WO2014202385A1 - Gas turbine system and method for operating such a gas turbine system - Google Patents

Gas turbine system and method for operating such a gas turbine system Download PDF

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WO2014202385A1
WO2014202385A1 PCT/EP2014/061538 EP2014061538W WO2014202385A1 WO 2014202385 A1 WO2014202385 A1 WO 2014202385A1 EP 2014061538 W EP2014061538 W EP 2014061538W WO 2014202385 A1 WO2014202385 A1 WO 2014202385A1
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gas turbine
exhaust gas
gas
exhaust
abscheidungsanlage
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Application number
PCT/EP2014/061538
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Inventor
Nicolas Vortmeyer
Christian Brunhuber
Mike Rost
Rüdiger Schneider
Henning Schramm
Gerhard Zimmermann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
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    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/60—Fluid transfer
    • F05D2260/61—Removal of CO2

Definitions

  • the present invention relates to a gas turbine plant comprising at least one gas turbine with an expansion region comprising at least one stage, an exhaust pipe for guiding the flow during operation of the gas turbine from the expansionsaus Scheme exiting first exhaust gas, and a fluidically coupled to the exhaust line C0 2 -Abborgungs- plant, which at least for the partial deposition of C0 2 is provided. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a gas turbine plant.
  • the waste gas is brought into contact with a scrubbing solution in a C0 2 separation plant, which is mixed with a suitable absorption agent for carbon dioxide.
  • a suitable absorption agent for carbon dioxide for carbon dioxide.
  • the amines used form either carbamates with carbon dioxide or the carbon dioxide reacts in the wash solution indirectly to hydrogen carbonate and a protonated amine. Potash solutions can also be used for the separation of carbon dioxide.
  • C0 2 can be used as a valuable process gas in numerous technical applications and is sought as such.
  • C0 2 is pumped in particular in the promotion of crude oil from underground oil reservoirs for more efficient recovery in this, in order to achieve a targeted reduction in viscosity and thus improved flowability of the crude after mixing with the crude oil located there. Due to this measure, an increased yield in the crude oil production is possible because the crude oil can be removed from the subterranean rock layers when pressure is applied with a lower flow resistance.
  • This technically well-controlled method of improved crude oil recovery also referred to as the Enhanced Oil Recovery (EOR) process, requires a large supply of C0 2 through a CO 2 scrubber as described above.
  • EOR Enhanced Oil Recovery
  • the first object is achieved by specifying a
  • Gas turbine installation dissolved comprising at least one gas turbine with an at least comprising a step expansion region, an exhaust pipe for guiding the flow during operation of the gas turbine from the expansion area exiting the first exhaust gas, and a fluidly coupled to the exhaust conduit C0 2 separating plant comprising at least the partial separation of C0 2 is provided, wherein in the exhaust pipe between gas turbine and C0 2 -Abborgungsstrom strömungstech- a channel burner is switched, in which the first exhaust gas is enriched by enriching supplied fuel to a second exhaust gas.
  • the channel burner has significant advantages, of which only one should be mentioned here. Further advantages can also be taken from the description of the figures.
  • the output electric power of the first gas turbine depends on the back pressure of the first exhaust gas; on Changes / disturbances of this back pressure, induced by the downstream additional gas turbine, the power controller of the first gas turbine reacts by appropriate control interventions (eg by changing the amount of fuel).
  • the behavior of the compressor of the additional gas turbine in turn depends on the amount of gas coming from the first gas turbine. Pressure fluctuations in the exhaust duct can therefore lead to impermissible values, which can adversely affect the operation.
  • the gas turbine plant according to the invention It is no longer necessary by the gas turbine plant according to the invention to provide a cooling device for the first exhaust gas in the exhaust pipe. This results in a huge cost advantage. Also, no extension of the exhaust pipe or the exhaust path is necessary.
  • the duct burner according to the invention can therefore be retrofitted cost-effectively and simply in existing gas turbine plants according to the prior art.
  • the gas turbine plant according to the invention and the channel burner according to the invention is now a C0 2 enrichment of the first exhaust gas by post-combustion to a second exhaust easily and without the disadvantages mentioned in the prior art possible.
  • an existing power plant can be retrofitted with the invention easily and inexpensively.
  • a steam generator which is coupled to a fluid-steam circuit, is preferably connected in the exhaust gas line between duct burner and C0 2 -disturbing system for removing at least part of the heat produced in the second exhaust gas by the afterburning.
  • the C0 2 concentration in the exhaust gas of such a gas and steam combined cycle power plant is not an influenceable parameter.
  • the increase in C0 2 concentration may be due to the need to release the heat released during combustion before introducing the exhaust gas into the C0 2 exhaust. be as limited as possible, limited. This can be remedied by dissipating the heat.
  • the steam generator can lower the temperature level of the exhaust gas discharged from the post-combustion device, for example, to bring it to a level which is suitable for introduction into the CO 2 -Abscheidungs- anläge.
  • the CO 2 precipitation plant is based on a chemical absorption process, this may be necessary in order to avoid the degradation of a detergent above a critical temperature level, to keep the exhaust gas below this critical temperature level.
  • branched process steam from the power plant is usually used, but it is lost for the processes that maintain the process steam, which usually results in a reduction of the efficiency. This can now be avoided by the invention.
  • the steam generator may preferably be designed to transfer heat from the exhaust gas to a C0 2 purified gas stream, which is derived from the C0 2 -Abborgungsstrom. Due to the thermal conditioning of the exhaust gas stream fed to the C0 2 separator, the temperature level is reduced to a working range suitable for CO 2 precipitation.
  • the purified gas stream from C0 2 is supplied as a clean gas stream of the free environment.
  • the Supply line is for targeted Fluiddynamisehen derivative usually a chimney. In this case, however, it is necessary for the derived gas stream to have a temperature level which is significantly above the ambient temperature level. Only in this way can a targeted convective derivation of the
  • the steam generator may preferably be a single-pressure steam generator. This is easy to install and inexpensive.
  • the fluid-steam circuit further comprises a regenerative heat exchanger.
  • the fluid-steam circuit is configured as a steam condensate circuit with a reboiler heat exchanger (desorber circuit).
  • the heat supply for the regeneration of the detergent happens in most cases by condensation of heating steam in a reboiler heat exchanger.
  • the one-pressure steam generator can now provide the amount of heating steam required for the regeneration of the detergent and form a closed fluid condensate circuit with the reboiler heat exchanger. Since heat is usually required in the C0 2 -Abscheidungsstrom for the regeneration of the detergent, the in the accumulation of C0 2 in the exhaust gas by post combustion of fuel in a duct burner released heat can be used for this purpose expediently.
  • a heat exchanger which is coupled to a fluid-steam circuit, connected in the exhaust pipe between the channel burner and CO 2 -Abscheidungsstrom, for discharging at least a portion of the resulting by the afterburning heat in the second exhaust gas.
  • This Can be used instead of or in addition to the steam generator use.
  • oxygen is supplied to the duct burner.
  • the increase of the C0 2 content may be limited by the residual amount of oxygen in the exhaust gas.
  • oxygen in addition to the fuel this can be remedied.
  • the oxygen in the exhaust duct before or directly into the duct burner can be flowed.
  • a quench unit in which water is introduced into the second exhaust gas, is connected in the exhaust gas line between C0 2 -separation plant and channel burner in terms of flow.
  • the introduction of water into the warm, second exhaust gas allows a targeted cooling of the second exhaust gas to a temperature level, which is particularly suitable for the introduction into the C0 2 -Abborgungsstrom without disadvantages for the deposition process.
  • water is sprayed or drizzled into the exhaust gas stream, resulting in a cooling of the exhaust gas mixture due to the heat of vaporization to be applied.
  • the quench unit essentially fulfills a comparable function as the steam generator / heat exchanger described above.
  • the quench unit is configured to cool the exhaust gas flow, which is sometimes thermally conditioned by the duct burners, to such an extent that it only has a temperature level of 200 ° C. or less.
  • the exhaust stream is adapted to be inserted in a separating plant 2 C0, a C0 2 absorption based on the absorption of C0 2 with an aqueous solution of
  • the C0 2 -Abschei- dungsstrom comprises a refrigeration unit, which is designed to at least partially the water contained in the exhaust gas, in particular in the in the C0 2 -Abborgungsstrom derived C0 2 to condense out contained water.
  • the refrigeration unit can be designed, for example, as absorption refrigeration unit, adsorption refrigeration unit, compression refrigeration unit or else as molecular beam refrigeration unit.
  • the water contained in the exhaust gas due to the burns can be purposefully separated for further use. Especially when operating the gas turbine plant in very dry regions of the earth (desert regions), this form of water extraction is particularly efficient and resource-saving.
  • the object related to the method is achieved by specifying a method according to the invention for operating a gas turbine system comprising at least one gas turbine with an expansion region comprising at least one stage, an exhaust pipe for guiding the flow during operation of the gas turbine from the first exhaust gas exiting the expansion region, and a with the exhaust pipe fluidly coupled C0 2 -Abborgungsstrom, which is provided at least for partial deposition of C0 2 , with the following steps:
  • Post-combustion of the first exhaust gas with enrichment of supplied fuel to a second exhaust gas by means of a channel burner connected fluidically in the exhaust gas line between gas turbine and C0 2 -disturbing plant, at least partially separating C0 2 in the second exhaust gas in the C0 2 -Abborgungsstrom.
  • the first exhaust gas emerging from the gas turbine is fluidly guided to a duct burner by means of an exhaust pipe and the afterburning of the first exhaust gas with supplied fuel in this duct burner to form a second exhaust gas.
  • the fuel is consumed and an increase in the C0 2 content of the second exhaust gas compared to the C0 2 content of the
  • a further advantage of this invention is the possibility of retrofitting an already existing gas-fired power plant or gas and steam combined cycle power plant with a C0 2 separation plant without necessitating process-related changes in the cycle of the gas and steam combined cycle power plant due to a heating steam extraction ,
  • the gas turbine exhaust gas routed to the duct burner need not include all of the exhaust gas derived from the gas turbine. Rather, it is also possible to remove from the gas turbine exhaust gas streams, which are added to the post-combustion. Furthermore, it is also possible to combine individual exhaust gas streams before they are added in a uniform process for afterburning.
  • the duct burner is operated such that the amount of O 2 per volume in the second exhaust gas is reduced by at least 15%, preferably by 20%, compared to the amount in the first exhaust gas. Due to a relative reduction in the amount of O 2 , a relatively lower degradation of the detergent in a C0 2 device is to be expected.
