JP-OS 60-1 56 921 ist ein Verfahren zur Denitrierung von Abgasen aus Dieselmotoren und Gasturbinen bekannt, wobei eine Denitrierung alleine durch Abgasnachbehandlung ohne die Verwendung eines Katalysators für die Denitrierung möglich ist. Es werden dabei die einen Dieselmotor verlassenden Abgase in die Luftkammer einer Brennkammer geführt. Im Mittelteil der Luftkammer ist dabei der Hauptbrenner angeordnet, wobei im oberen Teil der Luftkammer die Abgase über ein Rohr zugeführt werden. In einem Erstver brennungsbereich (A) (Hauptverbrennungsbereich) wird dabei primärer Brennstoff dem Hauptbrenner zugeführt. Im unteren Teil der Luftkammer mündet dabei ein Luftzuführungsrohr, so daß im Erstverbrennungsbereich (A) brennbare Bestandteile der zugeführten Rauchgase unter Brennstoffzufuhr und zusätzlicher Verbrennungsluftbeigabe verbrannt werden können.According to JP-OS 60-1 56 921 is a method for denitrification of exhaust gases from diesel engines and gas turbines known, denitrification solely by exhaust gas aftertreatment without the use of a catalyst for denitrification is possible. There are those leaving a diesel engine Exhaust gases are led into the air chamber of a combustion chamber. The main burner is in the middle of the air chamber arranged, the in the upper part of the air chamber Exhaust gases are fed through a pipe. In a first ver combustion area (A) (main combustion area) primary fuel is fed to the main burner. An air supply pipe opens into the lower part of the air chamber, so that in the first combustion area (A) flammable components of the supplied flue gases below Fuel supply and additional combustion air addition can be burned.

In dieser Kesselanlage ist dabei dem Erstverbrennungsbereich (A) ein Sekundär-Verbrennungsbereich (B) (Reduktionsverbrennungsbereich) nachgeschaltet. Dieser Sekundär-Verbrennungsbereich weist dabei einen "Sekundär- Brenner" auf, welcher dem "Nachlaufbereich" des ersten Verbrennungsbereiches gegenüber liegt. In diesem Sekundär- Verbrennungsbereich (B) werden dabei Sekundär- Brennstoffe der Kesselbrennstoffe zugeführt. Eine besondere Beigabe von Verbrennungsluft über das untere Luftzuführungsrohr ist dabei nicht vorgesehen. Am hinteren Ende der Brennkammer ist dabei ein Tertiär- Verbrennungsbereich (Totalverbrennungsbereich) angeordnet. In diesen mündet dabei eine Abzweigung des Luftzu führungsrohres.In this boiler plant is the first combustion area (A) a secondary combustion area (B) (reduction combustion area) downstream. This Secondary combustion area has a "secondary Burner ", which corresponds to the" wake area "of the first Combustion area is opposite. In this secondary Combustion area (B) are secondary Fuels supplied by the boiler fuels. A special addition of combustion air via the lower one Air supply pipe is not provided. At the rear end of the combustion chamber is a tertiary Combustion area (total combustion area) arranged. A branch of the air supply flows into this guide tube.

Aufgrund des Sauerstoffmangels in der Reduktionsatmosphäre des Sekundär-Verbrennungsbereiches und der dort vom Sekundär-Brenner eingesprühten, dort zu verbrennenden Sekundär-Brennstoffe kann dabei in diesem Sekundär- Verbrennungsbereich (B) das Stickoxyd in molekularen Stickstoff und molekularen Sauerstoff aufgetrennt werden. Insofern kann auch das während der Behandlung im Primär-Verbrennungsbereich entstehende Stickoxyd im Sekundär-Verbrennungsbereich abgesenkt werden. In dem tertiären Verbrennungsbereich (C) werden dann jene Teile des Abgases, welche im Sekundär-Verbrennungsbereich (B) nicht verbrannt wurden, durch zugeführte frische Luft verbrannt. Gemäß diesem Verfahren ist es nun möglich, Schadstoffe wie Stickoxyde aufzutrennen und somit aus dem Abgas zu beseitigen. Due to the lack of oxygen in the reduction atmosphere of the secondary combustion area and there sprayed by the secondary burner to be burned there Secondary fuels can be used in this secondary Combustion area (B) the nitrogen oxide in molecular Nitrogen and molecular oxygen separated will. In this respect, this can also occur during treatment Nitric oxide generated in the primary combustion area be lowered in the secondary combustion area. Then in the tertiary combustion range (C) those parts of the exhaust gas which are in the secondary combustion area (B) have not been burned by being fed fresh air burned. According to this procedure it is now possible to separate pollutants such as nitrogen oxides and thus to eliminate it from the exhaust gas.

Schwierigkeiten ergeben sich aber insofern, als bei größeren Verbrennungstemperaturen in dem tertiären Verbrennungsbereich (C) ein neuerliches Auftreten von Stickoxyden erfolgen kann. Ferner ist es nicht möglich, gemäß diesem Verfahren andere im Rauchgas vorhandene Schadstoffe als Stickoxyde zu beseitigen, wie z. B. Kohlenmonoxyd, und insbesondere solche brennbaren Bestandteile der Rauchgase zu beseitigen, wie Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffverbindungen, welche eine hohe "Sauerstoff-Bindungsenergie" ihrer an sich reaktiven, gebundenen Restsauerstoffmengen aufweisen. Ferner ist dieses Verfahren insofern von Nachteil, als nicht von vornherein im Dieselmotor bzw. der Brennkammer der Gasturbinen das Entstehen von Schadstoffen niedrig gehalten werden kann. So ist keine Abgas-Rückführung gereinigter Rauchgase vorgesehen, durch welche der Verbrennungsprozeß in den Gasturbinen bzw. dem Dieselmotor derart beeinflußbar wäre, daß die Bildung von Schadstoffen niedrig gehalten wird.Difficulties arise, however, in that larger combustion temperatures in the tertiary Combustion area (C) a new occurrence of nitrogen oxides. Furthermore, it is not possible according to this procedure others in flue gas to eliminate existing pollutants as nitrogen oxides, such as B. carbon monoxide, and especially those flammable Eliminate components of the flue gases, such as Hydrocarbons and hydrocarbon compounds, which have a high "oxygen binding energy" of their reactive reactive amounts of residual oxygen exhibit. In addition, this method is from Disadvantage than not from the outset in the diesel engine or the combustion chamber of the gas turbines of pollutants can be kept low. So is not an exhaust gas recirculation system for cleaned flue gases provided by which the combustion process in the gas turbines or the diesel engine can be influenced in this way would be that the formation of pollutants is kept low becomes.

Insbesondere ist es gemäß diesem Verfahren nicht möglich, den Stickoxyd-Gehalt der Abgase völlig abzusenken. Vielmehr weisen diese nach Verlassen der Brennkammer immer noch die für die Kesselabgase üblichen Stickoxyd- Werte auf (etwa 150-200 ppm).In particular, according to this method, it is not possible completely reduce the nitrogen oxide content of the exhaust gases. Rather, they point out of the combustion chamber still the usual nitrogen oxide Up to (about 150-200 ppm).

