WO2011000548A2 - Verfahren zum betrieb eines kraftwerks mit einer gasturbinenanlage - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines kraftwerks mit einer gasturbinenanlage Download PDF

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Horst Meyrahn
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a power plant with a gas turbine plant, comprising at least one compressor part, a combustion chamber and at least one turbine, wherein the gas supplied to the combustion chamber is taken from a gas network.
  • the intake air of the gas turbine passes through a heat transfer stage, while the intake air is either supplied heat or withdrawn heat in dependence on the power output of the gas turbine plant heat.
  • the energy required for the heating for example in the form of
  • a cooling medium for example cold water or a refrigerant which extracts heat by evaporation of its environment.
  • the method described in DE 100 33 052 A1 is based on the finding that the output of a gas turbine plant directly from
  • the invention is therefore based on the object to improve a method of the type mentioned in terms of a performance increase of the gas turbine.
  • the object is first achieved by a method for operating a
  • Power plant with a gas turbine plant comprising at least one compressor part, a combustion chamber and at least one turbine, wherein the gas supplied to the combustion chamber is taken from a gas network, wherein the method is characterized in that the withdrawn gas from the gas first relaxes to the pressure required for the gas turbine pressure level and then preheated, the preheating at least partially by means of a
  • Cold shift is accomplished by the fuel gas to the combustion air.
  • the temperature sink arising during the expansion of the fuel gas is at least partially used for conditioning the combustion air for the gas turbine.
  • the fuel gas is usually referred to with a much higher pressure and a lower temperature than is required for the operation of the gas turbine.
  • the operating pressure of a conventional gas pipeline can be up to 80 bar, whereas the pressure required for the gas turbine pressure level is about 25 bar.
  • the temperature of the fuel gas supplied to the gas turbine should be about 25 0 C, the temperature level of the natural gas provided in the natural gas pipeline is usually less than 25 ° C.
  • the extracted from the pipeline natural gas / fuel gas is therefore usually first subjected to a gas preheating and then relaxed.
  • the temperature level in the gas preheating is usually chosen so that the fuel gas after relaxation has the temperature level required for the gas turbine.
  • the energy generated during gas expansion is converted into mechanical work and used, for example, for driving a generator.
  • Gasentpressivesmaschine for example, in a turboexpander or a gas expansion engine, the compression energy of the gas is converted into mechanical work and used for example for driving a generator.
  • the cold created by the relaxation of the gas Joule-Thomson-Effect
  • the natural gas is heated by preheating the gas by heating fossil fuels
  • the invention uses the resulting in the relaxation of the gas
  • thermodynamic effect is used as such energetically, i. the generated cold is used, on the other hand, the cold is used to increase the performance of the gas turbine.
  • Combustion air is cooled directly in at least one heat exchanger by means of the expanded fuel gas.
  • the combustion air the heat by means of a heat transfer medium can be withdrawn, which in turn gives up the combustion air extracted heat the fuel gas.
  • Suitable heat transfer media are, for example, thermal oil or water or glycol or water-glycol mixtures or methanol.
  • the combustion air of the gas turbine can be sucked in, for example, by a heat exchanger through which a heat transfer medium or cold fuel gas flows.
  • a fin heat exchanger can be provided, which is connected upstream of the intake manifold of the compressor.
  • a cold shift from the fuel gas to the combustion air can take place by means of a plurality of heat exchangers connected in series, in which heat exchangers an immediate heat transfer from the cold fuel gas to the combustion air can take place.
  • such a heat transfer can take place by means of a heat transfer medium, for which purpose possibly twice the number of heat exchangers is required.
  • the resulting in the relaxation of the fuel gas cold can be used in an advantageous manner in addition to the removal of heat of condensation from a coupled steam turbine process.
  • the expansion of the fuel gas by means of at least one Gasentschreibsmaschine under additional use of mechanical energy.
  • Advantageous variants of the method according to the invention will be explained with reference to three embodiments with reference to the accompanying drawings.
  • Figures 1 and 2 first variants of the method according to the invention, in which a direct cooling of the already compressed and partially heated combustion air of the gas turbine takes place in several heat exchangers,
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the method according to the
  • FIG. 4 shows a variant of the method according to the invention, in
  • the gas turbine 1 shown in the figures comprises in a known manner a compressor part 2, a combustion chamber 3 and a turbine 4.
  • the compressor part 2 ambient air is sucked in as combustion air 11, compressed and partially heated.
