EP2628909A1 - Reduction of water consumption when converting hydrogen with gas turbines - Google Patents

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EP2628909A1
EP2628909A1 EP12155506.4A EP12155506A EP2628909A1 EP 2628909 A1 EP2628909 A1 EP 2628909A1 EP 12155506 A EP12155506 A EP 12155506A EP 2628909 A1 EP2628909 A1 EP 2628909A1
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EP
European Patent Office
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water
exhaust gas
power plant
turbine
exhaust
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12155506.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Brunhuber
Carsten Graeber
Gerhard Zimmermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP2628909A1 publication Critical patent/EP2628909A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
    • F01K21/047Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas having at least one combustion gas turbine

Definitions

  • the invention relates to a power plant, in particular for the conversion of hydrogen, and a method for operating such a plant and is in the new process, in which water is condensed from the exhaust gas and recycled to the combustion.
  • the cooling is done with a dry process to keep the water needs of the process as small as possible. This also reduces the need for fresh deionized water and the operating costs of the process.
  • the combustion / conversion of pure hydrogen with gas turbines is only on a smaller scale e.g. operated in the chemical industry or in research and demonstration projects.
  • the hydrogen must be strongly diluted with inert gases such as nitrogen or water before combustion in gas turbines for low calorific gases.
  • gas turbines Today's use of gas turbines for power generation is largely with the fuel natural gas.
  • gas turbines are known in which low calorific gases with high Hydrogen content (up to about 50 to 60 percent by volume of hydrogen, the rest are carbon monoxide or inerts such as nitrogen or water), for example, in the coal gasification or chemical processes, can be converted into electricity.
  • the task is to provide a power plant for the generation of hydrogen with gas turbines for low calorific gases, in which the water requirement is reduced compared to a conventional system, as well as to further develop a process for the conversion of low calorific gases.
  • the invention solves the task related to a power plant by providing that in a power plant, comprising a gas turbine, which are associated with a compressor, a combustion system and a turbine, opening into the combustion system fuel supply, an opening into the combustion system steam supply and a Exhaust side connected to the turbine exhaust pipe, an exhaust gas cooling device is connected to condense water contained in the exhaust gas in the exhaust pipe and the exhaust gas cooling device is connected via a water pipe to the steam supply line.
  • a gas turbine which are associated with a compressor, a combustion system and a turbine, opening into the combustion system fuel supply, an opening into the combustion system steam supply and a Exhaust side connected to the turbine exhaust pipe, an exhaust gas cooling device is connected to condense water contained in the exhaust gas in the exhaust pipe and the exhaust gas cooling device is connected via a water pipe to the steam supply line.
  • a water treatment plant is connected in the water line, in which the condensed water is purified and a deionized water quality is restored.
  • a heat exchanger is connected on the primary side between the turbine and exhaust gas cooling device in the exhaust pipe and the secondary side between the water pipe and steam supply line.
  • the condensed and purified water is vaporized before it is fed to the combustion system.
  • downstream of the water treatment plant branches off from the water pipe another water pipe, wherein the further water pipe is connected to the compressor. Over this water can be injected into the combustion air at the compressor, which has a cooling effect and serves to increase performance.
  • downstream of the water treatment plant branches off from the water line, a third water line for the electrolysis of water for the production of hydrogen.
  • a heat recovery steam generator is connected between the turbine and the exhaust gas cooling device in the exhaust pipe, which uses the hot exhaust gas from the gas turbine process for steam generation in a steam turbine process, which significantly improves the efficiency of the overall system.
  • burners of the combustion system are suitable for burning fuel gas with a hydrogen content of up to 60% by volume.
  • the exhaust gas cooling device is designed such that cooling water can be brought into direct contact with the exhaust gas.
  • the exhaust gas cooling device comprises a recuperative heat exchanger for the indirect cooling of the exhaust gas.
  • the exhaust gas cooler is connected to a dry cooling system, i. There is no loss of water due to cooling.
  • a gas turbine exhaust gas stream is cooled to condense water from the exhaust gas, and the condensed water is supplied to the combustion system.
  • the condensed water is purified.
  • the cooling of the exhaust gas flow can be done in various ways.
  • a suitable possibility is the use of cooling water, wherein the exhaust gas flow is brought directly into contact with the cooling water.
  • the figure shows schematically and by way of example a power plant 1 with a gas turbine 2, to which a compressor 3, a combustion system 4 and a turbine 5 are assigned.
  • the combustion system 4 is designed such that hydrogen supplied via a fuel feed line 6 can be combusted with compressed air 8 with the addition of steam, supplied via steam supply line 7.
  • the resulting exhaust gas is led away via an exhaust pipe 9 of the turbine 5.
  • an exhaust gas cooling device 10 is connected for condensing water contained in the exhaust gas. Cooling water can be directly associated with the exhaust gas or the exhaust gas can be indirectly cooled by a recuperative Tnlärme (2004), wherein, as shown schematically in the figure, the exhaust gas cooling device 10 with a heat sink 11, for example, a dry cooling system (eg Heller system, air cooling ), ie there is no loss of water due to cooling.
  • a dry cooling system eg Heller system, air cooling
  • the separated condensate is fed via a water line 13 and a pump 14 of a water treatment plant 15 and processed there to restore the required deionized quality.
  • Water losses in the process are compensated by adding fresh water 16 in the water treatment plant 15.
  • a heat exchanger 17 is connected on the primary side between the turbine 5 and the exhaust gas cooling device 10 in the exhaust pipe 9 and the secondary side between the water pipe 13 and steam supply line 7.
  • the condensed and purified water is vaporized before it is fed to the combustion system 4.
  • the generated steam is mixed with hydrogen and burned with air from the compressor 3.
  • the figure also shows that downstream of the water treatment plant 15 of the water pipe 13 branches off a further water pipe 18, wherein the further water pipe 18 is connected to the compressor 3. This can be injected into the combustion air 3 at the compressor water.
  • FIG. 13 shows that downstream of the water treatment plant 15 of the water line 13, a third water line 19 branches off for an electrolysis of water for the production of hydrogen.
  • the invention is not limited to gas turbine plants, but also relates to gas and steam turbine plants, in which between turbine 5 and exhaust gas cooling device 10 in the exhaust pipe 9, a heat recovery steam generator 20 is connected.

