WO2007141101A1 - Verfahren zum betrieb einer gasturbine, anwendung des verfahrens in einem kombikraftwerk und kombikraftwerk zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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combustion chamber
syngas
turbine
combustion
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Adnan Eroglu
Jaan Hellat
Felix GÜTHE
Peter Flohr
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Alstom Technology Ltd
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    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Definitions

  • the present invention relates to the field of gas turbines. It relates to a method for operating a gas turbine according to the preamble of claim 1, an application of the method in a combined cycle power plant with integrated gasification, and a combined cycle power plant with integrated gasification for carrying out the method.
  • An Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) combined cycle power plant is usually equipped with a synthetic gas (syngas or Mbtu gas), which is produced by gasification of coal, biomass or other fuels (see, for example, the document US-A-5,901, 547).
  • a support operation with either natural gas or a liquid fuel is normally necessary during the gasifier maintenance times.
  • Such IGCC power plants are usually equipped with a backup fuel such as e.g. Natural gas or oil started and then switched to syngas after the gasification device has been put into operation.
  • a backup fuel such as e.g. Natural gas or oil started and then switched to syngas after the gasification device has been put into operation.
  • Fuel Switch Over (FSWO) from backup fuel to syngas is a very complex transition process, which is generally associated with load fluctuations, pulsations, and the risk of flashback. In addition, the risk of rapid shutdown of the gas turbine during the FSWO is highest.
  • the main problem with this type of operation described above is an increased risk of flashback or pulsations due to different flame shapes and pressure drop coefficients of burners in the same combustion chamber with different fuels.
  • gas turbines have long been known (US Pat. No. 5,577,378 or A. Eroglu et al., Development of the gas turbine family sequential combustion system GT24 / GT26, ABB Techn. 4/1998, pp. 4-16 (1998)) Reheat to work through a second combustion chamber.
  • sequential combustion with reheat by a second combustor provides the ability to operate each of the combustors with different fuels.
  • Such sequential combustion gas turbines therefore allow new types of start-up, operation and mixed combustion in an IGCC power plant.
  • An embodiment of the method according to the invention is characterized in that a fuel from the group of syngas, natural gas and liquid fuel, in particular oil, is used as first and second fuel.
  • a fuel from the group of syngas, natural gas and liquid fuel, in particular oil is used as first and second fuel.
  • the first combustion chamber and / or the second combustion chamber comprises a plurality of groups of burners, and the different burner groups within a combustion chamber are operated with different fuels.
  • a further refinement is characterized in that the first combustion chamber is initially operated in a first step with a first fuel from the group of natural gas and liquid fuel, in particular oil, as a backup fuel until the gas turbine reaches a predetermined part, in particular approximately 33 %, which has reached base load, and that in a second step, in addition, the second combustion chamber is operated with syngas as the second fuel until the base load is reached.
  • the first combustion chamber can be switched over to the operation with syngas.
  • the second combustion chamber comprises a plurality of groups of burners, that for starting the gas turbine initially in a first step, the first combustion chamber with a first fuel from the group natural gas and liquid fuel, in particular oil, is operated as a support fuel until the Gas turbine a predetermined part, in particular about 33%, the base load has reached, and that in a second step, in addition, the second combustion chamber initially with a combination of syngas and a support fuel from the group natural gas and liquid fuel, in particular oil, is operated, the syngas and the support fuel is burned in different burner groups, and that the second combustion chamber is finally operated completely in a third step with syngas.
  • An embodiment of the combined cycle power plant according to the invention is characterized in that the first combustion chamber and / or the second combustion chamber have a plurality of fuel groups which can be supplied individually with fuel, and the burner groups can be connected individually to the fuel supply or the outlet of the gasification device selectively via the fuel distribution device.
  • Figure 1 is a simplified block diagram of a combined cycle power plant with integrated gasification according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows the course of the temperature (Ti) in the first combustion chamber and the position of the variable inlet guide vanes (VIGV) on the compressor over the load (L, in% of the base load BL) of the gas turbine of Fig. 1 at startup.