  • the duct burner is operated in such a way that the amount of CO 2 per volume in the second exhaust gas is increased by at least 20%, preferably by 25%, compared to the amount in the first exhaust gas , Accordingly, on the one hand an economical operation of the C0 2 capture plant can be enabled while simultaneously providing interesting for enhanced crude oil production amounts of C0. 2
  • a steam generator and / or a heat exchanger are provided between duct burner and C0 2 -Abborgungs-, for dissipating the heat in the second exhaust gas. At least the amount supplied to the duct burner is preferred
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the gas turbine plant according to the invention in a schematic and not complete circuit view.
  • FIG. 1 very schematically shows a first embodiment of the gas turbine plant 1 according to the invention.
  • the gas turbine plant 1 can comprise further components, which, however, are not relevant for the understanding of the invention.
  • the gas turbine plant 1 comprises a gas turbine 1, which has a compression stage 3, a combustion chamber 4 and an expansion area 5 with at least one stage.
  • the gas turbine 1 is connected to a generator 2 via a not further designated wave coupled and can drive them for electrical power generation rotatory.
  • the first exhaust gas 101 derived from the expansion region 5 during operation of the gas turbine 1 is at least partially introduced into a line 20 which is fluidly coupled to a heat recovery steam generator 7.
  • the waste heat steam generator 7 cooperates with a water-steam cycle for the operation of a steam turbine plant 6.
  • the temperature level of the waste heat steam generator 7 leaving exhaust gas can be reduced to a value of 100 ° C.
  • the first exhaust gas 101 which has a first content of C0 2 , now according to the invention flows into a duct burner 60.
  • fuel B in particular fossil fuel
  • the possible increase in the C0 2 content is limited on the one hand by the residual amount of oxygen in the first exhaust gas 101, since this is required for combustion in the channel burner 60, and on the other hand by the necessity of the heat released during the combustion before introducing the resulting second exhaust gas 102 into the C0 2 - deposition plant 200 as far as possible dissipate. Therefore, oxygen S can also be fed into the channel burner 60. the.
  • the first exhaust gas 101 is at least mixed with fuel B, or with fuel B and oxygen S and burned to a second exhaust gas 102.
  • the fuel B or the fuel B and oxygen S may also be flowed in front of the duct burner 60.
  • the second exhaust gas 102 now has a C0 2 content which is higher than the content of C0 2 of the first exhaust gas 101.
  • the potential increase in C0 2 content is limited by the need to dissipate the heat released during combustion as much as possible prior to introducing the resulting second exhaust gas 102 into the CO 2 scrubber 200.
  • the second exhaust gas 102 now has a second content of C0 2 , which is substantially higher than the first content of C0 2 of the first exhaust gas 101.
  • the second exhaust gas 102 now has a substantially higher temperature than the first exhaust gas 101. Since heat is usually required in the C0 2 -Abscheidungsstrom 200 for a regeneration of the detergent, can now in the accumulation of C0 2 in the second exhaust 102 by post-combustion of the fuel B, and the fuel B / oxygen S in the channel - burner 60 heat released expediently be used for it.
  • the heat supply for the regeneration of the detergent is done in most cases by condensation of heating steam in a designated reboiler heat exchanger 100.
  • the second exhaust 102 flows according to the invention now in a single-pressure steam generator 80.
  • This is with a fluid-steam cycle 82 connected.
  • the temperature of the second exhaust gas 102 is now lowered so that it is suitable for flowing into a C0 2 -Abscheidungsstrom 200.
  • the single-pressure steam generator 80 now provides the amount of heating steam required for the regeneration of the detergent, and forms with the reboiler heat exchanger 100 a closed fluid-steam cycle 82.
  • it can be waived to remove heating steam for the C0 2 -Abscheidungsstrom 200 from the water-steam cycle of the power plant. This results in savings in operating costs.
  • it is also possible to dispense with investment costs for components in the CO 2 separation plant 200, which otherwise would have to be used for this task.
  • the amount of fuel B or fuel B / oxygen S to be fired in the duct burner 60 is advantageously adjusted so that the waste heat remaining in the second exhaust gas 102 after the pressure steam generator 80 is as low as possible. Furthermore, at least the quantities of fuel B burned in the channel burner 60, or quantities of the fuel B / oxygen S and the amount of heat removed in the steam generator 80, are matched to one another.
  • a quench unit may optionally be provided downstream, in order to further reduce the temperature level of the second exhaust gas 102 after the one-pressure steam generator 80.
  • the second exhaust gas 102 is sprayed or sprinkled with water. Due to the heat of vaporization consumed, the second exhaust gas 102 is cooled to a suitable temperature level.
  • a heat exchanger may be connected downstream of the one-pressure steam generator 80, which provides for the cooling or further cooling of the second exhaust gas 102. In this case, heat can be transferred from the second exhaust gas to the C0 2 purified gas leaving the C0 2 separation plant 200.
  • This transfer serves, in particular, to thermally condition the C0 2 purified gas derived from the C0 2 separation plant 200 so that it can be discharged convectionally from a vent.
  • the one-pressure steam generator 80 may also be replaced by a quench unit and / or heat exchanger.
  • a subsequent enrichment of the exhaust gas with C0 2 is now possible. Due to the increase in the proportionate C0 2 content in the exhaust gas, an increased amount of C0 2 can also be deposited in the CO 2 deposition plant. In addition, the C0 2 can be deposited much cheaper. Accordingly, the discharged from the C0 2 -Abscheidungsstrom C0 2 stream can be increased.
  • Another advantage of the invention is the ability to retrofit an existing gas and steam combined cycle power plant with a C0 2 -Abborgungsstrom 200 without process engineering changes in the water-steam cycle of combined cycle gas and steam power plant due to a Schudampfentnähme be necessary.
  • the channel burner 60 now has several advantages, which will be described below.
  • the output electric power of the first gas turbine depends on the back pressure of the first exhaust gas;
  • the power controller of the first gas turbine responds by appropriate control interventions (e.g., by changing the amount of fuel).
  • the behavior of the compressor of the additional gas turbine depends on the amount of gas coming from the first gas turbine. Pressure fluctuations in the exhaust duct can therefore lead to impermissible values, which can adversely affect the operation. It is also no longer necessary by the gas turbine plant according to the invention to provide a cooling device for the first exhaust gas in the exhaust gas line.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a gas turbine system, comprising: at least one gas turbine (1) having an expansion region (5) comprising at least one stage; an exhaust gas line (20) for guiding a flow of first exhaust gas (101) exiting the expansion region (5) during operation of the gas turbine (1); and a CO2 separation unit (200), which is coupled to the exhaust gas line (20) with respect to flow and which is provided at least for partially separating CO2; wherein a duct burner (60) is connected in the exhaust gas line (20) between the gas turbine (1) and the CO2 separation unit (200) with respect to flow, in which duct burner the first exhaust gas (101) is enriched with supplied fuel (B) and afterburned into a second exhaust gas (102). The invention further relates to a method for operating such a gas turbine.

Description

Beschreibung description
Gasturbinenanlage und Verfahren zum Betrieb einer solchen Gasturbinenanlage Gas turbine plant and method for operating such a gas turbine plant
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage umfassend zumindest eine Gasturbine mit einem zumindest eine Stufe umfassenden Expansionsbereich, eine Abgasleitung zur Strömungsführung bei Betrieb der Gasturbine aus dem Expansi- onsbereich austretenden ersten Abgas, sowie eine mit der Abgasleitung strömungstechnisch gekoppelte C02-Abscheidungs- anlage, welche zumindest zur teilweisen Abscheidung von C02 vorgesehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Gasturbinenanlage. The present invention relates to a gas turbine plant comprising at least one gas turbine with an expansion region comprising at least one stage, an exhaust pipe for guiding the flow during operation of the gas turbine from the expansionsausbereich exiting first exhaust gas, and a fluidically coupled to the exhaust line C0 2 -Abscheidungs- plant, which at least for the partial deposition of C0 2 is provided. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a gas turbine plant.
Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe in globalem Maßstab, unter anderem auch in einer Gasturbine, wird Kohlendioxid in solchen Mengen an die Atmosphäre abgegeben, dass nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft eine Beeinflussung des Klimas durch den hierdurch bedingten Anstieg des Gehalts an Kohlendioxid in der Atmosphäre angenommen wird. In der Atmosphäre befindliches Kohlendioxid behindert nämlich die Wärme- abstrahlung von der Erdoberfläche ins All, was allgemein als Treibhauseffekt bekannt ist. Insofern werden bei bestehenden fossil befeuerten Kraftwerken geeignete Sekundärmaßnahmen diskutiert, um nach der Verbrennung das entstandene Kohlendioxid aus dem Abgas zu entfernen. By burning fossil fuels on a global scale, including in a gas turbine, carbon dioxide is released into the atmosphere in such quantities that, according to the current state of science, the climate is influenced by the resulting increase in the amount of carbon dioxide in the atmosphere becomes. The presence of carbon dioxide in the atmosphere obstructs the heat radiation from the earth's surface into space, which is generally known as the greenhouse effect. In this respect, suitable secondary measures are discussed in existing fossil-fired power plants in order to remove the resulting carbon dioxide from the exhaust gas after combustion.
Als eine technische Realisierung wird hierzu das Abgas in ei- ner C02-Abscheidungsanlage mit einer Waschlösung in Kontakt gebracht, die mit einem geeigneten Absorptionsmittel für Kohlendioxid versetzt ist. Am aussichtsreichsten erscheinen derzeit aminhaltige Absorptionsmittel, wobei als Amine insbesondere Alkanolamine , aber auch komplexere sterisch gehinderte Amine mit großen Alkylgruppen, zyklische Amine, Aminosäuren oder Aminosäuresalze eingesetzt werden. Die eingesetzten Amine bilden mit Kohlendioxid entweder Carbamate oder das Kohlendioxid reagiert in der Waschlösung indirekt zu Hydrogen- carbonat und einem protonierten Amin. Auch können Pottasche- Lösungen zur Abscheidung von Kohlendioxid eingesetzt sein. For this purpose, as a technical realization, the waste gas is brought into contact with a scrubbing solution in a C0 2 separation plant, which is mixed with a suitable absorption agent for carbon dioxide. The most promising currently appear amine-containing absorbent, being used as amines in particular alkanolamines, but also more complex sterically hindered amines with large alkyl groups, cyclic amines, amino acids or amino acid salts. The amines used form either carbamates with carbon dioxide or the carbon dioxide reacts in the wash solution indirectly to hydrogen carbonate and a protonated amine. Potash solutions can also be used for the separation of carbon dioxide.
