DE4435267A1

DE4435267A1 - Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine

Info

Publication number: DE4435267A1
Application number: DE19944435267
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Joos
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1994-10-01
Filing date: 1994-10-01
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2014-10-02
Also published as: DE4435267C2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine, im wesentlichen bestehend aus einem Verdichter, einer Brennkammer sowie der eigentlichen Turbine, bei der ein erstes Medium über eine Luftzuführungsleitung vom Verdichter angesaugt wird und die bei der Verbrennung entstandenen Abgase über eine Abgasleitung beim Austritt aus der Turbine abgeführt werden. Sie betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

Derartige Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine sind bekannt. Die Gasturbine treibt dabei über ein Welle einen Generator an. Um die Stickoxydemission der Gasturbine zu senken, werden in der Brennkammer mager betriebene Vormisch brenner verwendet oder Wasser in die Brennkammer einge spritzt.

Eine weitere Möglichkeit zur Stickoxydreduzierung besteht in der Rückführung von Abgasen, wie es bei konventionellen Feue rungsanlagen, wie z. B. Heizungen, angewandt wird. Dabei wird ein Teil der bei der Verbrennung entstandenen Abgase der Ver brennungsluft zugemischt. Das Abgas wird direkt beim Austritt aus dem Feuerungskessel entnommen und zum Lufteintritt beim Brenner zurückgeführt. Durch die Zugabe von Abgas zur Ver brennungsluft werden der Sauerstoffpartialdruck gesenkt, der Kohlendioxydpartialdruck erhöht und die Reaktionsrate der Verbrennung vermindert, was zu einer reduzierten Stickoxyd emission führt.

Werden bei Gasturbinen die Abgase beim Austritt aus der Tur bine zur Brennkammer zurückgeführt und der Verbrennungsluft zugegeben, treten Materialüberhitzungen auf, die zu Beschädi gungen der Brennkammer und damit der Gasturbine führen kön nen. Zudem ist das Druckniveau der zugeführten Abgase niedri ger als der Eintrittsdruck der verdichteten Luft in der Brennkammer. Dies führt zu einem Leistungsverlust der Gastur bine. Die heißen Abgase müßten also vor dem Eintritt in die Brennkammer verdichtet werden, was jedoch durch die hohen Temperaturen der Abgase weitere Materialprobleme mit sich führen würde.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine sowie der Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens der eingangs genannten Art eine Mög lichkeit zu schaffen, die Stickoxydemission zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in die Luftzuführungsleitung ein zweites Medium mit niedrigerem Sau erstoffgehalt als das erste Medium eingespeist wird.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß die bereits vorhandenen Anlageteile der Gasturbine unverändert übernommen werden können. Beispielsweise durch die Rückführung von abgekühlten Abgasen können diese vor dem Verdichter zugeführt werden, ohne daß eine Leistungsvermin derung oder temperaturbedingte Materialprobleme bei der Gasturbine auftreten. Der Sauerstoffgehalt der Verbrennungs luft, und damit die Stickoxydemission, kann auch durch Zugabe von sauerstoffarmem oder kohlendioxydreichem Gas oder Inert gasen gesenkt werden. Geschieht dies in flüssiger Form, bei spielsweise mit flüssigem Stickstoff, wird die Temperatur der in die Gasturbine eintretenden Luft gesenkt. Dies führt zu einer Erhöhung des durchgesetzten Massestroms und damit zu einer Leistungssteigerung der Gasturbine.

Im Falle einer Abgasrückführung ist besonders zweckmäßig, wenn in die Rückführleitung ein Wärmetauscher zur weiteren Abkühlung des Abgases eingebaut wird, um die Leistung der Gasturbine zu steigern.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Kombianlage vereinfacht dargestellt.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise die Lagerungen der Wellen, der Speisewasserbehälter und der Entgaser des Wasser-/Dampfkreislaufes.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Eine Gasturbine besteht im wesentlichen aus einem Verdichter 2 und einer Turbine 1, die über eine Welle 15 verbunden sind, sowie einer Brennkammer 4. Im Verdichter 2 wird Luft über eine Luftzuführungsleitung 6 angesaugt, komprimiert und die verdichtete Luft in die Brennkammer 4 geleitet. Dort wird der Verbrennungsluft Brennstoff 5 zugeführt und das Brennstoff- Luft-Gemisch verbrannt. Die entstandenen Abgase werden in die Turbine 1 eingeleitet, wo sie entspannt werden und ein Teil der Energie der Abgase in Drehenergie umgewandelt wird. Diese Drehenergie wird über die Welle 15 zum Antrieb eines Genera tors 3 verwendet.