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Abstract

The power plant (1) has a compressor (3), a combustion system (4) and a turbine (5), which are associated with a gas turbine (2). A fuel supply line (6), a water vapor supply line (7) and an exhaust gas-side exhaust line (9) are opened into the combustion system. An exhaust gas cooling device (10) is connected with the turbine and switched for condensing the water contained in the exhaust gas flowing into the exhaust line. The exhaust gas cooling device is connected with the water vapor supply line through a water conduit (13). An independent claim is also included for a method for operating a power plant.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage, insbesondere zur Verstromung von Wasserstoff, und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage und liegt in der neuen Prozessführung, bei der Wasser aus dem Abgas auskondensiert und zur Verbrennung zurückgeführt wird. Dabei erfolgt die Kühlung mit einem trockenen Verfahren, um den Wasserbedarf des Prozesses so klein wie möglich zu halten. Auf diese Weise sinken auch der Bedarf an frischem Deionat und die Betriebskosten des Prozesses.The invention relates to a power plant, in particular for the conversion of hydrogen, and a method for operating such a plant and is in the new process, in which water is condensed from the exhaust gas and recycled to the combustion. The cooling is done with a dry process to keep the water needs of the process as small as possible. This also reduces the need for fresh deionized water and the operating costs of the process.

Das zugrunde liegende technische Problem ergibt sich aus dem in Zukunft weiter anwachsenden Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien in den Stromübertragungsnetzen. Um die erneuerbaren Energien effektiv nutzen zu können, sind Energiespeicher nötig, z.B. die Elektrolyse von Wasser und die Speicherung der Energie in Form von Wasserstoff.The underlying technical problem arises from the future increase in the share of fluctuating renewable energies in the electricity transmission grids. In order to be able to use the renewable energies effectively, energy stores are necessary, e.g. the electrolysis of water and the storage of energy in the form of hydrogen.

