DE19827961A1

DE19827961A1 - Method and arrangement for conditioning the supply air to a gas turbine plant

Info

Publication number: DE19827961A1
Application number: DE1998127961
Authority: DE
Inventors: Christian Appel; Wolfgang Urbanczyk
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2000-01-05
Also published as: WO1999067518A1; AR018923A1

Abstract

According to the invention a spray nozzle system (5) is positioned in the inlet air duct (1) of a gas turbine in such a way that the spray nozzles are evenly distributed across the cross-section of the air inlet duct (1) according to a defined pattern. By means of the spray nozzle system a hygroscopic brine solution is admixed to the inlet air which in an exothermal reaction withdraws water from said inlet air. Fittings (8) for the recooling of the inlet air are provided for in the sorption chamber (4). The temperature of the dried and recooled air is lowered further in an evaporation humidifier (1) positioned downstream until the saturation temperature is reached. By combining the dehumidification stage with one or more cooling stages it is possible considerably to lower the inlet air temperature, which significantly raises gas turbine performance.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Konditionieren der Zuluft einer Gasturbinenanlage, wobei die Zuluft aus der Außenluft angesaugt und gekühlt wird, be vor sie im Verdichter der Gasturbinenanlage komprimiert wird.The invention relates to a method and an arrangement for conditioning the supply air of a gas turbine system, wherein the supply air is drawn in and cooled from the outside air, be before being compressed in the compressor of the gas turbine plant becomes.

Bekanntlich hängt die elektrische Leistung und auch der Wirkungsgrad einer Gasturbinenanlage zu einem nicht uner heblichen Teil von der Dichte der Zuluft ab. Die Dichte der Zuluft sinkt mit zunehmender Temperatur und ist demgemäß von der Außentemperatur abhängig. Man hat daher versucht, durch Kühlen der Ansaugluft die Dichte der Zuluft und damit die elektrische Leistung und auch den Wirkungsgrad der Gasturbi nenanlage zu erhöhen. Einer derartigen Temperaturabsenkung sind aber Grenzen gesetzt. Bei starken Außenlufttemperatur schwankungen sind Leistungs- und Wirkungsgradeinbußen der Gasturbinenanlage mit herkömmlichen Mitteln in der Regel nicht zu vermeiden.As is known, the electrical power and also depends Efficiency of a gas turbine plant at a not inconsiderable significant part on the density of the supply air. The density of the Supply air drops with increasing temperature and is accordingly from depending on the outside temperature. One has therefore tried through Cooling the intake air the density of the supply air and thus the electrical power and also the efficiency of the gas turbine plant to increase. Such a drop in temperature but there are limits. With strong outside air temperature Fluctuations are a loss of performance and efficiency Gas turbine plant with conventional means as a rule can not be avoided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gasturbi nen-Zuluft im Zuluftkanal so zu konditionieren, daß die Lei stung und auch der Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage ver bessert werden kann.The invention is based, the gas turbine Condition the supply air in the supply air duct so that the lei and the efficiency of the gas turbine system can be improved.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die Senkung der Zulufttemperatur auf die Sättigungstemperatur nur bei geringer relativer Luftfeuchte der Außenluft zu einer deutlichen Leistungssteigerung und einer Verbesserung des Wirkungsgrades in der Gasturbinenan lage umgesetzt werden kann. Bei hoher relativer Außenluft feuchte sind einer Kühlung der Zuluft enge ökonomische Grenzen gesetzt.In solving this problem, the invention is based on Finding out that the lowering of the supply air temperature to the Saturation temperature only at low relative humidity the outside air to a significant increase in performance and an improvement in efficiency in gas turbines location can be implemented. With high relative outside air humid are tight economic cooling of the supply air Set limits.

Ausgehend von einem Luftkonditionierungsverfahren der eingangs genannten Art, ist die Lösung der oben genannten Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gekennzeichnet, daß der Zu luft unter Verwendung eines sorptiven Verfahrens Feuchtig keit entzogen wird, bevor der Kühlschritt beendet ist.Based on an air conditioning process from type mentioned above, is the solution of the above Task procedurally characterized in that the To air moist using a sorptive process withdrawn before the cooling step is finished.