  • VIGV variable inlet guide vanes
  • Combined cycle power plant 10 with integrated gasification comprises a gas turbine GT, which has on a shaft 18 a low-pressure compressor 12, a high-pressure compressor 13, a high-pressure turbine 15 and a low-pressure turbine 16 and drives a generator 11.
  • a gas turbine GT which has on a shaft 18 a low-pressure compressor 12, a high-pressure compressor 13, a high-pressure turbine 15 and a low-pressure turbine 16 and drives a generator 11.
  • hot gas is released from a first combustion chamber 14, then passed to a second combustion chamber 16, where it maintains a second combustion process, the hot exhaust gases of which are released in the low-pressure turbine 17.
  • the exhaust gases leaving the low-pressure turbine 17 are sent through a heat recovery steam generator 21 to generate steam within a connected water / steam cycle 29 for a steam turbine (not shown in FIG. 1).
  • the cooled exhaust gases are finally discharged via an exhaust outlet 22 to a chimney or the like. With appropriate filtering options.
  • the first combustion chamber 14 receives from the high pressure compressor 13 compressed combustion air, which has been sucked by the low pressure compressor 12 via an air inlet 23 and pre-compressed.
  • compressed air At the outlet of the high-pressure compressor 13 (or possibly at an intermediate stage) compressed air is branched off, cooled in a high-pressure flow cooler 19, and sent as cooling air to the first combustion chamber 14 and the high-pressure turbine 15.
  • compressed air At the output of the low-pressure compressor 12 (or possibly at an intermediate stage) compressed air is also branched off, cooled in a low-pressure flow cooler 20, and sent as cooling air to the second combustion chamber 14.
  • the first combustion chamber 14 includes a plurality of burner groups 14a, 14b each having a plurality of burners that can be independently operated and supplied with different types of fuel.
  • the second combustion chamber 16 includes a plurality of burner groups 16a, 16b, which can be operated independently and supplied with different types of fuel.
  • the burner groups 14a, b and 16a, b are indicated only schematically in FIG. 1 and are symbolized by separate flames.
  • the combined cycle power plant 10 comprises, in addition to the gas turbine GT and the water / steam circuit 29 with the associated steam turbine, a gasification device 24, in which coal, biomass or another, convertible into synthetic fuel gas starting material can be gasified.
  • the gasification device 24 is shown in Fig. 1 only as a simple block, but includes a plurality of subunits and connections to the remaining part of the combined cycle power plant 10, which serve in particular the generation and supply of oxygen and the purification of the generated gas.
  • the gasification device 24 is charged via a first fuel supply 27 with suitable starting material (coal et.) And outputs the syngas generated - possibly via an intermediate storage - to the gas turbine GT.
  • the gas turbine GT can be supplied with natural gas or liquid fuel, such as oil, as further fuel, which serves in particular to support the operation via a second fuel supply 28.
  • Gasification device 24 and the second fuel supply 28 is connected, and the output side to the individual burner groups 14a, b and 16a, b in the combustion chambers 14, 16 leads.
  • controllable valves are arranged, which can be opened or closed or switched to direct one of the two fuels in the predetermined amount to one of the burner groups 14a, b and 16a, b.
  • the upper curve A indicates the temperature Ti in the first combustion chamber 14 for such a procedure: up to a load L of about 33% of the base load BL, the first combustion chamber 14 is operated with auxiliary fuel (natural gas or oil) the temperature in the combustion chamber rises to a load of about 15% and then remains constant. From a load of 33%, the second combustion chamber 16 is switched on operated with syngas.
  • the dashed lower curve B shows the opening of the adjustable inlet guide vanes (Variable Inlet Guide Vanes VIGV).
  • the invention is characterized by the following features and advantages:
  • a gas turbine GT with sequential combustion at least two different combustion chambers are operated with different fuels, such as, for example, syngas, natural gas or liquid fuel (oil).
  • fuels such as, for example, syngas, natural gas or liquid fuel (oil).
  • oil liquid fuel
  • Burner groups be present, in addition to different
  • the gas turbine is started by means of support fuel in the first combustion chamber and raised up to about 33% load. Then the second one
  • Combustion chamber initially operated with syngas, until finally at high
  • Burner groups are operated side by side with syngas and supporting fuel. If enough syngas is present, the second
  • Combustion chamber completely converted to syngas.