Zur Verstromung von reinem Wasserstoff wurden bisher im kommerziellen Maßstab Brennstoffzellen herangezogen. Die Verstromung von reinem Wasserstoff in Gasturbinen zur kommerziellen Energieerzeugung wurde in der Vergangenheit nicht betrieben.For the conversion of pure hydrogen, fuel cells have hitherto been used on a commercial scale. The power generation of pure hydrogen in gas turbines for commercial power generation was not operated in the past.

Die Verbrennung/Verstromung von reinem Wasserstoff mit Gasturbinen wird nur in kleinerem Maßstab z.B. in der chemischen Industrie oder in Forschungs- und Demonstrationsprojekten betrieben. Dabei muss der Wasserstoff vor der Verbrennung in Gasturbinen für niederkalorische Gase stark mit Inerten wie Stickstoff oder Wasser verdünnt werden.The combustion / conversion of pure hydrogen with gas turbines is only on a smaller scale e.g. operated in the chemical industry or in research and demonstration projects. In this case, the hydrogen must be strongly diluted with inert gases such as nitrogen or water before combustion in gas turbines for low calorific gases.

Die heutige Nutzung von Gasturbinen zur Energieerzeugung erfolgt größtenteils mit dem Brennstoff Erdgas. Bekannt sind jedoch Gasturbinen, in denen niederkalorische Gase mit hohem Wasserstoffanteil (bis ca. 50 bis 60 Volumenprozent Wasserstoff, der Rest sind Kohlenmonoxid bzw. Inerte wie Stickstoff oder Wasser), die z.B. bei der Kohlevergasung oder chemischen Prozessen entstehen, verstromt werden können.Today's use of gas turbines for power generation is largely with the fuel natural gas. However, gas turbines are known in which low calorific gases with high Hydrogen content (up to about 50 to 60 percent by volume of hydrogen, the rest are carbon monoxide or inerts such as nitrogen or water), for example, in the coal gasification or chemical processes, can be converted into electricity.

Nachteilig an der Nutzung dieser Gasturbinen für die Verbrennung reinen Wasserstoffs durch Zumischen von Wasser sind somit der aus der Zumischung von deionisiertem Wasser resultierende hohe Wasserverbrauch und entsprechende Kosten.A disadvantage of the use of these gas turbines for the combustion of pure hydrogen by mixing water are thus resulting from the addition of deionized water high water consumption and corresponding costs.

Aufgabe ist es, eine Kraftwerksanlage für die Verstromung des Wasserstoffs mit Gasturbinen für niederkalorische Gase bereitzustellen, bei der der Wasserbedarf gegenüber einer herkömmlichen Anlage reduziert ist, sowie ein Verfahren zur Verstromung niederkalorischer Gase entsprechend weiterzuentwickeln.The task is to provide a power plant for the generation of hydrogen with gas turbines for low calorific gases, in which the water requirement is reduced compared to a conventional system, as well as to further develop a process for the conversion of low calorific gases.

Die Erfindung löst die auf eine Kraftwerksanlage bezogene Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einer Kraftwerksanlage, umfassend eine Gasturbine, der ein Verdichter, ein Verbrennungssystem und eine Turbine zugeordnet sind, eine in das Verbrennungssystem mündende Brennstoffzuleitung, eine in das Verbrennungssystem mündende Wasserdampfzuleitung und eine abgasseitig mit der Turbine verbundene Abgasleitung, eine Abgaskühleinrichtung zum Auskondensieren von im Abgas enthaltenem Wasser in die Abgasleitung geschaltet ist und die Abgaskühleinrichtung über eine Wasserleitung mit der Wasserdampfzuleitung verbunden ist.The invention solves the task related to a power plant by providing that in a power plant, comprising a gas turbine, which are associated with a compressor, a combustion system and a turbine, opening into the combustion system fuel supply, an opening into the combustion system steam supply and a Exhaust side connected to the turbine exhaust pipe, an exhaust gas cooling device is connected to condense water contained in the exhaust gas in the exhaust pipe and the exhaust gas cooling device is connected via a water pipe to the steam supply line.

