DE4303174A1 - Method for the generation of electrical energy - Google Patents

Method for the generation of electrical energy

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Abstract

The invention relates to a method and an installation for the generation of electrical energy by burning preferably gaseous, fossil fuels with pure oxygen. For this purpose a closed cycle with at least one combustion chamber, a gas turbine, a waste heat boiler serving for preheating and compressors for compression of the working medium to combustion chamber pressure are provided, an inert gas being used in the cycle as working medium. Carbon dioxide is preferably used as working medium and natural gas as fuel. After the working medium still charged with the products of combustion has left the gas turbine and after the heat still present in the expanded working medium has been released in one or more heat exchangers, the products of combustion are drawn off from the cycle by suitable measures. The residual heat is abstracted from the working medium by coolers and used as process heat or for district heating systems.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Anlage zur Erzeugung elektri­ scher Energie aus fossilen Brennstoffen unter Anwendung dieses Verfahrens.The present invention relates to a method for generating electrical energy according to the generic term of claim 1 and on a plant for generating electri shear energy from fossil fuels this procedure.

Es ist bekannt, daß die bei der Stromerzeugung aus fos­ silen Brennstoffen auftretende Emission von Kohlendioxid zu dem weltweiten Problem des sogenannten Treibhausef­ fekts führt. Die Erkenntnis der schädlichen Auswirkungen von Kohlendioxid und Spurengasen in der Erdatmosphäre und die daraus entstehenden Gefahren für die Umwelt hat be­ reits zu einer Vielzahl von Vorschlägen geführt, die darauf abzielen, die Kohlendioxidemission von Kraftwer­ ken zu verringern. Andere Vorschläge haben zum Ziel, ent­ stehendes Kohlendioxid unschädlich zu machen Einer die­ ser Vorschläge sieht beispielsweise vor, die fossilen Energieträger mit reinem Sauerstoff zu verbrennen und das im Verbrennungsgas als Hauptkomponente enthaltene CO2 zu verflüssigen und in erschöpften Erdgasfeldern oder im Meer in großer Tiefe zu deponieren. Das Verbrennen mit reinem Sauerstoff ist aber ebenso energieaufwendig, wie das Auswaschen von CO2 aus den Rauchgasen, wodurch der Verstromungswirkungsgrad gesenkt wird.It is known that the emission of carbon dioxide which occurs in the generation of electricity from fossil fuels leads to the worldwide problem of the so-called greenhouse effect. The knowledge of the harmful effects of carbon dioxide and trace gases in the earth's atmosphere and the resulting environmental hazards has already led to a large number of proposals aimed at reducing the carbon dioxide emissions of power plants. Other proposals have the aim of rendering carbon dioxide harmless.One of these proposals, for example, is to burn fossil fuels with pure oxygen and to liquefy the CO 2 contained in the combustion gas as the main component and to exhaust it in depleted natural gas fields or in the sea at great depth deposit. Burning with pure oxygen is just as energy-intensive as washing out CO 2 from the flue gases, which lowers the efficiency of electricity generation.

Eine spürbare Steigerung des Wirkungsgrades ist durch die Kombination von Gas- und Dampfturbine möglich, wie sie bereits bei modernen Großkraftwerken angewandt wird.A noticeable increase in efficiency is through the combination of gas and steam turbine possible, such as it is already used in modern large power plants.