Durch den Kontakt des Abgases mit der Waschlösung wird ent- haltenes gasförmiges Kohlendioxid in der Waschlösung gelöst bzw. in chemischem Sinne absorbiert. Das von Kohlendioxid befreite Abgas wird in die Atmosphäre entlassen. Die mit Kohlendioxid befrachtete Waschlösung kann an eine andere Stelle verbracht werden, wo sie durch eine thermische Behandlung un- ter Desorption des absorbierten Kohlendioxids wieder regeneriert wird. Das abgeschiedene Kohlendioxid kann nun zum Beispiel in mehreren Stufen verdichtet, gekühlt und verflüssigt werden. In flüssigem oder gefrorenem Zustand kann das Kohlendioxid dann einer Lagerung oder Verwertung zugeführt werden. Die regenerierte Waschlösung wird erneut zur Absorption von Kohlendioxid aus dem Abgas eingesetzt. By the contact of the exhaust gas with the washing solution contained gaseous carbon dioxide is dissolved in the washing solution or absorbed in a chemical sense. The exhaust gas freed of carbon dioxide is released into the atmosphere. The carbon dioxide-loaded wash solution can be moved to another location where it is regenerated by a thermal treatment to desorb the absorbed carbon dioxide. The separated carbon dioxide can now be compacted, cooled and liquefied in several stages, for example. In liquid or frozen state, the carbon dioxide can then be sent for storage or recycling. The regenerated wash solution is reused to absorb carbon dioxide from the waste gas.
Auch kann C02 als wertvolles Prozessgas in zahlreichen technischen Anwendungen eingesetzt werden und wird als solches nachgesucht. C02 wird insbesondere bei der Förderung von Rohöl aus unterirdischen Öllagerstätten für eine effizientere Gewinnung in diese eingepumpt, um nach Mischung mit dem dort befindlichen Rohöl eine gezielte Viskositätserniedrigung und damit verbesserte Fließfähigkeit des Rohöls zu erreichen. Aufgrund dieser Maßnahme ist eine erhöhte Ausbeute bei der Rohölförderung möglich, da das Rohöl bei Druckausübung mit einem geringeren Fließwiderstand aus den unterirdischen Gesteinsschichten entnommen werden kann. Diese technisch gut beherrschte Methode der verbesserten Rohölgewinnung, die auch als Enhanced Oil Recovery (EOR) -Verfahren bezeichnet wird, erfordert eine große Angebotsmenge an C02, durch eine oben beschriebene C02-Abscheidungsanlage . Also, C0 2 can be used as a valuable process gas in numerous technical applications and is sought as such. C0 2 is pumped in particular in the promotion of crude oil from underground oil reservoirs for more efficient recovery in this, in order to achieve a targeted reduction in viscosity and thus improved flowability of the crude after mixing with the crude oil located there. Due to this measure, an increased yield in the crude oil production is possible because the crude oil can be removed from the subterranean rock layers when pressure is applied with a lower flow resistance. This technically well-controlled method of improved crude oil recovery, also referred to as the Enhanced Oil Recovery (EOR) process, requires a large supply of C0 2 through a CO 2 scrubber as described above.
Nachteilig bei einer solchen C02-Abscheidungsanlage sind ne- ben den Investitionskosten, in erster Linie die Energiekosten im Sinne von Betriebskosten für die Gesamtbilanz der C02- Abscheidungsanlage , da verhältnismäßig große thermische Ener- giemengen vor allem für den Desorptionsschritt erforderlich sind . The disadvantage of such a C0 2 separation plant, in addition to the investment costs, is primarily the energy costs in the sense of operating costs for the overall balance of the CO 2 deposition plant, since relatively large thermal energies are involved. Gießengen are required especially for the desorption step.
Die DE 102007019 178 AI schlägt hierzu eine Gasturbinenanlage vor, die eine Abscheidung von C02 aus den Abgasen ermöglicht. Dazu wird in einer Abgasleitung, in welche das aus dem mehrere Stufen umfassenden Expansionsbereich einer ersten Gasturbine austretende Abgas strömt, vor der C02-Abscheidungsanlage einer zusätzlichen Gasturbine zuzuleiten und das Abgas erneut verbrennt. Das entstehende Abgas weist einen höheren C02-DE 102007019 178 AI proposes for this purpose a gas turbine plant, which allows a separation of C0 2 from the exhaust gases. For this purpose, in an exhaust gas line into which the exhaust gas emerging from the expansion zone comprising a plurality of stages of a first gas turbine flows, an additional gas turbine is fed in front of the C0 2 separation plant and the exhaust gas is burned again. The resulting exhaust gas has a higher C0 2 -
Gehalt auf im Vergleich zu dem aus der ersten Gasturbine ausströmenden Gas und kann daher leichter abgeschieden werden. Ein kostengünstiges Nachrüsten bereits bestehender Anlagen mit einer solchen, zusätzlichen Gasturbine in eine bestehende Gasturbinenanlage ist jedoch nicht möglich. Auch muss nach der ersten Gasturbine und vor die zusätzliche Gasturbine beispielsweise eine Kühleinrichtung geschaltet sein, um das Abgas auf eine geringere Temperatur zu bringen. Es sind daher immer prozesstechnische Änderungen in der Abgasleitung not- wendig. Content on compared to the effluent from the first gas turbine gas and therefore can be easily separated. An inexpensive retrofitting of existing systems with such additional gas turbine in an existing gas turbine plant is not possible. Also, after the first gas turbine and before the additional gas turbine, for example, a cooling device must be connected in order to bring the exhaust gas to a lower temperature. Therefore, it is always necessary procedural changes in the exhaust pipe.
Es ist daher eine erste Aufgabe der Erfindung, eine für die Bereitstellung von C02 effizient zu betreibende Gasturbinenanlage anzugeben, die durch einfache, kostengünstige Nach- rüstung bereits bestehender Gaskraftwerke zur effizientenIt is therefore a first object of the invention to specify a gas turbine plant which is to be operated efficiently for the provision of CO 2 and which can be retrofitted by simple, cost-effective retrofitting of already existing gas-fired power stations for efficient operation
C02-Abscheidung beitragen kann, insbesondere unter Vermeidung der obigen Probleme. Fernerhin soll ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Gasturbinenanlage angegeben werden. Erfindungsgemäß wird die erste Aufgabe durch die Angabe einerC0 2 deposition, especially while avoiding the above problems. Furthermore, a method for operating such a gas turbine plant is to be specified. According to the invention, the first object is achieved by specifying a
Gasturbinenanlage gelöst, umfassend zumindest eine Gasturbine mit einem zumindest eine Stufe umfassenden Expansionsbereich, eine Abgasleitung zur Strömungsführung bei Betrieb der Gasturbine aus dem Expansionsbereich austretenden ersten Abgas, sowie eine mit der Abgasleitung strömungstechnisch gekoppelte C02-Abscheidungsanlage, welche zumindest zur teilweisen Abscheidung von C02 vorgesehen ist, wobei in die Abgasleitung zwischen Gasturbine und C02-Abscheidungsanlage strömungstech- nisch ein Kanalbrenner geschaltet ist, in welchem das erste Abgas unter Anreicherung von zugeführtem Brennstoff zu einem zweiten Abgas nachverbrannt wird. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei einem Abgas mit hoher C02-Konzentration geringere Apparategrößen bzw. -kapazitäten in Teilen der C02-Abscheidungsanlage notwendig sind, um eine vorgegebene C02-Menge zu erreichen, als bei einem Abgas mit vergleichsweise niedrigerer C02-Konzentration . Das heißt, durch eine höhere C02-Konzentration lassen sich niedrigere spezifische Abtrennkosten erreichen. Dies ist insbesondere für Gas- und Dampf-Kombikraftwerke von Belang, weil das Abgas dieses Kraftwerktyps eine niedrige absolute C02-Konzentration aufweist. Selbstverständlich kann die Erfindung auch in ande- ren Kraftwerksanlagen, beispielsweise reine Gasturbinenkraftwerksanlagen, eingesetzt werden. Gas turbine installation dissolved comprising at least one gas turbine with an at least comprising a step expansion region, an exhaust pipe for guiding the flow during operation of the gas turbine from the expansion area exiting the first exhaust gas, and a fluidly coupled to the exhaust conduit C0 2 separating plant comprising at least the partial separation of C0 2 is provided, wherein in the exhaust pipe between gas turbine and C0 2 -Abscheidungsanlage strömungstech- a channel burner is switched, in which the first exhaust gas is enriched by enriching supplied fuel to a second exhaust gas. According to the invention it has been recognized that are required in an exhaust gas with a high C0 2 concentration lower equipment sizes or capacities in parts of the C0 2 separating plant, in order to achieve a predetermined C0 2 amount than in an exhaust gas at comparatively lower C0 2 - Concentration. That is, a higher C0 2 concentration can achieve lower specific separation costs. This is particularly relevant for gas and steam combined cycle power plants, because the exhaust of this type of power plant has a low absolute C0 2 concentration. Of course, the invention can also be used in other power plants, for example, pure gas turbine power plants.
Durch die Erfindung ist nun eine nachlagerte Anreicherung des Abgases mit C02 möglich. Dafür wird im Abgaskanal mittels ei- nes Kanalbrenners Brennstoff und das erste Abgas nachverbrannt, welches zu einer Erhöhung des C02-Gehalts des zweiten Abgases führt im Vergleich zu dem C02-Gehalt des ersten Abgases aus der Gasturbine. Dementsprechend ist es möglich, den C02-Gehalt des der C02-Abscheidungsanlage zugeführten zweiten Abgases deutlich zu erhöhen. Aufgrund der Erhöhung des anteiligen C02-Gehalts in dem Abgas kann in der C02-Abscheidungs- anlage auch eine vergrößerte Menge an C02 während eines vorbestimmten Zeitintervalls abgeschieden werden. Dementsprechend kann auch der aus der C02-Abscheidungsanlage abgeführte C02-Strom erhöht werden. By the invention, a subsequent enrichment of the exhaust gas with C0 2 is now possible. For this purpose, fuel and the first exhaust gas are burned in the exhaust gas duct by means of a duct burner, which leads to an increase in the CO 2 content of the second exhaust gas in comparison to the CO 2 content of the first exhaust gas from the gas turbine. Accordingly, it is possible to remarkably increase the CO 2 content of the second exhaust gas supplied to the CO 2 scrubber. Due to the increase of the proportionate C0 2 content in the exhaust gas, an increased amount of C0 2 can also be deposited in the C0 2 -precipitation plant during a predetermined time interval. Accordingly, the discharged from the C0 2 -Abscheidungsanlage C0 2 stream can be increased.