Im Gegensatz zur Anlage zur Rauchgasreinigung bei Brennkraftmaschinen gemäß der DE-OS 25 47 858 betrifft somit die Anlage gemäß der JP-OS 60-1 56 921 lediglich eine Kesselanlage, bei welcher die Rauchgase von Dieselmotoren und Gasturbinen auf Stickoxyd-Werte von Kesselabgasen absenkbar sind, wogegen keine vollständige Ausbrennung der Abgase bezüglich solcher Restbestandteile möglich ist, welche bis zu Temperaturen von 800°C ausbrennbar sind.In contrast to the plant for flue gas cleaning Internal combustion engines according to DE-OS 25 47 858 relates thus the system according to JP-OS 60-1 56 921 only a boiler system in which the flue gases from diesel engines and gas turbines on nitrogen oxide values from boiler exhaust gases are lowerable, whereas no complete combustion of the exhaust gases is possible with respect to such residual components, which Burnable up to temperatures of 800 ° C are.

Ausgehend von einer Anlage zur Rauchgasreinigung bei Brennkraftmaschinen gemäß der DE-OS 25 47 858 besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage, insbesondere als Kraft-Wärme-Kopplungssystem, der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Abgasstrom, welcher den Prozeßofen oder die Kesselanlage über den Kamin in die Umwelt verläßt, nur noch eine äußerst geringe Restschadstoffbelastung aufweist. Es soll dabei möglich sein, sämtliche brennbaren Restbestandteile der Primär-Brennstoffe aus dem Hauptverbrennungsprozeß in der Antriebsmaschine als auch brennbare Bestandteile aus der Nachverbrennungsstufe aus dem Rauchgas weitgehenst zu beseitigen.Starting from a plant for flue gas cleaning Internal combustion engines according to DE-OS 25 47 858 hence the task of a method and a device for operating a Internal combustion engine and / or gas turbine system, in particular as a combined heat and power system that starts mentioned way of creating in which the exhaust gas flow, which the process furnace or the boiler system via the chimney into the environment leaves, only an extremely low residual pollution having. It should be possible to do all combustible residual components of the primary fuels from the main combustion process in the engine as well as combustible components from the post-combustion stage as far as possible from the flue gas.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Ausbildung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches nach dessen kennzeichnenden Teil vorgesehen, wobei in einer ersten Nachverbrennungsstufe in der Nachbrennkammer unmittelbar oder nach einer kurzen Strecke hinter dem Auslaß der Motoren- und/oder Gasturbinenanlage zunächst nur solche Bestandteile der Rauchgase ausgebrannt werden, welche kleinere Sauerstoffbindungsenergien als Kohlendioxyd aufweisen, wobei die ohne zusätzliche Verbrennungsluftbeigabe erfolgende Brennstoffzufuhr zumindest in einer derartigen Menge erfolgt, daß eine nahezu stöchiometrische Reduktion aller freien Sauerstoffmengen und reaktiven, gebundenen Restsauerstoffmenge dieser zu verbrennenden oder aufzuspaltenden Rauchgasbestandteile erfolgt, und zwar bis auf die Restsauerstoffmengen der bei diesen Temperaturen nicht zu verbrennenden Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffverbindungen, welche höhere Bindungsenergien als Kohlendioxyd aufweisen, und wobei aufgrund des gegebenen Verbrennungsluftmangels und trotz der sich einstellenden hohen Rauchgastemperaturen bei der Nachverbrennung eine Bildung von Schadstoffen wie Stickoxyden und Kohlenmonoxyd von vornherein niedrig gehalten und deren vorhandene Menge abgesenkt wird, wobei ferner diese teilweise ausgebrannten Rauchgase einer zweiten Nachverbrennung unterworfen werden, in welcher die Verbrennung und chemische Aufspaltung der in der ersten Nachverbrennungsstufe unverbrannt gebliebenen Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffverbindungen in einer weiteren Nachbrennkammer eines ersten oder eines weiteren Prozeßofens oder einer derartigen Kesselanlage erfolgt, wobei ferner diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenwasserstoffverbindungen nahezu stöchiometrisch durch dosierte Brennstoff- und Sauerstoff- bzw. Verbrennungsluftzugabe bei den dazu notwendigen Verbrennungstemperaturen ausgebrannt und gespalten werden, womit aufgrund des aufrecht erhaltenen Verbrennungsluft- und -sauerstoffmangels eine zusätzliche Bildung von Schadstoffen wie Stickoxyden und Kohlenmonoxyd im wesentlichen nicht erfolgen kann, wobei schließlich der derart gereinigte Rauchgasstrom aus dieser zweiten Nachverbrennungsstufe teilweise den Brennkammern oder den Verbrennungsräumen der Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage unter Verringerung der sich dort im Betrieb einstellenden Verbrennungstemperaturen und unter Verringerung der sich dort ergebenden Stickoxyd-Schadstoffbildung rückgeführt wird.The solution to this problem is the training of the method according to the preamble of the main claim characteristic part provided, wherein in a first post-combustion stage in the post-combustion chamber immediately or after a short distance behind the outlet of the engine and / or gas turbine system initially only those components of the flue gases burned out, which smaller oxygen binding energies have as carbon dioxide, the without additional combustion air addition of fuel at least in such an amount, that an almost stoichiometric reduction of all free Amounts of oxygen and reactive, bound residual amount of oxygen these to be burned or split Smoke gas components are made, except for the residual amounts of oxygen at hydrocarbons not combustible at these temperatures and hydrocarbon compounds, which are higher Have binding energies as carbon dioxide, and wherein due to the lack of combustion air and in spite of the high smoke gas temperatures formation of pollutants during post-combustion like nitrogen oxides and carbon monoxide from the start kept low and their existing amount reduced becomes, furthermore these partially burned out fumes be subjected to a second post-combustion, in which the combustion and chemical breakdown of the in the first unburned stage Hydrocarbons and hydrocarbon compounds in a further afterburning chamber of a first or another process furnace or such a boiler system, furthermore these unburned hydrocarbons and / or hydrocarbon compounds almost stoichiometric through metered fuel and oxygen or combustion air addition at the necessary Burning temperatures burned out and split due to the combustion air and oxygen deficiency an additional Formation of pollutants such as nitrogen oxides and carbon monoxide essentially cannot be done finally the flue gas stream thus purified partially from this second post-combustion stage the combustion chambers or the combustion chambers of the internal combustion engines and / or gas turbine plant under reduction the combustion temperatures that arise during operation and while reducing yourself there resulting nitrogen oxide pollutant formation becomes.

Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, in der ersten Nachverbrennungsstufe durch Zugabe zusätzlicher Primär- Brennstoffmengen zu den noch im Rauchgas enthaltenen unverbrannten Brennstoffmengen eine nahezu stöchiometrische Reduktion aller freien Sauerstoff- und reaktiven, gebundenen Restsauerstoffmengen der zu verbrennenden oder aufzuspaltenden Rauchgasbestandteile vorzunehmen, deren Bindungsenergie kleiner/gleich der von Kohlendioxyd ist. Solche freien oder gebundenen Sauer stoffgruppen gilt es dabei zu binden, da sie geeignet sind, mit molekularen Stickstoff, z. B. zu Stickoxyd zu reagieren, sofern sie nicht durch die Zufuhr von Brennstoffen bei hohen Temperaturen durch die Verbrennung dieser Stoffe gebunden werden. Zur Einbringung der zusätzlichen Brennstoffe ist es dabei notwendig, die Restsauerstoffkonzentration in den Rauchgasen zu messen, so daß sich eine nahezu stöchiometrische Umsetzung bzw. Reduktion der Bestandteile der Rauchgase erzielen läßt, welche kleinere Sauerstoff-Bindungsenergien als Kohlendioxyd aufweisen, wobei dann eine Reduktion von NO_x, CO und HC erfolgt.According to this method, it is possible in the first post-combustion stage by adding additional primary fuel quantities to the unburned fuel quantities still contained in the flue gas to carry out an almost stoichiometric reduction of all free oxygen and reactive, bound residual oxygen quantities of the flue gas components to be burned or split, the binding energy of which is smaller / is equal to that of carbon dioxide. Such free or bound oxygen groups are to be bound, since they are suitable with molecular nitrogen, for. B. to react to nitrogen oxide, unless they are bound by the supply of fuels at high temperatures by the combustion of these substances. To introduce the additional fuels, it is necessary to measure the residual oxygen concentration in the flue gases, so that an almost stoichiometric conversion or reduction of the constituents of the flue gases can be achieved which have lower oxygen binding energies than carbon dioxide, with a reduction of NO _x , CO and HC takes place.