Bei einer Anordnung zum Konditionieren der Zuluft einer Gasturbinenanlage, wobei Kühlmittel im Zuluftkanal eingebaut sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in einem zuström seitigen Abschnitt des Zuluftkanals ein Sorptionsmittelver teiler angeordnet ist, der der Zuluft ein wasserarmes, hy groskopisches Sorptionsmittel in flüssiger, dampfförmiger und/oder fester Form zur Verfügung stellt; und daß die Kühl mittel stromab des Sorptionsmittelverteilers angeordnet sind.With an arrangement for conditioning the supply air one Gas turbine system, with coolant installed in the supply air duct are, it is provided according to the invention that in an inflow side section of the supply air duct a sorbent divider is arranged, the supply air a low-water, hy wholesale sorbent in liquid, vaporous and / or solid form; and that the cooling arranged downstream of the sorbent distributor are.

Aufgrund der der Kühlung vorausgehenden und/oder mit der Kühlung einhergehenden Zulufttrocknung wird speziell bei ho hem Feuchtegrad der Außenluft eine erweiterte Temperaturab senkung ermöglicht. Luft mit einem niedrigen relativen Feuchtegehalt läßt sich ohne Kondensationseffekt auf niedri gere Temperaturen abkühlen.Because of the preceding cooling and / or with the Cooling associated supply air drying is especially at ho The degree of humidity of the outside air increases the temperature allows lowering. Air with a low relative Moisture content can be low without condensation cool lower temperatures.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zughörige Anord nung führen auch bei großen relativen Außenluftfeuchten zu einer beträchtlichen Steigerung der elektrischen Leistung der Gasturbinenanlage.The method according to the invention and the associated arrangement lead to great relative humidity a significant increase in electrical performance the gas turbine plant.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß ein wasserarmes, hygroskopisches Medium in dem Zuluftstrom verteilt und derart auf die Zuluft zur Einwir kung gebracht wird, daß der Zuluft in einer exothermen Reak tion Feuchtigkeit entzogen wird, und daß die Zuluft danach gekühlt wird. Als hygroskopisches Medium eignet sich beson ders eine hygroskopische Solelösung, die in gleichmäßiger Verteilung in den Zuluftstrom eingedüst und nach Anreiche rung mit Wasser stromab aus der Zuluft abgeschieden wird. Das mit Wasser angereicherte hygroskopische Medium kann dann in einem Trocknungsprozeß regeneriert werden.A preferred development of the invention exists in that a low-water, hygroscopic medium in the Supply air flow distributed and in this way to the supply air to the kung is brought that the supply air in an exothermic Reak tion moisture is withdrawn, and that the supply air afterwards is cooled. Particularly suitable as a hygroscopic medium ders a hygroscopic brine solution that in a uniform Distribution injected into the supply air flow and after enrichment separation with water downstream from the supply air. The hygroscopic medium enriched with water can then be regenerated in a drying process.

In alternativer Verfahrensweise kann ein Wasseranteil der Zuluft im Zuluftkanal an einem festen Sorptionsmittel sorbiert werden. Das Sorptionsmittel wird danach in einen Regenerationsbereich transportiert und getrocknet. Schließ lich wird das wasserarme Sorptionsmittel in den Zuluftkanal rezirkuliert. In alternativer Verfahrensweise können auch nur Teilströme der Gasturbinenzuluft nach obengenanntem Ver fahren konditioniert werden.In an alternative procedure, a proportion of water the supply air in the supply air duct using a solid sorbent be sorbed. The sorbent is then in one Regeneration area transported and dried. Close Lich the low-water sorbent is in the supply air duct recirculated. Alternatively, you can only partial flows of the gas turbine inlet according to the above Ver drive be conditioned.

Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Zuluft trocknung und Rückkühlung kann nachfolgend von der bewährten Sprühbefeuchtung der Zuluft mit Wasser zur Senkung der Zu lufttemperatur Gebrauch gemacht werden. Die Sprühbefeuchtung stellt eine hochwirksame und technologisch zuverlässige Mög lichkeit zur Zuluftkühlung dar, die aber nur nutzbar ist, wenn die relative Luftfeuchte der Zuluft niedrig ist. In Kombination mit der sorptiven Trocknung und Rückkühlung der Zuluft kann auch durch Sprühbefeuchtung der Zuluft mit Was ser eine relativ starke Temperaturabsenkung erreicht werden, selbst wenn die Außenluft eine hohe Luftfeuchte hat. Daher kann in tropischem Klima aber auch in mitteleuropäischen Re gionen bei sommerlichen Außentemperaturen und hohen relati ven Luftfeuchten eine wesentliche Erhöhung der elektrischen Leistung und auch des elektrischen Wirkungsgrades der Gas turbine im Vergleich zu Gasturbinenanlagen ohne Zuluft trocknung und -kühlung erreicht werden. Due to the supply air provided according to the invention drying and recooling can subsequently be from the proven Spray humidification of the supply air with water to reduce the supply air temperature can be used. Spray humidification provides a highly effective and technologically reliable facility supply air cooling, which is only usable, when the relative humidity of the supply air is low. In Combination with the sorptive drying and recooling of the Supply air can also be spray-humidified with what a relatively strong drop in temperature can be achieved, even if the outside air is very humid. Therefore can be found in tropical climates but also in Central European Re regions with summer outside temperatures and high relati air humidity a significant increase in electrical Performance and also the electrical efficiency of the gas turbine compared to gas turbine systems without supply air drying and cooling can be achieved.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet.Further developments of the invention are in the dependent claims Chen marked.

Im folgenden werden Einzelheiten und Vorteile der Erfin dung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungs beispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The following are details and advantages of the inven tion based on the execution shown in the drawing examples explained in more detail. The drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einem Abschnitts des Zuluftkanals einer Gastur binenanlage mit den zur Zuluftkonditionierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehenen Einbauten; Figure 1 is a schematic representation of a portion of the supply air duct of a gas turbine system with the internals provided for supply air conditioning according to an embodiment of the invention.

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Desorptionskam mer, die zur Regeneration wasserreicher Solelö sung dient und mit Einbaukomponenten der Fig. 1 zu einem Solelösungskreislauf verbunden ist; Fig. 2 is a schematic view of a Desorptionskam mer, which is used for the regeneration of water-rich brine solution and is connected to built-in components of Figure 1 to a brine solution circuit.

Fig. 3 ein schematisches Zustandsdiagramm bei sorptiver Gasturbinenzuluftkühlung unter Verwendung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1; Fig. 3 is a schematic state diagram for sorptive Gasturbinenzuluftkühlung using the embodiment of FIG. 1;

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen sorptiven Gasturbinenzuluftkühlung unter Verwendung eines festen Sorptionsmittels und ei nes Wärmerückkühlungsrotors in Kombination mit einer Regenerationskammer; und Fig. 4 shows another embodiment of the inventive sorptive gas turbine air cooling using a solid sorbent and egg nes heat recovery rotor in combination with a regeneration chamber; and

Fig. 5 ein schematisches qualitatives Zustandsände rungsdiagramm bei der sorptiven Gasturbinen zuluftkühlung nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4. Fig. 5 is a schematic diagram qualitative Zustandsände approximately in the sorptive gas turbine inlet air according to the embodiment of FIG. 4.

In Fig. 1 ist schematisch ein Abschnitt eines Zuluftka nals 1 dargestellt, in welchem die Einbauten zur Zuluftkon ditionierung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Er findung schematisch dargestellt sind.In Fig. 1, a portion of a Zuluftka is shown schematically Nals 1, in which the internals for Zuluftkon ditionierung according to a first exemplary embodiment of the invention are shown schematically.