Bislang wurden Kanalbrenner nur als Zusatzfeuerungen vor dem Abhitzedampferzeuger eingesetzt. Im Vergleich zu dem Stand der Technik hat der Kanalbrenner nun wesentliche Vorteile, wovon hier nur einer erwähnt werden soll. Weitere Vorteile können auch der Figurenbeschreibung entnommen werden. Im regulären Betrieb hängt die abgegebene elektrische Leistung der ersten Gasturbine vom Gegendruck des ersten Abgases ab; auf Änderungen/Störungen dieses Gegendrucks, induziert durch die stromabwärts gelegene zusätzliche Gasturbine, reagiert der Leistungsregler der ersten Gasturbine durch entsprechende Regeleingriffe (z.B. durch Änderung der Brennstoffmenge) . Das Verhalten des Verdichters der zusätzlichen Gasturbine wiederum hängt ab von der aus der ersten Gasturbine kommenden Gas- menge . Druckschwankungen im Abgaskanal können daher zu unzulässigen Werten führen, welche die Betriebsweise negativ beeinflussen können. To date, duct burners have only been used as additional firing systems in front of the heat recovery steam generator. Compared to the prior art, the channel burner now has significant advantages, of which only one should be mentioned here. Further advantages can also be taken from the description of the figures. In regular operation, the output electric power of the first gas turbine depends on the back pressure of the first exhaust gas; on Changes / disturbances of this back pressure, induced by the downstream additional gas turbine, the power controller of the first gas turbine reacts by appropriate control interventions (eg by changing the amount of fuel). The behavior of the compressor of the additional gas turbine in turn depends on the amount of gas coming from the first gas turbine. Pressure fluctuations in the exhaust duct can therefore lead to impermissible values, which can adversely affect the operation.
Es ist durch die erfindungsgemäße Gasturbinenanlage auch nicht mehr notwendig, eine Kühlvorrichtung für das erste Abgas in der Abgasleitung vorzusehen. Dadurch ergibt sich ein enormer Kostenvorteil. Auch ist keine Verlängerung der Abgas- leitung bzw. des Abgasweges notwendig. Der erfindungsgemäße Kanalbrenner kann daher in bereits bestehende Gasturbinenanlagen nach dem Stand der Technik kostengünstig und einfach nachgerüstet werden. Durch die erfindungsgemäße Gasturbinenanlage und die erfindungsgemäßen Kanalbrenner ist nun eine C02-Anreicherung des ersten Abgases durch eine Nachverbrennung zu einem zweiten Abgas problemlos und ohne die erwähnten Nachteile im Stand der Technik möglich. Insbesondere kann ein bestehendes Kraft- werk mit der Erfindung problemlos und kostengünstig nachgerüstet werden. It is no longer necessary by the gas turbine plant according to the invention to provide a cooling device for the first exhaust gas in the exhaust pipe. This results in a huge cost advantage. Also, no extension of the exhaust pipe or the exhaust path is necessary. The duct burner according to the invention can therefore be retrofitted cost-effectively and simply in existing gas turbine plants according to the prior art. By the gas turbine plant according to the invention and the channel burner according to the invention is now a C0 2 enrichment of the first exhaust gas by post-combustion to a second exhaust easily and without the disadvantages mentioned in the prior art possible. In particular, an existing power plant can be retrofitted with the invention easily and inexpensively.
Bevorzugt ist in die Abgasleitung zwischen Kanalbrenner und C02-Abscheidungsanlage strömungstechnisch ein Dampferzeuger, welcher mit einem Fluid-Dampf-Kreislauf gekoppelt ist, geschaltet, zur Abfuhr wenigstens eines Teils der durch die Nachverbrennung entstehenden Wärme im zweiten Abgas. A steam generator, which is coupled to a fluid-steam circuit, is preferably connected in the exhaust gas line between duct burner and C0 2 -disturbing system for removing at least part of the heat produced in the second exhaust gas by the afterburning.
Es wurde erkannt, dass die C02-Konzentration im Abgas eines solchen Gas- und Dampf-Kombikraftwerkes kein frei beeinflussbarer Parameter ist. So kann die Erhöhung der C02-Konzen- tration durch die Notwendigkeit, die bei der Verbrennung frei werdende Wärme vor Einbringung des Abgases in die C02-Ab- scheidungsanlage so weit wie möglich abzuführen, limitiert sein. Durch ein Abführen der Wärme kann dies behoben werden. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die mit Hilfe des Dampferzeugers entnommene thermische Energie aus dem Abgasstrom der C02-Abscheidungsanlage zuzuführen, um diese mit Prozesswärme zu versorgen. Der Dampferzeuger vermag das Temperaturniveau des aus der Nachverbrennungseinrichtung abgeleiteten Abgases zu senken, um es beispielsweise auf ein Niveau zu bringen, welches für die Einführung in die C02-Abscheidungs- anläge geeignet ist. Insbesondere dann, wenn die C02-Abschei- dungsanlage auf einem chemischen Absorptionsverfahren beruht, kann dies erforderlich sein, um die Degradierung eines Waschmittels oberhalb eines kritischen Temperaturniveaus zu vermeiden, das Abgas unter diesem kritischen Temperaturniveau zu halten. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Desorption für eine Wiedergewinnung des eingesetzten chemischen Absorptionsmittels (Waschmittel) mit thermischer Wärme aus diesem Dampferzeuger bzw. aus dem damit gekoppelten Fluid-Dampf-Kreislauf zu versorgen. Das heißt, da üblicherweise Wärme in der C02- Abscheidungsanlage für die Regeneration des Waschmittels benötigt wird, kann die, bei der Anreicherung von C02 durch Nachverbrennung von dem ersten Abgas zuführten Brennstoff bzw. Brennstoff/Sauerstoff , in dem Kanalbrenner frei werdende Wärme zweckmäßigerweise dafür genutzt werden. Dafür wird üb- licherweise abgezweigter Prozessdampf aus dem Kraftwerk verwendet, der jedoch für die den Prozessdampf unterhaltenden Prozesse verloren geht, welches üblicherweise in einer Verminderung des Wirkungsgerades resultiert. Dies kann nun durch die Erfindung vermieden werden. It was recognized that the C0 2 concentration in the exhaust gas of such a gas and steam combined cycle power plant is not an influenceable parameter. Thus, the increase in C0 2 concentration may be due to the need to release the heat released during combustion before introducing the exhaust gas into the C0 2 exhaust. be as limited as possible, limited. This can be remedied by dissipating the heat. Furthermore, it may be advantageous to supply the extracted with the help of the steam generator thermal energy from the exhaust stream of C0 2 -Abscheidungsanlage to provide them with process heat. The steam generator can lower the temperature level of the exhaust gas discharged from the post-combustion device, for example, to bring it to a level which is suitable for introduction into the CO 2 -Abscheidungs- anläge. In particular, if the CO 2 precipitation plant is based on a chemical absorption process, this may be necessary in order to avoid the degradation of a detergent above a critical temperature level, to keep the exhaust gas below this critical temperature level. In particular, it is advantageous to provide the desorption for a recovery of the chemical absorbent used (detergent) with thermal heat from this steam generator or from the coupled therewith the fluid-steam cycle. That is, since heat is usually required in the C0 2 deposition apparatus for the regeneration of the detergent, the heat released in the channel burner when the C0 2 is enriched by afterburning of the first exhaust gas or fuel / oxygen may suitably be used be used for it. For this purpose, branched process steam from the power plant is usually used, but it is lost for the processes that maintain the process steam, which usually results in a reduction of the efficiency. This can now be avoided by the invention.
Der Dampferzeuger kann bevorzugt dazu ausgebildet sein, Wärme aus dem Abgas auf einen von C02 gesäuberten Gasstrom zu übertragen, der aus der C02-Abscheidungsanlage abgeleitet wird. Aufgrund der thermischen Konditionierung des der C02-Abschei- dungsanlage zugeleiteten Abgasstroms wird das Temperaturniveau auf einen für die C02-Abscheidung geeigneten Arbeitsbereich vermindert. Typischerweise wird der von C02 gesäuberte Gasstrom als Reingasstrom der freien Umgebung zugeleitet. Die Zuleitung erfolgt zur gezielten fluiddynamisehen Ableitung meist über einen Schornstein. Hierbei ist es jedoch erforderlich, dass der abgeleitete Gasstrom ein Temperaturniveau aufweist, welches deutlich über dem Umgebungstemperaturniveau liegt. Nur so kann eine gezielte konvektive Ableitung desThe steam generator may preferably be designed to transfer heat from the exhaust gas to a C0 2 purified gas stream, which is derived from the C0 2 -Abscheidungsanlage. Due to the thermal conditioning of the exhaust gas stream fed to the C0 2 separator, the temperature level is reduced to a working range suitable for CO 2 precipitation. Typically, the purified gas stream from C0 2 is supplied as a clean gas stream of the free environment. The Supply line is for targeted Fluiddynamisehen derivative usually a chimney. In this case, however, it is necessary for the derived gas stream to have a temperature level which is significantly above the ambient temperature level. Only in this way can a targeted convective derivation of the
Gasstroms aus dem Schornstein erfolgen. Typischerweise weist der aus der C02-Abscheidungsanlage abgeleitete und von C02 gereinigte Gasstrom jedoch ein deutlich geringeres Temperaturniveau auf, welches eine derartige konvektive Ableitung nicht ohne weiteres erlaubt. Folglich ist es erforderlich, diesen Gasstrom mit zusätzlicher Wärme zu beaufschlagen, um sein konvektives Verhalten in dem Schornstein zu verbessern. Gas flow out of the chimney. Typically, however, the gas stream derived from the C0 2 scrubber and purified from C0 2 has a much lower temperature level, which does not readily permit such convective discharge. Consequently, it is necessary to apply additional heat to this gas stream to improve its convective behavior in the chimney.