Zu diesem Zweck erfolgt eine Regelung der Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von den im Rauchgas unmittelbar hinter der Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage gemessenen Restsauerstoffkonzentrationen und unverbrannten Primär-Brennstoffmengen bzw. -partikel. Es sind dabei alle freien und gebundenen reaktiven oder molekularen Sauerstoffmengen (z. B. NO_x, SO₂, CO) oder Gasgemische daraus zu berücksichtigen, sowie ferner z. B. Druck und Temperatur.For this purpose, the fuel supply is regulated as a function of the residual oxygen concentrations and unburned primary fuel quantities or particles measured in the flue gas immediately behind the internal combustion engine and / or gas turbine system. There are all free and bound reactive or molecular amounts of oxygen (z. B. NO _x , SO₂, CO) or gas mixtures thereof, and also z. B. Pressure and temperature.

Diese teilweise ausgebrannten Rauchgase werden dann einer zweiten Nachverbrennung in einer weiteren Nachbrennkammer eines Prozeßofens oder einer Kesselanlage zugeführt, wobei eine Verbrennung oder chemische Aufspaltung der in der ersten Nachverbrennungsstufe unverbrannt gebliebenen Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffverbindungen erfolgt, welche als solche nicht durch Reduktion abgebaut werden können, sondern oxidiert werden müssen. Dabei erfolgt in der Nachbrennkammer des Prozeßofens oder der Kesselanlage eine dosierte Brennstoff- und Sauerstoff- bzw. Verbrennungsluftzugabe unter den zur Verbrennung der Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffverbindungen notwendigen Temperaturen. Die Zugabe von Brennstoffen und Sauerstoff erfolgt dabei nahezu stöchiometrisch, um die Bildung von Schadstoffen wie NO_x und CO in dieser zweiten Verbrennungsstufe ebenfalls zu verhindern, entsprechend den Restsauerstoffmengen und weiteren Parametern, wobei in der dann folgenden Oxydation im Rauchgas keine Stickstoffverbindungen mehr vorhanden sind. These partially burned-out flue gases are then fed to a second post-combustion in a further post-combustion chamber of a process furnace or a boiler system, whereby the hydrocarbons and hydrocarbon compounds which have remained unburned in the first post-combustion stage and which cannot be broken down as such by oxidation, are oxidized Need to become. A metered addition of fuel and oxygen or combustion air takes place in the afterburning chamber of the process furnace or the boiler system at the temperatures necessary for the combustion of the hydrocarbons or hydrocarbon compounds. The addition of fuels and oxygen takes place almost stoichiometrically in order to also prevent the formation of pollutants such as NO _x and CO in this second combustion stage, in accordance with the residual oxygen quantities and further parameters, with no nitrogen compounds then being present in the subsequent oxidation in the flue gas.

Durch die schließlich erfolgende teilweise Rückführung der die zweite Nachverbrennungsstufe verlassenden gereinigten Rauchgase in die Brennkammern oder den Verbrennungsräumen der Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage tritt dort eine Verringerung der sich im Betrieb einstellenden Verbrennungstemperaturen und damit eine Verringerung der sich ergebenden NO_x- Schadstoffbildung ein. Es ist dabei möglich, eine saubere Verbrennung der zugeführten Primär-Brennstoffe und der Rauchgase so durchzuführen, daß die Verbrennung nahezu ideal abläuft, also im Rauchgas fast keine Restsauerstoffe mehr vorhanden sind, sondern dort lediglich Kohlendioxyd und Wasserdampf sowie gegebenenfalls molekularer Stickstoff anfällt. Insbesondere gegenüber herkömmlich betriebenen Gasturbinenanlagen ergibt sich insofern ein großer Vorteil, als bei deren Betrieb bekanntlich ein größerer Anteil von "freiem Sauerstoff" anfällt.As a result of the partial recirculation of the cleaned flue gases leaving the second post-combustion stage into the combustion chambers or the combustion chambers of the internal combustion engine and / or gas turbine system, there occurs a reduction in the combustion temperatures that occur during operation and thus a reduction in the NO _x pollutant formation that results. It is possible to carry out a clean combustion of the supplied primary fuels and the flue gases in such a way that the combustion takes place almost ideally, i.e. there are almost no residual oxygen in the flue gas, but only carbon dioxide and water vapor and possibly molecular nitrogen are produced there. In particular, compared to conventionally operated gas turbine plants, there is a great advantage in that, as is known, a larger proportion of "free oxygen" is produced during their operation.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also außerhalb der eigentlichen Brennkammern der Verbrennungsmotor- und/oder Gasturbinenanlage in den Nachbrennkammern eines Abhitzekessels oder eines Prozeßofens ein separater Verbrennungsvorgang zur Abgasnachbehandlung geschaffen, welche insofern durch Oxydation oder Reduktion der Schadstoffe zu deren Beseitigung führt.According to the method according to the invention, therefore, outside the actual combustion chambers of the internal combustion engine and / or gas turbine system in the afterburning chambers of a waste heat boiler or a process furnace a separate one Combustion process for exhaust gas aftertreatment created, which in this respect by oxidation or reduction of the Pollutants leads to their elimination.

Prozeßofen und Kesselanlage werden dabei gleichzeitig synchron mit der Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage betrieben, wobei das gereinigte Rauchgas teilweise deren Brennkammern zugeführt wird, wobei sich ein hoher Wirkungsgrad bei einem geringen Brennstoffverbrauch ergibt.Process furnace and boiler system are simultaneously synchronized with the internal combustion engine and / or gas turbine system operated, the cleaned flue gas partially whose combustion chambers are fed, whereby high efficiency with low fuel consumption results.

Die bei Verbrennungstemperaturen zwischen 1200- 1300°C anfallenden Dioxine können bei genügend langer Verweilzeit und ausreichenden Temperaturen der Nachverbrennung aufgeschlossen und abgebaut werden. Diese Verweilzeit läßt sich dabei durch eine geeignete Dimensionierung der Größe der Kesselanlage und durch eine geeignete Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase erreichen.The at combustion temperatures between 1200- Dioxins accumulating at 1300 ° C can be obtained with a sufficiently long dwell time and sufficient post-combustion temperatures be unlocked and broken down. This dwell time can be dimensioned appropriately the size of the boiler system and by a suitable reduction in the flow rate the smoke gases reach.