Die vorliegende Erfindung geht von der bekannten Kombina­ tion von Gas- und Dampfturbine aus, erlaubt dabei aber bei Einsparung der Dampfturbine ohne wesentliche Beein­ trächtigung des Verstromungswirkungsgrades die Verbren­ nung von reinem Sauerstoff. Dabei wird ein geschlossener Kreislauf und als Kreislaufmedium ein inertes Gas, vor­ zugsweise CO2 verwendet. Als Verbrennungsprodukte entste­ hen im wesentlichen CO2 und H2O, die dem Kreislauf wieder entnommen werden. Das ist ohne größeren Aufwand und ohne Schwierigkeiten möglich. In erster Linie besteht die Erfindung in der Anwendung eines Verfahrens mit den Merk­ malen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs.The present invention is based on the known combination of gas and steam turbine, but allows saving of the steam turbine without significant impairment of the power conversion efficiency, the combustion of pure oxygen. A closed circuit and an inert gas, preferably CO 2, are used as the circulating medium. The main combustion products are CO 2 and H 2 O, which are removed from the cycle. This is possible without much effort and without difficulty. First and foremost, the invention consists in the application of a method with the characteristics of the characterizing part of the main claim.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung erfolgt eine direkte Beheizung des, wie schon erwähnt, aus einem inerten Gas vorzugsweise aus CO2 bestehenden Arbeitsmediums durch die Verbrennung des, vorzugsweise aus Erdgas bestehenden, Energieträgers mit reinem Sauerstoff in der einer Gastur­ bine vorgeschalteten Brennkammer, wobei einer explosions­ artigen Verbrennung infolge des erhöhten Druckes dadurch vorgebeugt werden kann, daß dem Sauerstoff vor der Ver­ brennung in einer Mischkammer, die in der Sauerstoffzu­ leitung vor der Brennkammer vorgesehen ist, ein Teil des als Arbeitsmedium dienenden Kohlendioxids beigemischt wird. Auch kann zum gleichen Zweck dem Brennstoff Wasser­ dampf beigemischt werden. Nach der Arbeitsleistung in der Gasturbine wird die Restwärme des entspannten Arbeitsme­ diums dazu benutzt, den rückverdichteten Strom des Ar­ beitsmediums, vor der Einspeisung in die Brennkammer vorzuwärmen. Zuvor werden ihm die bei der Verbrennung entstandenen Gase auf geeignete Weise, Wasser z. B. durch Kondensation, entnommen. Auch der zur Verbrennung benö­ tigte Sauerstoff kann mit dieser Restwärme vorgewärmt werden. Daneben können weitere bekannte Maßnahmen zur Verbesserung des Wirkungsgrades durch geeignete Möglich­ keiten der Abwärmenutzung eingesetzt werden. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.In the method according to the invention, as already mentioned, the working medium consisting of an inert gas, preferably consisting of CO 2 , is directly heated by burning the energy carrier, preferably consisting of natural gas, with pure oxygen in the combustion chamber upstream of a gas turbine, one of which Explosion-like combustion due to the increased pressure can be prevented by adding a portion of the carbon dioxide serving as the working medium to the oxygen before the combustion in a mixing chamber which is provided in the oxygen supply line in front of the combustion chamber. Steam can also be added to the fuel for the same purpose. After the work in the gas turbine, the residual heat of the relaxed working medium is used to preheat the recompressed stream of the working medium before it is fed into the combustion chamber. Beforehand, the gases generated during the combustion process are suitable, water e.g. B. removed by condensation. The oxygen required for combustion can also be preheated with this residual heat. In addition, other known measures can be used to improve the efficiency by suitable possibilities of using waste heat. Appropriate and advantageous embodiments of the method according to the invention are the subject of the dependent claims.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungs­ gegenstandes, und zwar zeigtThe drawing shows exemplary embodiments of the invention object, namely shows

Fig. 1 schematisch den Ablauf eines erfindungsgemä­ ßen Verfahrens in einer Anlage mit einer Gasturbine, Fig. 1 shows schematically the procedure of a method according to the invention SEN in a plant with a gas turbine,

Fig. 2 das Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Anlage mit drei Gastur­ binen, Fig. 2 shows the process schematic of an inventive method turbines in a plant with three Gastur,

Fig. 3 einen vergrößerter Ausschnitt des Teils des Verfahrensschema nach Fig. 2, in dem die Verbrennungsprodukte entnommen und das Ar­ beitsmedium rückverdichtet wird. Fig. 3 is an enlarged section of part of the process diagram of FIG. 2, in which the combustion products are removed and the Ar beitsmedium recompacted.

Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Anlage ist mit 1 die Brennkammer und mit 2 eine dieser nachgeschal­ tete Gasturbine bezeichnet. In die Brennkammer 1 wird über die Leitung 3 CO2, über die Leitung 4 Erdgas und über die Leitung 5 der zur Verbrennung des Erdgases benö­ tigte Sauerstoff zugeführt. Dieser Sauerstoff wird durch Zufuhr einer ausreichenden Menge von CO2, die vom Kreis­ lauf abgezweigt wird, in einer Mischkammer 6 soweit ver­ dünnt, daß eine Explosionsgefahr in der Brennkammer 1 ausgeschlossen wird. Durch die Verbrennung des Erdgases in der Brennkammer 1, die in einer Atmosphäre aus CO2 erfolgt, wird das nunmehr in den Verdichtern 7 und 8 rückverdichtete und um die Verbrennungsprodukte CO2, H2O und Spurengase wie N2 vermehrte Arbeitsmedium auf die Turbineneintrittstemperatur gebracht und in der Gastur­ bine entspannt, in der ein wesentlicher Teil der in ihm enthaltenen Energie in mechanische Energie umgesetzt wird, die in einem von der Gasturbine 2 angetriebenen Generator elektrische Energie erzeugt. Die Restwärme des die Gasturbine 2 verlassenden Arbeitsmediums wird danach in einem Wärmeaustauscher, im vorliegenden Fall einem Abhitzekessel 9 nach Art eines Rekuperators, dazu be­ nutzt, das in den Verdichtern 7 und 8 rückverdichtete CO2 und den über den Verdichter 10 in die Leitung 5 ge­ speisten Sauerstoff vorzuwärmen. Arbeitsmedium und Sauer­ stoff werden so auf eine geeignete Temperatur vorgewärmt bevor sie in die Brennkammer 1 gelangen. Die Restwärme des den Abhitzekessel verlassenden Arbeitsmediums, dem hier noch die Verbrennungsprodukte beigemischt sind, wird schließlich in dem Kühler 11 entzogen und gemeinsam mit der Wärme aus dem Zwischenkühler 12 über einen Warmwas­ serkreislauf als Prozeß- bzw. Fernwärme genutzt. Im Som­ mer kann ein Kühlturm als Wärmesenke dienen.In the illustrated schematically in Fig. 1 system is equipped with the combustion chamber 1 and is denoted by 2 of these nachgeschal preparing gas turbine. In the combustion chamber 1 CO 2 is supplied via line 3 , natural gas via line 4 and line 5 of the oxygen required for the combustion of the natural gas. This oxygen is diluted by supplying a sufficient amount of CO 2 , which is branched off from the circuit, in a mixing chamber 6 to such an extent that an explosion risk in the combustion chamber 1 is excluded. The combustion of the natural gas in the combustion chamber 1 , which takes place in an atmosphere of CO 2 , brings the working medium now recompressed in the compressors 7 and 8 and increased by the combustion products CO 2 , H 2 O and trace gases such as N 2 to the turbine inlet temperature and relaxed in the gas turbine, in which a substantial part of the energy contained in it is converted into mechanical energy, which generates electrical energy in a generator driven by the gas turbine 2 . The residual heat of the working medium leaving the gas turbine 2 is then used in a heat exchanger, in the present case a waste heat boiler 9 in the manner of a recuperator, to be the CO 2 recompressed in the compressors 7 and 8 and the ge via the compressor 10 into the line 5 fed to preheat oxygen. Working medium and oxygen are preheated to a suitable temperature before they get into the combustion chamber 1 . The residual heat of the working fluid leaving the waste heat boiler, to which the combustion products are still added, is finally removed in the cooler 11 and used together with the heat from the intercooler 12 via a hot water circuit as process or district heating. In summer, a cooling tower can serve as a heat sink.

Bei der Rückverdichtung, die zur Einsparung von Antriebs­ energie auf mehrere Verdichter unterteilt ist, erfolgt vor jedem der beiden Verdichter 7, 8 eine CO2-Kühlung in den Kühlern 11 bzw. 12 mit anschließender Entwässerung des kondensierten Wasserdampfes. Das Kondensat wird dabei über die Leitung 15 dem Kreislauf entnommen. Über die Leitung 16 wird dem Arbeitsmedium soviel CO2 entnommen, wie durch die Verbrennung in der Brennkammer 1 dem Ar­ beitsmedium zugeführt worden ist.In the recompression, which is divided into several compressors to save drive energy, CO 2 cooling takes place in the coolers 11 and 12 with subsequent dewatering of the condensed water vapor before each of the two compressors 7 , 8 . The condensate is removed from the circuit via line 15 . As much CO 2 is withdrawn from the working medium via the line 16 as has been supplied to the working medium by the combustion in the combustion chamber 1 .