Der Dampferzeuger kann bevorzugt ein Ein-Druck-Dampferzeuger sein. Dieser ist leicht einzubauen und kostengünstig. Bevorzugt umfasst der Fluid-Dampf-Kreislauf weiterhin einen Re- boilerwärmetauscher . In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist der Fluid-Dampf-Kreislauf als Dampf-Kondensat-Kreislauf mit einem Reboilerwärmetauscher (Desorberkreislauf) ausge- staltet. The steam generator may preferably be a single-pressure steam generator. This is easy to install and inexpensive. Preferably, the fluid-steam circuit further comprises a regenerative heat exchanger. In a further preferred embodiment, the fluid-steam circuit is configured as a steam condensate circuit with a reboiler heat exchanger (desorber circuit).
Die Wärmezufuhr für die Regeneration des Waschmittels geschieht in den meisten Fällen durch Kondensation von Heiz- dampf in einem Reboilerwärmetauscher. Der Ein-Druck-Dampf- erzeuger kann die für die Regeneration des Waschmittels benötigte Heizdampfmenge nun bereitstellen und mit dem Reboilerwärmetauscher einen geschlossenen Fluid-Kondensat-Kreislauf bilden. Da üblicherweise Wärme in der C02-Abscheidungsanlage für die Regeneration des Waschmittels benötigt wird, kann die bei der Anreicherung von C02 im Abgas durch Nachverbrennung von Brennstoff in einem Kanalbrenner frei werdende Wärme zweckmäßigerweise dafür genutzt werden. The heat supply for the regeneration of the detergent happens in most cases by condensation of heating steam in a reboiler heat exchanger. The one-pressure steam generator can now provide the amount of heating steam required for the regeneration of the detergent and form a closed fluid condensate circuit with the reboiler heat exchanger. Since heat is usually required in the C0 2 -Abscheidungsanlage for the regeneration of the detergent, the in the accumulation of C0 2 in the exhaust gas by post combustion of fuel in a duct burner released heat can be used for this purpose expediently.
Bevorzugt ist in die Abgasleitung zwischen Kanalbrenner und C02-Abscheidungsanlage strömungstechnisch ein Wärmetauscher, welcher mit einem Fluid-Dampf-Kreislauf gekoppelt ist, geschaltet, zur Abfuhr wenigstens eines Teils der durch die Nachverbrennung entstehenden Wärme im zweiten Abgas. Dieser kann anstatt oder zusätzlich zum Dampferzeuger Verwendung finden . Preferably, a heat exchanger, which is coupled to a fluid-steam circuit, connected in the exhaust pipe between the channel burner and CO 2 -Abscheidungsanlage, for discharging at least a portion of the resulting by the afterburning heat in the second exhaust gas. This Can be used instead of or in addition to the steam generator use.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemä- ßen Gasturbinenanlage wird dem Kanalbrenner Sauerstoff zugeführt. Die Erhöhung des C02-Gehalts kann durch die Restmenge an Sauerstoff im Abgas limitiert sein. Durch ein Zuführen von Sauerstoff neben dem Brennstoff kann dies behoben werden. Dabei kann der Sauerstoff im Abgaskanal vor oder direkt in den Kanalbrenner eingeströmt werden. According to a preferred embodiment of the gas turbine plant according to the invention, oxygen is supplied to the duct burner. The increase of the C0 2 content may be limited by the residual amount of oxygen in the exhaust gas. By supplying oxygen in addition to the fuel, this can be remedied. In this case, the oxygen in the exhaust duct before or directly into the duct burner can be flowed.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage ist in die Abgasleitung zwischen C02-Abscheidungsanlage und Kanalbrenner strömungstech- nisch eine Quencheinheit geschaltet, in welcher Wasser in das zweite Abgas eingebracht wird. Die Einbringung von Wasser in das warme, zweite Abgas erlaubt eine gezielte Abkühlung des zweiten Abgases auf ein Temperaturniveau, welches insbesondere für die Einführung in die C02-Abscheidungsanlage ohne Nachteile für den Abscheidungsprozess geeignet ist. Hierbei wird insbesondere Wasser in den Abgasstrom gesprüht bzw. gerieselt, wobei aufgrund der dabei aufzubringenden Verdampfungswärme eine Abkühlung des Abgasgemisches resultiert. Die Quencheinheit erfüllt hierbei im Wesentlichen eine vergleich- bare Funktion wie der weiter oben beschriebene Dampferzeuger/Wärmetauscher. Entsprechend einer weiterführenden Ausführungsform ist es auch denkbar, einen Dampferzeuger/Wärmetauscher in Kombination mit einer Quencheinheit vorzusehen. Die Quencheinheit ist insbesondere derart ausgestaltet, den durch die Kanalbrenner mitunter thermisch konditionierten Abgasstrom so weit abzukühlen, dass er lediglich ein Temperaturniveau von 200 °C oder geringer aufweist. Damit ist der Abgasstrom geeignet, in eine C02-Abscheidungsanlage eingeführt zu werden, die eine C02-Absorption auf Grundlage der Absorption von C02 durch eine wässrige Lösung von In a further preferred embodiment of the gas turbine plant according to the invention, a quench unit, in which water is introduced into the second exhaust gas, is connected in the exhaust gas line between C0 2 -separation plant and channel burner in terms of flow. The introduction of water into the warm, second exhaust gas allows a targeted cooling of the second exhaust gas to a temperature level, which is particularly suitable for the introduction into the C0 2 -Abscheidungsanlage without disadvantages for the deposition process. In this case, in particular, water is sprayed or drizzled into the exhaust gas stream, resulting in a cooling of the exhaust gas mixture due to the heat of vaporization to be applied. The quench unit essentially fulfills a comparable function as the steam generator / heat exchanger described above. According to a further embodiment, it is also conceivable to provide a steam generator / heat exchanger in combination with a quench unit. In particular, the quench unit is configured to cool the exhaust gas flow, which is sometimes thermally conditioned by the duct burners, to such an extent that it only has a temperature level of 200 ° C. or less. Thus, the exhaust stream is adapted to be inserted in a separating plant 2 C0, a C0 2 absorption based on the absorption of C0 2 with an aqueous solution of
Aminosäuresalzen erreicht. Entsprechend einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die C02-Abschei- dungsanlage eine Kälteeinheit aufweist, welche dazu ausgebildet ist, wenigstens teilweise das in dem Abgas enthaltene Wasser, insbesondere das in dem in der C02-Abscheidungsanlage abgeleiteten C02 enthaltene Wasser auszukondensieren . Die Kälteeinheit kann beispielsweise als Absorptionskälteeinheit, Adsorptionskälteeinheit, Kompressionskälteeinheit oder auch als Molekularstrahlkälteeinheit ausgebildet sein. Das auf- grund der Verbrennungen in dem Abgas enthaltene Wasser kann gezielt für weitere Nutzungen abgeschieden werden. Vor allem bei Betrieb der Gasturbinenanlage in sehr trockenen Regionen der Erde (Wüstenregionen) gestaltet sich diese Form der Wassergewinnung als besonders effizient und ressourcenschonend. Aufgrund der bei Betrieb der Gasturbinenanlage anfallenden großen Mengen an Abgas ist auch mit wenigstens für die menschliche Nutzung, aber auch für die industrielle Nutzung, wirtschaftlichen Mengen an kondensiertem Wasser zu rechnen. Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird durch die Angabe eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Gasturbinenanlage gelöst, umfassend wenigstens eine Gasturbine mit einem zumindest eine Stufe umfassenden Expansionsbereich, eine Abgasleitung zur Strömungsführung bei Betrieb der Gastur- bine aus dem Expansionsbereich austretenden ersten Abgases, sowie eine mit der Abgasleitung strömungstechnisch gekoppelte C02-Abscheidungsanlage, welche zumindest zur teilweisen Ab- scheidung von C02 vorgesehen ist, mit den folgenden Schritten : Achieved amino acid salts. According to a further particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the C0 2 -Abschei- dungsanlage comprises a refrigeration unit, which is designed to at least partially the water contained in the exhaust gas, in particular in the in the C0 2 -Abscheidungsanlage derived C0 2 to condense out contained water. The refrigeration unit can be designed, for example, as absorption refrigeration unit, adsorption refrigeration unit, compression refrigeration unit or else as molecular beam refrigeration unit. The water contained in the exhaust gas due to the burns can be purposefully separated for further use. Especially when operating the gas turbine plant in very dry regions of the earth (desert regions), this form of water extraction is particularly efficient and resource-saving. Due to the large amounts of exhaust gas occurring during operation of the gas turbine plant, economic quantities of condensed water must also be expected, at least for human use, but also for industrial use. The object related to the method is achieved by specifying a method according to the invention for operating a gas turbine system comprising at least one gas turbine with an expansion region comprising at least one stage, an exhaust pipe for guiding the flow during operation of the gas turbine from the first exhaust gas exiting the expansion region, and a with the exhaust pipe fluidly coupled C0 2 -Abscheidungsanlage, which is provided at least for partial deposition of C0 2 , with the following steps:
- Betreiben der Gasturbine und Einleitung des aus dem Expansionsbereich austretenden ersten Abgases in die Abgasleitung; - Operating the gas turbine and initiation of the emerging from the expansion region first exhaust gas into the exhaust pipe;
- Nachverbrennen des ersten Abgases unter Anreicherung von zugeführten Brennstoff zu einem zweiten Abgas mittels einem in der Abgasleitung strömungstechnisch zwischen Gasturbine und C02-Abscheidungsanlage geschalteten Kanalbrenner, zumindest teilweises Abscheiden von C02 in dem zweiten Abgas in der C02-Abscheidungsanlage . Post-combustion of the first exhaust gas with enrichment of supplied fuel to a second exhaust gas by means of a channel burner connected fluidically in the exhaust gas line between gas turbine and C0 2 -disturbing plant, at least partially separating C0 2 in the second exhaust gas in the C0 2 -Abscheidungsanlage.