Der Abbau der schädlichen Bestandteile der Rauchgase in den Nachbrennkammern einer Kesselanlage bzw. eines Prozeßofens ist dabei deshalb möglich, weil dort die Verbrennungsgeschwindigkeiten sehr viel geringer als bei einem Verbrennungsmotor oder einer Gasturbinenanlage sind. Insofern ist es möglich, den "Abgasverbrennungsprozeß" in der Kesselanlage bzw. im Prozeßofen z. B. unter Eindüsung zusätzlicher Primär-Brennstoffe oder auch von Sauerstoff derart zu steuern, daß eine nahezu "ideale Verbrennung" abläuft, also Schadstoffe wie NO_x, CO, HC, SO₂ nicht gebildet und vorhandene Schadstoffe verbrannt bzw. reduziert werden.The degradation of the harmful components of the flue gases in the afterburning chambers of a boiler system or a process furnace is possible because the combustion speeds there are much lower than in an internal combustion engine or a gas turbine system. In this respect, it is possible to use the "exhaust gas combustion process" in the boiler system or in the process furnace, for. B. with injection of additional primary fuels or oxygen to control such that an almost "ideal combustion" takes place, so pollutants such as NO _x , CO, HC, SO₂ are not formed and existing pollutants are burned or reduced.

Die Größe der gleichzeitig mit der Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage zu fahrenden Kesselanlage bzw. des Prozeßofens ist dabei an die Größe der Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage anzupassen. Bei einem vorgegebenen Prozeßofen ist dabei die Größe der Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage, insbesondere die Anzahl und Leistung der einzelnen, in diesen Anlagen verwendeten Einheiten, der Art des vorgegebenen Prozeßofens und der in ihm herzustellenden Produkte oder ablaufenden Verfahrensgänge anzupassen.The size of the simultaneous with the internal combustion engine and / or gas turbine system for moving boiler system or the process furnace is based on the size of the internal combustion engine and / or adapt gas turbine system. For a given process furnace, the size is the internal combustion engine and / or gas turbine system, especially the number and performance of the individual, Units used in these plants, the type of predetermined process furnace and those to be produced in it Adapt products or ongoing processes.

Trotz des in der Kesselanlage und in dem Prozeßofen erzielten optimalen thermischen Wirkungsgrades und der vorliegenden hohen Verbrennungstemperaturen ist es dabei möglich, die Stickoxyd-Bildungsrate äußerst gering zu halten, wobei der Verbrennungsprozeß derart gesteuert wird, daß eine nahezu exakte stöchiometrische Verbrennung mit Sauerstoff stattfindet. Da insofern im Rauchgas der zweiten Nachverbrennungsstufe kein freier Sauerstoff vorhanden ist, können auch nur geringe NO_x, CO, HC-Bestandteile im Rauchgas enthalten sein.Despite the optimal thermal efficiency achieved in the boiler system and in the process furnace and the high combustion temperatures present, it is possible to keep the nitrogen oxide formation rate extremely low, the combustion process being controlled in such a way that an almost exact stoichiometric combustion with oxygen takes place. Since there is no free oxygen in the flue gas of the second post-combustion stage, only small amounts of NO _x , CO, HC can be contained in the flue gas.

In der ersten Nachverbrennungsstufe erfolgt dabei keine zusätzliche Verbrennungsluftbeigabe, wobei die Verbrennung z. B. allein aufgrund eines 5-15%igen Restsauerstoffanteils im Rauchgas der Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage erfolgt. Zur Brennstoffzufuhr eignen sich dabei Primär-Brennstoffe wie z. B. Öl (Diesel, Heizöl, Rapsöl, Petroleum) oder Gas (Erd-, Deponie-, Bio-, Flüssig- oder Kokereigas).This takes place in the first post-combustion stage no additional combustion air addition, the Combustion z. B. solely due to a 5-15% Residual oxygen in the flue gas of the combustion engine and / or gas turbine system. For fuel supply primary fuels such as e.g. B. oil (diesel, heating oil, rapeseed oil, petroleum) or Gas (natural, landfill, bio, liquid or coke oven gas).

Für die getrennte Verbrennung der Schadstoffe und der Restsauerstoffmengen in dem z. B. eine Temperatur größer als 450°C aufweisenden Rauchgas können dabei alle Kesselanlagen und Öfen, z. B. Prozeßöfen, wie Drehrohröfen, Trockenanlagen für die Herstellung von Ziegelsteinen, Trockentrommeln, Hochöfen oder andere Ofenanlagen benutzt werden, mit welche sich eine optimale Verbrennung und damit auch ein hoher thermischer Wirkungsgrad erzielen läßt.For the separate combustion of pollutants and the residual amounts of oxygen in the z. B. a temperature higher than 450 ° C flue gas can all Boiler plants and ovens, e.g. B. process ovens, such as rotary kilns, Drying plants for the production of bricks, Drying drums, blast furnaces or other furnace systems be used with which an optimal Combustion and thus a high thermal efficiency can be achieved.

Gemäß Verfahrensanspruch 2 ist eine zusätzliche Kühlung der gereinigten Rauchgase vor deren Rückführung in die Brennkammern oder Verbrennungsräume der Motoren- oder Gasturbinenanlage vorgesehen. Dies kann dabei durch Verwendung eines Rekuperators oder eines Abhitzekessels erfolgen, so daß z. B. über einen Wärmeträger eines Sekundär-Kreises eine Dampfturbine betreibbar ist. Die Kühlung der Rauchgase trägt dabei zur weiteren Verringerung des NO_x-Gehaltes bei, da sich eine bessere Flammenkühlung ergibt und somit die Stickstoffoxydabgabe sich verringert. According to method claim 2, an additional cooling of the cleaned flue gases is provided before they are returned to the combustion chambers or combustion chambers of the engine or gas turbine system. This can be done by using a recuperator or a waste heat boiler, so that, for. B. a steam turbine is operable via a heat transfer medium of a secondary circuit. The cooling of the flue gases contributes to a further reduction in the NO _x content, since there is better flame cooling and thus the nitrogen oxide release is reduced.

Gemäß Verfahrensanspruch 3 erfolgt dabei die Regelung der nahezu stöchiometrischen Umsetzung der freien Sauerstoff- und reaktiven, gebundenen Restsauerstoffmengen des Rauchgases in der ersten Nachverbrennungsstufe in Abhängigkeit der Zusammensetzung der Rauchgase, welche sich unmittelbar hinter dem Auslaß der Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage ergibt, sowie in Abhängigkeit von der Menge der in diesen enthaltenen Verbrennungsprodukte.According to method claim 3, the regulation takes place the almost stoichiometric implementation of the free Oxygen and reactive, bound residual amounts of oxygen of the flue gas in the first post-combustion stage depending on the composition of the flue gases, which is located directly behind the exhaust of the internal combustion engine and / or gas turbine plant results, and depending on the amount contained in them Combustion products.

