WO2012131051A2 - Efficiency increase in the heating of allothermal reactors - Google Patents

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WO2012131051A2
WO2012131051A2 PCT/EP2012/055825 EP2012055825W WO2012131051A2 WO 2012131051 A2 WO2012131051 A2 WO 2012131051A2 EP 2012055825 W EP2012055825 W EP 2012055825W WO 2012131051 A2 WO2012131051 A2 WO 2012131051A2
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Thomas Steer
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H S Reformer Gmbh
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
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    • F02C3/28—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension using a separate gas producer for gasifying the fuel before combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the efficiency of heating an allothermal reactor by a connection with the Joule process and a special form of heat transfer by means of an intermediate heat transfer medium and a special design of the heat exchanger required for this purpose.
  • Allothermic reactors 20 are characterized in that they must be externally heated to maintain the reactions.
  • the chemically bound energy contained in the product gas is greater than the energy supplied in the fuel.
  • the reactions usually take place at temperatures above 600 - 800 ° C, so that the heating must take place above these temperatures. If the heating takes place through the combustion of combustible substances, the flue gases at the end of combustion still have a temperature which is above the working temperature in the reactor to be heated. The exhaust gases then still contain a considerable amount of usable energy.
  • the efficiency of heating is therefore initially reduced by the high exhaust gas temperature.
  • An increase in efficiency can be achieved, as is known, by using part of the waste heat from the exhaust gas to preheat the combustion air via heat exchangers. This method is well known and needs no further explanation. Problems arise here, however, when the combustion technology (eg pulse burner) or maximum permissible material loads, the preheating of the combustion air is limited to a certain maximum temperature.
  • the heating of allothermal reactors takes place - inevitably - with a portion of the product gas produced.
  • the efficiency of an allothermal reactor is referred to as cold gas efficiency. It identifies the part of the product gas that is not needed for internal heating purposes and refers the lower heating value of this gas flow to the lower calorific value of the fuel flow used.
  • the cold gas efficiency of a reformer is always less than 100% taking into account the 2nd law of thermodynamics.
  • the efficiency for the overall process results from the product of the partial efficiency reformer (cold gas efficiency) and the partial efficiency of the working machine.
  • the efficiency of the overall system is thus always below the efficiency of the subsystem gas turbine or gas engine.
  • the efficiency of processes using fuels that are not suitable for use in a gas turbine or a gas engine per se is therefore always below the efficiency that can be achieved by using suitable fuels.
  • the gasification of carbonaceous fuels is usually carried out for fuels that are not suitable for use in gas turbines or internal combustion engines due to their chemical pollutants or other physical properties (eg. By gasification they are transferred to a state in which they can be used for these highly efficient machines.
  • the area is determined by
  • the aim of every technical development in the realization of allothermal carburettors is to reduce the required area for heat transfer to a feasible size. So far, this has been done by the following measures:
  • the amount of heat to be transferred is conditioned by process technology. However, it is desirable to preheat the incoming media (air in the combustion and steam in the reformer) as well as possible.
  • a fluidized bed is always selected on the reactor side, as this allows high heat transfer rates.
  • the invention solves the heating problems of allothermal reactors, in particular of steam carburetors for carbonaceous fuels and here again in particular for the reactor described under the patent DE 199 48 332, characterized by a combination of different processes:
  • a Joule process is made available in which heat is removed from the heated flue gases via a heat exchanger and fed via a further heat exchanger to a reactor for heating processes there.
  • the two heat exchangers can not only be arranged separately from each other, but also be designed according to the specific conditions present in each case.
  • the fuel gases required for heating the oxygen-containing gas are wholly or partly produced in the reactor.
  • the invention thus provides a gas turbine plant in which heat is decoupled from the combustion chamber of the gas turbine by means of a first heat exchanger, which is transferred via a further second heat exchanger coupled thereto into a reactor, wherein the two heat exchangers an intermediate medium are coupled, which circulates in its own separate room.
  • the two coupled heat exchangers can also be the two ends of heat pipes.
  • a fluidized bed is used, although this is not absolutely necessary.
  • the invention leaves the known ideas of a pulsating combustion (US 5,059,404) or a fluidized bed (DE 199 00 1 16, EP 0 329 673) and closes the existing technological gap with a novel process coupling, which allows solid fuel over the way the allothermal gasification with approximately the same efficiency to convert into electrical energy as suitable for gas turbines fuels:
  • Heat exchangers which are arranged in this flue gas stream, usually have a relatively low heat transfer coefficient.
  • the heat transfer coefficient is increased by combustion in the oxygen-containing gas under pressure.
  • the pressure charging increases the heat transfer coefficient at the same gas velocity.
  • the heat exchanger may optionally be provided with ribs for further improvement of heat transfer.
  • the exhaust gas temperature at the end of the heating should be as high as possible in order to reduce the heat exchange surfaces. Since combustion takes place under pressure, it requires compression of the oxygen-containing gas before combustion, but subsequently also allows relaxation. From this process, known as the joule or gas turbine process, mechanical work can be gained. It brings the higher efficiencies, the higher the inlet temperature of the gases in the relaxation part of the process. The objective of the highest possible exhaust gas temperature at the end of the heat exchanger is therefore solved by the coupling with the pressure charging in a very efficient manner.
  • the pressurized state heating, ie during Joule process heat input has been disclosed in U.S. Patent Application 4,212,652. However, since the application was bound to a specific form of the heat exchanger, the heating issue could not be solved satisfactorily, so that no running plants are known.
  • this method according to the invention is not able to increase the cold gas efficiency to over or nearly 100% due to the thermodynamic restrictions (2nd law), but the coupling makes it possible to carry out a gas turbine process for carbonaceous solid fuels with the same efficiency as with fuels that are accessible for direct use in the gas turbine.
  • the heat exchanger could theoretically be implemented in all known technologies. According to the invention, however, instead of the usual tube bundle heat exchangers, heat pipes are used for the heat transfer (DE 199.00.1 16).
  • the design according to the functional principle of heat pipes is therefore also an integral part of the invention. With this measure, the geometry of the heating side can largely be decoupled from the geometry of the heat-emitting side.
  • Heat pipes are closed pipes in which, when cold, a solid or liquid medium, in particular metal, is under vacuum, usually alkali metals such as potassium or sodium. With heating of the pipes, usually at the lower end, the solid metal becomes liquid. In the further course, a pressure equilibrium arises between the liquid phase and the vapor phase in such a way that the evaporation takes place on the heating side and the condensation takes place on the cooling side of the tube. The pressure prevailing in the pipe determines the evaporation and condensation temperature and thus the heat transfer. Evaporation and condensation allow high heat transfer rates, so that the system is suitable as a heat exchanger in an intermediate circuit.
  • the pipe should be horizontally inclined or vertically installed.
  • the cooling side must be above the heating side or at the same height to form the required natural convection (natural circulation).
  • a heat pipe is typically formed as a tube, one end of which is heated and the other end is cooled. This geometric shape of a heat pipe is therefore unsuitable for the present case of heat transfer from a gas turbine combustor, a reactor, in particular in a fluidized bed.
  • the heat pipe is not formed as a single tube, but as a complex component that contains both elements from a natural circulation steam generator and from the heat pipe technology.
  • the heat receiving side in the gas turbine combustor consists of individual, z. B thin tubes, which can also be ribbed, and which can be combined by means of a manifold to one or more common tubes.
  • the supply of liquid to be evaporated and the removal of the vapor can be carried out through the same tube, if z. B. the wall of the tubes is provided on the inside with a capillary structure.
  • the supply and return manifolds which may also be spatially connected in the presence of a capillary structure, are connected to a second system of supply and return manifolds of the heat-emitting side, where in turn z.
  • B. pipes are connected as a heat exchanger, but with a geometric structure that is adapted to the fluidized bed.
  • the pipes are here to achieve the required mechanical strength usually formed much more massive and also much longer than in the gas turbine combustor. In terms of process technology, this invention provides considerable advantages:
  • the gas temperature in the combustion chamber is only increased by a relatively small value in relation to the possible increase in temperature under stoichiometric combustion because of the above-mentioned stoichiometric combustion in particular.
  • Gas turbines thus operate usually with very high excess air, usually between 3 and 4. It is therefore procedurally possible to release additional heat in the combustion chamber by adding additional fuel, provided that before entering the gases in the turbine part of the gas turbine from the combustion chamber is dissipated. Neglecting this heat flow into and out of the combustion chamber results in a - theoretically - unchanged efficiency of the gas turbine process.
  • the heating of the reactor is effected by the additionally introduced into the combustion chamber of the gas turbine fuel. Since this additionally introduced heat - theoretically - is used completely for heating the reactor, an efficiency of almost 100% results for the heating. The cold gas efficiency can be significantly increased hereby.
  • the gas turbine inlet temperature is usually well above the working temperature allothermal carburetor, so that the outlet temperature of the heating medium from the heat exchanger is almost meaningless.
  • the device is also practically feasible in realistic dimensions.
  • - From the waste heat of the gas turbine can be, as already common practice, generate steam that can be used on the one hand in a steam process, on the other hand as a gasification medium.
  • the invention thus provides solid fuels for gas turbine operation, even in the context of small-scale systems for which a circulating fluidized bed is not feasible, without suffering considerable procedural expenses or considerable loss of efficiency.
  • the fuel gases produced there can be used wholly or partly for heating the oxygen-containing gases.
  • the pressure during combustion can be set to be equal to or higher than the pressure in the allothermal reactor.