  • the compressed heated combustion air 11 is mixed in the combustion chamber 3 with natural gas from a natural gas line 5 and burned; in the downstream turbine 4, the gas mixture is expanded, releasing mechanical work, which is used to generate electricity.
  • the natural gas is provided for example from a natural gas pipeline, not shown, with a pressure of about 80 bar and a temperature of between 10 and 14 ° C.
  • the natural gas is first expanded to a pressure of 25 bar, wherein at an inlet temperature of 14 ° C and an inlet pressure of about 80 bar behind the expansion stage at a pressure of 25 bar, a temperature of about -31 C C is established ,
  • the fuel gas removed from the natural gas line 5 is first preheated by means of series-connected heat exchangers 7, for example to a temperature of approximately 200.degree.
  • the heat required for this purpose is partially or completely decoupled from the combustion air behind the compressor 2.
  • the heat load of the combustion air in countercurrent to
  • one or more gas relaxation machines for example in the form of turboexpanders, can be provided for expansion of the natural gas.
  • gasentpressivesmaschinen the relaxation of the Gas usually performing mechanical work that can be absorbed by a compressor, a generator or a liquid brake.
  • Gas expansion engine still increased. After cooling of the fuel gas in the expansion stage, the fuel gas is still significantly heated (> 25 ° C), so that one of the expansion stage downstream gas preheating can be dispensed with.
  • the expansion stage 6 is followed by three heat exchangers 7 connected in series.
  • the expansion stage 6 is followed by three heat exchangers 7 connected in series.
  • Heat exchangers 7 the fuel gas / natural gas with heat from the
  • the gas preheating can, for example, in a GUD process, if necessary, be operated with condensation heat from the feedwater circuit of the steam generator.
  • a Teii the already compressed and preheated combustion air is branched off behind the compressor 2 via a bypass line 9 and passed through the heat exchanger 7, their
  • Heat load in countercurrent give the fuel gas / natural gas.
  • the temperature of the branched off via the bypass line combustion air flow can be up to 400 0 C.
  • the heat transfer in the heat exchangers 7 takes place in the example shown in Figure 1 directly over the pipe walls.
  • the heat exchanger 7 may be formed as a tube bundle heat exchanger.
  • the illustrated in Figure 3 embodiment of the method according to the invention differs only in so far from the embodiment shown in Figure 1, as the total of six heat exchangers 7 are provided, of which three are connected in series.
  • the heat transfer via a heat transfer medium which takes place in between the
  • Heat exchangers 7 a is cooled and in three second heat exchangers 7 b, which are connected to the gas turbine 1, is loaded via the branched off from the combustion chamber 3 combustion air with heat.
  • a first heat exchanger 7a is arranged between the expansion stage 6 and the gas preheating 8, a second heat exchanger 7b coupled thereto is connected upstream of the combustion air inlet 10 of the compressor 2.
  • the first heat exchanger 7a and the second heat exchanger 7b communicate with each other via a heat exchange medium, for example via a methanol cycle.
  • the second heat exchanger 7b may be formed, for example, as air-flowed finned heat exchanger.
  • combustion air can be cooled at about 20 0 C to a temperature of 15.4 ° C, which corresponds to a ⁇ T of 4.6 K.
  • the achieved performance increase of the gas turbine is about 1, 2% of the full load to a temperature difference of 1 Kelvin.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit einer Gasturbinenanlage (1), umfassend wenigstens einen Verdichterteil (2), eine Brennkammer (3) und wenigstens eine Turbine (4), wobei das der Brennkammer zugeführte Gas einem Gasnetz entnommen wird, das aus dem Gasnetz entnommene Gas auf das für die Gasturbine benötigte Druckniveau entspannt wird und vorgewärmt wird, wobei die Vorwärmung mittels einer Kälteverschiebung von dem Brenngas auf die Verbrennungsluft erfolgt.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerks mit einer Gasturbinenanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerks mit einer Gasturbinenanlage, umfassend wenigstens ein Verdichterteil, eine Brennkammer und wenigstens eine Turbine, wobei das der Brennkammer zugeführte Gas einem Gasnetz entnommen wird.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 100 33 052 A1 bekannt. Bei dem aus der DE 100 33 052 A1 bekannten Verfahren wird eine möglichst flexible Fahrweise der Gasturbine in einem weiten Lastbereich oberhalb und unterhalb der Nennlast mit hohem Wirkungsgrad angestrebt. Dies wird
insbesondere dadurch erreicht, dass die Ansaugluft der Gasturbine eine Wärmeübertragungsstufe durchläuft und dabei der Ansaugluft in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe der Gasturbinenanlage entweder Wärme zugeführt oder Wärme entzogen wird. Bei steigender Leistungsabgabe erfolgt eine Abkühlung der Ansaugluft, bei sinkender Leistungsabgabe deren Erwärmung.