Durch die Kühlung kondensieren Teile des Wassers aus und der Wasserverbrauch bei der Verstromung des Wasserstoffs mit Gasturbinen für niederkalorische Gase, bei denen nach der Verbrennung ein im Vergleich zu einem klassischen Erdgas-Gas-und Dampfturbinenkraftwerk relativ hoher Wasserdampfpartialdruck im Abgas vorliegt, wird gesenkt, indem das auskondensierte Wasser wieder der Verbrennung zugeführt wird.By cooling condense parts of the water and the water consumption in the generation of hydrogen gas turbines for low calorific gases in which after combustion is a relatively high compared to a conventional natural gas combined cycle power plant in the exhaust gas, is lowered by the condensed water is returned to combustion.

Zweckmäßiger Weise ist eine Wasseraufbereitungsanlage in die Wasserleitung geschaltet, in der das auskondensierte Wasser gereinigt und eine Deionat-Wasserqualität wiederhergestellt wird.Conveniently, a water treatment plant is connected in the water line, in which the condensed water is purified and a deionized water quality is restored.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Wärmetauscher primärseitig zwischen Turbine und Abgaskühleinrichtung in die Abgasleitung und sekundärseitig zwischen Wasserleitung und Wasserdampfzuleitung geschaltet. Im Wärmetausch mit dem Abgasstrom wird hier das auskondensierte und gereinigte Wasser, bevor es dem Verbrennungssystem zugeführt wird, verdampft. Dies führt zu einer Wirkungsgradverbesserung der Anlage und aufgrund einer verbesserten Mischungsgüte zwischen Wasserstoff, Dampf und Luft an der Flammenfront auch zu einer Minimierung der thermischen Stickoxidbildung.In an advantageous embodiment, a heat exchanger is connected on the primary side between the turbine and exhaust gas cooling device in the exhaust pipe and the secondary side between the water pipe and steam supply line. In the heat exchange with the exhaust gas stream, the condensed and purified water is vaporized before it is fed to the combustion system. This leads to an improvement in the efficiency of the system and due to an improved mixing quality between hydrogen, steam and air at the flame front also to a minimization of the thermal nitrogen oxide formation.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zweigt stromab der Wasseraufbereitungsanlage von der Wasserleitung eine weitere Wasserleitung ab, wobei die weitere Wasserleitung an den Verdichter angeschlossen ist. Hierüber kann am Verdichter Wasser in die Verbrennungsluft eingespritzt werden, was eine kühlende Wirkung hat und der Leistungssteigerung dient.In a further advantageous embodiment, downstream of the water treatment plant branches off from the water pipe another water pipe, wherein the further water pipe is connected to the compressor. Over this water can be injected into the combustion air at the compressor, which has a cooling effect and serves to increase performance.

In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zweigt stromab der Wasseraufbereitungsanlage von der Wasserleitung eine dritte Wasserleitung für eine Elektrolyse von Wasser zur Gewinnung von Wasserstoff ab.In yet another advantageous embodiment, downstream of the water treatment plant branches off from the water line, a third water line for the electrolysis of water for the production of hydrogen.

Zweckmäßiger Weise ist zwischen Turbine und Abgaskühleinrichtung in die Abgasleitung ein Abhitzedampferzeuger geschaltet, der das heiße Abgas aus dem Gasturbinenprozess zur Dampferzeugung in einem Dampfturbinenprozess nutzt, was den Wirkungsgrad der Gesamtanlage deutlich verbessert.Conveniently, a heat recovery steam generator is connected between the turbine and the exhaust gas cooling device in the exhaust pipe, which uses the hot exhaust gas from the gas turbine process for steam generation in a steam turbine process, which significantly improves the efficiency of the overall system.

Es ist vorteilhaft, wenn Brenner des Verbrennungssystems geeignet sind, Brenngas mit einem Wasserstoffanteil bis zu 60 Volumenprozent zu verbrennen.It is advantageous if burners of the combustion system are suitable for burning fuel gas with a hydrogen content of up to 60% by volume.