  • the solution is characterized by a great simplicity.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine (GT) mit sequentieller Verbrennung, welche wenigstens einen Verdichter (12, 13), eine erste Brennkammer (14) mit einer nachgeschalteten ersten Turbine (15) und eine zweite Brennkammer (16) mit einer nachgeschalteten zweiten Turbine (17) umfasst, saugt der wenigstens eine Verdichter (12, 13) Luft an und verdichtet sie, wobei die verdichtete Luft der ersten Brennkammer (14) zur Verbrennung eines ersten Brennstoffes zugeführt wird, und wobei das aus der ersten Turbine (15) austretende Gas der zweiten Brennkammer (16) zur Verbrennung eines zweiten Brennstoffes zugeführt wird. Bei einem solchen Verfahren wird eine erhöhte Flexibilität und Sicherheit im Betrieb dadurch erreicht, dass als erster und zweiter Brennstoff unterschiedliche Brennstoffe verwendet werden.

Description

BESCHREIBUNG
VERFAHREN ZUM BETRIEB EINER GASTURBINE, ANWENDUNG DES
VERFAHRENS IN EINEM KOMBIKRAFTWERK UND KOMBIKRAFTWERK ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gasturbinen. Sie betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Anwendung des Verfahrens in einem Kombikraftwerk mit integrierter Vergasung, sowie ein Kombikraftwerk mit integrierter Vergasung zur Durchführung des Verfahrens.
STAND DER TECHNIK
Ein Kombikraftwerk mit integrierter Vergasung (Integrated Gasification Combined Cycle IGCC) wird normalerweise mit einem synthetischen Gas (Syngas oder Mbtu-Gas) betrieben, das durch Vergasung von Kohle, Biomasse oder anderen Brennstoffen erzeugt wird (siehe z.B. die Druckschrift US-A-5,901 ,547). Um die Verfügbarkeit des Kraftwerks zu verbessern und die kontinuierliche Stromerzeugung sicherzustellen, ist normalerweise während der Wartungszeiten der Vergasungseinrichtung ein Stützbetrieb entweder mit Erdgas oder mit einem Flüssigbrennstoff notwendig.
Derartige IGCC-Kraftwerke werden üblicherweise mit einem Stützbrennstoff wie z.B. Erdgas oder Öl gestartet und dann auf Syngas umgeschaltet, nachdem die Vergasungseinrichtung in Betrieb genommen worden ist. Die
Brennstoffumschaltung (Fuel Switch Over FSWO) vom Stützbrennstoff auf das Syngas ist ein sehr komplexer Übergangsprozess, der im allgemeinen mit Lastschwankungen, Pulsationen und dem Risiko eines Flammenrückschlags verbunden ist. Darüber hinaus ist das Risiko einer Schnellabschaltung der Gasturbine während des FSWO am höchsten.
IN bestimmten Fällen ist es möglich, in einer Brennkammer der Gasturbine den Brennstoff für jede der mehreren Brennergruppen einzeln umzuschalten, und so das Ausmass der Lastschwankungen oder das Risiko einer Schnellabschaltung der Gasturbine zu reduzieren. Dieser gruppenweise Betrieb kann auch für eine gemischte Verbrennung eingesetzt werden, wo einzelnen Brennergruppen mit unterschiedlichen Brennstoffzusammensetzungen betrieben werden, wie z.B. Syngas/Öl oder Syngas/Erdgas.
Das Hauptproblem mit dieser vorgängig beschriebenen Art des Betriebs ist ein erhöhtes Risiko des Flammenrückschlags oder von Pulsationen aufgrund von unterschiedlichen Flammenformen und Druckabfallkoeffizienten von Brennern in derselben Brennkammer bei unterschiedlichen Brennstoffen.