In Verfahrensanspruch 4 sind dabei die Parameter zur Regelung der Zugabe zusätzlicher Brennstoffmengen und von Sauerstoff bzw. Verbrennungsluft in der zweiten Nachverbrennungsstufe aufgeführt.In method claim 4, the parameters for Regulation of the addition of additional fuel quantities and oxygen or combustion air in the second Post-combustion level listed.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb einer Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage gemäß den Patentansprüchen 1-5 ergibt sich dabei aus Patentanspruch 6, wobei die Patentansprüche 7-11 vorteilhafte Ausbildungen dieser Vorrichtung beinhalten.The device for performing the method for operating a Internal combustion engine and / or gas turbine system according to claims 1-5 result from claim 6, the claims 7-11 advantageous Training of this device include.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betrieb einer Verbrennungsmotoren- und/oder Gasturbinenanlage mit nachgeschalteter Kesselanlage oder Prozeßofen übernehmen diese nachgeschalteten Anlagen gleichzeitig mehrere Funktionen, welche ansonsten separate Komponenten übernehmen müßten. Es erfolgt insofern die Nachverbrennung und Reduktion aller vorhandenen schädlichen Abgasbestandteile und auch von Ruß und in diesem eingelagerter Schadstoffanteile (z. B. Benzol), die Nutzung anfallender Wärme durch einen Wärmetauscher und aufgrund der Abmessung der Kesselanlage oder des Prozeßofens die Anlage eines "Schalldämpfers".In the device according to the invention for operation an internal combustion engine and / or gas turbine system with a downstream boiler system or process furnace these downstream systems at the same time several functions, which are otherwise separate components would have to take over. In this respect, the afterburning takes place and reduction of all existing harmful ones Exhaust gas components and also of soot and stored in it Proportions of pollutants (e.g. benzene), the use of heat by a heat exchanger and due to the dimensions of the boiler system or the Process furnace the installation of a "silencer".

Insofern ergeben sich erhebliche Investitionseinsparungen, Schadstoffsenkungen, eine bessere Nutzung der vorhandenen Erzeugungsanlage im Sinne eines Block heizkraftwerkes, ein höherer Gesamtwirkungs- und Gesamtnutzungsgrad sowie ein verringerter Einsatz von Verbrennungsluft und Brennstoffen.In this respect, there are considerable investment savings Reduced pollutants, better use the existing generation plant in the sense of a block thermal power plant, a higher overall efficiency and overall efficiency as well as a reduced use of combustion air and fuels.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vorrichtungen und Anlagen zur Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich im übrigen aus den Patentansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens und der zur Durchführung dieses Verfahrens verwendeten Anlage.Advantageous embodiments of the invention Process and devices and systems for Implementation of this procedure also follows from the claims and the description that follows a preferred embodiment of the method and the one used to perform this procedure Investment.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schaltung eines Kraft-Wärme-Kopplungssystems mit integrierter Abgasnachbehandlung, in welcher zusätzliche Brennstoffmengen dem Abgas der Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage zugemischt werden, bevor dessen Schadstoffe in einer nachgeschalteten Kesselanlage zur Abgasnachbehandlung nachverbrennen. Fig. 1 is a schematic representation of the circuit of a cogeneration system with integrated exhaust gas aftertreatment, in which additional amounts of fuel are added to the exhaust gas of the internal combustion engine and gas turbine system before its pollutants afterburn in a downstream boiler system for exhaust gas aftertreatment.

Die in dem Kraft-Wärme-Kopplungssystem der Fig. 1 verwendete Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage (2) besteht prinzipiell aus einer Ein- oder Mehreinheitenanlage zur Erzeugung einer hohen Antriebsleistung für einen anzutreibenden Generator.The internal combustion engine and gas turbine system ( 2 ) used in the cogeneration system of FIG. 1 basically consists of a single or multiple unit system for generating a high drive power for a generator to be driven.

In deren Verbrennungsräume bzw. Brennkammern werden Primär-Brennstoffe (1), z. B. Dieselöl, Erdgas, oder andere fossile Energieträger darstellende Öl- oder Gasarten verbrannt. Da derartige Antriebseinheiten im Abgas einen 5-15%igen Restsauerstoffanteil auch bei Abgasrückführung aufweisen, und somit zwangsweise aufgrund der Verbrennungstemperaturen von z. B. 1000-1200°C ein großer Anteil schädlicher Stoffe, wie NO_x, HC, SO₂, CO, im Abgas vorhanden ist, wird dies einer integrierten Abgasnachbehandlung unterworfen, bevor es nach Abgabe eines bestimmten Anteils seines Wärmeinhaltes als vorgewärmtes Prozeßgas den Brennkammern bzw. Verbrennungsräumen wieder zugeführt oder teilweise oder ganz in die Atmosphäre ausgelassen wird.In their combustion chambers or combustion chambers primary fuels ( 1 ), for. B. diesel, natural gas, or other fossil fuels representing oil or gas types burned. Since such drive units in the exhaust gas have a 5-15% residual oxygen content even with exhaust gas recirculation, and thus inevitably due to the combustion temperatures of z. B. 1000-1200 ° C a large proportion of harmful substances, such as NO _x , HC, SO₂, CO, is present in the exhaust gas, this is subjected to an integrated exhaust gas aftertreatment before it releases a certain proportion of its heat content as a preheated process gas to the combustion chambers or Combustion rooms are supplied again or partially or completely released into the atmosphere.

Die Antriebseinheiten können dabei auch aus einer Kombination von mehreren nach- oder parallelgeschalteten Verbrennungsmotoren- oder Gasturbinenanlagen (Verdichter, Brennkammern, Turbinen mit Generator) bestehen.The drive units can also consist of one Combination of several downstream or parallel connected Internal combustion engine or gas turbine systems (compressors, Combustion chambers, turbines with generator) exist.

Die Rückgewinnung eines Teils des Wärmeinhaltes des Abgases erfolgt dabei in einer gleichzeitig einen Wärmetauscher und mindestens einen Abhitzekessel bildenden Kesselanlage (3), wobei in dieser gleichzeitig die eigentliche Abgasnachbehandlung stattfindet.Part of the heat content of the exhaust gas is recovered in a boiler system ( 3 ) which simultaneously forms a heat exchanger and at least one waste heat boiler, the actual exhaust gas aftertreatment taking place in this boiler at the same time.

Zu diesem Zweck erfolgt in Abhängigkeit von der im Abgas an einer Meßstelle (11) unmittelbar hinter der Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage gemessenen Sauerstoffkonzentration, von den freien oder gebundenen reaktiven oder molekularen Sauerstoffmengen (z. B. NO_x, SO₂, CO) sowie von den gemessenen Abgasstoffkonzentrationen, Abgasstoffanteilen, Abgasmengen, der im Abgas gegebenen Strömungsgeschwindigkeiten, den Masseströmen des Abgases und der Abgastemperatur sowie dem Druck eine Eingebung und Einmischung von zusätzlichen Brennstoffmengen (13) in das in den Abhitzekessel bzw. die Kesselanlage (3) strömende Abgas, bzw. unmittelbar in diese Kesselanlage, so daß in einer ersten Nachverbrennungsstufe ein nahezu stöchiometrischer Verbrauch der gesamten Restsauerstoffmengen unter Reduktion der Abgasbestandteile wie NO_x, CO erfolgt, welche kleinere Sauerstoffbindungsenergien als CO₂ aufweisen, wobei die ohne zusätzliche Verbrennungsluftbeigabe erfolgende Brennstoffzufuhr zumindest in einer derartigen Menge erfolgt, daß eine nahezu stöchiometrische Reduktion aller freien Sauerstoff- und reaktiven, gebundenen Restsauerstoffmengen dieser zu verbrennenden oder aufzuspaltenden Abgasbestandteile bis auf die Restsauerstoffmengen der bei diesen Temperaturen nicht zu verbrennenden Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffverbindungen, welche höhere Bindungsenergien als CO₂ aufweisen, eintritt, wobei aufgrund des gegebenen Verbrennungsluftmangels und trotz der sich einstellenden hohen Abgastemperaturen bei dieser Nachverbrennung eine Bildung von Schadstoffen wie NO_x und CO von vornherein niedrig gehalten und deren vorhandene Menge verringert wird.For this purpose, depending on the oxygen concentration measured in the exhaust gas at a measuring point ( 11 ) immediately behind the internal combustion engine and gas turbine system, on the free or bound reactive or molecular amounts of oxygen (e.g. NO _x , SO₂, CO) and on the Measured exhaust gas concentrations, exhaust gas proportions, exhaust gas quantities, the flow velocities given in the exhaust gas, the mass flows of the exhaust gas and the exhaust gas temperature as well as the pressure, an input and mixing in of additional fuel quantities ( 13 ) into the exhaust gas flowing into the waste heat boiler or the boiler system ( 3 ), or directly into this boiler system, so that in a first post-combustion stage there is an almost stoichiometric consumption of the total residual amounts of oxygen while reducing the exhaust gas constituents such as NO _x , CO, which have smaller oxygen binding energies than CO₂, the fuel taking place without additional combustion air addition ufuhr takes place at least in such an amount that an almost stoichiometric reduction of all free oxygen and reactive, bound residual amounts of these exhaust gas components to be burned or split up down to the residual oxygen amounts of the hydrocarbons and hydrocarbon compounds not to be burned at these temperatures, which have higher binding energies than CO₂, occurs, due to the lack of combustion air and despite the resulting high exhaust gas temperatures during this afterburning, the formation of pollutants such as NO _x and CO is kept low from the outset and the amount present is reduced.