Am zuströmseitigen Ende des Zuluftkanals 1 tritt außen Luft durch ein Filter 3 in eine Sorptions- und Rückkühlkam mer 4 ein. Das Filter 3 reinigt die eintretende Außenluft. Eine Sprühdüsenanordnung 5 ist mit Abstand zum Filter 3 der art angeordnet, daß die einzelnen Sprühdüsen 50 in einem ge ordneten Muster möglichst gleichmäßig über den Kanalquer schnitt verteilt sind, so daß die Düsenstrahlkegel den Ge samtquerschnitt des Zuluftkanals 1 überstreichen. Der Pfeil 51 kennzeichnet einen Stutzen, durch den wasserarme hygro skopische Solelösung der Sprühdüsenanordnung 5 zugeführt wird. Die durch die Sprühdüsen 50 über den Querschnitt des Zufuhrkanals 1 verteilte hygroskopische Solelösung entzieht der die Kammer 4 durchströmenden Außenluft Feuchte, d. h. Wassermoleküle. Dadurch verringert sich innerhalb der Kammer 4 der Anteil dampfförmiger Wassermoleküle in der Zuluft.At the inflow end of the supply air duct 1 , air enters through a filter 3 into a sorption and re-cooling chamber 4 . The filter 3 cleans the incoming outside air. A spray nozzle arrangement 5 is arranged at a distance from the filter 3 of the type that the individual spray nozzles 50 are distributed as evenly as possible over the channel cross section in a ge pattern, so that the jet cones sweep the entire cross section of the supply air duct 1 . The arrow 51 indicates a nozzle through which the low-water hygroscopic brine solution is supplied to the spray nozzle arrangement 5 . The hygroscopic brine solution distributed through the cross section of the feed channel 1 through the spray nozzles 50 extracts moisture, ie water molecules, from the outside air flowing through the chamber 4 . This reduces the proportion of vaporous water molecules in the supply air within the chamber 4 .

Am abströmseitigen Ende der Sorptionskammer 4 ist ein Tropfenabscheider 6 angeordnet, der die vom Zuluftstrom mit gerissene wasserreiche Solelösung abscheidet und deren Aus treten aus der Sorptionskammer 4 verhindert. Auch die am Tropfenabscheider 6 abgeschiedene Solelösung wird durch ei nen Abzug 7 aus der Sorptionskammer 4 abgezogen und in den Regenerationskreislauf geführt.At the outflow end of the sorption chamber 4 , a droplet separator 6 is arranged, which separates the water-rich brine solution that has been ripped from the supply air flow and prevents it from emerging from the sorption chamber 4 . The brine solution deposited on the droplet separator 6 is also drawn off from the sorption chamber 4 by a trigger 7 and fed into the regeneration circuit.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Abschnitt zwischen Sprühdüsenanordnung 5 und Tropfen abscheider 6 eine Rückkühleinrichtung 8 angeordnet, die über einen Anschluß (Pfeil 81) mit Kühlwasser gespeist wird. Über den Querschnitt des Kanals 1 sind Wärmeaustauschflächen ver teilt, die eine Rückkühleinrichtung 8 bilden und den fein verteilte Solelösung enthaltenden Zuluftstrom rückkühlen. Alternativ oder zusätzlich kann die den Sprühdüsen 50 zuge führte Solelösung gekühlt werden. Dies geschieht in der Re gel außerhalb des Zuluftkanals. Bei Kühlung der Solelösung kann die in die Sorptionskammer eingebaute Rückkühleinrich tung 8 entfallen. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, a recooling device 8 is arranged in the section between the spray nozzle arrangement 5 and droplet separator 6 and is fed with cooling water via a connection (arrow 81 ). Across the cross section of the channel 1 , heat exchange surfaces are divided, which form a recooling device 8 and recool the supply air stream containing the finely divided brine solution. Alternatively or additionally, the brine solution supplied to the spray nozzles 50 can be cooled. This usually happens outside the supply air duct. When cooling the brine solution, the built-in Rückkühleinrich device 8 can be omitted.