Der zu Verbrennung des Erdgases erforderliche Sauerstoff wird in einer nicht dargestellten Luftzerlegungsanlage erzeugt und durch die Leitung 17 dem Verdichter 10 zuge­ führt und gelangt von dort, auf Brennkammerdruck verdich­ tet, nach der Vorwärmung im Abhitzekessel 9 in die zur Brennkammer führende Leitung 5.The oxygen required for the combustion of the natural gas is generated in an air separation plant, not shown, and leads through the line 17 to the compressor 10 and from there, compressed to the combustion chamber pressure, after preheating in the waste heat boiler 9 into the line leading to the combustion chamber 5

Um den Druckbereich günstiger Verdichtungsarbeit auszu­ nutzen, ist ein möglichst hoher Anfangsdruck für den Prozeß anzustreben. Soll andererseits das Arbeitsvermögen des bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampfes weit­ gehend genutzt werden, empfiehlt sich ein möglichst nie­ driger Enddruck bis zum Vakuum. Hieraus ergibt sich ein relativ hohes Druckverhältnis, das gegebenenfalls durch Zwischenüberhitzung in einer oder mehreren Stufen auf eine entsprechende Anzahl von Gasturbinen aufgeteilt werden kann. Die Eintrittstemperatur des Arbeitsmediums in die Gasturbine wird bekanntlich begrenzt durch die Warmfestigkeit des Werkstoffes der Schaufeln der Gastur­ bine. Für eine Optimierung des gesamten Prozesses nach der Erfindung ist es aber zweckmäßig bei möglichst hohen Drücken zu arbeiten, auch dann, wenn nicht mit den höchs­ ten Gasturbinentemperaturen gearbeitet werden kann. In order to reduce the printing area of cheaper compression work use is the highest possible initial pressure for the To seek process. On the other hand, should the work capacity of the water vapor generated during combustion should never be used final pressure to vacuum. This results in a relatively high pressure ratio, which may be due to Reheat in one or more stages divided a corresponding number of gas turbines can be. The inlet temperature of the working medium is known to be limited by the gas turbine Heat resistance of the material of the blades of the gastur bine. For an optimization of the entire process after the invention, however, is useful at the highest possible Press to work, even if not with the highest ten gas turbine temperatures can be worked.  

Fig. 2 zeigt Aufteilung der Arbeitsleistung des erhitzten Arbeitsmediums auf drei Gasturbinen. Sie hat den Vorteil, daß ein größeres Gesamtgefälle verarbeitet werden kann und sich daher der Temperaturabstand im Abhitzekessel zwischen Abgaseintritt und Austritt des verdichteten, vorgewärmten CO2 als wirkungsgradsenkende Enthalpiedif­ ferenz auf ein hohes Gesamtgefälle bezieht und somit nur geringen Einfluß hat. Fig. 2 shows the division of work rate of the heated working fluid at three gas turbines. It has the advantage that a larger overall gradient can be processed and therefore the temperature difference in the waste heat boiler between the exhaust gas inlet and outlet of the compressed, preheated CO 2 as an efficiency-reducing enthalpy difference relates to a large overall gradient and thus has only a minor influence.

In Fig. 2 sind mit 20a, 20b und 20c drei Gasturbinen bezeichnet, deren gemeinsame Welle einen Generator 21 zur Stromerzeugung antreibt. Mit 22a, 22b und 22c sind Brenn­ kammern bezeichnet, die vom dem aus CO2 bestehenden Ar­ beitsmedium der Leitung 3 durchströmt werden. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel 1, werden dem Arbeitsmedium dabei in den Brennkammern 22a, 22b und 22c die Verbrennungsgase von Erdgas und Sauerstoff beige­ mischt, wobei Erdgas über die Leitungen 23a, 23b und 23c und Sauerstoff über die Leitungen 24a, 24b und 24c den jeweils zu den Gasturbinen gehörenden Brennkammern zuge­ führt wird. Über die Leitung 57 wird Dampf zur Verdünnung der Verbrennungsgase beigemischt. Der Sauerstoff wird im Abhitzekessel 25 ebenso wie das als Energieträger die­ nende Erdgas, das in den Leitungen 23a und 23b durch Verdichter 26a und 26b jeweils auf den in den Brennkam­ mern 22a und 22b benötigten Druck gebracht wird, durch das aus der Gasturbine 20c austretende und entspannte Arbeitsmedium weitgehend vorgewärmt, wodurch der Brenn­ stoffeinsatz in den Brennkammern verringert wird. Die anfallende Wärme bei der Zwischenkühlung des Sauerstoffs beim Verdichten kann in den Prozeß eingebunden oder für Fernheizzwecke verwendet werden.In Fig. 2 with 20 a, 20 b and 20 c three gas turbines are designated, the common shaft of which drives a generator 21 to generate electricity. With 22 a, 22 b and 22 c combustion chambers are referred to, which are flowed through by the CO 2 Ar beitsmedium line 3 . As with the example shown in Fig. 1 embodiment 1, the working fluid while in the combustion chambers 22 are a, 22 b and 22, the combustion gases c of natural gas and oxygen mixed, with natural gas through the conduits 23 a, 23 b and 23 c and oxygen over the lines 24 a, 24 b and 24 c leads to the combustion chambers belonging to the gas turbines. Steam is mixed in via line 57 to dilute the combustion gases. The oxygen is in the waste heat boiler 25 , as is the energy source, the natural gas, which is brought in lines 23 a and 23 b by compressors 26 a and 26 b to the pressure required in the combustion chambers 22 a and 22 b, by which from the gas turbine 20 c emerging and relaxed working medium largely preheated, whereby the fuel consumption in the combustion chambers is reduced. The heat generated during the intermediate cooling of the oxygen during compression can be integrated into the process or used for district heating purposes.

