DE4435267C2

DE4435267C2 - Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine

Info

Publication number: DE4435267C2
Application number: DE4435267A
Authority: DE
Inventors: Franz Joos
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1994-10-01
Filing date: 1994-10-01
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2014-10-02
Also published as: DE4435267A1

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 Feuerungsanlagen, 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.

Die Schrift GB-A-2 067 669 offenbart eine Gasturbinenanlage mit einem Verdichter, einer Brennkammer, einer Gasturbine und einem der Gasturbine nachgeschalteten Abhitzekessel. Zur Kontrolle der NO_x-Emissionen ist eine Abgasrückführung vom Ausgang des Abhitzekes sels zum Verdichter der Gasturbinenanlage angeordnet. In dieser Abgasrückführungsleitung ist zur Abkühlung von den Abgasen und zur gleichzeitigen Erzeugung von Dampf ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen.

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 mindestens ein Inertgas 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. Ueber 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 Ueberhitzer 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 Ueberhitzer 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. Ueber 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

Ueberhitzer

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 Ver dichter (2), einer Brennkammer (4) sowie einer Turbine (1), bei der Luft über eine Luft zuführungsleitung (6) vom Verdichter angesaugt wird und die bei der Verbrennung entstandenen Abgase über eine Abgasleitung (7) beim Austritt aus der Turbine (1) ab geführt werden, wobei in die Luftzuführungsleitung (6) ein zweites Medium mit niedri gerem Sauerstoffgehalt als die Luft eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Medium über eine Gaszuführungsleitung (30) mindestens ein Inertgas in die Luftzuführungsleitung (6) eingespeist wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Teil der bei der Verbrennung entstandenen Abgase in einem Abhit zekessel (10) Wärmeenergie entzogen und die abgekühlten Abgase über einen Ein lass (24) zusätzlich zu dem Inertgas in die Luftzuführungsleitung (6) eingespeist wer den.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den abgekühlten Abgasen vor der Einspeisung in die Luftzuführungsleitung (6) in ei nem Wärmetauscher (22) weitere Wärmeenergie entzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas flüssig oder gasförmig zugegeben wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einleitung von einem Inertgas in eine Luftzuführungsleitung (6) eine Gaszufüh rungsleitung (30) angeordnet ist, welche vor dem Verdichter (2) in die Luftzuführungs leitung (6) mündet.

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

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführungsleitung (20) ein Wärmetauscher (22) angeordnet ist.