  • steam is preferably used as the gasification medium, so that the fuel gas can also be partially used to generate this water vapor.
  • the allothermal reactor preferably has a stationary fluidized bed in the gasification area, since this allows a particularly compact design, and only in very large plants a circulating fluidized bed.
  • the heating of the allothermal reactor is preferably carried out outside the reaction range of the reactor.
  • One of the possible foreign uses of fuel gases is the production of hydrogen or synthetic hydrocarbons.
  • Picture 1 the cycle in general view
  • air 1 is sucked from the environment 1 1 and compressed in a compressor 2.
  • the compressed air 3 is passed into a combustion chamber 4 and there acted upon by fuel gas 28, so that at least part of the oxygen contained in the air reacts with the fuel gas 28 with the release of heat.
  • the flue gases 5 enter a heat exchanger 6 which is connected via connecting lines 35, 40 to a further heat exchanger 7 in an allothermal reactor 20.
  • Combustion chamber 4 and reactor 20 are separated from each other at least by a gas-tight wall 21.
  • the heat exchangers 6 and 7 are essential components of an intermediate circuit, with a circulating in natural circulation, ie without a mechanical drive for circulation, suitable intermediate medium such. B. liquid metal is equipped.
  • FIG. 2 shows the heat exchangers 6, 7 in detail.
  • the heat exchanger 6, liquid metal 38 is vaporized from the combustion chamber 4 via a heat exchange surface with the supply of heat 33.
  • steamed metal 33 rises in a manifold 34 and via a connecting line 35 in a second manifold 36, from where it passes into the cooling part 37, where it condenses via a heat exchange surface with heat release to the allothermic reactor 20 to liquid metal 38 and again over a manifold 39, the connecting line 40 and another manifold 41 flows back into the heating part 31
  • the manifolds 34 and 41 as well as 36 and 39, as well as the connection conduits 35 and 40, may be constructed as separate spatial systems or as a single conduit system.
  • the combustion chamber can be subdivided into a plurality of combustion chambers 4, 8 with interposed heat exchangers.
  • the heat exchanger 6 transfers at least part of the energy released in the combustion chamber 4 via the intermediate circuit and the heat exchanger 7 to the allothermal reactor 20.
  • the flue gases 5 can be heated again after exiting the heat exchanger 6 in a further combustion chamber 8 by adding a further fuel gas 29 9 and this flue gas 9 then relaxed in a gas turbine 10 and discharged to the environment.
  • the released in the turbine 10 mechanical energy is preferably via a direct mechanical coupling in the form of z. B. a shaft 12 delivered to the compressor 2, the remaining excess taken over a shaft 13.
  • the resulting mechanical energy 13 or a possible possible conversion into electrical energy by means of a generator is irrelevant to the invention.
  • fuel usually solid fuel 23, which is not suitable for direct use in the gas turbine 10, and with the aid of a gasification agent 22, preferably water vapor, with Help the registered via the heat exchanger 6, the intermediate circuit and the heat transfer medium contained there heat into a fuel gas 24.
  • gasification agent 22 preferably water vapor
  • the gas can be purified chemically and physically via a device for gas purification 25 which is not explained in more detail.
  • substances can also be added to the flow of fuel gas (eg steam for the shift reaction) or removed (eg dust).
  • the purified fuel gas 26 can then be supplied to the combustion chamber (s) 4, 8 of the gas turbine 28, 29 or to an external use 30.
  • the reactor 20 is operated above the pressure of the combustion chambers 48 of the gas turbine 10.
  • the fuel gas 24, 25 can be compressed to increase the pressure to the pressure level of the combustion chambers of the gas turbine via a compressor 27, if the pressure in the carburetor is below the pressure of the combustion chambers 4,8 or the pressure losses are too high up to the combustion chamber 4,8.
  • the invention thus relates to the coupling of a gas turbine 10 with an allothermic reactor 20 for the production of fuel gas 24-26.
  • the heat required for heating the allothermal reactor 20 is provided in the combustion chamber 4 of the gas turbine 10 and transmitted via heat exchanger 6,7, which is equipped with an intermediate circuit, in particular according to the operating principle of heat pipes, wherein the geometric design heat exchanger in the heating part 31 on the geometric see requirements of the gas turbine combustor and the cooling part 37 is adapted to the geometric requirements of a fluidized bed and both parts of the heat exchanger via manifolds and connecting lines are connected.
  • the heat is transferred in the heat exchanger in particular the heat pipes, via an intermediate circuit in which a vaporizing and condensing substance such.
  • a vaporizing and condensing substance such as sodium sulfate, sodium sulfate, sodium sulfate, sodium sulfate, sodium sulfate, sodium sulfate, sodium sulfate, sodium sulfate, sodium sulfate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium sulfate, sodium bicarbonate, sodium sulfate, sodium bicarbonate, sodium sulfate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium sulfate, sodium bicarbonate, sodium bicarbonate, sodium sulfate, sodium bicarbonate, sodium sulfate, sodium bicarbonate, sodium sulf
  • Combustion chamber 4 and reactor 20 are separated from each other gas-tight by a solid wall 21.
  • the fuel gases 24 produced in the reactor can be used at least partially for heating the gas turbine 10.

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Abstract

In order to convert solid fuels into electrical energy by means of allothermal gasification with approximately the same efficiency as is possible for combustible gases suitable for gas turbines, according to the invention at least part of the heat arising in the gas turbine process is used to heat the allothermal gasification of the solid fuels, and the heat transfer therebetween is effected by means of a condensing intermediate medium, which circulates in natural circulation in a separate space.

Description

Steigerung der Effizienz der Beheizung allothermer Reaktoren  Increase the efficiency of heating allothermal reactors
I. Anwendungsgebiet I. Field of application
Die Erfindung betrifft Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Beheizung eines allothermen Reaktors durch eine Verbindung mit dem Joule-Prozess und eine spezielle Form der Wärmeübertragung mit Hilfe eines zwischengeschalteten Wärmeträgermediums und einer speziellen Ausbildung des hierfür erforderlichen Wärmetauschers. The invention relates to a method for increasing the efficiency of heating an allothermal reactor by a connection with the Joule process and a special form of heat transfer by means of an intermediate heat transfer medium and a special design of the heat exchanger required for this purpose.
II. Technischer Hintergrund Allotherme Reaktoren 20 sind dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Aufrechterhaltung der Reaktionen extern beheizt werden müssen. Die im Produktgas enthaltene chemisch gebundene Energie ist größer als die im Brennstoff zugeführte Energie. Die Reaktionen laufen in der Regel bei Temperaturen oberhalb von 600 - 800 °C ab, so dass die Beheizung oberhalb dieser Temperaturen stattfinden muss. Sofern die Beheizung durch die Verbrennung von brennbaren Stoffen erfolgt, haben die Rauchgase am Ende der Verbrennung noch eine Temperatur, die oberhalb der Arbeitstemperatur im zu beheizenden Reaktor liegt. Die Abgase enthalten dann noch einen erheblichen Teil an nutzbarer Energie. Die Effizienz der Beheizung ist daher zunächst durch die hohe Abgastemperatur reduziert. Eine Erhöhung der Effizienz lässt sich bekanntermaßen erreichen, indem man einen Teil der Abwärme aus dem Abgas nutzt, um über Wärmetauscher die Verbrennungsluft vorzuwärmen. Dieses Verfahren ist hinlänglich bekannt und bedarf keiner näheren Erläuterung. Probleme treten hier jedoch dann auf, wenn durch die Verbrennungstechnologie (z.B. Pulsbrenner) oder maximal zulässige Werkstoffbelastungen die Vorwärmung der Verbrennungsluft auf eine bestimmte, maximale Temperatur beschränkt ist. II. Technical Background Allothermic reactors 20 are characterized in that they must be externally heated to maintain the reactions. The chemically bound energy contained in the product gas is greater than the energy supplied in the fuel. The reactions usually take place at temperatures above 600 - 800 ° C, so that the heating must take place above these temperatures. If the heating takes place through the combustion of combustible substances, the flue gases at the end of combustion still have a temperature which is above the working temperature in the reactor to be heated. The exhaust gases then still contain a considerable amount of usable energy. The efficiency of heating is therefore initially reduced by the high exhaust gas temperature. An increase in efficiency can be achieved, as is known, by using part of the waste heat from the exhaust gas to preheat the combustion air via heat exchangers. This method is well known and needs no further explanation. Problems arise here, however, when the combustion technology (eg pulse burner) or maximum permissible material loads, the preheating of the combustion air is limited to a certain maximum temperature.
Die Beheizung allothermer Reaktoren erfolgt - zwangsläufig - mit einem Teil des erzeugten Produktgases. Der Wirkungsgrad eines allothermen Reaktors wird als Kaltgaswirkungsgrad bezeichnet. Er kennzeichnet den Teil des Produktgases, das nicht für interne Beheizungszwecke benötigt wird und bezieht den unteren Heizwert dieses Gasstroms auf den unteren Heizwert des eingesetzten Brennstoffstroms. Der Kaltgaswirkungsgrad eines Reformers liegt unter Berücksichtigung des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik stets unter 100%. The heating of allothermal reactors takes place - inevitably - with a portion of the product gas produced. The efficiency of an allothermal reactor is referred to as cold gas efficiency. It identifies the part of the product gas that is not needed for internal heating purposes and refers the lower heating value of this gas flow to the lower calorific value of the fuel flow used. The cold gas efficiency of a reformer is always less than 100% taking into account the 2nd law of thermodynamics.