Die Oxydation und Aufspaltung der Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenwasserstoffverbindungen erfolgt dabei in einer zweiten Nachverbrennungsstufe in der Kesselanlage (3) nahezu stöchiometrisch durch dosierte Brennstoff- und Sauerstoff- bzw. Verbrennungsluftzugabe bei den dazu notwendigen Verbrennungstemperaturen, so daß aufgrund des aufrecht erhaltenen Verbrennungsluft- und Sauerstoffmangels eine zusätzliche Bildung von Schadstoffen wie NO_x und CO im wesentlichen auch bei Abkühlung der Rauchgase nicht erfolgen kann. Die Zugabe erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abgases und/oder der Abgastemperatur und weiteren Parametern, welche die Verbrennung und chemische Aufspaltung der Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenwasserstoffverbindungen in der gewünschten stöchiometrischen Weise beeinflussen.The oxidation and splitting of the hydrocarbons and / or hydrocarbon compounds takes place in a second post-combustion stage in the boiler system ( 3 ) almost stoichiometrically by metered addition of fuel and oxygen or combustion air at the necessary combustion temperatures, so that due to the combustion air and oxygen deficiency maintained an additional formation of pollutants such as NO _x and CO essentially cannot take place even when the flue gases cool down. The addition takes place depending on the composition of the exhaust gas and / or the exhaust gas temperature and other parameters which influence the combustion and chemical decomposition of the hydrocarbons and / or hydrocarbon compounds in the desired stoichiometric manner.

In der Kesselanlage (3) erfolgt dabei unter einem sehr hohen thermischen Wirkungsgrad die Verbrennung der im Abgas noch vorhandenen Brennstoffe, wie Rußbestandteile, sowie der zusätzlich entsprechend der Brennstoffregelung für eine stöchiometrische Verbrennung der Schadstoffe einzudüsenden Brennstoffmengen (13).In the boiler system ( 3 ), the fuels still present in the exhaust gas, such as soot components, are burnt with a very high thermal efficiency, as well as the additional fuel quantities to be injected in accordance with the fuel regulation for stoichiometric combustion of the pollutants ( 13 ).

Die Regelung der Zugabe zusätzlicher Brennstoffmengen (13) sowie von Sauerstoff und Verbrennungsluft erfolgt dabei mittels Regelvorrichtungen, durch welche die Brennstoffzufuhr und eine gegebenenfalls noch notwendige Sauerstoffzufuhr über eine rechnergesteuerte und/oder programmierbare Steuerungs- und Regeleinheit (5) in der ersten und zweiten Nachverbrennungsstufe derart aussteuerbar sind, daß zumindest eine nahezu stöchiometrische Reduktion und Oxidation bzw. Aufspaltung der im Abgas vorhandenen Schadstoffe erfolgt.The regulation of the addition of additional fuel quantities ( 13 ) and of oxygen and combustion air takes place by means of control devices by means of which the fuel supply and any oxygen supply that may still be necessary via a computer-controlled and / or programmable control and regulating unit ( 5 ) in the first and second post-combustion stages can be controlled that at least an almost stoichiometric reduction and oxidation or splitting of the pollutants present in the exhaust gas takes place.

Dies erfolgt dabei in Abhängigkeit von den über Meßvorrichtungen (z. B. Lambdasonde) festgestellten Massenströmen des Abgases, der Abgasströmungsgeschwindigkeit, reaktiven und/oder molekularen Sauerstoffmengen des Abgases, der Sauerstoffkonzentration, der Abgastemperatur und/oder im Abgas vorhandener unverbrannter Kohlenwasserstoffe bzw. Kohlenwasserstoffverbindungen.This is done depending on the measuring devices (e.g. lambda probe) determined mass flows of the exhaust gas, the exhaust gas flow rate, reactive and / or molecular amounts of oxygen in the exhaust gas, the oxygen concentration, the exhaust gas temperature and / or unburned hydrocarbons present in the exhaust gas or hydrocarbon compounds.

Der Betrieb der Steuerungs- und Regeleinheiten (5) erfolgt dabei automatisch oder auch manuell. Ein manueller Betrieb bzw. Regelung erfolgt solange sich noch keine nahezu stationären Betriebsverhältnisse der Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage (2) und/oder der Kesselanlage (3) eingestellt haben. Dabei erfolgt zunächst manuelle eine Regelung entsprechend der dem Betreiber bekannten grundlegenden Parameter bzw. Betriebsverhältnisse (z. B. bei hauptsächlichen NO_x-Anteilen im Abgas). Die automatische Regelung mittels der Steuerungs- und Regeleinheit (5) erfolgt dann, wenn die Betriebsverhältnisse der Anlage ausreichend stationär sind, so daß insofern eine sichere automatische Regelung möglich wird.The control and regulating units ( 5 ) are operated automatically or manually. Manual operation or control takes place as long as there are still no almost stationary operating conditions of the internal combustion engine and gas turbine system ( 2 ) and / or the boiler system ( 3 ). Manual control is initially carried out according to the basic parameters or operating conditions known to the operator (e.g. in the case of main NO _x components in the exhaust gas). The automatic control by means of the control and regulating unit ( 5 ) takes place when the operating conditions of the system are sufficiently stationary, so that a safe automatic control becomes possible.

Von dem Meßstellen befindet sich die Meßstelle (10) dabei im Abgasstrom der Kaminanlage (9). Diese Messung dient dabei speziell der Durchführung einer Abgaskontrolle. Die Meßstelle (11) befindet sich dabei im Abgasstrom unmittelbar hinter der Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage, während die Meßstelle (10′) sich im in der Kesselanlage ausströmenden nachbehandelten Abgasstrom befindet.From the measuring points, the measuring point ( 10 ) is in the exhaust gas flow of the chimney system ( 9 ). This measurement serves specifically to carry out an exhaust gas control. The measuring point ( 11 ) is located in the exhaust gas stream immediately behind the internal combustion engine and gas turbine system, while the measuring point ( 10 ') is in the aftertreated exhaust gas stream flowing out in the boiler system.