An die Sorptions- und Rückkühlkammer 4 schließt sich ein Abschnitt 10 des Zuluftkanals 1 an, in welchem die Komponen ten eines Verdunstungsbefeuchters eingebaut sind. Hierzu ge hört ein Sprühbefeuchtungsverteiler 11, der ähnlich der Sprühdüsenanordnung 5 aus mehreren über den Kanalquerschnitt verteilten Sprühdüsen 110 und einem durch den Pfeil 111 be zeichneten Wasserzufuhrstutzen besteht. In dem Verdun stungsbefeuchter 10 wird die zuvor getrocknete und gekühlte Gasturbinenzuluft auf nahe der Sättigungstemperatur redu ziert. Am Ende des Verdunstungsbefeuchterabschnitts 10 ist ein weiterer Tropfenabscheider 12 angeordnet, der verhin dert, daß Wassertröpfchen aus der Sprühbefeuchtung in den nachfolgenden und in der Zeichnung nicht dargestellten Ver dichter der Gasturbine eintreten.At the sorption and recooling chamber 4 , a section 10 of the supply air duct 1 connects, in which the components of an evaporative humidifier are installed. For this purpose, a spray humidification distributor 11 is heard, which, similar to the spray nozzle arrangement 5, consists of a plurality of spray nozzles 110 distributed over the channel cross section and a water supply nozzle indicated by the arrow 111 . In the evaporation humidifier 10 , the previously dried and cooled gas turbine air supply is reduced to near the saturation temperature. At the end of the evaporation humidifier section 10 , a further droplet separator 12 is arranged, which prevents water droplets from the spray humidification from entering the gas turbine in the following and not shown in the drawing.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine Desorptionskam mer 9, in der aus dem Abzug 7 der Fig. 1 abgezogene wasser reiche Solelösung regeneriert und als wasserarme Lösung ab geschieden wird. Fig. 2 illustrates schematically a Desorptionskam mer 9 , in which deducted from the deduction 7 of FIG. 1 water-rich brine solution is regenerated and separated as a low-water solution.

Die Desorptionskammer 9 hat kasten- oder rohrförmigen Querschnitt und weist am zuströmseitigen Ende ein Filter 90 auf. Als Austreibermedium dient bei dem beschriebenen Aus führungsbeispiel Gasturbinenabgas. Alternativ kann ebenfalls erhitzte Außenluft eingesetzt werden. Die wasserreiche Lösung (aus dem Solelösungsabzug 7) wird über einen Vertei ler 91 über den Desorptionskammerquerschnitt verteilt. Die Desorptionskammer wird im beschriebenen Beispiel bei Tempe raturen oberhalb von 60°C betrieben, wobei der Feuchtegehalt der als hygroskopisches Fluid dienenden wasserreichen Sole lösung reduziert wird. Am Ausgang der Desorptionskammer 9 ist ein Tropfenabscheider 92 angeordnet. Die auch am Trop fenabscheider 92 abgeschiedene Solelösung hat einen redu zierten Feuchtegehalt und wird über einen Abzug 93 abgezogen und zum Anschluß 51 (auf Fig. 1) der Sprühdüsenanordnung 5 rezirkuliert. Optional kann auch in der Desorptionskammer 9 zwischen den Komponenten 91 und 92 eine Wärmeaus tauschanordnung 94 in Form einer Heizspirale angeordnet sein, durch die z. B. Heizwasser zur Beheizung der Desorp tionskammer geleitet werden kann.The desorption chamber 9 has a box-shaped or tubular cross section and has a filter 90 at the inflow end. In the described exemplary embodiment, gas turbine exhaust gas serves as the expulsion medium. Alternatively, heated outside air can also be used. The water-rich solution (from the brine solution drain 7 ) is distributed over a distributor 91 over the cross section of the desorption chamber. In the example described, the desorption chamber is operated at temperatures above 60 ° C., the moisture content of the water-rich brine solution serving as a hygroscopic fluid being reduced. A droplet separator 92 is arranged at the exit of the desorption chamber 9 . The brine solution also separated at the droplet separator 92 has a reduced moisture content and is drawn off via a trigger 93 and recirculated to the connection 51 (in FIG. 1) of the spray nozzle arrangement 5 . Optionally, a heat exchange arrangement 94 in the form of a heating coil can also be arranged in the desorption chamber 9 between the components 91 and 92 , through the z. B. heating water for heating the desorption tion chamber can be passed.