Es sind andererseits seit längerem Gasturbinen bekannt (US-A-5,577,378 oder A. Eroglu et al., Entwicklung des sequentiellen Verbrennungssystems für die Gasturbinenfamilie GT24/GT26, ABB Technik 4/1998, S. 4-16 (1998)), die mit Zwischenüberhitzung durch eine zweite Brennkammer arbeiten. Im Unterschied zu einer einstufigen Verbrennung bietet die sequentielle Verbrennung mit Zwischenüberhitzung durch eine zweite Brennkammer die Möglichkeit, jede der Brennkammern mit unterschiedlichen Brennstoffen zu betreiben. Derartige Gasturbinen mit sequentieller Verbrennung ermöglichen daher in einem IGCC- Kraftwerk neue Arten des Anfahrens, des Betriebes und der gemischten Verbrennung.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine, eine Anwendung des Verfahrens in einem Kombi kraftwerk mit integrierter Vergasung, sowie ein Kombikraftwerk mit integrierter Vergasung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche die Nachteile bisheriger Lösungen vermeiden und sich insbesondere durch einen sehr flexiblen und stabilen Betrieb auch und insbesondere in Übergangsphasen auszeichnen.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 , 7 und 8 gelöst. Wesentlich für die Erfindung ist, dass die beiden Brennkammern der Gasturbine mit sequentieller Verbrennung (zumindest partiell) mit unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden, wobei der Betrieb mit den unterschiedlichen Brennstoffen insbesondere auch in einer Übergangsphase, wie z.B. einer Anfahrphase, erfolgen kann.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als erster und zweiter Brennstoff ein Brennstoff aus der Gruppe Syngas, Erdgas und Flüssigbrennstoff, insbesondere Öl, verwendet wird. Durch diese Brennstoffkombinationen ergibt sich für diese Gasturbine ein weites Einsatzgebiet und die Möglichkeit eines sehr flexiblen und störungssicheren Betriebs. Gemäss einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung umfasst die erste Brennkammer und/oder die zweite Brennkammer mehrere Gruppen von Brennern, und die verschiedenen Brennergruppen innerhalb einer Brennkammer werden mit unterschiedlichen Brennstoffen betrieben.
Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass zum Anfahren der Gasturbine zunächst in einem ersten Schritt die erste Brennkammer mit einem ersten Brennstoff aus der Gruppe Erdgas und Flüssigbrennstoff, insbesondere Öl, als Stützbrennstoff betrieben wird, bis die Gasturbine einen vorgegebenen Teil, insbesondere etwa 33%, der Grundlast erreicht hat, und dass in einem zweiten Schritt zusätzlich die zweite Brennkammer mit Syngas als zweitem Brennstoff betrieben wird, bis die Grundlast erreicht ist. Insbesondere kann im zweiten Schritt die erste Brennkammer auf den Betrieb mit Syngas umgeschaltet werden.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass die zweite Brennkammer mehrere Gruppen von Brennern umfasst, dass zum Anfahren der Gasturbine zunächst in einem ersten Schritt die erste Brennkammer mit einem ersten Brennstoff aus der Gruppe Erdgas und Flüssigbrennstoff, insbesondere Öl, als Stützbrennstoff betrieben wird, bis die Gasturbine einen vorgegebenen Teil, insbesondere etwa 33%, der Grundlast erreicht hat, und dass in einem zweiten Schritt zusätzlich die zweite Brennkammer zunächst mit einer Kombination aus Syngas und einem Stützbrennstoff aus der Gruppe Erdgas und Flüssigbrennstoff, insbesondere Öl, betrieben wird, wobei das Syngas und der Stützbrennstoff in unterschiedlichen Brennergruppen verbrannt wird, und dass die zweite Brennkammer in einem dritten Schritt schliesslich vollständig mit Syngas betrieben wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Kombikraftwerkes ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Brennkammer und/oder die zweite Brennkammer eine Mehrzahl von einzeln mit Brennstoff versorgbaren Brenngruppen aufweisen, und dass die Brennergruppen einzeln über die Brennstoffverteilvorrichtung wahlweise mit der Brennstoffzufuhr oder dem Ausgang der Vergasungseinrichtung verbindbar sind. KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 in einem stark vereinfachten Blockschaltbild ein Kombikraftwerk mit integrierter Vergasung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 2 den Verlauf der Temperatur (Ti) in der ersten Brennkammer und die Stellung der verstellbaren Einlass-Leitschaufeln (VIGV) am Verdichter über der Last (L, in % der Grundlast BL) der Gasturbine aus Fig. 1 beim Hochfahren.