Außer Gas und Öl können als in den Feuerraum der Kesselanlage zusätzlich einzubringende Brennstoffmengen (13) auch Kohle, Kohlenstaub oder ein anderer brennbarer fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoff verwendet werden.In addition to gas and oil, coal, coal dust or another combustible solid, liquid or gaseous fuel can also be used as additional fuel quantities ( 13 ) to be introduced into the combustion chamber of the boiler system.

Die Verbrennung der im Abgas noch vorhandenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenwasserstoffverbindungen kann dabei auch in einem zweiten nachgeschalteten Abhitzekessel erfolgen, wobei nach Entfernung der durch die Abgasbehandlung bereits reduzierten Gase, wie N₂, NO₂, Brennstoffmengen (13) und Sauerstoff derart eingegeben werden, daß in stöchiometrischer Weise die bisher unverbrannten Kohlenwasserstoffe und -verbindungen in der zweiten Kesselanlage (3) verbrennen.The combustion of the unburned hydrocarbons and hydrocarbon compounds still present in the exhaust gas can also be carried out in a second downstream waste heat boiler, whereby after removal of the gases already reduced by the exhaust gas treatment, such as N₂, NO₂, fuel quantities ( 13 ) and oxygen are entered in such a way that in stoichiometric Burn the previously unburned hydrocarbons and compounds in the second boiler system ( 3 ).

Der aus der Kesselanlage (3) austretende Abgasstrom wird dabei entweder über die Schornsteine der Kaminanlage (9) nach außen in die Atmosphäre abgegeben oder ganz oder teilweise als Abgasstrom (6) über einen Verdichter oder ein Gebläse (7) den Brennkammern bzw. Verbrennungsräumen der Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage zugeführt. Über ein Abgasklappensystem (4) ist es dabei möglich, den Abgasstrom (18) der Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage (2) ganz oder teilweise dem Feuerraum der Kesselanlage (3) zuzuführen oder als Teilabgasstrom (8) in die Verbrennungsräume bzw. Brennkammern der Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage (2) zurückzuführen oder auch unmittelbar in die Kaminanlage (9) abzuleiten.The exhaust gas stream emerging from the boiler system ( 3 ) is either released into the atmosphere via the chimneys of the chimney system ( 9 ) or entirely or partially as an exhaust gas stream ( 6 ) via a compressor or a blower ( 7 ) to the combustion chambers or combustion chambers of the Internal combustion engine and gas turbine system supplied. An exhaust gas flap system ( 4 ) enables the exhaust gas flow ( 18 ) from the internal combustion engine and gas turbine system ( 2 ) to be supplied entirely or partially to the combustion chamber of the boiler system ( 3 ) or as a partial exhaust gas flow ( 8 ) into the combustion chambers or combustion chambers of the internal combustion engine. and gas turbine system ( 2 ) can be traced or also derived directly into the chimney system ( 9 ).

Vorzugsweise erfolgt dabei an der Meßstelle (10) im Abgasstrom vor dem Auslaß der Kaminanlage eine Kontrollmessung der zur Brennstoffregelung und Sauerstoffzuführung bzw. zur Erreichung der stöchiometrischen Verbrennung in der Kesselanlage (3) maßgeblichen Parameter, also der Abgasmenge, der Abgastemperatur, des Abgasdruckes, der Schadstoffkonzentration im Abgas (z. B. NO_x, CO, HC, SO₂) und weiterer für die manuelle oder automatische Steuerung und Regelung des Prozesses notwendiger Parameter.A control measurement of the parameters relevant to fuel control and oxygen supply or to achieve stoichiometric combustion in the boiler system ( 3 ), i.e. the amount of exhaust gas, the exhaust gas temperature, the exhaust gas pressure, is preferably carried out at the measuring point ( 10 ) in the exhaust gas flow before the outlet of the chimney system Pollutant concentration in the exhaust gas (e.g. NO _x , CO, HC, SO₂) and other parameters necessary for manual or automatic control and regulation of the process.

Das Kühlsystem der Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage (2) ist in Fig. 1 mit der Bezugsziffer (12) gekennzeichnet. Über eine Umwälzpumpe (14) mit Druckerhaltung wird dabei über eine Rücklaufleitung (15) das Kühlwasser dem Kühlsystem (12) der Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage (2) zugeführt. Der Kühl- bzw. Heizkreis läuft dann über die Leitung (16) weiter in den im Abhitzekessel der Kesselanlage (3) angelegten Wärmetauscher und von dort in den Vorlauf (17) zu einem Wärmeverbraucher.The cooling system of the internal combustion engine and gas turbine system ( 2 ) is identified in FIG. 1 by the reference number ( 12 ). The cooling water is fed to the cooling system ( 12 ) of the internal combustion engine and gas turbine system ( 2 ) via a return line ( 15 ) via a circulation pump ( 14 ) with pressure maintenance. The cooling or heating circuit then runs via line ( 16 ) into the heat exchanger in the waste heat boiler of the boiler system ( 3 ) and from there into the flow ( 17 ) to a heat consumer.

Gleichzeitig kann über eine Ventileinrichtung vorgesehen werden, daß ein Teil des Wärmestromes in einem Kühlturm gekühlt wird, so daß der Wärmestrom danach mit dem den Wärmetauscher des Wärmeverbrauchers verlassenden Anteil die geeignete Prozeßtemperatur aufweist, um ein optimale Verbrennung der zugeführten Primär-Brennstoffe (1) zu bewirken. Der Rücklauf des Heiz- oder Wärmekreises ist dabei mit der Umwälzpumpe (14) versehen, so daß das rückzuführende Kühlmedium für die richtigen Verbrennungstemperaturen sorgt.At the same time it can be provided via a valve device that part of the heat flow is cooled in a cooling tower, so that the heat flow then has the suitable process temperature with the part leaving the heat exchanger of the heat consumer in order to optimally burn the supplied primary fuels ( 1 ) cause. The return of the heating or heating circuit is provided with the circulation pump ( 14 ) so that the cooling medium to be returned ensures the correct combustion temperatures.

Insofern ist es zusätzlich möglich, auf die Schadstoffbildung in den Brennkammern und Verbrennungsräumen der Verbrennungsmotoren- und Gasturbinenanlage (2) Einfluß zu nehmen und dabei auch die Schadstoffbildung im Abgas zu verringern, wobei auch die bei Dieselbetrieb anfallenden Schadstoffe wie SO_x beseitigt werden können. Ohne Verwendung einer Katalysatoranlage lassen sich dabei mit der bloßen Abgasnachbehandlung auch für Blockheizkraftwerke mit kleinen Leistungsgrößen die Emissionsgrenzwerte der "Technischen Anleitung Luft" (Februar 1986) bei geringem technischen und investiven Aufwand unterschreiten.In this respect, it is also possible to influence the formation of pollutants in the combustion chambers and combustion chambers of the internal combustion engine and gas turbine system ( 2 ) and also to reduce the formation of pollutants in the exhaust gas, whereby the pollutants occurring in diesel operation, such as SO _x , can also be eliminated. Without the use of a catalytic converter, the mere exhaust gas aftertreatment means that even for combined heat and power plants with small output sizes, the emission limits in the "Technical Instructions for Air" (February 1986) can be fallen below with little technical and investment expenditure.