Es ist zweckmäßig, wenn die Abgaskühleinrichtung so ausgestaltet ist, dass Kühlwasser direkt mit dem Abgas in Verbindung gebracht werden kann.It is expedient if the exhaust gas cooling device is designed such that cooling water can be brought into direct contact with the exhaust gas.

In einer alternativen und vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Abgaskühleinrichtung einen rekuperativen Wärmetauscher für die indirekte Kühlung des Abgases. Zweckmäßiger Weise ist die Abgaskühleinrichtung mit einem trockenen Kühlsystem verbunden, d.h. es entsteht kein Wasserverlust infolge der Kühlung.In an alternative and advantageous embodiment, the exhaust gas cooling device comprises a recuperative heat exchanger for the indirect cooling of the exhaust gas. Conveniently, the exhaust gas cooler is connected to a dry cooling system, i. There is no loss of water due to cooling.

Im erfinderischen Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage mit einer Gasturbine, bei dem ein Brennstoff und Wasserdampf einem der Gasturbine zugeordneten Verbrennungssystem zugeführt werden, wird ein Abgasstrom der Gasturbine gekühlt, um Wasser aus dem Abgas auszukondensieren, und das auskondensierte Wasser wird dem Verbrennungssystem zugeführt.In the inventive method for operating a power plant with a gas turbine, in which a fuel and water vapor are supplied to a combustion system associated with the gas turbine, a gas turbine exhaust gas stream is cooled to condense water from the exhaust gas, and the condensed water is supplied to the combustion system.

Zweckmäßiger Weise wird das auskondensierte Wasser gereinigt.Conveniently, the condensed water is purified.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn mindestens ein Teil des auskondensierten und gereinigten Wassers im Wärmetausch mit dem Abgasstrom verdampft wird.It is also expedient if at least a portion of the condensed and purified water is evaporated in heat exchange with the exhaust gas stream.

Es ist vorteilhaft, wenn mindestens ein Teil des auskondensierten und gereinigten Wassers einem Verdichter der Kraftwerksanlage zugeführt wird.It is advantageous if at least a portion of the condensed and purified water is fed to a compressor of the power plant.

Alternativ oder ergänzend kann es vorteilhaft sein, wenn mindestens ein Teil des auskondensierten und gereinigten Wassers für eine Elektrolyse abgezweigt wird.Alternatively or additionally, it may be advantageous if at least part of the condensed and purified water is diverted for electrolysis.

Die Kühlung des Abgasstroms kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine zweckmäßige Möglichkeit ist der Einsatz von Kühlwasser, wobei der Abgasstrom direkt mit dem Kühlwasser in Verbindung gebracht wird. Da möglichst viel Wasser zurückgewonnen werden soll, ist es jedoch vorteilhaft, wenn der Abgasstrom indirekt gekühlt wird, insbesondere, wenn die Rückkühlung über ein trockenes Kühlsystem, wie beispielsweise die Luftkühlung, erfolgt und dadurch infolge der Kühlung kein Wasser an die Umgebung abgegeben wird.The cooling of the exhaust gas flow can be done in various ways. A suitable possibility is the use of cooling water, wherein the exhaust gas flow is brought directly into contact with the cooling water. However, since as much water as possible is to be recovered, it is advantageous if the exhaust gas stream is cooled indirectly, in particular if the recooling via a dry cooling system, such as the air cooling takes place and thereby no water is discharged to the environment as a result of the cooling.

Zur Abtrennung sind in Zukunft aber auch innovativere trockene Verfahren als die Luftkühlung denkbar, wie z.B. die Verwendung von Polymermembranmodulen, die durch Anlegen eines Unterdrucks im Modul das Wasser aus der Gasphase abtrennen können (aufgrund der hohen Wasser-Permeabilität des Membranmaterials) .For separation, however, more innovative dry processes than air cooling are conceivable in the future, such as e.g. the use of polymer membrane modules, which can separate the water from the gas phase by applying a negative pressure in the module (due to the high water permeability of the membrane material).

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt schematisch und nicht maßstäblich:

  • Figur eine Kraftwerksanlage nach der Erfindung mit Auskondensieren des Wassers aus dem Abgas.
The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawing. It shows schematically and not to scale:
  • Figure a power plant according to the invention with condensation of the water from the exhaust gas.