Das aus dem Abhitzekessel 25 ausströmende mit den Ver­ brennungsgasen belastete Arbeitsmedium wird, bevor es den Abhitzekessel 25 verläßt, noch zur Vorwärmung eines Teilstromes des vorverdichten CO2 verwendet. Schließlich wird das Abgas in dem Kühler 27 durch Kühlwasser aus dem Leitungssystem 39 möglichst tief abgekühlt, um die Lei­ stungsaufnahme in dem anschließenden Verdichter möglichst niedrig zu halten.The outflowing from the waste heat boiler 25 with the Ver combustion gases loaded working medium is used before it leaves the waste heat boiler 25 for preheating a partial stream of the precompressed CO 2 . Finally, the exhaust gas in the cooler 27 is cooled as deep as possible by cooling water from the line system 39 in order to keep the power consumption in the subsequent compressor as low as possible.

Fig. 3 zeigt die weitere Behandlung des aus dem Abhitze­ kessel 25 und dem Kühler 27 austretenden, mit den Ver­ brennungsprodukten der Verbrennung von Erdgas und Sauer­ stoff in den Brennkammern belasteten Arbeitsmediums. Mit 29, 30, 31, 32 und 33 sind dabei Verdichter bezeichnet, wobei den ersten vier Verdichtern auf deren Druckseite jeweils Kühler 34 bzw. 35, 36, 37 und 38 nachgeschaltet sind, denen durch Kühlwasserleitungen 39 Kühlwasser zuge­ führt wird. Eine Kühlwasserpumpe 40 fördert Kühlwasser über die Leitungen 39 zu den Kühlern 27, 35, 36, 37 und 38 und danach über eine Warmwassersammelleitung 45 zu dem Fernwärmeabnehmer 46, wobei im Bedarfsfall eine in der Zeichnung nicht dargestellte Druckhaltepumpe einge­ baut sein kann. Eine Steigerung von Vorlauftemperatur und Wärmeleistung kann im Winter durch eine geringere Kühlung in den Kühlern 35, 36, 37 und 38 erreicht werden. Soweit im Wärmeverbraucher 46, jahreszeitlich bedingt, Heizwärme benötigt wird, erfolgt eine Abkühlung je nach Vorlauf­ temperatur von 80-100°C auf etwa 50-60°C. Die Gesamt­ wärme im Sommer und die Restwärme im Winter wird über einen Kühlturm 47 abgeführt, der die Kaltwassertemperatur zwischen 20 und 30°C herstellt. Fig. 3 shows the further treatment of the exiting from the waste heat boiler 25 and the cooler 27 , loaded with the combustion products of the combustion of natural gas and oxygen in the combustion chambers working medium. With 29 , 30 , 31 , 32 and 33 compressors are referred to, with the first four compressors on the pressure side of which are each connected to coolers 34 and 35 , 36 , 37 and 38 , to which 39 cooling water is supplied through cooling water lines. A cooling water pump 40 promotes cooling water via the lines 39 to the coolers 27 , 35 , 36 , 37 and 38 and then via a hot water manifold 45 to the district heating consumer 46 , and if necessary, a pressure maintenance pump, not shown in the drawing, can be built. In winter, the flow temperature and heat output can be increased by reducing the cooling in coolers 35 , 36 , 37 and 38 . Insofar as heating heat is required in the heat consumer 46 , depending on the season, cooling takes place depending on the flow temperature from 80-100 ° C to about 50-60 ° C. The total heat in summer and the residual heat in winter is dissipated via a cooling tower 47 , which produces the cold water temperature between 20 and 30 ° C.

