DE4140653A1

DE4140653A1 - Gasturbineneinrichtung

Info

Publication number: DE4140653A1
Application number: DE19914140653
Authority: DE
Inventors: Torsten Dr Strand
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: DE4140653C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbineneinrichtung mit einem Gasgenerator und einer Leistungsturbine.

Bei einer solchen allgemein bekannten Gasturbineneinrich tung - von der die Erfindung ausgeht - enthält der Gasgene rator als Einzelkomponenten einen Luftverdichter, eine Brennkammer und eine Verdichterturbine. Der Verdichter und die Verdichterturbine sind auf einer gemeinsamen Welle an geordnet. Die Leistungsturbine ist als sogenannte Frei fahr-Turbine ausgeführt, also nicht mechanisch, sondern aero-thermodynamisch mit der Verdichterturbine gekoppelt. Der Brennkammer ist ein größerer Teil der verdichteten Luft und ein gasförmiger Brennstoff zugeführt. Das in der Brenn kammer erzeugte Heißgas treibt die Verdichterturbine an und wird weitergeleitet zur Leistungsturbine.

Bei der bekannten Einrichtung wird ein Teil der verdich teten Luft der Verdichterturbine als Kühlmittel zugeführt. Die Luft wird in die innere Struktur der Turbinenschaufeln eingeführt, um die Temperatur der Schaufeln unter einem bestimmten vom Schaufelwerkstoff abhängigen Wert zu halten. Die Kühlluft leistet keine Arbeit und ist für den thermody namischen Kreisprozeß als verloren anzusehen.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbineneinrichtung der beschriebenen Art anzuge ben, bei der die Kühlluft im Gesamtprozeß besser genutzt ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gasturbineneinrich tung, mit einem Gasgenerator, der einen Luftverdichter, eine Brennkammer und eine Verdichterturbine aufweist und der aero-thermodynamisch gekoppelt ist mit einer Leistungs turbine, wobei ein erster Teil der verdichteten Luft und ein gasförmiger Brennstoff, z. B. Erdgas, der Brennkammer zugeführt ist und ein zweiter Teil der verdichteten Luft als Kühlmittel der Verdichterturbine zugeführt ist, und wo bei

a) dem Kühlmittel etwa 2 bis 4 Vol.-% eines gasförmigen Zusatzbrennstoffs, z. B. Erdgas, zugeführt ist, und
b) in den Gasstrom von der Verdichterturbine zur Lei stungsturbine ein katalytischer Reaktor eingefügt ist.

Die vorgeschlagene Gasturbineneinrichtung hat eine vorteil haft erhöhte Ausgangsleistung bezogen auf eine gegebene Turbinengröße. Eine Leistungserhöhung um etwa 15% ist mög lich. Außerdem kann aufgrund der erhöhten Abgastemperatur in einem kombinierten Prozeß, d. h. mit nachgeschalteter Dampfturbine, ein erhöhter thermischer Wirkungsgrad erzielt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Gasturbineneinrichtung mit einem Gasgenerator 1 und einer Leistungsturbine 2. Der Gasgenera tor 1 enthält einen Verdichter 3 für atmosphärische Luft L, der gemeinsam mit einer Verdichterturbine 4 auf einer Welle 5 angeordnet ist. Ein größerer Teil der Verdichterluft und gasförmiger Brennstoff B sind einer Brennkammer 6 zuge führt. Das in der Brennkammer 6 durch Entzündung des Brenn stoffs B erzeugte Heißgas H ist der Verdichterturbine 4 zu geführt. Ein kleinerer, aber nicht unwesentlicher Teil der verdichteten Luft ist als Kühlmittel K vom Verdichter 3 ab gezweigt und nach Zumischung eines gasförmigen Zusatzbrenn stoffs ZB in einer Menge von etwa 2 bis 4 Vol.-% der Luft menge der Verdichterturbine 4 zugeführt. Anstelle einer Mischung von Kühlluft und Zusatzbrennstoff vor der Zufüh rung zur Verdichterturbine kann auch eine getrennte Zufüh rung der Gase zur Verdichterturbine erfolgen. Der übliche gasförmige Brennstoff B bzw. Zusatzbrennstoff ZB ist Erd gas.

An der Verdichterturbine 4 tritt ein Kühlmittel-Heißgas-Ge misch G aus, das über eine Leitung 7 einem katalytischen Reaktor 8 zugeführt ist. Das im Reaktor 8 katalytisch nachverbrannte Gemisch G ist der Leistungsturbine 2 als energiereiches Gas E zugeführt, die schließlich Abgas A abgibt.

Der katalytische Reaktor 8 enthält einen Katalysator, der bevorzugt mit einer keramischen oder metallischen Honigwa benstruktur als Träger und mit einer Platin- oder Palla dium-Beschichtung auf dem Träger ausgeführt ist.

Zur Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird nachstehendes ausgeführt.

Es versteht sich, daß das Verhältnis von Zusatzbrennstoff ZB zu Kühluft K unterhalb einer unteren Grenze gehalten werden muß, um die Gefahr einer Explosion zu vermeiden. Diese Grenze ist durch Prozeßbedingungen, insbesondere die Temperatur und den Druck gegeben.

Sobald das Heißgas G mit dem Kühlmittel K in der Verdich terturbine 4 gemischt wird, beginnt eine Oxidation des hauptsächlich im Zusatzbrennstoff ZB enthaltenen Methans CH₄, wobei Wärme frei wird. Allerdings ist die Verweilzeit der Gasmischung in der Verdichterturbine 4 und der Leitung 7 zu kurz, um eine vollständige Umwandlung in CO₂ und Wasser sicherzustellen. Es käme somit zu einer unerwünsch ten Emission von Kohlenmonoxid CO und von unverbrannten Kohlenwasserstoffen UHC, wenn kein katalytischer Reaktor 8 vorhanden wäre. Der katalytische Reaktor 8 beschleunigt jedoch den Oxidationsvorgang so, daß keine Schadstoff emission entsteht.

Claims

1. Gasturbineneinrichtung mit einem Gasgenerator (1), der einen Luftverdichter (3), eine Brennkammer (6) und eine Verdichterturbine (4) aufweist und der aero-thermodynamisch gekoppelt ist mit einer Leistungsturbine (2), wobei ein er ster Teil der verdichteten Luft und ein gasförmiger Brenn stoff, z. B. Erdgas, der Brennkammer (6) zugeführt ist und ein zweiter Teil der verdichteten Luft als Kühlmittel (K) der Verdichterturbine (4) zugeführt ist, dadurch gekenn zeichnet, daß

a) dem Kühlmittel (K) etwa 2 bis 4 Vol.-% eines gas förmigen Zusatzbrennstoffs, z. B. Erdgas, zugeführt ist, und
b) in den Gasstrom von der Verdichterturbine (4) zur Leistungsturbine (2) ein katalytischer Reaktor (8) eingefügt ist.