In Fig. 3 sind qualitative Zustandsdiagramme bei sorpti ver Gasturbinenzuluftkühlung unter Verwendung des Ausfüh rungsbeispiels gemäß Fig. 1 gezeigt. Die Außenluft hat bei den in Fig. 3 dargestellten Beispielen eine Temperatur von ca. 26°C und eine Luftfeuchtigkeit von ca. 60%. Die Sprühdü senanordnung 5 versprüht wasserarme hygroskopische Solelö sung, welche dem Luftstrom innerhalb der Sorptionskammer 4 unter exothermer Reaktion Wasser entzieht. Die durch die exotherme Reaktion bei der Zulufttrocknung entstehende Wärme kann durch geeignete Mittel, so insbesondere durch Kühlung über den Wärmeaustauscher 8 und/oder durch geeignete Vor kühlung der eingedüsten Solelösung abgeführt werden. Fig. 3 zeigt im Kurvenabschnitt A eine Verringerung des Zuluft-Was sergehaltes x [g/kg] von 12 auf 9,1 bei gleichbleibender Zu lufttemperatur. An dem Punkt S wird die Temperatur der Zu luft durch Sprühbefeuchtung in dem Verdunstungsbefeuchter etwa auf Sättigungstemperatur (Kurvenabschnitt B) reduziert, und danach wird die relativ kühle Zuluft dem nachfolgenden Gasturbinenverdichter zugeführt. Nach Beendigung der Konditionierung (Kurve A-B) ist die Zulufttemperatur um knapp 10°C gegenüber der Außenlufttemperatur abgesenkt.In FIG. 3, qualitative state diagrams for sorptive gas turbine supply air cooling using the exemplary embodiment according to FIG. 1 are shown. In the examples shown in FIG. 3, the outside air has a temperature of approx. 26 ° C. and a humidity of approx. 60%. The Sprühdü senanordnung 5 sprayed low-water hygroscopic brine solution, which extracts water from the air flow within the sorption chamber 4 under exothermic reaction. The heat generated by the exothermic reaction in the supply air drying can be dissipated by suitable means, in particular by cooling via the heat exchanger 8 and / or by suitable pre-cooling of the injected brine solution. Fig. 3 shows in curve section A a reduction in the supply air water content x [g / kg] from 12 to 9.1 with a constant air temperature. At point S, the temperature of the air is reduced to the saturation temperature (curve section B) by spray humidification in the evaporative humidifier, and then the relatively cool supply air is fed to the subsequent gas turbine compressor. After conditioning (curve AB), the supply air temperature is reduced by almost 10 ° C compared to the outside air temperature.

Eine Verstärkung der Temperaturabsenkung läßt sich da durch erreichen, daß innerhalb der Sorptions- und Rückkühl kammer 4 eine stärkere Rückkühlung wirksam gemacht wird. Wie die Kurve A' in Fig. 3 zeigt, erfolgt praktisch parallel zum Trocknungsschritt in der Sorptions- und Rückkühlkammer 4 ei ne Rückkühlung mit Kaltwasser von 6°C. Am Punkt S' ist die Zuluft einerseits auf einen Wassergehalt von 9,1 g/kg redu ziert, und andererseits ist die Zulufttemperatur auf ca. 14°C abgesenkt. Durch nachfolgende Sprühbefeuchtung (Kurve B') kann die Zulufttemperatur bis zum Erreichen der Sätti gungstemperatur bei relativ geringem Wassergehalt auf ca. 13°C gesenkt werden.An increase in the temperature drop can be achieved by making a stronger recooling effective within the sorption and recooling chamber 4 . As curve A 'in Fig. 3 shows, practically parallel to the drying step in the sorption and re-cooling chamber 4 ei ne re-cooling with cold water of 6 ° C. At point S ', the supply air is reduced to a water content of 9.1 g / kg on the one hand, and on the other hand the supply air temperature is reduced to approx. 14 ° C. Subsequent spray humidification (curve B ') allows the supply air temperature to be reduced to approx. 13 ° C until the saturation temperature is reached with a relatively low water content.

Steht am Standort der Gasturbine genügend Abwärme auf einem Temperaturniveau höher als 80°C zur Verfügung, so läßt dich mit dieser Abwärme eine thermische Kältemaschine (z. B. Absorptionskälteanlage) betreiben, deren Kälte in die Sorp tions- und Rückkühlkammer gemäß dem Beispiel gemäß Fig. 3, Kurve A', eingebunden werden kann. Dadurch kann die Gastur binen-Zulufttemperatur mit relativ geringem Aufwand weiter gesenkt werden.If there is sufficient waste heat available at the location of the gas turbine at a temperature level higher than 80 ° C, this waste heat can be used to operate a thermal refrigeration machine (e.g. absorption refrigeration system), the cold of which enters the sorption and recooling chamber according to the example in Fig . 3, curve A 'may be integrated. As a result, the gas turbine supply air temperature can be further reduced with relatively little effort.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer An ordnung zum Konditionieren der Gasturbinenzuluft, wobei der Zuluftstrom hintereinander einem Sorptionsschritt unter Ver bindung eines festen Sorptionsmittels und zwei Kühlschritten ausgesetzt wird, um die Zulufttemperatur deutlich zu senken, die Gasturbinenleistung entsprechend zu steigern und den Gasturbinenwirkungsgrad zu verbessern. Fig. 4 shows another embodiment of an arrangement for conditioning the gas turbine supply air, the supply air flow being subjected in succession to a sorption step using a solid sorbent and two cooling steps in order to significantly lower the supply air temperature, increase the gas turbine performance accordingly and improve the gas turbine efficiency .