Die Figur zeigt schematisch und beispielhaft eine Kraftwerksanlage 1 mit einer Gasturbine 2, der ein Verdichter 3, ein Verbrennungssystem 4 und eine Turbine 5 zugeordnet sind. Das Verbrennungssystem 4 ist so ausgelegt, dass über eine Brennstoffzuleitung 6 zugeführter Wasserstoff unter Zugabe von Wasserdampf, zugeführt über Wasserdampfzuleitung 7, mit verdichteter Luft 8 verbrannt werden kann. Das dabei entstehende Abgas wird über eine Abgasleitung 9 von der Turbine 5 weggeführt.The figure shows schematically and by way of example a power plant 1 with a gas turbine 2, to which a compressor 3, a combustion system 4 and a turbine 5 are assigned. The combustion system 4 is designed such that hydrogen supplied via a fuel feed line 6 can be combusted with compressed air 8 with the addition of steam, supplied via steam supply line 7. The resulting exhaust gas is led away via an exhaust pipe 9 of the turbine 5.

In die Abgasleitung 9 ist eine Abgaskühleinrichtung 10 zum Auskondensieren von im Abgas enthaltenem Wasser geschaltet. Kühlwasser kann direkt mit dem Abgas in Verbindung gebracht werden oder das Abgas kann über einen rekuperativen Tnlärmetauscher indirekt gekühlt werden, wobei, wie in der Figur schematisch dargestellt, die Abgaskühleinrichtung 10 mit einer Wärmesenke 11, beispielsweise einem trockenen Kühlsystem (z.B. Heller-System, Luftkühlung), verbunden ist, d.h. es entsteht kein Wasserverlust infolge der Kühlung.In the exhaust pipe 9, an exhaust gas cooling device 10 is connected for condensing water contained in the exhaust gas. Cooling water can be directly associated with the exhaust gas or the exhaust gas can be indirectly cooled by a recuperative Tnlärmetauscher, wherein, as shown schematically in the figure, the exhaust gas cooling device 10 with a heat sink 11, for example, a dry cooling system (eg Heller system, air cooling ), ie there is no loss of water due to cooling.

Während das verbleibende Abgas 12 an die Umgebung abgegeben wird, wird das abgetrennte Kondensat über eine Wasserleitung 13 und eine Pumpe 14 einer Wasseraufbereitungsanlage 15 zugeführt und dort aufbereitet, um wieder die erforderliche Deionat-Qualität herzustellen.While the remaining exhaust gas 12 is discharged to the environment, the separated condensate is fed via a water line 13 and a pump 14 of a water treatment plant 15 and processed there to restore the required deionized quality.

Wasserverluste im Prozess werden durch Zugabe von Frischwasser 16 in die Wasseraufbereitungsanlage 15 ausgeglichen.Water losses in the process are compensated by adding fresh water 16 in the water treatment plant 15.

Die Figur zeigt drei mögliche Verwendungen für das aufbereitete Wasser. Weder müssen alle drei Anwendungen gemeinsam umgesetzt werden, noch schließen die gezeigten Beispiele die Liste der möglichen Anwendungen ab.The figure shows three possible uses for the treated water. Neither all three applications need to be implemented together, nor do the examples shown conclude the list of possible applications.

Gemäß der Erfindung ist ein Wärmetauscher 17 primärseitig zwischen Turbine 5 und Abgaskühleinrichtung 10 in die Abgasleitung 9 und sekundärseitig zwischen Wasserleitung 13 und Wasserdampfzuleitung 7 geschaltet. Im Wärmetausch mit dem Abgasstrom wird hier das auskondensierte und gereinigte Wasser, bevor es dem Verbrennungssystem 4 zugeführt wird, verdampft. Der erzeugte Dampf wird mit Wasserstoff vermischt und mit Luft aus dem Verdichter 3 verbrannt.According to the invention, a heat exchanger 17 is connected on the primary side between the turbine 5 and the exhaust gas cooling device 10 in the exhaust pipe 9 and the secondary side between the water pipe 13 and steam supply line 7. In the heat exchange with the exhaust gas flow, the condensed and purified water is vaporized before it is fed to the combustion system 4. The generated steam is mixed with hydrogen and burned with air from the compressor 3.