Die für die Erwärmung benötigte Energie wird beispielsweise in Form von
Niederdruckdampf aus einem gekoppelten Dampfturbinenkreislauf bereitgestellt. Zur Kühlung findet ein Kühlmedium Anwendung, beispielsweise Kaltwasser oder ein Kältemittel, welches durch Verdampfung seiner Umgebung Wärme entzieht.
Dem in der DE 100 33 052 A1 beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Leistungsabgabe einer Gasturbinenanlage direkt vom
Massenstrom des zugeführten Arbeitsmittels und indirekt von der Temperatur der Ansaugluft abhängt. Mit dem Verfahren soll eine Regelung der Leistungsabgabe der Gasturbine in gewissen Grenzen möglich sein.
Insbesondere die in der DE 100 33 052 A1 vorgeschlagene Kühlung der
Ansaugluft führt zwar zu einer Leistungssteigerung der Gasturbine. Dies ist jedoch insbesondere dann nicht vorteilhaft, wenn keine ausreichenden Kältepotentiale vorhanden sind und Temperatursenken durch Verdunsten eines Kühlmediums erzeugt werden müssen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art im Hinblick auf eine Leistungssteigerung der Gasturbine zu verbessern. Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eine
Kraftwerks mit einer Gasturbinenanlage umfassend wenigstens ein Verdichterteil, eine Brennkammer und wenigstens eine Turbine, wobei das der Brennkammer zugeführte Gas einem Gasnetz entnommen wird, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass das aus dem Gasnetz entnommene Gas zunächst auf das für die Gasturbine benötigte Druckniveau entspannt und anschließend vorgewärmt wird, wobei die Vorwärmung zumindest teilweise mittels einer
Kälteverschiebung von dem Brenngas auf die Verbrennungsluft bewerkstelligt wird. Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die bei der Entspannung des Brenngases entstehende Temperatursenke zumindest teilweise zur Konditionierung der Verbrennungsluft für die Gasturbine genutzt.
Dass der Wirkungsgrad der Gasturbine unter anderem abhängig von der
Temperatur der Verbrennungsluft ist, ist soweit hinlänglich bekannt,
beispielsweise auch aus der DE 100 33 052 A1 sowie aus zahlreichen anderen Veröffentlichungen. Je kälter die Verbrennungsluft, desto höher der
Wirkungsgrad, weil kalte Luft bekanntlich eine höhere Dichte als warme Luft aufweist.
Aus einem vorhandenem Gasnetz wird üblicherweise das Brenngas mit einem deutlich höheren Druck und einer niedrigeren Temperatur bezogen, als dies für den Betrieb der Gasturbine erforderlich ist. Der Betriebsdruck einer üblichen Gaspipeline kann bis zu 80 bar betragen, wohingegen das für die Gasturbine erforderliche Druckniveau etwa 25 bar beträgt. Die Temperatur des der Gasturbine zugeführten Brenngases sollte etwa 250C betragen, das Temperaturniveau des in der Erdgaspipeline zur Verfügung gestellten Erdgases ist in der Regel kleiner als 25°C. Das aus der Pipeline entnommene Erdgas/Brenngas wird daher üblicherweise zunächst einer Gasvorwärmung unterzogen und anschließend entspannt. Das Temperaturniveau in der Gasvorwärmung wird üblicherweise so gewählt, dass das Brenngas nach der Entspannung das für die Gasturbine benötigte Temperaturniveau aufweist. Die bei der Gasexpansion anfallende Energie wird dabei in mechanische Arbeit umgesetzt und beispielsweise zum Antreiben eines Generators verwendet.
Bei der Gasexpansion über ein Drosselventil wird die im Gas enthaltende
Kompressionsenergie nicht genutzt. Erfolgt die Gasexpansion in einer
Gasentspannungsmaschine, beispielweise in einem Turboexpander oder einem Gasexpansionsmotor, wird die Kompressionsenergie des Gases in mechanischer Arbeit umgesetzt und beispielsweise zum Antreiben eines Generators verwendet. Die durch Entspannung des Gases entstehende Kälte (Joule-Thomson-Effect) wird allerdings in beiden Fällen nicht genutzt, im Gegenteil, das Erdgas wird in der Gasvorwärmung mittels Einsatz fossiler Brennstoffe durch Aufheizen
wiedererwärmt, damit das Gas nach der Abkühlung durch die Entspannung das für den Eintritt in die Gasturbine erforderliche Temperaturniveau erreicht.