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist in einem stark vereinfachten Blockschaltbild ein Kombikraftwerk mit integrierter Vergasung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Das Kombikraftwerk 10 mit integrierter Vergasung umfasst eine Gasturbine GT, die auf einer Welle 18 einen Niederdruckverdichter 12, einen Hochdruckverdichter 13, eine Hochdruckturbine 15 und eine Niederdruckturbine 16 aufweist und einen Generator 11 antreibt. In der Hochdruckturbine 15 wird Heissgas aus einer ersten Brennkammer 14 entspannt, anschliessend zu einer zweiten Brennkammer 16 geleitet und hält dort einen zweiten Verbrennungsprozess aufrecht, dessen heisse Abgase in der Niederdruckturbine 17 entspannt werden. Die aus der Niederdruckturbine 17 austretenden Abgase werden durch einen Abhitzedampferzeuger 21 geschickt, um innerhalb eines angeschlossenen Wasser/Dampfkreislaufs 29 Dampf für eine (in Fig. 1 nicht dargestellte) Dampfturbine zu erzeugen. Die abgekühlten Abgase werden schliesslich über einen Abgasauslass 22 an einen Kamin oder dgl. mit entsprechenden Filtermöglichkeiten abgegeben.
Die erste Brennkammer 14 erhält aus dem Hochdruckverdichter 13 verdichtete Verbrennungsluft, die vom Niederdruckverdichter 12 über einen Lufteinlass 23 angesaugt und vorverdichtet worden ist. Am Ausgang des Hochdruckverdichters 13 (oder ggf. auf einer Zwischenstufe) wird verdichtete Luft abgezweigt, in einem Hochdruck-Durchlaufkühler 19 abgekühlt, und als Kühlluft zur ersten Brennkammer 14 und zur Hochdruckturbine 15 geschickt. Am Ausgang des Niederdruckverdichters 12 (oder ggf. auf einer Zwischenstufe) wird ebenfalls verdichtete Luft abgezweigt, in einem Niederdruck-Durchlaufkühler 20 abgekühlt, und als Kühlluft zur zweiten Brennkammer 14 geschickt.
Die erste Brennkammer 14 enthält mehrere Brennergruppen 14a, 14b mit jeweils mehreren Brennern, die unabhängig voneinander betrieben und mit unterschiedlichen Arten von Brennstoff versorgt werden können. Auch die zweite Brennkammer 16 enthält mehrere Brennergruppen 16a, 16b, die unabhängig voneinander betrieben und mit unterschiedlichen Arten von Brennstoff versorgt werden können. Die Brennergruppen 14a, b und 16a, b sind in Fig. 1 nur schematisch angedeutet und werden durch separate Flammen symbolisiert.
Das Kombikraftwerk 10 umfasst neben der Gasturbine GT und dem Wasser/Dampfkreislauf 29 mit der zugehörigen Dampfturbine eine Vergasungseinrichtung 24, in der Kohle, Biomasse oder ein anderes, in synthetisches Brenngas umwandelbares Ausgangsmaterial vergast werden kann. Die Vergasungseinrichtung 24 ist in Fig. 1 nur als einfacher Block wiedergegeben, umfasst jedoch eine Vielzahl von Untereinheiten und Verbindungen zum übrigen Teil des Kombikraftwerkes 10, die insbesondere der Erzeugung und Zufuhr von Sauerstoff und der Reinigung des erzeugten Gases dienen. Die Vergasungseinrichtung 24 wird über eine erste Brennstoffzufuhr 27 mit geeignetem Ausgangsmaterial (Kohle et.) beschickt und gibt das erzeugte Syngas - möglicherweise über eine Zwischenspeicherung - an die Gasturbine GT ab. Über eine zweite Brennstoffzufuhr 28 kann die Gasturbine GT darüber hinaus mit Erdgas oder Flüssigbrennstoff, wie z.B. Öl, als weiterem Brennstoff versorgt werden, der insbesondere zur Stützung des Betriebs dient.