Erfindungsgemäß ist folglich vorgesehen, dass das aus der Gasturbine austretende erste Abgas mittels einer Abgasleitung strömungstechnisch zu einem Kanalbrenner geführt wird und das erste Abgas mit zugeführtem Brennstoff in diesem Kanalbrenner zu einem zweiten Abgas nachzuverbrennen . Hierbei wird der Brennstoff verbraucht und eine Erhöhung des C02-Gehalts des zweiten Abgases im Vergleich zu dem C02-Gehalt des aus derAccording to the invention, it is thus provided that the first exhaust gas emerging from the gas turbine is fluidly guided to a duct burner by means of an exhaust pipe and the afterburning of the first exhaust gas with supplied fuel in this duct burner to form a second exhaust gas. Here, the fuel is consumed and an increase in the C0 2 content of the second exhaust gas compared to the C0 2 content of the
Gasturbine austretenden ersten Abgases bewirkt. Aufgrund der Erhöhung des anteiligen C02-Gehalts in dem Abgas kann in der C02-Abscheidungseinrichtung auch eine vergrößerte Menge an C02 während eines vorbestimmten Zeitintervalls abgeschieden werden. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist die Möglichkeit, ein bereits vorhandenes Gaskraftwerk oder Gas- und Dampf-Kombikraftwerk mit einer C02-Abscheidungsanlage nachzu- rüsten, ohne dass prozesstechnische Änderungen im Kreislauf des Gas- und Dampf-Kombikraftwerkes aufgrund einer Heizdampf- entnähme notwendig werden. Gas turbine exiting first exhaust gas causes. Due to the increase in the proportionate C0 2 content in the exhaust gas, an increased amount of C0 2 can also be deposited in the CO 2 precipitator during a predetermined time interval. A further advantage of this invention is the possibility of retrofitting an already existing gas-fired power plant or gas and steam combined cycle power plant with a C0 2 separation plant without necessitating process-related changes in the cycle of the gas and steam combined cycle power plant due to a heating steam extraction ,
An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass das zum Kanalbrenner geführte Abgas der Gasturbine nicht das gesamte aus der Gasturbine abgeleitete Abgas umfassen muss. Vielmehr ist es auch möglich, aus der Gasturbine Abgasteilströme zu entnehmen, welche zur Nachverbrennung hinzugenommen werden. Weiterhin ist es auch möglich, einzelne Abgasströme zusammenzuführen bevor diese in einem einheitlichen Prozess zur Nachverbrennung hinzugenommen werden. It should be noted at this juncture that the gas turbine exhaust gas routed to the duct burner need not include all of the exhaust gas derived from the gas turbine. Rather, it is also possible to remove from the gas turbine exhaust gas streams, which are added to the post-combustion. Furthermore, it is also possible to combine individual exhaust gas streams before they are added in a uniform process for afterburning.
Bevorzugt wird der Kanalbrenner derart betrieben, dass sich die Menge an 02 pro Volumen in dem zweiten Abgas im Vergleich zur Menge im ersten Abgas um wenigstens 15 %, bevorzugt um 20 % verringert. Aufgrund einer relativen Verringerung der 02-Menge ist eine verhältnismäßig geringere Degradation des Waschmittels in einer C02-Vorrichtung zu erwarten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Kanalbrenner derart betrieben wird, dass sich die Menge an C02 pro Volumen in dem zweiten Abgas im Vergleich zur Menge im ersten Abgas um we- nigstens 20% erhöht, bevorzugt um 25 % erhöht. Demgemäß kann einerseits ein wirtschaftlicher Betrieb der C02-Abscheidungs- anlage ermöglicht werden, bei gleichzeitiger Bereitstellung von für die verbesserte Rohölförderung interessanten Mengen an C02. Preferably, the duct burner is operated such that the amount of O 2 per volume in the second exhaust gas is reduced by at least 15%, preferably by 20%, compared to the amount in the first exhaust gas. Due to a relative reduction in the amount of O 2 , a relatively lower degradation of the detergent in a C0 2 device is to be expected. According to a further embodiment of the method according to the invention, it is provided that the duct burner is operated in such a way that the amount of CO 2 per volume in the second exhaust gas is increased by at least 20%, preferably by 25%, compared to the amount in the first exhaust gas , Accordingly, on the one hand an economical operation of the C0 2 capture plant can be enabled while simultaneously providing interesting for enhanced crude oil production amounts of C0. 2
Bevorzugt sind zwischen Kanalbrenner und C02-Abscheidungs- anlage ein Dampferzeuger und/oder ein Wärmeaustauscher vorgesehen, zum Abführen der Wärme im zweiten Abgas. Bevorzugt wird zumindest die dem Kanalbrenner zugeführte Menge an Preferably, a steam generator and / or a heat exchanger are provided between duct burner and C0 2 -Abscheidungs-, for dissipating the heat in the second exhaust gas. At least the amount supplied to the duct burner is preferred
Brennstoff so eingestellt, dass die nach dem Dampferzeuger und/oder ein Wärmeaustauscher verbliebene Abwärme möglichst gering ist. Weiterhin bevorzugt sind zumindest die im Kanalbrenner verbrannten Brennstoffmenge und die im Wärmetauscher/Dampferzeuger abgeführte Wärmemenge aufeinander abge- stimmt. Fuel adjusted so that the remaining after the steam generator and / or a heat exchanger waste heat is minimized. Further preferably, at least the amount of fuel burned in the channel burner and the amount of heat removed in the heat exchanger / steam generator are matched to one another.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur. Darin zeigt Schema- tisch: Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figure. Schematic shows in it:
FIG 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage in einer schematischen und nicht vollständigen Schaltansicht. 1 shows a first embodiment of the gas turbine plant according to the invention in a schematic and not complete circuit view.
FIG 1 zeigt sehr schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage 1. Selbstverständlich kann die Gasturbinenanlage 1 weitere Bauteile umfassen, welche aber für das Verständnis der Erfindung jedoch nicht rele- vant sind. Die Gasturbinenanlage 1 umfasst eine Gasturbine 1, die eine Kompressionsstufe 3, eine Brennkammer 4 sowie einen Expansionsbereich 5 mit zumindest einer Stufe aufweist. Die Gasturbine 1 ist mit einem Generator 2 über eine nicht weiter bezeichnete Welle gekoppelt und kann diese zur elektrischen Energieerzeugung rotatorisch antreiben. Das bei Betrieb der Gasturbine 1 aus dem Expansionsbereich 5 abgeleitete erste Abgas 101 wird wenigstens zum Teil in eine Leitung 20 einge- leitet, die mit einem Abhitzedampferzeuger 7 fluidtechnisch gekoppelt ist. Der Abhitzedampferzeuger 7 wirkt mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf zum Betrieb einer Dampfturbinenanlage 6 zusammen. Aufgrund der Wechselwirkung des Abgases, welches bei Verlassen des Expansionsbereich 5 ein Temperaturniveau zwischen 500°C und 600°C aufweist, mit dem Abhitzedampferzeuger 7 kommt es zu einem geeigneten Wärmeübertrag. Hierbei kann das Temperaturniveau des den Abhitzedampferzeuger 7 verlassenden Abgases auf einen Wert von 100 °C vermindert werden . FIG. 1 very schematically shows a first embodiment of the gas turbine plant 1 according to the invention. Of course, the gas turbine plant 1 can comprise further components, which, however, are not relevant for the understanding of the invention. The gas turbine plant 1 comprises a gas turbine 1, which has a compression stage 3, a combustion chamber 4 and an expansion area 5 with at least one stage. The gas turbine 1 is connected to a generator 2 via a not further designated wave coupled and can drive them for electrical power generation rotatory. The first exhaust gas 101 derived from the expansion region 5 during operation of the gas turbine 1 is at least partially introduced into a line 20 which is fluidly coupled to a heat recovery steam generator 7. The waste heat steam generator 7 cooperates with a water-steam cycle for the operation of a steam turbine plant 6. Due to the interaction of the exhaust gas, which has a temperature level between 500 ° C and 600 ° C when leaving the expansion region 5, with the heat recovery steam generator 7, there is a suitable heat transfer. Here, the temperature level of the waste heat steam generator 7 leaving exhaust gas can be reduced to a value of 100 ° C.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei einem Abgas mit hoher C02-Konzentration geringere Apparategrößen bzw. -kapazitäten in Teilen der C02-Abscheidungsanlage 200 notwendig sind um eine vorgegebene C02-Menge zu erreichen, als bei einem Abgas mit vergleichsweise niedrigerem C02-Gehalt. Das heißt, durch eine höhere C02-Konzentration lassen sich niedrigere spezifische Abtrennkosten erreichen. Dies ist insbesondere für Gas- und Dampf-Kombikraftwerke von Belang, weil das Abgas dieses Kraftwerkstypes eine niedrige absolute C02-Konzentration auf- weist. According to the invention it was recognized that in an exhaust gas with a high C0 2 concentration lower equipment sizes or capacities in parts of the C0 2 separating plant 200 are necessary in order to achieve a predetermined C0 2 amount than in an exhaust gas at comparatively lower C0 2 - Salary. That is, a higher C0 2 concentration can achieve lower specific separation costs. This is of particular importance for gas and steam combined cycle power plants because the exhaust gas of this type of power plant has a low absolute C0 2 concentration.
Nach dem Abhitzedampferzeuger 7 strömt das erste Abgas 101, welches einen ersten Gehalt an C02 aufweist, nun erfindungsgemäß in einen Kanalbrenner 60. In dem Kanalbrenner 60 wird Brennstoff B, insbesondere fossiler Brennstoff, zugeführt und verbrannt. Limitiert wird die mögliche Erhöhung des C02-Gehalts zum einen durch die Restmenge an Sauerstoff im ersten Abgas 101, da dieser für die Verbrennung in dem Kanal - brenner 60 benötigt wird, zum anderen durch die Notwendig- keit, die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme vor Einbringung des entstehenden zweiten Abgases 102 in die C02- Abscheidungsanlage 200 so weit wie möglich abzuführen. Daher kann in den Kanalbrenner 60 auch Sauerstoff S zugeführt wer- den. Im Kanalbrenner 60 wird somit das erste Abgas 101 zumindest mit Brennstoff B, oder mit Brennstoff B und Sauerstoff S gemischt und zu einem zweiten Abgas 102 verbrannt. Selbstverständlich kann der Brennstoff B oder der Brennstoff B und Sauerstoff S auch vor dem Kanalbrenner 60 eingeströmt werden. Dadurch weist das zweite Abgas 102 nun einen C02-Gehalt auf, welcher höher als der Gehalt an C02 des ersten Abgases 101 ist . Wie oben schon erwähnt, wird die mögliche Erhöhung des C02- Gehalts zudem durch die Notwendigkeit, die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme vor Einbringung des entstehenden zweiten Abgases 102 in die C02-Abscheidungsanlage 200 so weit wie möglich abzuführen, limitiert. After the heat recovery steam generator 7, the first exhaust gas 101, which has a first content of C0 2 , now according to the invention flows into a duct burner 60. In the duct burner 60, fuel B, in particular fossil fuel, is supplied and combusted. The possible increase in the C0 2 content is limited on the one hand by the residual amount of oxygen in the first exhaust gas 101, since this is required for combustion in the channel burner 60, and on the other hand by the necessity of the heat released during the combustion before introducing the resulting second exhaust gas 102 into the C0 2 - deposition plant 200 as far as possible dissipate. Therefore, oxygen S can also be fed into the channel burner 60. the. In the duct burner 60, therefore, the first exhaust gas 101 is at least mixed with fuel B, or with fuel B and oxygen S and burned to a second exhaust gas 102. Of course, the fuel B or the fuel B and oxygen S may also be flowed in front of the duct burner 60. As a result, the second exhaust gas 102 now has a C0 2 content which is higher than the content of C0 2 of the first exhaust gas 101. In addition, as noted above, the potential increase in C0 2 content is limited by the need to dissipate the heat released during combustion as much as possible prior to introducing the resulting second exhaust gas 102 into the CO 2 scrubber 200.