Die Erfindung nutzt die bei der Entspannung des Gases entstehende
Temperatursenke in zweierlei Hinsicht, einerseits wird der thermodynamische Effekt als solcher energetisch genutzt, d.h. die erzeugte Kälte wird genutzt, andererseits wird die Kälte zur Leistungssteigerung der Gasturbine verwendet.
Erfindungsgemäß erfolgt also vorzugsweise zunächst eine Entspannung des Erdgases, sodann eine Anhebung des Temperaturniveaus beispielsweise mittels eines geeigneten Wärmetauschers und anschließend die sonst übliche
Gasvorwärmung.
Alternativ kann zunächst nur eine teilweise Gasvorwärmung erfolgen, wobei nach der Abkühlung des Gases bei der Entspannung beispielsweise in einer
Gasentspannungsmaschine jedoch ein Temperaturniveau erreicht wird, das niedriger ist als das für den Eintritt in die Gasturbine erforderliche Temperaturniveau. Die weitere Anhebung des Temperaturniveaus erfolgt dann beispielsweise mittels eines geeigneten Wärmetauschers. Hierbei entstehende Kälte wird ebenfalls vom Brenngas auf die Verbrennungsluft übertragen.
Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn ein bestehendes Kraftwerk (mit vorhandenem Drosselventil zur Gasentspannung) mit Gasentspannungsmaschinen zwecks Gasentspannung und Nutzung der im Gas enthaltenen Kompressionsenergie nachgerüstet wird. Dabei wird das in der Praxis oft bestehende Problem gelöst, dass die Aufwärmkapazität der vorhandenen Gasvorwärmung nicht ausreicht, um das für den Eintritt des Brenngases in die Gasturbine erforderliche hohe Temperaturniveau zu gewährleisten.
Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Verbrennungsluft unmittelbar in wenigstens einem Wärmetauscher mittels des entspannten Brenngases abgekühlt wird.
Alternativ kann der Verbrennungsluft die Wärme mittels eines Wärmeträgermediums entzogen werden, das wiederum die der Verbrennungsluft entzogene Wärme dem Brenngas aufgibt.
Als Wärmeträgermedien kommen beispielsweise Thermoöl oder Wasser oder Glykol oder Wasser-Glykol-Mischungen oder Methanol in Betracht. Die Verbrennungsluft der Gasturbine kann beispielsweise durch einen von einem Wärmeträgermedium oder von kaltem Brenngas durchströmten Wärmetauscher angesaugt werden.
Als Wärmetauscher kann beispielsweise ein Lamellenwärmetauscher vorgesehen sein, der dem Ansaugstutzen des Verdichters vorgeschaltet ist.
Alternativ kann die bereits verdichtete und zumindest teilweise erwärmte
Verbrennungsluft über wenigstens einen mit abgekühltem Brenngas
beaufschlagten Wärmetauscher geführt werden. Eine Kälteverschiebung von dem Brenngas auf die Verbrennungsluft kann mittels mehrerer in Reihe geschalteter Wärmetauscher erfolgen, wobei in diesen Wärmetauschern ein unmittelbarer Wärmeübergang von dem kalten Brenngas auf die Verbrennungsluft stattfinden kann. Selbstverständlich sind auch eine
Parallelschaltung oder Kombinationen von Reihen- und Parallelschaltungen von Wärmetauschern im Rahmen der Erfindung.
Alternativ kann ein solcher Wärmeübergang mittels eines Wärmeträgermediums erfolgen, wobei hierzu ggf. die doppelte Anzahl von Wärmetauschern erforderlich ist.
Die bei der Entspannung des Brenngases entstehende Kälte kann in vorteilhafter Art und Weise zusätzlich zur Abfuhr von Kondensationswärme aus einem gekoppelten Dampfturbinenprozess genutzt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Entspannung des Brenngases mittels wenigstens einer Gasentspannungsmaschine unter zusätzlicher Nutzung mechanischer Energie. Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand dreier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Figuren 1 und 2 erste Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem eine direkte Abkühlung der bereits verdichteten und teilweise erwärmten Verbrennungsluft der Gasturbine in mehreren Wärmetauschern erfolgt,
Figur 3 eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der
Erfindung, bei welcher eine Abkühlung der bereits verdichteten und teilweise erwärmten Verbrennungsluft der Gasturbine mittels eines Wärmeträgermediums erfolgt, und
Figur 4 eine Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung, bei
welcher eine Abkühlung der von der Gasturbine angesaugten
Verbrennungsluft mittels eines mit Wärmeträgermedium beaufschlagten Wärmetauschers erfolgt.