Die Abgase werden danach über eine Abgasleitung 7 geleitet, die zu einer Verzweigung 18 führt. Dort zweigt über ein Abgasventil 17 eine Umgehungsleitung 9 ab. Über ein weiteres Abgasventil 16 führt die Abgasleitung 7 zu einem Abhitzekes sel 10. Bei Normalbetrieb der Anlage ist das Abgasventil 17 in der Umgehungsleitung 9 geschlossen und das Abgasventil 16 in der Abgasleitung offen. Der gesamte Abgasmassenstrom wird durch den Abhitzekessel geleitet. Dem durch den Abhitzekessel 10 geleiteten Abgas wird Wärmeenergie entzogen und damit Was ser in einem Wasser-/Dampfkreislauf 42 erhitzt. Der Abhitze kessel setzt sich zusammen aus einem Economizer 11, einem Verdampfer 12 und einem Überhitzer 13. Durch den Wasser- /Dampfkreislauf 42 wird Wasser in den Economizer 11 einge speist und erwärmt, in den Verdampfer 12 geleitet, wo das Wasser verdampft wird und in den Überhitzer 13, in dem der entstandene Dampf weiter erhitzt wird. Der überhitzte Dampf wird über einen Dampfeinlaß 43 zum Betrieb einer Dampftur bine 40 verwendet. Die Dampfturbine 40 ist über eine Welle 46 mit einem Generator 41 verbunden. Der beim Dampfauslaß 44 austretende Dampf wird in einem Kondensator 45 kondensiert und wieder dem Wasser-/Dampfkreislauf 42 zugeführt.

Die aus dem Abhitzekessel austretenden, abgekühlten Abgase werden über eine Verzweigung 23 zu einem Kamin 8 geleitet. Bei der Verzweigung 23 geht eine Rückführungsleitung 20 ab, die über ein Regelventil 21 und einen Wärmetauscher 22 zu einem Einlaß 24 in der Luftzuführungsleitung 6 führt. Der Einlaß 24 ist dabei vor dem Verdichter 2 angeordnet. Mit dem Regelventil 21 kann die Menge des zurückgeführten, abgekühl ten Abgases eingestellt werden. Entspricht die Temperatur des Abgases in der Rückführungsleitung 20 nicht den Anforderun gen, können die Abgase über den Wärmetauscher 22 weiter abge kühlt werden.

Vor dem Verdichter 2 ist ein weiterer Einlaß 32 in der Luft zuführungsleitung 6 angeordnet. Über eine Gaszuführungslei tung 30 und ein Regelventil 31 kann dort sauerstoffarmes Gas oder Inertgas in die Luftzuführungsleitung 6 eingespeist wer den. Die zugeführte Menge Gas wird mit Hilfe des Regel ventiles 31 eingestellt. Das Gas kann flüssig oder gasförmig zugegeben werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Zur Stick oxydemissionsreduzierung kann auch nur die Zugabe von Inert gas oder nur die Zugabe von zurückgeführten Abgasen zur Anwendung kommen. Die im Abhitzekessel gewonnene Wärmeenergie kann auch zu anderen Zwecken als zum Betrieb einer Dampftur bine verwendet werden, so zum Beispiel für Fernheizkraft werke. Abgase könnten auch aus der Umgehungsleitung entnommen werden und über Wärmetauscher in die Luftzuführungsleitung eingeleitet werden. Weiter ist die Ausführung und Anzahl der Regel- und Abgasventil beliebig und muß den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden.

Bezugszeichenliste

1 Turbine
2 Verdichter
3 Generator
4 Brennkammer
5 Brennstoff
6 Luftzuführungsleitung
7 Abgasleitung
8 Kamin
9 Umgehungsleitung
10 Abhitzekessel
11 Economizer
12 Verdampfer
13 Überhitzer
15 gemeinsame Welle
16 Abgasventil
17 Abgasventil Umgehungsleitung
18 Verzweigung
20 Rückführungsleitung Abgas
21 Regelventil
22 Wärmetauscher
23 Verzweigung
24 Einlaß
30 Gaszuführungsleitung
31 Regelventil
32 Einlaß
40 Dampfturbine
41 Generator
42 Wasser-/Dampfkreislauf
43 Dampfeinlaß
44 Dampfauslaß
45 Kondensator
46 Welle.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine, im wesentlichen bestehend aus einem Verdichter (2), einer Brennkammer (4) sowie der eigentlichen Turbine (1), bei der ein erstes Medium über eine Luftzuführungsleitung (6) vom Verdichter angesaugt wird und die bei der Verbrennung entstandenen Abgase über eine Abgasleitung (7) beim Aus tritt aus der Turbine (1) abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Luftzuführungsleitung (6) ein zweites Medium mit niedrigerem Sauerstoffgehalt als das erste Medium einge speist wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Teil der bei der Verbrennung entstan denen Abgase in einem Abhitzekessel (10) Wärmeenergie entzogen und die abgekühlten Abgase über einen Einlaß (24) in die Luftzuführungsleitung (6) eingespiesen wer den.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den abgekühlten Abgasen vor der Einspeisung in die Luft zuführungsleitung (6) in einem Wärmetauscher (22) wei tere Wärmeenergie entzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Medium über eine Gaszuführungsleitung (30) in die Luftzuführungsleitung (6) eingespiesen wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückführungsleitung (20) zwischen einer Verzweigung (22) nach einem Abhitzekessel (10) und einem Einlaß (24) in eine Luftzuführungsleitung (6) angeordnet ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführungsleitung (20) ein Wärmetauscher (22) angeordnet ist.