Hinter dem Verdichter 33 ist der CO2-Strom in drei Teil­ ströme 41, 42 und 43 aufgeteilt, wobei der Teilstrom 41 in dem Abhitzekessel 25 aufgewärmt wird, während der zweite Teilstrom 42 den hinter dem Verdichter 29 angeord­ neten Wärmetauscher 34 durchströmt, um sich dann wieder auf einem Temperaturniveau zwischen 130 und 200°C mit den anderen Teilströmen zu vereinen. Der dritte Teilstrom 43 dient zur Zwischenkühlung des Sauerstoffs in dem Wärme­ tauscher 44. Die weitere Vorwärmung des Arbeitsmediums auf die Eintrittstemperatur in der Brennkammer 22a er­ folgt danach in dem als Abhitzekessel 25 ausgebildeten Wärmeaustauscher.Behind the compressor 33 , the CO 2 stream is divided into three sub-streams 41 , 42 and 43 , the sub-stream 41 being warmed up in the waste heat boiler 25 , while the second sub-stream 42 flows through the heat exchanger 34 arranged behind the compressor 29 , around itself then combine again with the other partial flows at a temperature level between 130 and 200 ° C. The third partial flow 43 is used for intermediate cooling of the oxygen in the heat exchanger 44 . The further preheating of the working medium to the inlet temperature in the combustion chamber 22 a he then follows in the heat exchanger designed as a waste heat boiler 25 .

Das sich bei der Verbrennung des fossilen Brennstoffs mit Sauerstoff gebildete H2O wird dem Kreislauf jeweils hin­ ter den Kühlern 35, 36, 37 und 38 bei 48, 49, 50, 51 und 52 als Kondensat entnommen. Die Entnahme des überschüssi­ gen CO2 erfolgt unter entsprechendem Druck bei 53. Es wird in flüssiger Form abgeführt.The H 2 O formed during the combustion of the fossil fuel with oxygen is taken from the circuit behind the coolers 35 , 36 , 37 and 38 at 48, 49, 50, 51 and 52 as condensate. The excess CO 2 is removed under appropriate pressure at 53 . It is discharged in liquid form.

Der in den Brennkammern jeweils zur Verbrennung des als Energieträger dienenden Erdgases benötigte Sauerstoff wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Anlage zur Luftzerlegung, gewonnen. Die Verdichtung des Sauerstoffs auf den Brennkammerdruck erfolgt dabei in dem in den Verdichtern 54, 55 und 56 mit Zwischenkühlung im Kühler 44 durch das über die Zweigleitung 43 geführte CO2. Als Brennstoff zur Energiegewinnung in der Gasturbine eignet sich in erster Linie Erdgas bzw. Methan. Es können aber, unter Beachtung der erforderlichen Sicherheitsmaß­ nahmen, auch andere sich zur Verbrennung mit reinem Sau­ erstoff eignende Gase, beispielsweise aus Vergasung mit reinem Sauerstoff gewonnenes Kohlegas, Anwendung finden. An Stelle von Brennkammern konventioneller Bauart können auch Einrichtungen verwendet werden, in denen zerklei­ nerte Braun- oder Steinkohle, insbesondere Kohlestaub unter Druck mit reinem Sauerstoff verbrannt wird, wobei die Verbrennungsgase das Arbeitsmedium auf die Arbeits­ temperatur aufheizen. Das kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß die bei der Verbrennung entstehenden Gase direkt mit dem Arbeitsmedium vermischt werden. Die Ver­ brennungsgase können aber auch über Wärmeaustauschflächen geführt werden und dort das Arbeitsmedium indirekt auf­ heizen. Die Abgase der Verbrennung werden auch hier in der Weise genutzt, daß sie in das Arbeitsmedium vor des­ sen Entspannung in der Turbine eingespeist werden, und dort Arbeit leisten.The oxygen required in the combustion chambers for the combustion of the natural gas serving as energy source is also obtained in this embodiment of the invention in a plant for air separation, not shown in the drawing. The compression of the oxygen to the combustion chamber pressure takes place in the in the compressors 54 , 55 and 56 with intermediate cooling in the cooler 44 through the CO 2 conducted via the branch line 43 . Natural gas or methane is primarily suitable as a fuel for energy generation in the gas turbine. However, taking into account the necessary safety measures, other gases suitable for combustion with pure oxygen, for example coal gas obtained from gasification with pure oxygen, can also be used. Instead of combustion chambers of conventional design, facilities can also be used in which pulverized lignite or hard coal, in particular coal dust, is burned under pressure with pure oxygen, the combustion gases heating the working medium to the working temperature. This can be done in a simple manner in that the gases produced during the combustion are mixed directly with the working medium. The combustion gases can also be conducted over heat exchange surfaces and indirectly heat the working medium there. The exhaust gases from the combustion are also used here in such a way that they are fed into the working medium before the relaxation in the turbine, and do work there.