Die in den Figuren dargestellte Gasturbine 1 umfasst in bekannter Art und Weise ein Verdichterteil 2, eine Brennkammer 3 und eine Turbine 4. In dem Verdichterteil 2 wird Umgebungsluft als Verbrennungsluft 11 angesaugt, verdichtet und teilweise erwärmt. Die verdichtete erwärmte Verbrennungsluft 11 wird in der Brennkammer 3 mit Erdgas aus einer Erdgasleitung 5 vermischt und verbrannt; in der nachgeschalteten Turbine 4 wird die Gasmischung entspannt, und zwar unter Freisetzen von mechanischer Arbeit, die zur Erzeugung von Elektrizität genutzt wird. Das Erdgas wird beispielsweise aus einer nicht dargestellten Erdgaspipeline mit einem Druck von etwa 80 bar und einer Temperatur von zwischen 10 und 14°C bereitgestellt. In einer Expansionsstufe 6 wird das Erdgas zunächst auf einen Druck von 25 bar entspannt, wobei sich bei einer Eintrittstemperatur von 14°C und einem Eintrittsdruck von etwa 80 bar hinter der Expansionsstufe bei einem Druck von 25 bar eine Temperatur von etwa -31 CC einstellt.
Bei der in Figur 1 dargestellten Variante des Verfahrens erfolgt zunächst eine Vorwärmung des aus der Erdgasleitung 5 entnommenen Brenngases mittels in Reihe geschalteter Wärmetauscher 7 beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 200°C. Die hierzu benötigte Wärme wird zum Teil oder vollständig aus der Verbrennungsluft hinter dem Verdichter 2 ausgekoppelt. In den Wärmetauschern 7 wird die Wärmefracht der Verbrennungsluft im Gegenstrom dem
Brenngas/Erdgas aufgegeben. Der Gasvorwärmung nachgeschaltet ist eine Expansionsstufe 6.
In der Expansionsstufe 6 können zur Expansion des Erdgases eine oder mehrere Gasentspannungsmaschinen, beispielsweise in Form von Turboexpandern, vorgesehen sein. In Gasentspannungsmaschinen erfolgt die Entspannung des Gases üblicherweise unter Verrichtung mechanischer Arbeit, die durch einen Kompressor, einen Generator oder eine Flüssigkeitsbremse aufgenommen werden kann. Wenn die Wärme der Verbrennungsluft auf das Brenngas vor Eintritt in die Expansionsstufe 6 übertragen wird, wird durch die Erwärmung des Brenngases die Stromausbeute einer in der Expansionsstufe etwa vorgesehenen
Gasexpansionsmaschine noch erhöht. Nach erfolgter Abkühlung des Brenngases in der Expansionsstufe ist das Brenngas immer noch deutlich erwärmt (>25°C), sodass auf eine der Expansionsstufe nachgeschaltete Gasvorwärmung verzichtet werden kann.
Bei der in Figur 1 dargestellten Variante des Verfahrens sind der Expansionsstufe 6 drei in Reihe geschaltete Wärmetauscher 7 nachgeschaltet. In den
Wärmetauschern 7 wird das Brenngas/Erdgas mit Wärme aus der
Verbrennungsluft der Gasturbine 1 stufenweise im Gegenstrom beladen, wie nachstehend noch erläutert wird. Mittels der Wärmetauscher 7 kann die
Temperatur des Brenngases auf etwa 100C angehoben werden. In der
nachgeschalteten Gasvorwärmung 8 wird die Temperatur des Brenngases dann auf 35°C angehoben.