Der in Fig. 4 schematisch dargestellte Gasturbinenzu luftkanalabschnitt 14 hat ein die eintretende Außenluft rei nigendes Filter 3. Die Drehachse eines Adsorptionsrotors 15 ist parallel zur Strömungsrichtung der Gasturbinenzuluft an geordnet und greift flächenanteilig in den Innenraum des Zu luftkanals 14 ein. Der Adsorptionsrotor 15 ist mit einem hy groskopischen Medium, z. B. Kieselgel, beschichtet und ent zieht der Zuluft in einer exothermen Reaktion Wasser. In un mittelbarer Nähe des Zuluftkanals 14 ist eine kasten- oder rohrförmige Regenerationskammer 19 angeordnet, in die der mit Wasser aufgesättigte Rotorteil gedreht und regeneriert wird. Diese Regeneration geschieht dadurch, daß in einem Heizregister 20 aufgeheizte Heizluft den Feuchtegehalt des hygroskopischen Mediums reduziert. The gas turbine section 14 shown schematically in FIG. 4 has a filter 3 which cleans the incoming outside air. The axis of rotation of an adsorption rotor 15 is arranged parallel to the direction of flow of the gas turbine supply air and engages in proportion to the area in the interior of the air duct 14 . The adsorption rotor 15 is with a hygroscopic medium, for. B. silica gel, coated and ent draws the supply air in an exothermic reaction water. In the immediate vicinity of the supply air duct 14 , a box-shaped or tubular regeneration chamber 19 is arranged, into which the rotor part saturated with water is rotated and regenerated. This regeneration takes place in that heated air heated in a heating register 20 reduces the moisture content of the hygroscopic medium.

Die im Kammerabschnitt 14 hinter dem Adsorptionsrotor 15 erwärmte getrocknete Luft wird nachfolgend mittels eines Wärmerückkühlungsrotors 18 rückgekühlt. Der Wärmerückküh lungsrotor 18 hat im wesentlichen die gleichen Abmessungen wie der Adsorptionsrotor 15 und greift ebenfalls flächenan teilig in den Zuluftkanal ein. Der Gasturbinenzuluft (über den Rückkühlungsrotor 18) entzogene Wärme wird bei dem dar gestellten Ausführungsbeispiel zur Außenluftvorwärmung im Regenerationskanal 19 genutzt. An die Rückkühlung im Bereich des Rückkühlungsrotors 18 schließt sich eine Sprühbefeuch tung in einem Verdunstungsbefeuchter 10 an; insofern ent spricht das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 demjenigen ge mäß Fig. 1.The dried air heated in the chamber section 14 behind the adsorption rotor 15 is subsequently recooled by means of a heat recooling rotor 18 . The Wärmerückküh lungsrotor 18 has substantially the same dimensions as the adsorption rotor 15 and also partially engages in the supply air duct. The gas turbine inlet air (via the recooling rotor 18 ), heat extracted is used in the exemplary embodiment presented for outside air preheating in the regeneration duct 19 . At the recooling in the area of the recooling rotor 18 is followed by a spray humidification device in an evaporative humidifier 10 ; ent so far, the embodiment speaks in FIG. 4 that of accelerator as to FIG. 1.

Die qualitative Zustandsänderung der Gasturbinenzuluft bei der Konditionierung in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist schematisch in dem Diagramm gemäß Fig. 5 darge stellt.The qualitative change in state of the gas turbine inlet during conditioning in the exemplary embodiment according to FIG. 4 is shown schematically in the diagram according to FIG. 5.