Die Figur zeigt weiterhin, dass stromab der Wasseraufbereitungsanlage 15 von der Wasserleitung 13 eine weitere Wasserleitung 18 abzweigt, wobei die weitere Wasserleitung 18 an den Verdichter 3 angeschlossen ist. Hierüber kann am Verdichter 3 Wasser in die Verbrennungsluft eingespritzt werden.The figure also shows that downstream of the water treatment plant 15 of the water pipe 13 branches off a further water pipe 18, wherein the further water pipe 18 is connected to the compressor 3. This can be injected into the combustion air 3 at the compressor water.

Ferner zeigt die Figur, dass stromab der Wasseraufbereitungsanlage 15 von der Wasserleitung 13 eine dritte Wasserleitung 19 für eine Elektrolyse von Wasser zur Gewinnung von Wasserstoff abzweigt.Further, the figure shows that downstream of the water treatment plant 15 of the water line 13, a third water line 19 branches off for an electrolysis of water for the production of hydrogen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Gasturbinenanlagen, sondern bezieht sich auch auf Gas- und Dampfturbinenanlagen, bei denen zwischen Turbine 5 und Abgaskühleinrichtung 10 in die Abgasleitung 9 ein Abhitzedampferzeuger 20 geschaltet ist.The invention is not limited to gas turbine plants, but also relates to gas and steam turbine plants, in which between turbine 5 and exhaust gas cooling device 10 in the exhaust pipe 9, a heat recovery steam generator 20 is connected.

Claims (18)