Nutzt man nun das in einem Reformer erzeugte Produktgas in einer nachgeschalteten Gasturbine oder einem Gasmotor, so ergibt sich der Wirkungs- grad für den Gesamtprozess aus dem Produkt des Teilwirkungsgrades Reformer (Kaltgaswirkungsgrad) und dem Teilwirkungsgrad der Arbeitsmaschine. Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems liegt somit stets unterhalb des Wirkungsgrades des Teilsystems Gasturbine oder Gasmotor. Die Effizienz von Prozessen, bei denen Brennstoffe eingesetzt werden, die für eine Nut- zung in einer Gasturbine oder einem Gasmotor per se nicht geeignet sind, liegt daher stets unter dem Wirkungsgrad, der sich beim Einsatz von geeigneten Brennstoffen erzielen lässt. If the product gas produced in a reformer is now used in a downstream gas turbine or a gas engine, the efficiency for the overall process results from the product of the partial efficiency reformer (cold gas efficiency) and the partial efficiency of the working machine. The efficiency of the overall system is thus always below the efficiency of the subsystem gas turbine or gas engine. The efficiency of processes using fuels that are not suitable for use in a gas turbine or a gas engine per se is therefore always below the efficiency that can be achieved by using suitable fuels.
Verwendet man als Wärmequelle die Brennkammer einer Gasturbine, so ergibt sich ein wesentlich niedrigerer Abgasverlust, da für die Gasturbine eine hohe Abgastemperatur am Ende der Beheizung für die Gasturbine hinsichtlich der Energieausbeute vorteilhaft ist. Trotz verschiedener Bemühungen war es bislang nicht möglich, diese vorteilhafte Kopplung zu nutzen, da der notwendige Flächenbedarf der Wärmetauscher stets eine erfolgreiche Umsetzung des Konzepts verhinderte. Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe mit Hilfe von Wasserdampf: If the combustion chamber of a gas turbine is used as the heat source, the result is a substantially lower exhaust gas loss, since for the gas turbine a high exhaust gas temperature at the end of the heating for the gas turbine is advantageous with regard to the energy yield. Despite various efforts, it has not been possible to use this advantageous coupling, since the necessary space requirement of the heat exchanger always prevented a successful implementation of the concept. Gasification of carbonaceous fuels by means of steam:
Die Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe wird in aller Regel für Brennstoffe durchgeführt, die aufgrund ihrer chemischen Schadstoffanteile oder sonstiger physikalischer Eigenschaften (z. B. Aschegehalt) zur Nutzung in Gasturbinen oder Verbrennungsmotoren nicht geeignet sind. Durch die Vergasung werden sie in einen Zustand überführt, in dem sie für diese hocheffizienten Arbeitsmaschinen einsetzbar werden. The gasification of carbonaceous fuels is usually carried out for fuels that are not suitable for use in gas turbines or internal combustion engines due to their chemical pollutants or other physical properties (eg. By gasification they are transferred to a state in which they can be used for these highly efficient machines.
Am Markt wird derzeit zur Bereitstellung von Brennstoffen für Gasturbinen nahezu ausschließlich die Flugstromvergasung mit Sauerstoff eingesetzt. At present, almost exclusively gas flow gasification with oxygen is used on the market to supply fuels for gas turbines.
Hierfür ist ein erheblicher Aufwand zur Abtrennung des Sauerstoffs aus der Luft erforderlich. Durch die Vergasung mit Sauerstoff wird weiterhin bereits ein Teil der im Brennstoff enthaltenen, chemisch gebundenen Energie in fühlbare Rauchgaswärme umgesetzt. Reinigt man das Vergasungsprodukt nun im kalten Zustand vor einer Nutzung in der Gasturbine, geht diese fühlbare Wärme zumindest teilweise verloren, anderenfalls besteht ein erheblicher Aufwand zur Reinigung der Gase im heißen Zustand. Das Wirkungsgradpotential für die Nutzung fester Brennstoffe in der Gasturbine liegt somit - verfahrenstechnisch bedingt - immer maßgeblich unter dem Potential von Erdgas oder anderen, direkt für die Gasturbine geeigneten Brennstoffen. Für das Kraftwerk Puertollano, das mit druckaufgeladener Sauerstoffvergasung arbeitet, ist in der Literatur ein Wirkungsgrad von 51 % angegeben, während moderne GuD-Anlagen der gleichen Leistungsklasse rd. 60% erreichen. Die konstruktive Ausführung eines Reaktors zur Vergasung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe mit Wasserdampf ist im Vergleich zu einer Luft- oder Sauerstoffvergasung zunächst sehr aufwendig, da eine erhebliche Wärmemenge in den Reaktor eingebracht werden muss. Diese beträgt in der Regel zwi- sehen 20 und 50% des Heizwertes des kohlenstoffhaltigen Brennstoffs. Zur Übertragung der Wärme ist eine erhebliche Fläche erforderlich, die im Allgemeinen zunächst stark unterschätzt wird. For this, a considerable effort to separate the oxygen from the air is required. By gasification with oxygen, some of the chemically bound energy contained in the fuel is also converted into sensible flue gas heat. If you clean the gasification product now in the cold state before use in the gas turbine, this sensible heat is at least partially lost, otherwise there is a considerable effort to clean the gases when hot. The efficiency potential for the use of solid fuels in the gas turbine is thus - due to process engineering - always significantly below the potential of natural gas or other, directly suitable for the gas turbine fuels. For the power plant Puertollano, which works with pressure-charged oxygen gasification, the literature indicates an efficiency of 51%, while modern gas and steam power plants of the same power class approx. Reach 60%. The structural design of a reactor for gasification of carbonaceous fuels with steam is initially very expensive compared to an air or oxygen gasification, since a considerable amount of heat must be introduced into the reactor. This is usually between 20% and 50% of the calorific value of the carbonaceous fuel. To transfer the heat, a considerable area is required, which is generally greatly underestimated at first.
Die Fläche wird bestimmt durch The area is determined by
- die zu übertragende Wärmemenge - The amount of heat to be transferred
die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz und damit auch die Temperaturdifferenz am Ende des Wärmetauschers  the mean logarithmic temperature difference and thus also the temperature difference at the end of the heat exchanger
den Wärmedurchgangskoeffizienten von der wärmeabgebenden zur wärmeaufnehmenden Seite.  the heat transfer coefficient from the heat-emitting to the heat-receiving side.
Nicht wenige Überlegungen zu möglichen Bauformen scheiterten aufgrund der Probleme des Wärmeeintrags bzw. der zu großen Wärmetauschflächen im Vergleich zum Reaktorvolumen. Viele Überlegungen gehen zur Lösung der Beheizungsfrage auf eine Mischung von allothermer (mit Wasserdampf) und autothermer (mit Luft oder Sauerstoff) Vergasung über. Teilweise sind die Gasströme im Reaktor vereint (EP 0 202 428), teilweise wird über einen Feststoff um lauf der Wärmehaushalt beider Zonen reguliert (US 4.444.007, AT 405.937). Not a few considerations on possible designs failed due to the problems of heat input or too large heat exchange surfaces compared to the reactor volume. Many considerations go to solving the heating question on a mixture of allothermic (with water vapor) and autothermal (with air or oxygen) gasification over. Some of the gas streams in the reactor are combined (EP 0 202 428), in part, the heat balance of both zones is controlled by a solid around the barrel (US 4,444,007, AT 405,937).
Die meisten Energieträger bergen mehr als unerhebliche Umweltgefahren in sich, so dass an die Verbrennung erhebliche Auflagen gestellt werden. Sind nun die Vergasungs- und Verbrennungsräume nicht vollständig und gasdicht voneinander getrennt, so ergibt sich, dass sowohl der Verbrennungs- als auch der Vergasungsteil mit einer aufwändigen Gasreinigung zur Fällung aller Schadstoffe ausgestattet werden müssen. Die Verbindung der beiden Reaktionsteile ist daher aus verfahrenstechnischer Sicht problematisch, die Nutzung von Reaktoren mit Feststoff um lauf zwischen Verbrennungs- und Vergasungsteil in der praktischen Anwendung eingeschränkt. Most sources of energy harbor more than insignificant environmental hazards, so incineration is a considerable burden. Now, if the gasification and combustion chambers are not completely and gas-tightly separated, it follows that both the combustion and the gasification must be equipped with a complex gas purification for the precipitation of all pollutants. The connection of the two reaction parts is therefore problematic from a procedural point of view, the Use of reactors with solids around running between combustion and gasification part in practical use limited.
Vorteilhaft ist somit eine Trennung der Reaktionsräume der Verbrennung und der Vergasung und in der Folge die Reinigung eines - kleinen - Produktgasstroms vor der Nutzung im Verbrennungsraum. Thus, it is advantageous to separate the reaction spaces of the combustion and the gasification and, as a consequence, to purify a small product gas stream before it is used in the combustion chamber.
In der Patentschrift DE 199.48.332 wird ein Vergaser für kohlenstoffhaltige Stoffe in der Bauart einer zirkulierenden Wirbelschicht offenbart, der extern beheizt wird. Die beiden Reaktionsräume sind gasdicht voneinander getrennt. Die Beheizung findet im absteigenden Bett über einen gasdichten Wärmetauscher statt, die Reaktion im aufsteigenden Bett. Das Verfahren ist für einen allothermen Reformer vorteilhaft, da die Baugröße des Beheizungsraums unabhängig vom Reaktionsraum festgelegt werden kann. In the patent DE 199.48.332 a carburetor for carbonaceous materials in the design of a circulating fluidized bed is disclosed, which is externally heated. The two reaction chambers are gas-tight separated from each other. The heating takes place in the descending bed via a gas-tight heat exchanger, the reaction in the rising bed. The method is advantageous for an allothermal reformer, since the size of the heating space can be determined independently of the reaction space.