Um die sehr flexiblen Betriebsmöglichkeiten der Gasturbine GT mit sequentieller Verbrennung im vorliegenden Fall des Kombikraftwerkes mit Vergasung voll auszuschöpfen, sind Möglichkeiten vorgesehen, um nicht nur die beiden Brennkammern 14 und 16 der Gasturbine GT wahlweise mit Syngas aus der Vergasungseinrichtung 24 oder mit einem über die zweite Brennstoffzufuhr 28 zugeführten Stützbrennstoff zu betreiben, sondern auch jede Brennkammer 14, 16 für sich in einstellbarer Weise mit beiden Brennstoffen gleichzeitig zu fahren. Dazu können die einzelnen Brenngruppen 14a, b und 16a, b der Brennkammern 14 und 16 wahlweise mit einem der Brennstoffe betrieben werden. Hierzu ist eine (in Fig. 1 beispielhaft dargestellte) Steuer- und umschaltbare Brennstoffverteilvorrichtung 25, 26 vorgesehen, die eingangsseitig mit dem Ausgang der
Vergasungseinrichtung 24 und der zweiten Brennstoffzufuhr 28 verbunden ist, und ausgangsseitig zu den einzelnen Brennergruppen 14a, b und 16a, b in den Brennkammern 14, 16 führt. Innerhalb der Brennstoffverteilvorrichtung 25, 26 sind beispielsweise steuerbare Ventile angeordnet, die geöffnet oder geschlossen oder umgeschaltet werden können, um einen der beiden Brennstoffe in der vorgegebenen Menge zu einer der Brennergruppen 14a, b bzw. 16a, b zu leiten.
Mit einer solchen Konfiguration der Gasturbine GT und deren Brennstoffversorgung lassen sich in einem IGCC-Kraftwerk neue Arten der Brennstoffumschaltung (FSWO) und der kombinierten Beschickung mit zwei Brennstoffen verwirklichen. Wegen der örtlichen Trennung der beiden Brennkammern 14 und 16 in der Gasturbine GT ist es möglich, jede der Brennkammern mit einem anderen Brennstoff zu befeuern, ohne Lastschwankungen, Pulsationen oder einen Flammenrückschlag zu riskieren. So ist es insbesondere denkbar, die eine Brennkammer mit Syngas zu fahren, die andere Brennkammer dagegen mit Erdgas oder Flüssigbrennstoff, je nachdem, in welchem Umfang die einzelnen Brennstoffe zur Verfügung stehen. Es ist aber auch möglich, die Gasturbine GT hochzufahren, indem die erste Brennkammer 14 mit Erdgas oder Flüssigbrennstoff bis zu einer gewissen Last (L) befeuert wird, und dann erst die zweite Brennkammer 16 ausschliesslich mit Syngas zu starten. In Fig. 2 gibt die obere Kurve A für ein solches Vorgehen die Temperatur Ti in der ersten Brennkammer 14 an: Bis zu einer Last L von etwa 33% der Grundlast BL wird die erste Brennkammer 14 mit Stützbrennstoff (Erdgas oder Öl) betrieben, wobei die Temperatur in der Brennkammer bis zu einer Last von etwa 15% ansteigt und dann konstant bleibt. Ab einer Last von 33% wird die zweite Brennkammer 16 mit Syngas betrieben zugeschaltet. Die gestrichelte untere Kurve B zeigt dabei die Öffnung der verstellbaren Einlass-Leitschaufeln (Variable Inlet Guide Vanes VIGV). Hierdurch wird eine zusätzliche Zuverlässigkeit erreicht, da die beiden Brennkammern 14, 16 stets gleichmässig mit denselben unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden und der Haupt- und Stützbrennstoff nicht miteinander wechselwirken. Die Gasturbine GT kann dann zu hohen Lasten hochgefahren werden, wo die erste Brennkammer 14 dann sicher auf Syngas umgestellt werden kann, ohne grossere Schwankungen zu verursachen.