Die Gasvorwärmung kann beispielsweise bei einem GUD-Prozess bedarfsweise mit Kondensationswärme aus dem Speisewasserkreislauf des Dampferzeugers betrieben werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 wird über eine Bypassleitung 9 ein Teii der bereits verdichteten und vorgewärmten Verbrennungsluft hinter dem Verdichter 2 abgezweigt und über die Wärmetauscher 7 geführt, die ihre
Wärmelast im Gegenstrom dem Brenngas/Erdgas aufgeben. Die Temperatur des über die Bypassleitung abgezweigten Verbrennungsluftstroms kann bis zu 4000C betragen. Der Wärmeübergang in den Wärmetauschern 7 erfolgt bei dem in Figur 1 dargestellten Beispiel unmittelbar über die Rohrwandungen. Beispielsweise können die Wärmetauscher 7 als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet sein. Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung unterscheidet sich nur insoweit von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, als das insgesamt sechs Wärmetauscher 7 vorgesehen sind, von denen jeweils drei in Reihe geschaltet sind. Hier erfolgt der Wärme- Übergang über ein Wärmeträgermedium, welches in dem zwischen der
Expansionsstufe 6 und der Gasvorwärmung 8 vorgesehenen ersten
Wärmetauschern 7a abgekühlt wird und in drei zweiten Wärmetauschern 7b, die an die Gasturbine 1 angeschlossen sind, über die aus der Brennkammer 3 abgezweigte Verbrennungsluft mit Wärme beladen wird.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein erster Wärmetauscher 7a zwischen der Expansionsstufe 6 und der Gasvorwärmung 8 angeordnet, ein zweiter mit diesem gekoppelter Wärmetauscher 7b ist dem Verbrennungslufteinlass 10 des Verdichters 2 vorgeschaltet. Der erste Wärme- tauscher 7a und der zweite Wärmetauscher 7b kommunizieren über ein Wärmetauschermedium miteinander, beispielsweise über einen Methanolkreislauf. Der zweite Wärmetauscher 7b kann beispielsweise als luftdurchströmter Lamellenwärmetauscher ausgebildet sein. Bei entsprechender Auslegung des Wärmetauschers 7b kann beispielsweise Verbrennungsluft mit etwa 200C auf eine Temperatur von 15,4°C abgekühlt werden, das entspricht einem ΔT von 4,6 K. Die erreichte Leistungssteigerung der Gasturbine ist etwa 1 ,2 % der Volllast bezogen auf eine Temperaturdifferenz von 1 Kelvin.
Bezugszeichenliste
1 Gasturbine
2 Verdichter
3 Brennkammer
4 Turbine
5 Erdgasleitung
6 Expansionsstufe
7a,b Wärmetauscher
8 Gasvorwärmung
9 Bypassleitung
10 Verbrennungslufteinlass
11 Verbrennungsluft

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerks mit einer Gasturbinenanlage, umfassend wenigstens einen Verdichterteil, eine Brennkammer und wenigstens eine Turbine, wobei das der Brennkammer zugeführte Gas einem Gasnetz entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Gasnetz entnommene Gas auf das für die Gasturbine benötigte Druckniveau entspannt und vorgewärmt wird, wobei die Vorwärmung zumindest teilweise mittels Kälteverschiebung von dem Brenngas auf die Verbrennungsluft bewerkstelligt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Entspannung des Brenngases entstehende Temperatursenke zumindest teilweise zum Konditionieren der Verbrennungsluft für die Gasturbine benutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Gasnetz entnommene Gas zunächst auf das für die Gasturbine benötigte Druckniveau entspannt und anschließend vorgewärmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft unmittelbar in wenigstens einem
Wärmetauscher mittels des entspannten Brenngases abgekühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verbrennungsluft die Wärme mittels eines Wärmeträgermediums entzogen wird, das wiederum die der Verbrennungsluft entzogene Wärme dem Brenngas aufgibt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als
Wärmeträgermedium Thermoöl oder Wasser oder Glykol oder Wasser- Glykol-Mischungen oder Methanol Anwendung finden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft durch einen von einem Wärmeträgermedium oder von kaltem Brenngas durchströmten Wärmetauscher angesaugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als
Wärmetauscher wenigstens ein Lamellenwärmetauscher Anwendung findet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bereits verdichtete und zumindest teilweise erwärmte
Verbrennungsluft über wenigstens einen mit abgekühltem oder kaltem Brenngas beaufschlagten Wärmetauscher geführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kälteverschiebung von dem Brenngas auf die Verbrennungsluft mittels mehrerer in Reihe geschalteter Wärmetauscher erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Entspannung des Brenngases entstehende Kälte zusätzlich zur Abfuhr von Kondensationswärme aus einem gekoppelten
Dampfturbinenprozess genutzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannung des Brenngases mittels mindestens einer
Gasentspannungsmaschine unter zusätzlicher Nutzung mechanischer
Energie erfolgt.
PCT/EP2010/003941 2009-07-03 2010-07-02 Verfahren zum betrieb eines kraftwerks mit einer gasturbinenanlage WO2011000548A2 (de)

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