In der Patentschrift US 4,212,652 wird erstmals die Beheizung eines allothermen Vergasers aus der Brennkammer einer Gasturbine beschrieben. Die praktische Umsetzung scheitert jedoch am Flächenbedarf. Der Reaktor aus DE 199 48 332 soll nun im Folgenden durch die Kopplung mit der Beheizung aus einer Gasturbinenbrennkammer gemäß US 4,212,652 unter Einbeziehung neuartiger Wärmetauscherkonzepte weiter optimiert werden: In the patent US 4,212,652 the heating of an allothermal gasifier from the combustion chamber of a gas turbine is described for the first time. However, the practical implementation fails due to the space requirement. The reactor of DE 199 48 332 will now be further optimized by the coupling with the heating from a gas turbine combustor according to US 4,212,652 using novel heat exchanger concepts below:
III. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, dieses Umsetzungsproblem durch eine intelligente und neuartige Kopplung verschiedener Prozesse und Apparate zu überwinden bzw. zu minimieren. b) Lösung der Aufgabe III. DESCRIPTION OF THE INVENTION a) Technical Object The invention is based on the objective of overcoming or minimizing this implementation problem by means of an intelligent and novel coupling of different processes and apparatuses. b) Solution of the task
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 17 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is solved by the features of claims 1 and 17. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Ziel jeder technischen Entwicklung bei der Realisierung allothermer Vergaser ist es, die erforderliche Fläche für die Wärmeübertragung auf eine machbare Größe zu reduzieren. Dies geschieht bislang durch folgende Maßnahmen: - Die zu übertragende Wärmemenge ist prozesstechnisch bedingt. Es wird jedoch angestrebt, die eintretenden Medien (Luft in die Verbrennung und Dampf in den Reformer) möglichst gut vorzuwärmen. The aim of every technical development in the realization of allothermal carburettors is to reduce the required area for heat transfer to a feasible size. So far, this has been done by the following measures: The amount of heat to be transferred is conditioned by process technology. However, it is desirable to preheat the incoming media (air in the combustion and steam in the reformer) as well as possible.
- Um die Wärmetauschfläche zu begrenzen, nimmt man derzeit hohe Aus- trittstemperaturen und hohe Temperaturunterschiede in Kauf. Die Wärmetauschfläche je MW Brennstoffeintrag in den Vergaser beträgt unter optimierten Bedingungen ca. 10 m2, bei weniger effizienten Verfahren auch bis zu und über 100 m2. Zahlreiche Ideen scheiterten daher bei der Umsetzung an der nicht lösbaren Frage, wie die Wärmeübertragungsflä- che auf einem begrenzten Raum konstruktiv zufrieden stellend eingebaut werden kann. - In order to limit the heat exchange surface, high discharge temperatures and high temperature differences are currently being accepted. The heat exchange surface per MW of fuel input into the carburetor is under optimized conditions about 10 m 2 , in less efficient processes up to and over 100 m 2 . Numerous ideas therefore failed during the implementation of the unsolvable question of how the heat transfer surface can be built constructively satisfactorily in a limited space.
- Zur Verbesserung des Wärmedurchgangskoeffizienten wählt man auf der Reaktorseite stets eine Wirbelschicht, da diese hohe Wärmeübergangs- zahlen ermöglicht. - To improve the heat transfer coefficient, a fluidized bed is always selected on the reactor side, as this allows high heat transfer rates.
Die Erfindung löst die Beheizungsprobleme allothermer Reaktoren, im speziellen von Wasserdampfvergasern für kohlenstoffhaltige Brennstoffe und hier wiederum insbesondere für den unter der Patentschrift DE 199 48 332 be- schriebenen, durch eine Kombination verschiedener Verfahren gekennzeichneten Reaktor: Durch die Erfindung wird einerseits ein Joule-Prozess zur Verfügung gestellt, bei dem aus den erhitzen Rauchgasen Wärme über einen Wärmetauscher entnommen und über einen weiteren Wärmetauscher einem Reaktor zur Beheizung dortiger Prozesse zugeführt wird. The invention solves the heating problems of allothermal reactors, in particular of steam carburetors for carbonaceous fuels and here again in particular for the reactor described under the patent DE 199 48 332, characterized by a combination of different processes: By the invention, on the one hand, a Joule process is made available in which heat is removed from the heated flue gases via a heat exchanger and fed via a further heat exchanger to a reactor for heating processes there.
Indem die Wärmeübertragung zwischen den beiden Wärmetauschern über ein Zwischenmedium mit Phasenwechsel erfolgt, können die beiden Wärmetauscher nicht nur getrennt voneinander angeordnet werden, sondern auch nach den jeweils spezifisch vorliegenden Gegebenheiten gestaltet werden. By the heat transfer between the two heat exchangers via an intermediate medium with phase change, the two heat exchangers can not only be arranged separately from each other, but also be designed according to the specific conditions present in each case.
Insbesondere werden dabei die zur Erhitzung des sauerstoffhaltigen Gases benötigte Brenngase ganz oder teilweise in dem Reaktor hergestellt. In particular, the fuel gases required for heating the oxygen-containing gas are wholly or partly produced in the reactor.
Auf diese Art und Weise wird auch ein Verfahren zur indirekten Beheizung eines allothermen Reaktors zur Verfügung gestellt, in dem die Beheizung durch eine exotherme Reaktion mittels eines sauerstoffhaltigen Gases erfolgt, welches insbesondere auch komprimiert wird. In this way, a method for indirect heating of an allothermal reactor is provided, in which the heating takes place by an exothermic reaction by means of an oxygen-containing gas, which is in particular also compressed.
Von der exothermen Reaktion zum allothermen Reaktor erfolgt die Wärme- Übertragung wiederum mittels der soeben beschriebenen beiden Wärmetauscher. From the exothermic reaction to the allothermal reactor, the heat transfer takes place again by means of the two heat exchangers just described.
Des Weiteren wird durch die Erfindung somit eine Gasturbinenanlage zur Verfügung gestellt, bei der aus der Brennkammer der Gasturbine mittels ei- nes ersten Wärmetauschers Wärme ausgekoppelt wird, die über einen weiteren, damit gekoppelten zweiten Wärmetauscher in einen Reaktor übertragen wird, wobei die beiden Wärmetauscher über ein Zwischenmedium gekoppelt sind, welches in einem eigenen abgetrennten Raum zirkuliert. Die beiden miteinander gekoppelten Wärmetauscher können dabei auch die beiden Enden von Heatpipes sein. Für die Reaktorseite wird - wie üblich - eine Wirbelschicht eingesetzt, obwohl dies nicht zwingend erforderlich ist. Furthermore, the invention thus provides a gas turbine plant in which heat is decoupled from the combustion chamber of the gas turbine by means of a first heat exchanger, which is transferred via a further second heat exchanger coupled thereto into a reactor, wherein the two heat exchangers an intermediate medium are coupled, which circulates in its own separate room. The two coupled heat exchangers can also be the two ends of heat pipes. For the reactor side - as usual - a fluidized bed is used, although this is not absolutely necessary.
Auf der Beheizungsseite verlässt die Erfindung die bekannten Ideen einer pulsierenden Verbrennung (US 5,059,404) oder einer Wirbelschicht (DE 199 00 1 16, EP 0 329 673) und schließt die vorhandene technologische Lücke mit einer neuartigen Verfahrenskopplung, die es ermöglicht, Festbrennstoff über den Weg der allothermen Vergasung mit annähernd dem gleichen Wirkungsgrad in elektrische Energie umzusetzen wie für Gasturbinen geeignete Brennstoffe: On the heating side, the invention leaves the known ideas of a pulsating combustion (US 5,059,404) or a fluidized bed (DE 199 00 1 16, EP 0 329 673) and closes the existing technological gap with a novel process coupling, which allows solid fuel over the way the allothermal gasification with approximately the same efficiency to convert into electrical energy as suitable for gas turbines fuels:
Auf der Beheizungsseite wird eine Verbrennung von brennbaren Stoffen in einem sauerstoffhaltigen Gas durchgeführt. Wärmetauscher, die in diesem Rauchgasstrom angeordnet sind, besitzen üblicherweise einen verhältnismäßig niedrigen Wärmeübergangskoeffizient. Der Wärmeübergangskoeffizient wird dadurch erhöht, dass die Verbrennung im sauerstoffhaltigen Gas unter Druck erfolgt. Durch die Druckaufladung wird - bei gleicher Gasgeschwindigkeit - der Wärmeübergangskoeffizient erhöht. Zusätzlich kann der Wärmetauscher wahlweise zur weiteren Verbesserung der Wärmeübertragung mit Rippen versehen sein. On the heating side, combustion of combustible substances in an oxygen-containing gas is carried out. Heat exchangers, which are arranged in this flue gas stream, usually have a relatively low heat transfer coefficient. The heat transfer coefficient is increased by combustion in the oxygen-containing gas under pressure. The pressure charging increases the heat transfer coefficient at the same gas velocity. In addition, the heat exchanger may optionally be provided with ribs for further improvement of heat transfer.