Nach dem Kanalbrenner 60 weist das zweite Abgas 102 nun einen zweiten Gehalt an C02 auf, welcher wesentlich höher ist als der erste Gehalt an C02 des ersten Abgases 101. Zudem weist nun das zweite Abgas 102 eine wesentlich höhere Temperatur auf als das erste Abgas 101. Da üblicherweise Wärme in der C02-Abscheidungsanlage 200 für eine Regeneration des Waschmittels benötigt wird, kann nun die bei der Anreicherung von C02 im zweiten Abgas 102 durch Nachverbrennung des Brennstoffs B, bzw. des Brennstoffs B/Sauerstoffs S in dem Kanal- brenner 60 freiwerdende Wärme zweckmäßigerweise dafür genutzt werden. Die Wärmezufuhr für die Regeneration des Waschmittels geschieht in den meisten Fällen durch Kondensation von Heiz- dampf in einem dafür bestimmten Reboilerwärmetauscher 100. Das zweite Abgas 102 strömt nun erfindungsgemäß in einen Ein- Druck-Dampferzeuger 80. Dieser ist mit einem Fluid-Dampf- Kreislauf 82 verbunden. Mittels des Ein-Druck-Dampferzeugers 80 und dem dazugehörigen Fluid-Dampf-Kreislauf 82 wird nun die Temperatur des zweiten Abgases 102 derart gesenkt, dass es zum Einströmen in eine C02-Abscheidungsanlage 200 geeignet ist. Der Ein-Druck-Dampferzeuger 80 stellt nun die für die Regeneration des Waschmittels benötigte Heizdampfmenge bereit, und bildet mit dem Reboilerwärmetauscher 100 einen ge- schlossenen Fluid-Dampf-Kreislauf 82. Somit kann darauf verzichtet werden, Heizdampf für die C02-Abscheidungsanlage 200 aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes zu entnehmen. Dadurch ergeben sich Einsparungen bei den Betriebskosten. Weiterhin kann auch auf Investitionskosten für Bauteile in der C02-Abscheideanlage 200, welche ansonsten für diese Aufgabe herangezogen werden müssten, verzichtet werden. After the channel burner 60, the second exhaust gas 102 now has a second content of C0 2 , which is substantially higher than the first content of C0 2 of the first exhaust gas 101. In addition, the second exhaust gas 102 now has a substantially higher temperature than the first exhaust gas 101. Since heat is usually required in the C0 2 -Abscheidungsanlage 200 for a regeneration of the detergent, can now in the accumulation of C0 2 in the second exhaust 102 by post-combustion of the fuel B, and the fuel B / oxygen S in the channel - burner 60 heat released expediently be used for it. The heat supply for the regeneration of the detergent is done in most cases by condensation of heating steam in a designated reboiler heat exchanger 100. The second exhaust 102 flows according to the invention now in a single-pressure steam generator 80. This is with a fluid-steam cycle 82 connected. By means of the one-pressure steam generator 80 and the associated fluid-steam circuit 82, the temperature of the second exhaust gas 102 is now lowered so that it is suitable for flowing into a C0 2 -Abscheidungsanlage 200. The single-pressure steam generator 80 now provides the amount of heating steam required for the regeneration of the detergent, and forms with the reboiler heat exchanger 100 a closed fluid-steam cycle 82. Thus, it can be waived to remove heating steam for the C0 2 -Abscheidungsanlage 200 from the water-steam cycle of the power plant. This results in savings in operating costs. Furthermore, it is also possible to dispense with investment costs for components in the CO 2 separation plant 200, which otherwise would have to be used for this task.
Die im Kanalbrenner 60 zugefeuerte Menge an Brennstoff B bzw. Brennstoff B/Sauerstoff S, wird dabei vorteilhafterweise so eingestellt, dass die im zweiten Abgas 102 nach dem Ein- Druck-Dampferzeuger 80 verbleibende Abwärme möglichst gering ist. Weiterhin sind zumindest die im Kanalbrenner 60 verbrannten Mengen an Brennstoff B, bzw. Mengen an die Brenn- Stoff B/Sauerstoff S und die im Dampferzeuger 80 abgeführte Wärmemenge aufeinander abgestimmt. The amount of fuel B or fuel B / oxygen S to be fired in the duct burner 60 is advantageously adjusted so that the waste heat remaining in the second exhaust gas 102 after the pressure steam generator 80 is as low as possible. Furthermore, at least the quantities of fuel B burned in the channel burner 60, or quantities of the fuel B / oxygen S and the amount of heat removed in the steam generator 80, are matched to one another.
Dennoch kann selbstverständlich optional abstromseitig nach dem Ein-Druck-Dampferzeuger 80 noch eine Quencheinheit (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um das Temperaturniveau des zweiten Abgases 102 nach dem Ein-Druck-Dampferzeuger 80 weiter zu senken. In der Quencheinheit (nicht gezeigt) wird das zweite Abgas 102 mit Wasser besprüht bzw. berieselt. Aufgrund der verbrauchten Verdampfungswärme erfolgt eine Abkühlung des zweiten Abgases 102 auf ein geeignetes Temperaturniveau. Zusätzlich oder alternativ zur Quencheinheit (nicht gezeigt) kann ein Wärmetauscher (nicht gezeigt) abstromseitig nach dem Ein-Druck-Dampferzeuger 80 geschaltet sein, der für die Abkühlung oder eine weitere Abkühlung des zweiten Abgases 102 sorgt. Hierbei kann Wärme aus dem zweiten Abgas auf das aus der C02-Abscheidungsanlage 200 austretende von C02 gereinigte Gas übertragen werden. Diese Übertragung dient insbesondere dazu, das aus der C02-Abscheidungsanlage 200 abgeleitete C02 gereinigtes Gas soweit thermisch zu konditionieren, damit dieses konvektiv aus einem Schlot ausgeleitet werden kann. Selbstverständlich kann der Ein-Druck-Dampferzeuger 80 auch durch einen Quencheinheit und/oder Wärmetauscher ersetzt werden . Durch die Erfindung ist nun eine nachlagerte Anreicherung des Abgases mit C02 möglich. Aufgrund der Erhöhung des anteiligen C02-Gehalts in dem Abgas kann in der C02-Abscheidungsanlage auch eine vergrößerte Menge an C02 abgeschieden werden. Zudem kann das C02 wesentlich kostengünstiger abgeschieden werden. Dementsprechend kann auch der aus der C02-Abscheidungsanlage abgeführte C02-Strom erhöht werden. Nevertheless, of course, downstream of the one-pressure steam generator 80, a quench unit (not shown) may optionally be provided downstream, in order to further reduce the temperature level of the second exhaust gas 102 after the one-pressure steam generator 80. In the quench unit (not shown), the second exhaust gas 102 is sprayed or sprinkled with water. Due to the heat of vaporization consumed, the second exhaust gas 102 is cooled to a suitable temperature level. In addition or as an alternative to the quench unit (not shown), a heat exchanger (not shown) may be connected downstream of the one-pressure steam generator 80, which provides for the cooling or further cooling of the second exhaust gas 102. In this case, heat can be transferred from the second exhaust gas to the C0 2 purified gas leaving the C0 2 separation plant 200. This transfer serves, in particular, to thermally condition the C0 2 purified gas derived from the C0 2 separation plant 200 so that it can be discharged convectionally from a vent. Of course, the one-pressure steam generator 80 may also be replaced by a quench unit and / or heat exchanger. By the invention, a subsequent enrichment of the exhaust gas with C0 2 is now possible. Due to the increase in the proportionate C0 2 content in the exhaust gas, an increased amount of C0 2 can also be deposited in the CO 2 deposition plant. In addition, the C0 2 can be deposited much cheaper. Accordingly, the discharged from the C0 2 -Abscheidungsanlage C0 2 stream can be increased.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, ein bereits vorhandenes Gas- und Dampf-Kombikraftwerk mit einer C02-Abscheidungsanlage 200 nachzurüsten, ohne dass prozesstechnische Änderungen im Wasser-Dampf-Kreislauf des Gas- und Dampf-Kombikraftwerkes aufgrund einer Heizdampfentnähme notwendig werden. Another advantage of the invention is the ability to retrofit an existing gas and steam combined cycle power plant with a C0 2 -Abscheidungsanlage 200 without process engineering changes in the water-steam cycle of combined cycle gas and steam power plant due to a Heizdampfentnähme be necessary.
Im Vergleich zu dem Stand der Technik hat der Kanalbrenner 60 nun mehrere Vorteile, welche nachfolgend beschrieben werden. Im regulären Betrieb hängt die abgegebene elektrische Leistung der ersten Gasturbine vom Gegendruck des ersten Abgases ab; auf Änderungen/Störungen dieses Gegendrucks, induziert durch die stromabwärts gelegene zusätzliche Gasturbine, reagiert der Leistungsregler der ersten Gasturbine durch entsprechende Regeleingriffe (z.B. durch Änderung der Brennstoffmenge) . Das Verhalten des Verdichters der zusätzlichen Gasturbine wiederum hängt ab von der aus der ersten Gasturbine kommenden Gasmenge . Druckschwankungen im Abgaskanal können daher zu unzulässigen Werten führen, welche die Betriebsweise negativ beeinflussen können. Es ist durch die erfindungsgemäße Gasturbinenanlage auch nicht mehr notwendig, eine Kühlvor- richtung für das erste Abgas in der Abgasleitung vorzusehen. Compared to the prior art, the channel burner 60 now has several advantages, which will be described below. In regular operation, the output electric power of the first gas turbine depends on the back pressure of the first exhaust gas; In response to changes / disturbances of this back pressure induced by the downstream additional gas turbine, the power controller of the first gas turbine responds by appropriate control interventions (e.g., by changing the amount of fuel). The behavior of the compressor of the additional gas turbine, in turn, depends on the amount of gas coming from the first gas turbine. Pressure fluctuations in the exhaust duct can therefore lead to impermissible values, which can adversely affect the operation. It is also no longer necessary by the gas turbine plant according to the invention to provide a cooling device for the first exhaust gas in the exhaust gas line.
Gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich damit folgende weitere Vorteile. Wird im Stand der Technik bei einem der beiden Komponenten, dass heißt die erste Gasturbine oder der Abhitzedampferzeuger eine Schutzabschaltung notwendig, so ist es auch immer notwendig die zumindest eine zusätzliche Gasturbine des Stand der Technik abzuschalten, um unerlaubte Werte von bestimmten Prozessgrößen zu verhindern, insbesonde- re des Abgasdruckes zwischen den beiden Komponenten, also des ersten Abgases. Dafür müssen spezielle Komponenten mit einem Regel und Steuerungssystem vorgesehen werden. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen . Compared to the prior art, this results in the following further advantages. If in the prior art one of the two components, that is to say the first gas turbine or the heat recovery steam generator, requires a protective shutdown, then it is always necessary to switch off at least one additional gas turbine of the prior art in order to prevent unauthorized values of specific process variables, in particular - Re the exhaust pressure between the two components, ie the first exhaust gas. For this, special components must be provided with a control system. Further embodiments emerge from the subclaims.

Claims

Patentansprüche claims
1. Gasturbinenanlage umfassend zumindest eine Gasturbine (1) mit einem zumindest eine Stufe umfassenden Expansionsbe- reich (5) , eine Abgasleitung (20) zur Strömungsführung bei1. gas turbine plant comprising at least one gas turbine (1) with a comprehensive at least one stage expansion area (5), an exhaust pipe (20) for flow guidance at
Betrieb der Gasturbine (1) aus dem Expansionsbereich (5) austretenden ersten Abgas (101) , sowie eine mit der Abgasleitung (20) strömungstechnisch gekoppelte C02-Abscheidungsanlage (200) , welche zumindest zur teilweisen Abscheidung von C02 vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s in die Abgasleitung (20) zwischen Gasturbine (1) und C02-Abscheidungsanlage (200) strömungstechnisch ein Kanalbrenner (60) geschaltet ist, in welchem das erste Abgas (101) unter Anreicherung von zugeführtem Brennstoff (B) zu einem zweiten Abgas (102) nachverbrannt wird. Operation of the gas turbine (1) from the expansion region (5) exiting first exhaust gas (101), and with the exhaust pipe (20) fluidly coupled C0 2 -Abscheidungsanlage (200), which is provided at least for partial deposition of C0 2 , characterized that in the exhaust pipe (20) between the gas turbine (1) and C0 2 -Abscheidungsanlage (200) fluidly a duct burner (60) is connected, in which the first exhaust gas (101) enriched by supplying fuel (B) to a second exhaust gas ( 102) is burned.
2. Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 1, 2. Gas turbine plant according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s d a d u r c h e s e n c i n e s, d a s s
in die Abgasleitung (20) zwischen Kanalbrenner (60) und C02- Abscheidungsanlage (200) strömungstechnisch ein Dampferzeuger, welcher mit einem Fluid-Dampf-Kreislauf gekoppelt ist, geschaltet ist, zur Abfuhr wenigstens eines Teils der durch die Nachverbrennung entstehenden Wärme im zweiten Abgas in the exhaust pipe (20) between the channel burner (60) and C0 2 - deposition (200) fluidly connected to a steam generator, which is coupled to a fluid-steam cycle, for removing at least a portion of the heat generated by the afterburning in the second exhaust
(102) .  (102).
3. Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 2, 3. Gas turbine plant according to claim 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s d a d u r c h e s e n c i n e s, d a s s
der Dampferzeuger ein Ein-Druck-Dampferzeuger (80) ist. the steam generator is a one-pressure steam generator (80).
4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 2 oder 3, 4. Gas turbine plant according to claim 2 or 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s d a d u r c h e s e n c i n e s, d a s s
der Fluid-Dampf-Kreislauf ein Reboilerwärmetauscher (100) um- fasst . the fluid-steam circuit comprises a reboiler heat exchanger (100).
5. Gasturbinenanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s in die Abgasleitung (20) zwischen Kanalbrenner (60) und C02- Abscheidungsanlage (200) strömungstechnisch ein Wärmetau- scher, welcher mit einem Fluid-Dampf-Kreislauf gekoppelt ist, geschaltet ist, zur Abfuhr wenigstens eines Teils der durch die Nachverbrennung entstehenden Wärme im zweiten Abgas 5. gas turbine plant according to one of the preceding claims, characterized in that in the exhaust pipe (20) between the channel burner (60) and C0 2 - deposition system (200) fluidically a heat exchanger scher, which is coupled to a fluid-steam circuit is connected to the removal of at least a portion of the heat generated by the post-combustion in the second exhaust gas
(102) .  (102).
6. Gasturbinenanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s dem Kanalbrenner (60) Sauerstoff (S) zugeführt wird. 6. gas turbine plant according to one of the preceding claims, d a d u r c h e c e n e z e c h e n e, t s the channel burner (60) oxygen (S) is supplied.
7. Gasturbinenanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s in die Abgasleitung (20) zwischen C02-Abscheidungsanlage (200) und Kanalbrenner (60) strömungstechnisch eine Quench- einheit geschaltet ist, in welcher Wasser in das zweite Abgas (102) eingebracht wird. 7. Gas turbine plant according to one of the preceding claims, characterized in that in the exhaust pipe (20) between C0 2 -Abscheidungsanlage (200) and duct burner (60) fluidically connected a quench unit, in which water introduced into the second exhaust gas (102) becomes.
8. Gasturbinenanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die C02-Abscheidungsanlage (200) eine Kälteeinheit aufweist, welche dazu ausgebildet ist, wenigstens teilweise das in dem zweiten Abgas (102) enthaltene Wasser, insbesondere das in dem in der C02-Abscheidungsanlage (200) abgeleiteten C02 enthaltene Wasser aus zu kondensieren. 8. Gas turbine plant according to one of the preceding claims, characterized in that the C0 2 -Abscheidungsanlage (200) comprises a refrigeration unit, which is adapted to at least partially contained in the second exhaust gas (102) water, in particular in the in the C0 second -Abscheidungsanlage (200) derived C0 2 from condensing water.
9. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage umfassend wenigstens eine Gasturbine (1) mit einem zumindest eine Stufe umfassenden Expansionsbereich (5) , eine Abgasleitung (20) zur Strömungsführung bei Betrieb der Gasturbine (1) aus dem Expansionsbereich (5) austretenden ersten Abgas (101) , sowie eine mit der Abgasleitung (20) strömungstechnisch gekoppelte C02-Abscheidungsanlage (200) , welche zumindest zur teilweisen Abscheidung von C02 vorgesehen ist, mit den folgenden Schritten : 9. A method for operating a gas turbine plant comprising at least one gas turbine (1) having a comprehensive at least one stage expansion area (5), an exhaust pipe (20) for flow guidance during operation of the gas turbine (1) from the expansion region (5) exiting first exhaust gas (101 ), as well as with the exhaust pipe (20) fluidly coupled C0 2 -Abscheidungsanlage (200), which is provided at least for the partial deposition of C0 2 , with the following steps:
- Betreiben der Gasturbine (1) und Einleitung des aus dem Expansionsbereich (5) austretenden ersten Abgases (101) in die Abgasleitung (20) , - Nachverbrennen des ersten Abgases (101) unter Anreicherung von zugeführtem Brennstoff (B) zu einem zweiten Abgas (102) mittels einem in der Abgasleitung (20) strömungstechnisch zwischen Gasturbine (1) und C02-Abscheidungs- anläge (200) geschalteten Kanalbrenner (60) , Operating the gas turbine (1) and introducing the first exhaust gas (101) leaving the expansion region (5) into the exhaust gas line (20), - Afterburning the first exhaust gas (101) with enrichment of supplied fuel (B) to a second exhaust gas (102) by means of a in the exhaust pipe (20) fluidly between gas turbine (1) and C0 2 -Abscheidungs- anläge (200) switched channel burner ( 60),
- zumindest teilweises Abscheiden von C02 in dem zweiten Abgas (102) in der C02-Abscheidungsanlage (200) . at least partially separating CO 2 in the second offgas (102) in the CO 2 scrubber (200).
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s d a d u r c h e s e n c i n e s, d a s s
der Kanalbrenner (60) derart betrieben wird, dass sich die Menge an 02 pro Volumen in dem zweiten Abgas (102) im Vergleich zur Menge im ersten Abgas (101) um wenigstens 15 %, bevorzugt um 25 % verringert. the channel burner (60) is operated such that the amount of O 2 per volume in the second exhaust gas (102) is reduced by at least 15%, preferably by 25%, compared to the amount in the first exhaust gas (101).
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9-10, 11. The method according to any one of claims 9-10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s d a d u r c h e s e n c i n e s, d a s s
zwischen Kanalbrenner (60) und C02-Abscheidungsanlage (200) ein Dampferzeuger und/oder ein Wärmeaustauscher vorgesehen ist, welcher die Wärme im zweiten Abgas (102) abführt. between channel burner (60) and C0 2 -Abscheidungsanlage (200) a steam generator and / or a heat exchanger is provided, which dissipates the heat in the second exhaust gas (102).
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, 12. The method according to claim 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s d a d u r c h e s e n c i n e s, d a s s
zumindest die dem Kanalbrenner (60) zugeführte Menge an at least the channel burner (60) supplied amount
Brennstoff (B) so eingestellt wird, dass die nach dem Dampferzeuger und/oder ein Wärmeaustauscher verbliebene Abwärme möglichst gering ist. Fuel (B) is adjusted so that the remaining after the steam generator and / or a heat exchanger waste heat is minimized.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, 13. The method according to claim 11 or 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s d a d u r c h e s e n c i n e s, d a s s
zumindest die im Kanalbrenner (60) verbrannten Brennstoffmenge (B) und die im Wärmetauscher/Dampferzeuger abgeführte Wärmemenge aufeinander abgestimmt sind. at least the fuel quantity (B) burnt in the duct burner (60) and the amount of heat removed in the heat exchanger / steam generator are matched to one another.
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