Es ist aber auch denkbar, ab 33% Last die zweite Brennkammer mit einem
Stützbrennstoff zu betreiben. Weiterhin ist es denkbar, eine der Brennergruppen 16a,b in der zweiten Brennkammer 16 mit Syngas zu betreiben, während eine andere der Brennergruppen 16a,b mit einem Stützbrennstoff befeuert wird. Auf diese Weise kann die Zwischenüberhitzungs-Brennkammer bei sehr niedrigen Lasten ohne Probleme betrieben werden, während die Vergasungseinrichtung 24 nach und nach beginnt, Syngas zu erzeugen.
Insgesamt zeichnet sich die Erfindung durch die folgenden Merkmale und Vorteile aus: - In einer Gasturbine GT mit sequentieller Verbrennung werden wenigstens zwei verschiedene Brennkammern mit unterschiedlichen Brennstoffen wie z.B. Syngas, Erdgas oder Flüssigbrennstoff (Öl) betrieben. In den einzelnen Brennkammern können darüber hinaus separate
Brennergruppen vorhanden sein, die zusätzlich mit unterschiedlichen
Brennstoffen betrieben werden.
Die Gasturbine wird mittels Stützbrennstoff in der ersten Brennkammer gestartet und bis zu etwa 33% Last hochgefahren. Dann wird die zweite
Brennkammer zunächst mit Syngas betrieben, bis schliesslich bei hohen
Lasten die erste Brennkammer auf Syngas umgeschaltet wird. - Alternativ dazu kann die zweite Brennkammer in separaten
Brennergruppen nebeneinander mit Syngas und Stützbrennstoff betrieben werden. Wenn ausreichend Syngas vorhanden ist, wird die zweite
Brennkammer vollständig auf Syngas umgestellt.
Durch die getrennte Befeuerung der Brennkammern mit unterschiedlichen
Brennstoffen wird eine grosse Flexibilität des Betriebs erreicht.
Das in weitem Rahmen variierbare gleichzeitige Verbrennen unterschiedlicher Brennstoffe in jeweils einer Brennkammer führt zu einer erhöhten Verfügbarkeit.
Die Lösung zeichnet sich durch eine grosse Einfachheit aus.
Das Risiko von Pulsationen während der Brennstoffumschaltung ist erheblich vermindert. - Desgleichen ist das Risiko eines Flammenrückschlags während der
Brennstoffumschaltung erheblich vermindert.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Kombikraftwerk mit integrierter Vergasung 11 Generator
12 Niederdruckverdichter
13 Hochdruckverdichter 14,16 Brennkammer
14a, b Brennergruppe 15 Hochdruckturbine
16a,b Brennergruppe
17 Niederdruckturbine
18 Welle
19 Hochdruck-Durchlaufkühler 20 Niederdruck-Durchlaufkühler
21 Abhitzedampferzeuger
22 Abgasauslass
23 Lufteinlass
24 Vergasungseinrichtung 25,26 Brennstoffverteilvorrichtung
27,28 Brennstoffzufuhr
29 Wasser/Dampfkreislauf
GT Gasturbine

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine (GT) mit sequentieller Verbrennung, welche wenigstens einen Verdichter (12, 13), eine erste
Brennkammer (14) mit einer nachgeschalteten ersten Turbine (15) und eine zweite Brennkammer (16) mit einer nachgeschalteten zweiten Turbine (17) umfasst, wobei der wenigstens eine Verdichter (12, 13) Luft ansaugt und verdichtet und die verdichtete Luft der ersten Brennkammer (14) zur Verbrennung eines ersten Brennstoffes zuführt, und das aus der ersten Turbine (15) austretende Gas der zweiten Brennkammer (16) zur Verbrennung eines zweiten Brennstoffes zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als erster und zweiter Brennstoff unterschiedliche Brennstoffe verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als erster und zweiter Brennstoff ein Brennstoff aus der Gruppe Syngas, Erdgas und Flüssigbrennstoff, insbesondere Öl, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Brennkammer (14) und/oder die zweite Brennkammer (16) mehrere Gruppen von Brennern (14a, b; 16a, b) umfasst, und dass verschiedene Brennergruppen (14a, b; 16a, b) innerhalb einer Brennkammer (14, 16) mit unterschiedlichen Brennstoffen betrieben werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren der Gasturbine (GT) zunächst in einem ersten Schritt die erste Brennkammer (14) mit einem ersten Brennstoff aus der Gruppe Erdgas und Flüssigbrennstoff, insbesondere Öl, als Stützbrennstoff betrieben wird, bis die Gasturbine (GT) einen vorgegebenen Teil, insbesondere etwa 33%, der Grundlast (BL) erreicht hat, und dass in einem zweiten Schritt zusätzlich die zweite