Die Abgastemperatur am Ende der Beheizung soll möglichst hoch sein, um die Wärmetauschflächen zu reduzieren. Da die Verbrennung unter Druck erfolgt, erfordert sie vor der Verbrennung eine Verdichtung des sauerstoffhaltigen Gases, ermöglicht jedoch hinterher auch eine Entspannung. Aus diesem Prozess, der als Joule- oder Gasturbinenprozess bekannt ist, lässt sich mechanische Arbeit gewinnen. Er bringt umso höhere Wirkungsgrade, je höher die Eintrittstemperatur der Gase in den Entspannungsteil des Prozesses ist. Die Zielsetzung einer möglichst hohen Abgastemperatur am Ende des Wärmetauschers wird daher durch die Kopplung mit der Druckaufladung in sehr effizienter Weise gelöst. - Die Beheizung im druckaufgeladenen Zustand, d.h. während der Wärmezufuhr im Joule-Prozess, wurde in US-Patentanmeldung 4,212,652 offenbart. Da die Anmeldung jedoch an eine spezielle Form des Wärmetauschers gebunden war, konnte die Beheizungsfrage nicht zufriedenstellend gelöst werden, so dass keine ausgeführten Anlagen bekannt sind. The exhaust gas temperature at the end of the heating should be as high as possible in order to reduce the heat exchange surfaces. Since combustion takes place under pressure, it requires compression of the oxygen-containing gas before combustion, but subsequently also allows relaxation. From this process, known as the joule or gas turbine process, mechanical work can be gained. It brings the higher efficiencies, the higher the inlet temperature of the gases in the relaxation part of the process. The objective of the highest possible exhaust gas temperature at the end of the heat exchanger is therefore solved by the coupling with the pressure charging in a very efficient manner. The pressurized state heating, ie during Joule process heat input, has been disclosed in U.S. Patent Application 4,212,652. However, since the application was bound to a specific form of the heat exchanger, the heating issue could not be solved satisfactorily, so that no running plants are known.
Auch dieses erfindungsgemäße Verfahren ist aufgrund der thermodyna- mischen Restriktionen (2. Hauptsatz) nicht in der Lage, den Kaltgaswirkungsgrad auf über oder annähernd 100% zu erhöhen, die Kopplung ermöglicht es jedoch, einen Gasturbinenprozess für kohlenstoffhaltige Festbrennstoffe mit gleicher Effizienz auszuführen wie mit Brennstoffen, die einer direkten Nutzung in der Gasturbine zugänglich sind. Also this method according to the invention is not able to increase the cold gas efficiency to over or nearly 100% due to the thermodynamic restrictions (2nd law), but the coupling makes it possible to carry out a gas turbine process for carbonaceous solid fuels with the same efficiency as with fuels that are accessible for direct use in the gas turbine.
- Der Wärmetauscher könnte theoretisch in allen bekannten Technologien ausgeführt sein. Erfindungsgemäß werden jedoch anstelle der üblichen Rohrbündelwärmetauscher Heat-Pipes für die Wärmeübertragung eingesetzt (DE 199.00.1 16). Die Ausführung nach dem Funktionsprinzip von Heat-Pipes ist daher auch wesentlicher Bestandteil der Erfindung. Mit dieser Maßnahme lässt sich die Geometrie der Beheizungsseite weitestgehend von der Geometrie der zu wärmeabgebenden Seite entkoppeln. The heat exchanger could theoretically be implemented in all known technologies. According to the invention, however, instead of the usual tube bundle heat exchangers, heat pipes are used for the heat transfer (DE 199.00.1 16). The design according to the functional principle of heat pipes is therefore also an integral part of the invention. With this measure, the geometry of the heating side can largely be decoupled from the geometry of the heat-emitting side.
Heat-Pipes sind geschlossene Rohre, in denen sich im kalten Zustand ein festes oder flüssiges Medium, insbesondere Metall, unter Vakuum befindet, zumeist Alkali-Metalle wie Kalium oder Natrium. Mit Beheizung der Rohre, meist am unteren Ende, wird das feste Metall flüssig. Im weiteren Verlauf stellt sich zwischen flüssiger und der dampfförmigen Phase ein Druck-Gleichgewicht dergestalt ein, dass die Verdampfung auf der Beheizungsseite und die Kondensation auf der Kühlseite des Rohres stattfindet. Der im Rohr herrschende Druck bestimmt die Verdampfungsund Kondensationstemperatur und somit den Wärmedurchgang. Verdampfung und Kondensation erlauben hohe Wärmeübertragungsraten, so dass das System als Wärme-Übertrager in einem Zwischenkreislauf geeignet ist. Das Rohr ist hierbei horizontal geneigt oder vertikal einzubauen. Die Kühlseite muss zur Ausbildung der erforderlichen natürlichen Konvektion (Naturumlauf) oberhalb der Beheizungsseite oder maximal auf gleicher Höhe liegen. Heat pipes are closed pipes in which, when cold, a solid or liquid medium, in particular metal, is under vacuum, usually alkali metals such as potassium or sodium. With heating of the pipes, usually at the lower end, the solid metal becomes liquid. In the further course, a pressure equilibrium arises between the liquid phase and the vapor phase in such a way that the evaporation takes place on the heating side and the condensation takes place on the cooling side of the tube. The pressure prevailing in the pipe determines the evaporation and condensation temperature and thus the heat transfer. Evaporation and condensation allow high heat transfer rates, so that the system is suitable as a heat exchanger in an intermediate circuit. The pipe should be horizontally inclined or vertically installed. The cooling side must be above the heating side or at the same height to form the required natural convection (natural circulation).
Eine Heatpipe ist typischerweise als Rohr ausgebildet, dessen eines Ende beheizt und dessen anderes Ende gekühlt wird. Diese geometrische Form einer Heatpipe ist daher für den vorliegenden Fall einer Wärmeübertragung aus einer Gasturbinen-Brennkammer, einen Reaktor, insbesondere in eine Wirbelschicht ungeeignet. A heat pipe is typically formed as a tube, one end of which is heated and the other end is cooled. This geometric shape of a heat pipe is therefore unsuitable for the present case of heat transfer from a gas turbine combustor, a reactor, in particular in a fluidized bed.
Erfindungsgemäß wird die Heatpipe nicht als einzelnes Rohr, sondern als komplexes Bauteil ausgebildet, das sowohl Elemente aus einem Naturumlaufdampferzeuger als auch aus der Heatpipe-Technologie enthält. According to the invention, the heat pipe is not formed as a single tube, but as a complex component that contains both elements from a natural circulation steam generator and from the heat pipe technology.
Die wärmeaufnehmende Seite in der Gasturbinen-Brennkammer besteht aus einzelnen, z. B dünnen Rohren, die auch berippt sein können, und die mittels einer Sammelleitung zu einem oder mehreren gemeinsamen Rohren zusammengefasst werden können. The heat receiving side in the gas turbine combustor consists of individual, z. B thin tubes, which can also be ribbed, and which can be combined by means of a manifold to one or more common tubes.
Die Versorgung mit zu verdampfender Flüssigkeit und die Abführung des Dampfes können durch das gleiche Rohr erfolgen, sofern z. B. die Wandung der Rohre auf der Innenseite mit einer Kapillarstruktur versehen ist. The supply of liquid to be evaporated and the removal of the vapor can be carried out through the same tube, if z. B. the wall of the tubes is provided on the inside with a capillary structure.
Die Vor- und Rücklaufsammelleitungen, die bei Vorhandensein einer Kapillarstruktur auch räumlich verbunden sein können, sind mit einem zweiten System von Vor- und Rücklaufsammelleitungen der wärmeabgebenden Seite verbunden, wo wiederum z. B. Rohre angeschlossen sind als Wärmetauscher, jedoch mit einer geometrischen Struktur, die der Wirbelschicht angepasst ist. Die Rohre sind hier zur Erzielung der erforderlichen mechanischen Festigkeit üblicherweise wesentlich massiver ausgebildet und auch wesentlich länger als in der Gasturbinen- Brennkammer. Verfahrenstechnisch ergeben sich durch diese Erfindung erhebliche Vorteile: The supply and return manifolds, which may also be spatially connected in the presence of a capillary structure, are connected to a second system of supply and return manifolds of the heat-emitting side, where in turn z. B. pipes are connected as a heat exchanger, but with a geometric structure that is adapted to the fluidized bed. The pipes are here to achieve the required mechanical strength usually formed much more massive and also much longer than in the gas turbine combustor. In terms of process technology, this invention provides considerable advantages:
- Bei Gasturbinen wird in der Brennkammer die Gastemperatur im Verhältnis zur möglichen Temperaturerhöhung bei stöchiometrischer Verbrennung nur um einen relativ kleinen Wert angehoben wegen der insbeson- dere unter stöchiometrischen Verbrennung. Gasturbinen arbeiten somit in der Regel mit sehr hohem Luftüberschuss, in der Regel zwischen 3 und 4. Es ist daher verfahrenstechnisch möglich, in der Brennkammer durch Zugabe zusätzlichen Brennstoffs zusätzliche Wärme freizusetzen, sofern diese vor Eintritt der Gase in den Turbinenteil der Gasturbine aus der Brennkammer abgeführt wird. Unter Vernachlässigung dieses Wärmestroms in die und aus der Brennkammer ergibt sich ein - theoretisch - unveränderter Wirkungsgrad des Gasturbinenprozesses. In the case of gas turbines, the gas temperature in the combustion chamber is only increased by a relatively small value in relation to the possible increase in temperature under stoichiometric combustion because of the above-mentioned stoichiometric combustion in particular. Gas turbines thus operate usually with very high excess air, usually between 3 and 4. It is therefore procedurally possible to release additional heat in the combustion chamber by adding additional fuel, provided that before entering the gases in the turbine part of the gas turbine from the combustion chamber is dissipated. Neglecting this heat flow into and out of the combustion chamber results in a - theoretically - unchanged efficiency of the gas turbine process.