Für eine derartige Kohleverbrennung eignet sich insbeson­ dere das sogenannte Wirbelschichtverfahren. Dabei erfolgt eine Reinigung der Verbrennungsgase von noch festen Par­ tikeln durch geeignete Filter, durch vorzugsweise Hoch­ temperaturfilter aus Keramik vor oder nach der Einspei­ sung der Verbrennungsgase in das Arbeitsmedium. Auch bei einer solchen Ausführungsform des Verfahrens nach der Er­ findung können zur Verminderung der Explosionsgefahr dem Sauerstoff vor der Verbrennung eine entsprechende Menge des Arbeitsmediums und dem Brennstoff H2O beigemischt wer­ den. Auch sind Anlagen mit mehreren Gasturbinen ausführ­ bar, von denen ein Teil mit Erdgas und ein anderer mit Kohle betrieben wird.The so-called fluidized bed process is particularly suitable for such coal combustion. The combustion gases are cleaned from solid particles by suitable filters, preferably by high-temperature filters made of ceramic, before or after the combustion gases are fed into the working medium. Even in such an embodiment of the method according to the invention, a corresponding amount of the working medium and the fuel H 2 O can be added to the oxygen before the combustion to reduce the risk of explosion. Plants with several gas turbines can also be executed, some of which are operated with natural gas and others with coal.

Wenn bei hohen Drücken der Brennstoffzufuhr eine hohe Energiedichte entsteht, kann eine Vermischung mit Dampf oder einem kleineren Teilstrom von etwas höher verdich­ tetem CO2 vorgesehen werden. Auch können Einrichtungen zum Beseitigen von Energiespitzen (Ablaßventile, Ein­ spritzung von kälterem H2O oder CO2) sowie Vorkehrungen zur Minimierung von Regelabweichungen vorgesehen sein.If a high energy density arises at high pressures of the fuel supply, mixing with steam or a smaller partial stream of somewhat higher compressed CO 2 can be provided. Devices for eliminating energy peaks (drain valves, an injection of colder H 2 O or CO 2 ) and measures to minimize control deviations can also be provided.

Claims (11)

1. Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie aus fossilen Brennstoffen, die in einer Brennkammer mit Sauerstoff verbrannt, danach die Verbrennungsgase in einer Gasturbine entspannt und die Abwärme der entspannten Gase zu Vorwärmzwecken benutzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmedium ein in einem geschlossenen Kreislauf geführtes inertes Gas benutzt wird, das in der Brennkammer durch Verbrennen des Brennstoffs mit Sauerstoff auf Arbeitstemperatur erhitzt, danach in der Tur­ bine entspannt und nach dem Entspannen zum Vor­ wärmen des wieder verdichteten Arbeitsmediums benutzt wird, dem zuvor die bei der Verbrennung entstandenen Verbrennungsgase wieder entnommen worden sind.1. A method for generating electrical energy from fossil fuels, which burned in a combustion chamber with oxygen, then the combustion gases are expanded in a gas turbine and the waste heat of the relaxed gases are used for preheating purposes, characterized in that an inert in a closed circuit as the working medium Gas is used, which is heated in the combustion chamber by burning the fuel with oxygen to the working temperature, then relaxed in the turbine and after relaxation is used to preheat the re-compressed working medium from which the combustion gases formed during the combustion have been removed again . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zur Verbrennung benötigten Sauerstoff vor der Brennkammer ein Teil des inerten Arbeitsme­ diums beigemischt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the oxygen required for combustion the combustion chamber is part of the inert working diums is added. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Brennstoff Wasserdampf beige­ mischt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the fuel water vapor beige is mixed. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gasturbinen vorgesehen sind, vor denen jeweils eine Brennkammer angeordnet ist, in der zum Aufheizen des Arbeitsmediums der Brennstoff mit reinem Sauerstoff verbrannt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that several gas turbines are provided are arranged in front of which a combustion chamber is in the for heating the working medium Fuel is burned with pure oxygen. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmedium CO2 dient. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that CO 2 is used as the working medium. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff Erdgas benutzt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that natural gas is used as fuel becomes. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff zerkleinerte Kohle benutzt wird, deren Verbrennung mit Sauer­ stoff unter Druck erfolgt, wobei dem Sauerstoff ein Teil des Kreislaufmediums beigemischt sein kann und die Verbrennungsgase zur Aufheizung des Ar­ beitsmediums dienen, mit diesem gemischt und vor der Entspannung in der Gasturbine mittels Hoch­ temperaturfilter entstaubt werden.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that crushed as fuel Coal is used, its combustion with acid Substance takes place under pressure, the oxygen part of the circulating medium can be added and the combustion gases to heat the Ar beitsmediums serve, mixed with this and before relaxation in the gas turbine by means of high temperature filters are dusted. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Arbeitsmediums indirekt über Wärmeaustauscherflächen erfolgt und die Verbren­ nungsgase vor der Einspeisung in das Arbeitsme­ dium entstaubt werden.8. The method according to claim 7, characterized in that that the heating of the working medium indirectly via Heat exchanger surfaces and burning gases before being fed into the working dium are dusted. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nachdem das Arbeitsmedium nach der Entspannung seine Restwärme abgegeben hat, das bei der Verbrennung entstandene Wasser durch Kondensation und das dabei entstandene CO2 aus dem Verdichtungsstrang bei 50-70 bar entnommen und in flüssigem Zustand abgegeben wird.9. The method according to claims 4 and 5, characterized in that after the working medium has given up its residual heat after the relaxation, the water formed during the combustion by condensation and the CO 2 formed in the compression line at 50-70 bar and is delivered in a liquid state. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abhitzekessel nicht mehr ausnutzbare Wärme des Arbeitsmediums sowie die zwischen einzelnen Verdichtungsstufen anfallende Wärme zu Heizzwecken in Fernwärmenetzen verwendet wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the waste heat boiler heat of the working medium that can no longer be used as well as between individual compression levels heat generated for heating purposes in district heating networks is used. 11. Anlage zum Erzeugen elektrischer Energie aus fossilen Brennstoffen unter Anwendung eines Ver­ fahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen aus mindestens einer Brennkammer, mindestens einer einen Generator antreibenden Gasturbine, einem zum Vorwärmen des Arbeitsmediums dienenden Abhitzekessel und mindestens einem zum Verdichten des Arbeits­ mediums dienenden Verdichter bestehenden ge­ schlossen Kreislauf, in welchem als Arbeits­ medium ein inertes Gas strömt, das in der Brennkammer durch Verbrennen von Brennstoff mit Sauerstoff erhitzt, in der Gasturbine ent­ spannt, danach zum Vorwärmen von Arbeitsmedium und Sauerstoff benutzt wird, wobei vor der Rückführung des Arbeitsmediums zur Brennkammer Mittel zur Entnahme der bei der Verbrennung dem Arbeitsmedium zugeführten Verbrennungsgase vorgesehen sind.11. Plant for generating electrical energy from fossil fuels using a ver driving according to one of the preceding claims,  characterized by one of at least one Combustion chamber, at least one generator driving gas turbine, one for preheating of the waste heat boiler and at least one to compact the work medium-serving compressor existing ge closed circuit, in which as working medium flows an inert gas which in the Combustion chamber by burning fuel heated with oxygen, ent in the gas turbine clamps, then for preheating the working medium and oxygen is used, whereby before the Return of the working medium to the combustion chamber Means to remove the incineration combustion gases supplied to the working medium are provided.
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