Brennkammer (16) mit Syngas als zweitem Brennstoff betrieben wird, bis die Grundlast (BL) erreicht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt die erste Brennkammer (14) auf den Betrieb mit Syngas umgeschaltet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Brennkammer (16) mehrere Gruppen von Brennern (16a,b) umfasst, dass zum Anfahren der Gasturbine (GT) zunächst in einem ersten Schritt die erste Brennkammer (14) mit einem ersten Brennstoff aus der Gruppe Erdgas und Flüssigbrennstoff, insbesondere Öl, als Stützbrennstoff betrieben wird, bis die Gasturbine (GT) einen vorgegebenen Teil, insbesondere etwa 33%, der Grundlast (BL) erreicht hat, und dass in einem zweiten Schritt zusätzlich die zweite Brennkammer (16) zunächst mit einer Kombination aus Syngas und einem Stützbrennstoff aus der Gruppe Erdgas und Flüssigbrennstoff, insbesondere Öl, betrieben wird, wobei das Syngas und der Stützbrennstoff in unterschiedlichen Brennergruppen (16a,b) verbrannt wird, und dass die zweite Brennkammer (16) in einem dritten Schritt schliesslich vollständig mit Syngas betrieben wird.
7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Kombikraftwerk (10) mit integrierter Vergasung, in welchem Kombikraftwerk (10) aus Kohle oder einem anderen geeigneten Ausgangsstoff durch Vergasung Syngas erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Syngas im ersten und/oder zweiten Brennstoff enthalten ist.
8. Kombikraftwerk (10) mit integrierter Vergasung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, welches Kombikraftwerk (10) eine Gasturbine (GT) mit sequentieller Verbrennung und eine Vergasungseinrichtung (24) zur Erzeugung von Syngas mittels Vergasung von Kohle oder einem anderen geeigneten Ausgangsstoff umfasst, wobei die Gasturbine (GT) wenigstens einen Verdichter (12, 13), eine erste Brennkammer (14) mit einer nachgeschalteten ersten Turbine (15) und eine zweite Brennkammer (16) mit einer nachgeschalteten zweiten Turbine (17) umfasst, und wobei der wenigstens eine Verdichter (12, 13) Luft ansaugt und verdichtet und die verdichtete Luft der ersten Brennkammer (14) zur Verbrennung eines ersten Brennstoffes zuführt, und das aus der ersten Turbine (15) austretende Gas der zweiten Brennkammer (16) zur Verbrennung eines zweiten Brennstoffes zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffzufuhr (28) zur Zuführung eines Stützbrennstoffes, insbesondere in Form von Erdgas oder Flüssigbrennstoff, vorgesehen ist, und dass die
Brennstoffzufuhr (28) und der Ausgang der Vergasungseinrichtung (24) über eine Brennstoffverteilvorrichtung (25, 26) wahlweise mit der ersten und/oder zweiten Brennkammer (14 bzw. 16) verbindbar ist.
9. Kombikraftwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Brennkammer (14) und/oder die zweite Brennkammer (16) eine Mehrzahl von einzeln mit Brennstoff versorgbaren Brenngruppen (14a,b; 16a,b) aufweisen, und dass die Brennergruppen (14a, b; 16a, b) einzeln über die Brennstoffverteilvorrichtung (25, 26) wahlweise mit der Brennstoffzufuhr (28) oder dem Ausgang der Vergasungseinrichtung (24) verbindbar sind.
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