- Die Beheizung des Reaktors erfolgt durch den zusätzlich in die Brenn- kammer der Gasturbine eingebrachten Brennstoff. Da diese zusätzlich eingebrachte Wärme - theoretisch - vollständig zur Beheizung des Reaktors verwendet wird, ergibt sich für die Beheizung ein Wirkungsgrad von nahezu 100%. Der Kaltgaswirkungsgrad lässt sich hiermit deutlich anheben. - The heating of the reactor is effected by the additionally introduced into the combustion chamber of the gas turbine fuel. Since this additionally introduced heat - theoretically - is used completely for heating the reactor, an efficiency of almost 100% results for the heating. The cold gas efficiency can be significantly increased hereby.
- Die Gasturbineneintrittstemperatur liegt in aller Regel deutlich über der Arbeitstemperatur allothermer Vergaser, so dass die Austrittstemperatur des Beheizungsmediums aus dem Wärmetauscher nahezu bedeutungslos wird. - The gas turbine inlet temperature is usually well above the working temperature allothermal carburetor, so that the outlet temperature of the heating medium from the heat exchanger is almost meaningless.
- Unter Einbeziehung von Heat-Pipes zur Wärmeübertragung vom Ver- brennungs- in den Reaktorteil wird die Vorrichtung auch praktisch in realistischen Dimensionen umsetzbar. - Aus der Abwärme der Gasturbine lässt sich, wie bereits jetzt üblich, Dampf erzeugen, der zum einen in einem Dampfprozess, zum anderen als Vergasungsmedium genutzt werden kann. - Including heat pipes for heat transfer from the combustion into the reactor part, the device is also practically feasible in realistic dimensions. - From the waste heat of the gas turbine can be, as already common practice, generate steam that can be used on the one hand in a steam process, on the other hand as a gasification medium.
- Die Erzeugung brennbarer Gase aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen erfolgt durch Kopplung der Prozesse mit einem sehr hohen Wirkungsgrad. An Verlusten verbleiben im Wesentlichen die - relativ kleinen - fühlbaren Wärmemengen aus der Restaufheizung der Medien im Reaktor sowie aus der Abkühlung und Reinigung der erzeugten Brenngase vor der Nutzung. - The production of combustible gases from carbonaceous feedstocks takes place by coupling the processes with a very high efficiency. Losses remain essentially the - relatively small - sensible amounts of heat from the residual heating of the media in the reactor and from the cooling and cleaning of the fuel gases generated before use.
- Nutzt man die brennbaren Gase in der Gasturbine, so ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad für den Prozess, der nur mehr unwesentlich unter dem Wirkungsgrad liegt, der sich heute bei Einsatz von Brennstoffen ergibt, die per se für den Einsatz in Gasturbinen geeignet sind. - Utilizing the combustible gases in the gas turbine, so there is an overall efficiency for the process, which is only marginally below the efficiency that results today when using fuels that are suitable per se for use in gas turbines.
- Die Erfindung erschließt somit feste Brennstoffe für den Gasturbinenbetrieb auch im Rahmen kleiner kompakter Anlagen für die eine zirkulieren- de Wirbelschicht nicht machbar ist, ohne hierbei erhebliche verfahrenstechnische Aufwendungen oder erhebliche Wirkungsgradeinbußen zu erleiden. The invention thus provides solid fuels for gas turbine operation, even in the context of small-scale systems for which a circulating fluidized bed is not feasible, without suffering considerable procedural expenses or considerable loss of efficiency.
Als Detailvorteile sind folgende zu nennen: The following are to be mentioned as detail advantages:
Durch das Zusammenschalten der Wärmetauscherrohre einmal auf Seiten der Beheizung, also in der Brennkammer der Gasturbine, das andere Mal auf der Seite der Wärmeabgabe, also im Reaktor, jeweils über eine Sammelleitung, und das Verbinden der Sammelleitungen über wenigstens eine Ver- bindungsleitung, ergibt sich der Vorteil, dass auf den beiden Seiten die Rohre unabhängig von der jeweils anderen Seite optimal gestaltet werden können. Indem der Schritt der Erhitzung des sauerstoffhaltigen komprimierten Gases in Teilschritte aufgespalten werden kann, kann festgelegt werden, welcher Teil des Energieinhaltes aus diesen Rauchgases über Wärmetauscher im ersten Teilschritt der Erhitzung entnommen und dem Reaktor zugeführt und/oder im zweiten Teilschritt der Erhitzung der Entspannung zugeführt wird. By interconnecting the heat exchanger tubes once on the heating side, ie in the combustion chamber of the gas turbine, the other time on the side of heat dissipation, ie in the reactor, each via a manifold, and connecting the manifolds via at least one connecting line, results the advantage that on both sides of the tubes can be optimally designed regardless of the other side. By being able to split the step of heating the oxygen-containing compressed gas into substeps, it is possible to determine which part of the energy content is taken from this flue gas via heat exchangers in the first substep of the heating and fed to the reactor and / or in the second step of the heating ,
Indem als Reaktor ein allothermer Reaktor zum Vergasen von kohlestoffhal- tigen Brennstoffen verwendet wird, können die dort erzeugten Brenngase ganz oder teilweise zur Erhitzung der sauerstoffhaltigen Gase eingesetzt werden. By using an all-thermal reactor for gasifying coal-containing fuels as the reactor, the fuel gases produced there can be used wholly or partly for heating the oxygen-containing gases.
Durch die Verdichtung des sauerstoffhaltigen Gases vor der Verbrennung kann insbesondere der Druck bei der Verbrennung gleich hoch oder höher gesetzt werden als der Druck im allothermen Reaktor. By compressing the oxygen-containing gas prior to combustion, in particular the pressure during combustion can be set to be equal to or higher than the pressure in the allothermal reactor.
Durch die chemische und/oder physikalische Reinigung der im Reaktor erzeugten Brenngase können diese nicht nur zur Verbrennung mit dem sauerstoffhaltigen komprimierten Gas benutzt werden, sondern auch einer Fremdnutzung zugeführt werden. By the chemical and / or physical purification of the fuel gases produced in the reactor, these can not only be used for combustion with the oxygen-containing compressed gas, but also be supplied to a third-party use.
Beim Betrieb des allothermen Reaktors wird bevorzugt Wasserdampf als Vergasungsmedium eingesetzt, so dass das Brenngas teilweise auch zur Erzeugung dieses Wasserdampfes benutzt werden kann. When operating the allothermal reactor, steam is preferably used as the gasification medium, so that the fuel gas can also be partially used to generate this water vapor.
Der allotherme Reaktor weist im Vergasungsbereich vorzugsweise eine stationäre Wirbelschicht auf, da dies eine besonders kompakte Bauform ermöglicht, und nur bei sehr großen Anlagen eine zirkulierende Wirbelschicht. The allothermal reactor preferably has a stationary fluidized bed in the gasification area, since this allows a particularly compact design, and only in very large plants a circulating fluidized bed.
Dabei wird die Beheizung des allothermen Reaktors vorzugsweise außerhalb des Reaktionsbereiches des Reaktors erfolgen. Eine der möglichen Fremdnutzungen der Brenngase ist die Herstellung von Wasserstoff oder synthetischen Kohlenwasserstoffen. In this case, the heating of the allothermal reactor is preferably carried out outside the reaction range of the reactor. One of the possible foreign uses of fuel gases is the production of hydrogen or synthetic hydrocarbons.
c) Ausführungsbeispiele c) embodiments
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen: Bild 1 : den Kreislauf in Gesamtansicht, An embodiment according to the invention is described in more detail below by way of example. It shows: Picture 1: the cycle in general view,
Bild 2: das Detail der Heatpipe. Picture 2: the detail of the heatpipe.
Gemäß Bild 1 wird Luft 1 aus der Umgebung 1 1 angesaugt und in einem Verdichter 2 komprimiert. Die komprimierte Luft 3 wird in eine Brennkammer 4 geleitet und dort mit Brenngas 28 beaufschlagt, so dass zumindest ein Teil des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs mit dem Brenngas 28 unter Abgabe von Wärme reagiert. Von der Brennkammer treten die Rauchgase 5 in einen Wärmetauscher 6 ein, der über Verbindungsleitungen 35, 40 mit einem weiteren Wärmetauscher 7 in einem allothermen Reaktor 20 verbunden ist. Brennkammer 4 und Reaktor 20 sind zumindest durch eine gasdichte Wand 21 voneinander getrennt. According to Figure 1, air 1 is sucked from the environment 1 1 and compressed in a compressor 2. The compressed air 3 is passed into a combustion chamber 4 and there acted upon by fuel gas 28, so that at least part of the oxygen contained in the air reacts with the fuel gas 28 with the release of heat. From the combustion chamber, the flue gases 5 enter a heat exchanger 6 which is connected via connecting lines 35, 40 to a further heat exchanger 7 in an allothermal reactor 20. Combustion chamber 4 and reactor 20 are separated from each other at least by a gas-tight wall 21.