Um eine möglichst ideale Verbrennung der Primär-Brennstoffe (1) zu erreichen, wird im übrigen das gereinigte Abgas der zweiten Nachverbrennungsstufe teilweise den Brennkammern oder den Verbrennungsräumen der Motoren- und/oder Gasturbinenanlage unter Verringerung der sich dort im Betrieb einstellenden Verbrennungstemperaturen und unter Verringerung der sich dort ergebenden NO_x-Schadstoffbildung rückgeführt. Dies geschieht über das zwischen der Kesselanlage (3) und der Verbrennungsmotoren- und der Gasturbinenanlage (2) verlaufende Leitungssystem (19).In order to achieve the most ideal possible combustion of the primary fuels ( 1 ), the cleaned exhaust gas from the second post-combustion stage is partly passed to the combustion chambers or the combustion chambers of the engine and / or gas turbine system while reducing the combustion temperatures that occur during operation and reducing the resulting NO _x pollutant formation. This is done via the line system ( 19 ) running between the boiler system ( 3 ) and the internal combustion engine and gas turbine system ( 2 ).

Bei der Abgasnachbehandlung für Blockheizkraftwerke ist dabei die Ausgangs- und Führungsgröße für die Auslegung der technischen Anlage des Kraft-Wärme-Kopplungssystems der eigene Wärme- und Strombedarf des jeweiligen zu versorgenden Unternehmens. Sowohl das Kraft-Wärme-Kopplungssystem (KWK-System) als auch das konventionelle Kesselsystem übernehmen dabei beim Blockheizkraftwerk die Wärmeversorgung. Die Eigenstromerzeugung erfolgt dabei lediglich im Parallelbetrieb zum öffentlichen Netz.In exhaust gas aftertreatment for combined heat and power plants is the starting and leading variable for the Design of the technical system of the combined heat and power system the own heat and electricity requirements of the respective company to be supplied. Both that Combined heat and power system (CHP system) as well the conventional boiler system take over the Combined heat and power plant the heat supply. Own power generation only takes place in parallel to the public network.

Claims

1. Method for operating an internal combustion engine and / or gas turbine system, in particular diesel engines, the flue gases of which are at least partially led directly into the burner of an afterburning chamber of a process furnace or a boiler system in order to contain soot constituents or other contaminants in the flue gases without additional combustion air addition only with fuel supply and burn out under elevated temperature of the flue gases, the operation of the engine and / or turbine system taking place parallel to that of the boiler system or the process furnace, characterized in that
that in a first post-combustion stage in the post-combustion chamber, immediately or after a short distance behind the outlet of the engine and / or gas turbine system, only those components of the flue gases are burned out which have smaller oxygen binding energies than CO₂, the fuel supply taking place without additional combustion air being added, at least in one such an amount takes place that an almost stoichiometric reduction of all free oxygen and reactive, bound residual amounts of oxygen of these flue gas components to be burned or split up except for the residual oxygen amounts of the hydrocarbons and hydrocarbon compounds which do not have to be burned at these temperatures and which have higher binding energy than CO₂, a due to the lack of combustion air and despite the high flue gas temperatures that occur during this afterburning, formation of pollutants such as NO _x and CO of v is kept low and the amount available is reduced,
that these partially burned-out flue gases are subjected to a second post-combustion, in which the combustion and chemical decomposition of the hydrocarbons and compounds which have remained unburned in the first post-combustion stage take place in a further post-combustion chamber of the first or another process furnace or such a boiler system, these unburned hydrocarbons and / or hydrocarbon compounds are almost stoichiometrically burned out and split by metered addition of fuel and oxygen or combustion air at the combustion temperatures required for this, so that due to the sustained lack of combustion air and oxygen, additional formation of pollutants such as NO _x and CO essentially also during cooling the flue gases cannot occur, and
that the flue gas stream cleaned in this way from this second post-combustion stage is partly returned to the combustion chambers or the combustion chambers of the engine and / or gas turbine system while reducing the combustion temperatures that occur there during operation and reducing the NO _x pollutant formation that results there.

2. The method according to claim 1, characterized in that before returning the cleaned flue gas flow to the Combustion chambers or combustion chambers of the engine and / or Gas turbine plant this is cooled.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the addition of additional amounts of fuel in the first post-combustion stage to achieve an almost stoichiometric implementation of free oxygen and reactive, bound residual amounts of oxygen in the flue gas depending on the immediately behind the outlet the internal combustion engine and / or gas turbine system given flue gas composition and the amount of regulated in these contained combustion products becomes.

4. The method according to any one of claims 1, 2 or 3, characterized in that a regulation of the addition of additional fuel quantities and oxygen or combustion air in the second Afterburning for combustion and chemical breakdown unburned hydrocarbons and hydrocarbon compounds with almost stoichiometric implementation with the free oxygen and reactive bound residual oxygen quantities of these substances depending from the measured free and / or bound molecular Amount of oxygen in the flue gas, the oxygen concentration in the flue gas, the exhaust gas concentrations and proportions, the mass flows of the flue gas, the amount of flue gas, the flow rate of the flue gas and the exhaust gas temperature of the flue gas.

5. The method according to any one of claims 1-4, characterized in that the exhaust gas recirculation with the interposition of exhaust gas Storage systems are carried out discontinuously.

6. Device for operating an internal combustion engine and / or gas turbine system, in particular with diesel engines, and with at least one afterburning chamber of a process furnace or a boiler system, characterized in that
that the boiler or furnace system ( 3 ) has two post-combustion stages and can preferably be operated as a recuperator, so that the cleaned flue gas streams to be returned to the internal combustion engines and / or gas turbine system ( 2 ) can be cooled,
that a control device ( 5 ) is provided for the first and second post-combustion stages, so that the fuel, oxygen or addition quantities ( 13 ) to be mixed in these combustion stages can be injected into the post-combustion chambers for after-treatment of exhaust gases and to avoid the formation of pollutants or their reduction and / or can be brought in beforehand, and
that for returning part of the flue gas flow from the boiler or furnace system ( 3 ) to the combustion chambers or combustion chambers of the internal combustion engine and / or gas turbine system ( 2 ), a line system ( 19 ) between the outlet ( 20 ) of the boiler or furnace system and the inlet of the combustion chambers or combustion chambers of the internal combustion engine and / or gas turbine system ( 2 ) is provided.

7. The device according to claim 6, characterized in that in the line system ( 19 ) a fan ( 7 ) is created to promote the flue gas stream to be returned.

8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that the internal combustion engine and / or gas turbine system ( 2 ) downstream boiler or furnace system ( 3 ) is designed such that it is the only unit simultaneously as a silencer, recuperator and as a device for Exhaust gas aftertreatment works.

9. Device according to claims 6, 7 or 8, characterized in that as a boiler or furnace system ( 3 ) one or more boilers, ovens, rotary kilns, drying units or silencers are created with a combustion chamber which enables afterburning.

10. Device according to one of claims 7, 8 or 9, characterized in that in the line system ( 19 ) between the boiler and furnace system ( 3 ) and the internal combustion engine and gas turbine system ( 2 ) a return line for a partial flow of the flue gas stream ( 18 ) opens out and is switchable, which starts directly from the outlet of the internal combustion engine and / or gas turbine system.

11. Device according to one of the claims 6-10, characterized in that the boiler or furnace system ( 3 ) is followed by a condenser in which components of the exhaust gases can be condensed and cooled below their condensation temperature.

12. Use of a device according to the claims 6-11 in a combined heat and power plant.