Kraftwerksanlage (1) umfassend eine Gasturbine (2), der ein Verdichter (3), ein Verbrennungssystem (4) und eine Turbine (5) zugeordnet sind, eine in das Verbrennungssystem (4) mündende Brennstoffzuleitung (6), eine in das Verbrennungssystem (4) mündende Wasserdampfzuleitung (7) und eine abgasseitig mit der Turbine (5) verbundene Abgasleitung (9), dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgaskühleinrichtung (10) zum Auskondensieren von im Abgas enthaltenem Wasser in die Abgasleitung (9) geschaltet ist und die Abgaskühleinrichtung (10) über eine Wasserleitung (13) mit der Wasserdampfzuleitung (7) verbunden ist.Power plant (1) comprising a gas turbine (2), to which a compressor (3), a combustion system (4) and a turbine (5) are assigned, a fuel feed line (6) discharging into the combustion system (4), one into the combustion system ( 4) opening steam supply line (7) and an exhaust side connected to the turbine (5) exhaust line (9), characterized in that an exhaust gas cooling device (10) for condensing water contained in the exhaust gas in the exhaust pipe (9) is connected and the exhaust gas cooling device ( 10) is connected via a water line (13) with the steam supply line (7). Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1, wobei eine Wasseraufbereitungsanlage (15) in die Wasserleitung (13) geschaltet ist.Power plant (1) according to claim 1, wherein a water treatment plant (15) is connected in the water line (13). Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Wärmetauscher (17) primärseitig zwischen Turbine (5) und Abgaskühleinrichtung (10) in die Abgasleitung (9) und sekundärseitig zwischen Wasserleitung (13) und Wasserdampfzuleitung (7) geschaltet ist.Power plant (1) according to one of claims 1 or 2, wherein a heat exchanger (17) is connected on the primary side between the turbine (5) and exhaust gas cooling device (10) in the exhaust pipe (9) and the secondary side between the water pipe (13) and steam supply line (7). Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei stromab der Wasseraufbereitungsanlage (15) von der Wasserleitung (13) eine weitere Wasserleitung (18) abzweigt und die weitere Wasserleitung (18) an den Verdichter (3) angeschlossen ist.Power plant (1) according to one of claims 2 or 3, wherein downstream of the water treatment plant (15) of the water line (13) branches off a further water line (18) and the further water line (18) to the compressor (3) is connected. Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei stromab der Wasseraufbereitungsanlage (15) von der Wasserleitung (13) eine dritte Wasserleitung (19) für eine Elektrolyse von Wasser zur Gewinnung von Wasserstoff abzweigt.Power plant (1) according to one of claims 2 to 4, wherein downstream of the water treatment plant (15) of the water line (13) branches off a third water line (19) for an electrolysis of water for the production of hydrogen. Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen Turbine (5) und Abgaskühleinrichtung (10) in die Abgasleitung (9) ein Abhitzedampferzeuger (20) geschaltet ist.Power plant (1) according to one of the preceding claims, wherein between turbine (5) and exhaust gas cooling device (10) in the exhaust pipe (9) a heat recovery steam generator (20) is connected. Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Brenner des Verbrennungssystems (4) geeignet sind, Brenngas mit einem Wasserstoffanteil bis zu 60 Volumenprozent zu verbrennen.Power plant (1) according to one of the preceding claims, wherein burners of the combustion system (4) are adapted to burn fuel gas with a hydrogen content of up to 60 percent by volume. Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgaskühleinrichtung (10) so ausgestaltet ist, dass Kühlwasser direkt mit dem Abgas in Verbindung gebracht werden kann.Power plant (1) according to one of the preceding claims, wherein the exhaust gas cooling device (10) is designed so that cooling water can be brought directly into contact with the exhaust gas. Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgaskühleinrichtung (10) einen rekuperativen Wärmetauscher für die indirekte Kühlung des Abgases umfasst.Power plant (1) according to one of the preceding claims, wherein the exhaust gas cooling device (10) comprises a recuperative heat exchanger for the indirect cooling of the exhaust gas. Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 9, wobei die Abgaskühleinrichtung (10) mit einem trockenen Kühlsystem verbunden ist.Power plant (1) according to claim 9, wherein the exhaust gas cooling device (10) is connected to a dry cooling system. Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage (1) mit einer Gasturbine (2), bei dem ein Brennstoff und Wasserdampf einem der Gasturbine (2) zugeordneten Verbrennungssystem (4) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasstrom der Gasturbine (2) gekühlt wird, um Wasser aus dem Abgas auszukondensieren, und das auskondensierte Wasser dem Verbrennungssystem (4) zugeführt wird.Method for operating a power plant (1) with a gas turbine (2), in which a fuel and water vapor to a gas turbine (2) associated combustion system (4) are supplied, characterized in that an exhaust gas stream of the gas turbine (2) is cooled to To condense water from the exhaust gas, and the condensed water is supplied to the combustion system (4). Verfahren nach Anspruch 11, wobei das auskondensierte
Wasser gereinigt wird bevor es dem Verbrennungssystem (4) zugeführt wird.
The method of claim 11, wherein the condensed
Water is purified before it is fed to the combustion system (4).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei mindestens ein Teil des
auskondensierten und gereinigten Wassers im Wärmetausch mit dem Abgasstrom verdampft wird bevor es dem Verbrennungssystem (4) zugeführt wird.
The method of claim 12, wherein at least a portion of the
condensed and purified water is vaporized in heat exchange with the exhaust gas stream before it is fed to the combustion system (4).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei mindestens ein Teil des
auskondensierten und gereinigten Wassers einem Verdichter (3) der Kraftwerksanlage (1) zugeführt wird.
The method of claim 12, wherein at least a portion of the
condensed and purified water to a compressor (3) of the power plant (1) is supplied.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei mindestens ein Teil des
auskondensierten und gereinigten Wassers für eine Elektrolyse abgezweigt wird.
The method of claim 12, wherein at least a portion of the
condensed and purified water is diverted for electrolysis.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der
Abgasstrom direkt mit Kühlwasser in Verbindung gebracht wird.
A method according to any one of claims 11 to 15, wherein the
Exhaust gas flow is directly associated with cooling water.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der
Abgasstrom indirekt gekühlt wird.
A method according to any one of claims 11 to 15, wherein the
Exhaust gas flow is cooled indirectly.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Abgasstrom über ein
trockenes Kühlsystem gekühlt wird.
The method of claim 17, wherein the exhaust stream via a
dry cooling system is cooled.
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