Die Wärmetauscher 6 und 7 sind wesentliche Bestandteile eines Zwischenkreislaufs, der mit einem im Naturumlauf, also ohne einen mechanischen Antrieb für den Umlauf, zirkulierendes geeignetes Zwischenmedium wie z. B. Flüssigmetall, ausgestattet ist. The heat exchangers 6 and 7 are essential components of an intermediate circuit, with a circulating in natural circulation, ie without a mechanical drive for circulation, suitable intermediate medium such. B. liquid metal is equipped.
Bild 2 zeigt die Wärmetauscher 6, 7 im Detail. In dem Beheizungsteil 31 , dem Wärmetauscher 6, wird über eine Wärmetauschfläche unter Wärmezufuhr aus der Brennkammer 4 flüssiges Metall 38 verdampft 33. Das ver- dampfte Metall 33 steigt auf in eine Sammelleitung 34 und über eine Verbindungsleitung 35 in eine zweite Sammelleitung 36, von wo aus es in den Kühlteil 37 gelangt, wo es über eine Wärmetauschfläche unter Wärmeabgabe an den allothermen Reaktor 20 kondensiert zu flüssigem Metall 38 und wieder über eine Sammelleitung 39, die Verbindungsleitung 40 und eine weitere Sammelleitung 41 in den Beheizungsteil 31 zurückfließt Figure 2 shows the heat exchangers 6, 7 in detail. In the heating part 31, the heat exchanger 6, liquid metal 38 is vaporized from the combustion chamber 4 via a heat exchange surface with the supply of heat 33. steamed metal 33 rises in a manifold 34 and via a connecting line 35 in a second manifold 36, from where it passes into the cooling part 37, where it condenses via a heat exchange surface with heat release to the allothermic reactor 20 to liquid metal 38 and again over a manifold 39, the connecting line 40 and another manifold 41 flows back into the heating part 31
Die Sammelleitungen 34 und 41 sowie 36 und 39 können genauso wie die Verbindungsleitung 35 und 40 als räumliche getrennte Systeme oder als einheitliches Leitungssysteme aufgebaut sein. The manifolds 34 and 41 as well as 36 and 39, as well as the connection conduits 35 and 40, may be constructed as separate spatial systems or as a single conduit system.
Die Brennkammer kann in mehrere Brennkammern 4, 8 mit zwischengeschalteten Wärmetauschern unterteilt sein. Der Wärmetauscher 6 überträgt zumindest einen Teil der in der Brennkammer 4 freigesetzten Energie über den Zwischenkreislauf und den Wärmetauscher 7 an den allothermen Reaktor 20. The combustion chamber can be subdivided into a plurality of combustion chambers 4, 8 with interposed heat exchangers. The heat exchanger 6 transfers at least part of the energy released in the combustion chamber 4 via the intermediate circuit and the heat exchanger 7 to the allothermal reactor 20.
Die Rauchgase 5 können nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher 6 in einer weiteren Brennkammer 8 noch einmal durch Zugabe eines weiteren Brenngases 29 aufgeheizt werden 9 und dieses Rauchgas 9 dann in einer Gasturbine 10 entspannt und an die Umgebung abgegeben werden. The flue gases 5 can be heated again after exiting the heat exchanger 6 in a further combustion chamber 8 by adding a further fuel gas 29 9 and this flue gas 9 then relaxed in a gas turbine 10 and discharged to the environment.
Die in der Turbine 10 freiwerdende mechanische Energie wird bevorzugt über eine direkte mechanische Kopplung in Form z. B. einer Welle 12 an den Verdichter 2 abgegeben, der verbleibende Überschuss über eine Welle 13 entnommen. Die anfallende mechanische Energie 13 oder eine eventuell mögliche Umwandlung in elektrische Energie mittels eines Generators ist für die Erfindung jedoch ohne Belang. The released in the turbine 10 mechanical energy is preferably via a direct mechanical coupling in the form of z. B. a shaft 12 delivered to the compressor 2, the remaining excess taken over a shaft 13. However, the resulting mechanical energy 13 or a possible possible conversion into electrical energy by means of a generator is irrelevant to the invention.
Im allothermen Reaktor 20 wird Brennstoff, in der Regel fester Brennstoff 23, zugegeben, der für eine direkte Nutzung in der Gasturbine 10 nicht geeignet ist, und mit Hilfe eines Vergasungsmittels 22, bevorzugt Wasserdampf, mit Hilfe der über den Wärmetauscher 6, den Zwischenkreislauf und das dort enthaltene Wärmeträgermedium eingetragenen Wärme in ein Brenngas 24 umgewandelt. Der in der Patentschrift DE 199 48 332 offenbarte Vergaser eignet sich in doppelter Weise für die Kopplung mit der Gasturbine. In the allothermal reactor 20 is added fuel, usually solid fuel 23, which is not suitable for direct use in the gas turbine 10, and with the aid of a gasification agent 22, preferably water vapor, with Help the registered via the heat exchanger 6, the intermediate circuit and the heat transfer medium contained there heat into a fuel gas 24. The disclosed in the patent DE 199 48 332 carburetor is in two ways for the coupling with the gas turbine.
Das Gas kann über eine nicht näher erläuterte Vorrichtung zur Gasreinigung 25 chemisch und physikalisch gereinigt werden. Hierzu können dem Brenn- gas 25 auch Substanzen dem Strom zugegeben (z. B. Wasserdampf für die Shift-Reaktion) oder abgezogen (z. B. Staub) werden. The gas can be purified chemically and physically via a device for gas purification 25 which is not explained in more detail. For this purpose, substances can also be added to the flow of fuel gas (eg steam for the shift reaction) or removed (eg dust).
Ebenso können in dieser Gasreinigung noch einmal Wärme zugeführt oder entzogen werden oder chemische Reaktionen ablaufen. Likewise, in this gas purification, heat can once again be supplied or withdrawn or chemical reactions take place.
Das gereinigte Brenngas 26 kann dann der oder den Brennkammern 4, 8 der Gasturbine zugeführt 28, 29 oder einer Fremdnutzung 30 zugeführt werden. The purified fuel gas 26 can then be supplied to the combustion chamber (s) 4, 8 of the gas turbine 28, 29 or to an external use 30.
Bevorzugt wird der Reaktor 20 oberhalb des Druckes der Brennkammern 48 der Gasturbine 10 betrieben. Das Brenngas 24, 25 kann jedoch zur Druckerhöhung auf das Druckniveau der Brennkammern der Gasturbine über einen Verdichter 27 komprimiert werden, sofern der Druck im Vergaser unterhalb des Drucks der Brennkammern 4,8 liegt oder die Druckverluste bis zur Brennkammer 4,8 zu hoch sind. Preferably, the reactor 20 is operated above the pressure of the combustion chambers 48 of the gas turbine 10. However, the fuel gas 24, 25 can be compressed to increase the pressure to the pressure level of the combustion chambers of the gas turbine via a compressor 27, if the pressure in the carburetor is below the pressure of the combustion chambers 4,8 or the pressure losses are too high up to the combustion chamber 4,8.
Die Erfindung hat also die Kopplung einer Gasturbine 10 mit einem allother- men Reaktor 20 zur Herstellung von Brenngas 24 - 26 zum Gegenstand. The invention thus relates to the coupling of a gas turbine 10 with an allothermic reactor 20 for the production of fuel gas 24-26.
Die zur Beheizung des allothermen Reaktors 20 erforderliche Wärme wird in der Brennkammer 4 der Gasturbine 10 bereitgestellt und über Wärmetauscher 6,7 übertragen, der mit einem Zwischenkreislauf insbesondere nach dem Funktionsprinzip von Heat-Pipes ausgestattet ist, wobei die geometrische Ausbildung Wärmetauschers im Beheizungsteil 31 auf die geometri- sehen Anforderungen der Gasturbinen-Brennkammer und im Kühlteil 37 auf die geometrischen Anforderungen einer Wirbelschicht angepasst ist und beide Teile des Wärmetauschers über Sammelleitungen und Verbindungsleitungen verbunden sind. The heat required for heating the allothermal reactor 20 is provided in the combustion chamber 4 of the gas turbine 10 and transmitted via heat exchanger 6,7, which is equipped with an intermediate circuit, in particular according to the operating principle of heat pipes, wherein the geometric design heat exchanger in the heating part 31 on the geometric see requirements of the gas turbine combustor and the cooling part 37 is adapted to the geometric requirements of a fluidized bed and both parts of the heat exchanger via manifolds and connecting lines are connected.
Die Wärme wird im Wärmetauscher insbesondere den Heatpipes, über einen Zwischenkreislauf übertragen, in dem eine verdampfende und kondensierende Substanz wie z. B. ein Alkali-Metall im Naturumlauf als Wärmetransportmedium dient. The heat is transferred in the heat exchanger in particular the heat pipes, via an intermediate circuit in which a vaporizing and condensing substance such. B. an alkali metal in natural circulation serves as a heat transport medium.
Brennkammer 4 und Reaktor 20 sind durch eine feste Wand 21 gasdicht voneinander getrennt. Combustion chamber 4 and reactor 20 are separated from each other gas-tight by a solid wall 21.
Die im Reaktor erzeugten Brenngase 24 können zumindest teilweise zur Be- heizung der Gasturbine 10 genutzt werden. The fuel gases 24 produced in the reactor can be used at least partially for heating the gas turbine 10.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Luft 1 air
2 Verdichter 2 compressors
3 komprimierte Luft 3 compressed air
4 Brennkammer 4 combustion chamber
5 Rauchgas 5 flue gas
6 Wärmetauscher  6 heat exchangers
7 Wärmetauscher  7 heat exchangers
8 Brennkammer 8 combustion chamber
9 Rauchgas 9 flue gas
10 Gasturbine 10 gas turbine
1 1 Umgebung1 1 environment
12 Welle 12 wave
13 mechanische Energie, Welle 13 mechanical energy, wave
20 allothermer Reaktor 20 allothermal reactor
21 (gasdichte) Wand  21 (gas-tight) wall
22 Vergasungsmittel  22 gasification agent
23 Brennstoff 23 fuel
24 Brenngas 24 fuel gas
25 Gasreinigung 25 gas cleaning
26 gereinigtes Brenngas26 purified fuel gas
27 Verdichter27 compressors
28 Brenngas 28 fuel gas
29 Brenngas  29 fuel gas
30 Fremdnutzung  30 foreign use
31 Beheizungsteil  31 heating part
32  32
33 verdampftes Metall  33 evaporated metal
34 Sammelleitung  34 Manifold
35 Verbindungsleitung  35 connecting line
36 Sammelleitung 37 Kühlteil, wärmeabgebender Teil36 manifold 37 Cooling section, heat-emitting part
38 flüssiges Metall 38 liquid metal
39 Sammelleitung  39 Manifold
40 Verbindungsleitung  40 connection line
41 Sammelleitung  41 Manifold

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren nach dem Joule-Prozess, mindestens bestehend aus den Prozessschritten: 1. Method according to the Joule process, at least consisting of the process steps:
Verdichtung eines sauerstoffhaltigen Gases,  Compression of an oxygen-containing gas,
Erhitzung des sauerstoffhaltigen Gases durch zumindest teilweise Oxi- dation (exotherme Reaktion) eines Brennstoffes (28),  Heating the oxygen-containing gas by at least partially oxidizing (exothermic reaction) a fuel (28),
Entspannung der erhitzten Rauchgase (5),  Relaxation of the heated flue gases (5),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
in der Phase der Erhitzung aus dem Rauchgas (5), über einen Wärmetauscher (6) Wärme entnommen und einem weiteren Wärmetauscher (7) zur Beheizung von Prozessen einem Reaktor (20) zugeführt wird, wobei  in the phase of heating from the flue gas (5), heat is removed via a heat exchanger (6) and fed to another heat exchanger (7) for heating processes to a reactor (20), wherein
zwischen den Wärmetauschern (6) und (7) die Wärme über ein Zwischenmedium mit Phasenwechsel, insbesondere im Naturumlauf, übertragen wird.  between the heat exchangers (6) and (7) the heat via an intermediate medium with phase change, in particular in natural circulation, is transmitted.
2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 2. The method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Wärmetauscher (6) und (7) über zumindest eine Sammelleitung (34, 36, 39, 41) miteinander verbunden sind, und insbesondere  the heat exchangers (6) and (7) are connected to one another via at least one collecting line (34, 36, 39, 41), and in particular
- die Sammelleitungen (34, 36, 39, 41) zumindest mit einer Verbindungsleitung (35, 40) verbunden sind. - The manifolds (34, 36, 39, 41) are connected at least to a connecting line (35, 40).
3. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 3. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that
der Erhitzungsschritt in einen ersten Teil-Schritt zur Bereitstellung der Prozesswärme (4) und in einen zweiten Teil-Schritt zur Einstellung der Eintrittstemperatur zur Entspannung der Rauchgase aufgeteilt ist. the heating step is divided into a first part step for providing the process heat (4) and a second part step for adjusting the inlet temperature for the expansion of the flue gases.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 4. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that
die Wärme zur Beheizung eines allothermen Reaktors (20) entnommen wird, und insbesondere  the heat for heating an allothermal reactor (20) is taken, and in particular
- im Reaktor (20) Brenngase (24) aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen (23) erzeugt werden. - In the reactor (20) fuel gases (24) are generated from carbonaceous fuels (23).
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 5. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that
die erzeugten Brenngase (24) ganz oder teilweise zur Erhitzung der sauerstoffhaltigen Gase eingesetzt werden. the generated fuel gases (24) are used wholly or partly for heating the oxygen-containing gases.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 6. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that
die im Reaktor (20) erzeugten Brenngase (24) ganz oder teilweise in der Beheizungsphase der Gasturbine (28) für die Bereitstellung der Wärme zur Beheizung von Prozessen eingesetzt werden. the fuel gases (24) generated in the reactor (20) are used wholly or partly in the heating phase of the gas turbine (28) for the provision of heat for heating processes.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that
der Reaktor (20) ein allothermer Reaktor (20) ist. the reactor (20) is an allothermal reactor (20).
8. Verfahren nach Anspruch 7, 8. The method according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- das zur Verbrennung erforderliche sauerstoffhaltige Gas (1) durch einen Verdichter (2) komprimiert wird, und/oder - The oxygen-containing gas required for combustion (1) by a compressor (2) is compressed, and / or
der Druck bei der Verbrennung niedriger ist als der Druck im allothermen Reaktor (20). the pressure at the combustion is lower than the pressure in the allothermal reactor (20).
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 und 8, 9. The method according to at least one of the preceding claims 7 and 8,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase (5) entspannt werden, insbesondere - The resulting during combustion flue gases (5) are relaxed, in particular
die Abgase in einer Gasturbine (10) unter Abgabe mechanischer Arbeit (12, 13) entspannt werden.  the exhaust gases in a gas turbine (10) under release of mechanical work (12, 13) are relaxed.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, 10. The method according to at least one of the preceding claims 7 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die im allothermen Reaktor (20) erzeugten Brenngase (24) ganz oder teilweise als Brenngas (28) für die exotherme Reaktion eingesetzt wer- den, und insbesondere  the fuel gases (24) produced in the allothermal reactor (20) are used wholly or partly as fuel gas (28) for the exothermic reaction, and in particular
die Brenngase (24) vor der Nutzung einer chemischen oder physikalischen Reinigung (25) unterzogen worden, und/oder verdichtet werden (27).  the fuel gases (24) have been subjected to and / or compressed prior to use of a chemical or physical cleaning (25) (27).
11. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, 11. The method according to at least one of the preceding claims 7 to 10,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der allotherme Reaktor (20) ein Vergaser ist, in dem insbesondere Wasserdampf als Vergasungsmedium eingesetzt wird. the allothermal reactor (20) is a gasifier in which, in particular, steam is used as the gasification medium.
12. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 12. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that
als Brennstoff (28) ein Brenngas (28) teilweise oder ganz im Reaktor (20) hergestellt wird. as fuel (28) a fuel gas (28) is partially or completely produced in the reactor (20).
13. Verfahren nach Anspruch 12, 13. The method according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der allotherme Reaktor (20) im Reaktionsteil eine stationäre oder zirkulierende Wirbelschicht aufweist. the allothermal reactor (20) has a stationary or circulating fluidized bed in the reaction part.
14. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 13, 14. The method according to at least one of the preceding claims 12 to 13,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Beheizung des allothermen Reaktors (20) im Wesentlichen im oder au- ßerhalb des Reaktionsbereich erfolgt. the heating of the allothermal reactor (20) takes place substantially in or outside the reaction zone.
15. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, 15. The method according to at least one of the preceding claims 12 to 14,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
ein Teil der erzeugten Brenngase (24) zur Herstellung von Wasserstoff oder synthetischen Kohlenwasserstoffen verwendet wird. a portion of the generated fuel gases (24) is used to produce hydrogen or synthetic hydrocarbons.
16. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, 16. The method according to at least one of the preceding claims 1 to 15,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
als Brennstoff (23) für den Reaktor (20) feste, flüssige, pastöse oder sonstige für die direkte Beheizung einer Gasturbine 10 nicht geeignete Stoffe, bevorzugt biogener Herkunft, eingesetzt werden. as fuel (23) for the reactor (20) solid, liquid, pasty or other for the direct heating of a gas turbine 10 not suitable substances, preferably of biogenic origin, are used.
17. Gasturbinenanlage, mit 17th gas turbine plant, with
einem Verdichter (2),  a compressor (2),
einer Brennkammer (4)und  a combustion chamber (4) and
einer Gasturbine (10),  a gas turbine (10),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- die Brennkammer (4) einen Wärmetauscher (6) aufweist, der zur Beheizung eines Reaktors (20) mit diesem verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (6) die Wärme über ein Zwischenmedium mit Phasenwechsel und einen weiteren Wärmetauscher (7) in den Reaktor (20) überträgt, - The combustion chamber (4) has a heat exchanger (6) which is connected to the heating of a reactor (20) with this, wherein the heat exchanger (6) transfers the heat via an intermediate medium with phase change and a further heat exchanger (7) into the reactor (20),
das Zwischenmedium in einem eigenen, von den anderen Räumen durch feste Wände getrennten Raum, insbesondere im Naturumlauf zirkuliert.  the intermediate medium circulates in its own space, separated from the other rooms by solid walls, in particular in natural circulation.
18. Gasturbinenanlage nach Anspruch 17, 18. Gas turbine plant according to claim 17,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Reaktor (20) ein allothermen Vergaser ist, der insbesondere zur Zuführung von Brenngas (28) mit der Brennkammer (4) verbunden ist. the reactor (20) is an allothermal carburetor, which is in particular connected to the combustion chamber (4) for supplying fuel gas (28).
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