Die Außenluft wird in drei konkreten und aufeinanderfol genden Phasen konditioniert.The outside air is divided into three concrete and successive conditioned phases.

Während einer ersten Phase wird der Außenluft in einer exothermen Reaktion Wasser entzogen, wobei die Temperatur der Luft im beschriebenen Beispiel um etwa 8°C steigt. In einem nachfolgenden Kühlschritt im Wärmerückkühlungsrotor 18 wird die Zuluft bei dem beschriebenen Beispiel etwa auf die Außentemperatur rückgekühlt, wobei der relativ niedrige Wassergehalt beibehalten wird. Schließlich wird im Ver dunstungsbefeuchter 10 die Zulufttemperatur durch Sprühbe feuchtung deutlich, nämlich nochmals um 10°C gesenkt. Durch die beschriebene Zuluftkonditionierung mit Hilfe der An ordnung gemäß Fig. 4 wird im Ergebnis eine Zulufttempera tursenkung um ca. 10°C gegenüber der Außenlufttemperatur erreicht. Dies hat eine deutliche Leistungssteigerung und Wirkungsgradverbesserung der nachgeschalteten Gasturbinen anlage zur Folge.During a first phase, water is extracted from the outside air in an exothermic reaction, the temperature of the air rising by about 8 ° C. in the example described. In a subsequent cooling step in the heat recooling rotor 18 , the supply air in the example described is recooled to approximately the outside temperature, the relatively low water content being maintained. Finally, in the evaporation humidifier 10, the supply air temperature is significantly increased by spray humidification, namely again by 10 ° C. The described supply air conditioning with the aid of the arrangement according to FIG. 4 results in a supply air temperature reduction of approximately 10 ° C. compared to the outside air temperature. This has resulted in a significant increase in performance and an improvement in the efficiency of the downstream gas turbine system.

In Abwandlung des anhand Fig. 4 beschriebenen Ausfüh rungsbeispiels können zur sorptiven Trocknung anstelle des Adsorptionsrotors auch Gewebebänder verwendet werden, welche in den Zuluftkanal 14 großflächig eingeführt werden. Ferner kann eine Wirbelschicht aus hygroskopischen Kugeln (z. B. Silikagel) verwendet werden, die im Gasturbinen-Zuluftkanal angeordnet ist. Sobald der Sättigungszustand der Kugeln er reicht ist, werden die wasserbeladenen Kugeln in einer ge trennten Desorptionskammer regeneriert. Eine solche Regene rierung kann in geeigneter Weise auch kontinuierlich erfol gen. Sowohl im Zuge der Kühlung und Rückkühlung der Zuluft als auch im Zuge der Regenerierung des Sorptionsmediums kann Heiz- und Kühlenergie sowie Gasturbinenabgas als erforderli che Prozeßenergie der sorptiven Gasturbinenzuluftkonditio nierung zur Verfügung gestellt werden, soweit derartige Energieträger günstig zur Verfügung stehen und zu den ge nannten Zwecken nutzbar sind.In a modification of the exemplary embodiment described with reference to FIG. 4, fabric tapes can also be used for sorptive drying instead of the adsorption rotor, which tapes are introduced over a large area into the supply air duct 14 . Furthermore, a fluidized bed made of hygroscopic spheres (e.g. silica gel) can be used, which is arranged in the gas turbine supply air duct. As soon as the state of saturation of the balls is reached, the water-loaded balls are regenerated in a separate desorption chamber. Such regeneration can also be carried out continuously in a suitable manner. Both in the course of cooling and recooling the supply air and in the course of the regeneration of the sorption medium, heating and cooling energy and gas turbine exhaust gas can be made available as required process energy of the sorptive gas turbine supply air conditioning, as far as such energy sources are available cheaply and can be used for the named purposes.

Bei starker Vorkühlung des flüssigen Sorptionsmediums kann u. U. auf alle Kühlmitteleinbauten verzichtet werden, wodurch der apparative Aufwand erheblich verringert werden kann.With strong pre-cooling of the liquid sorption medium can u. U. all coolant internals are dispensed with, which significantly reduces the outlay on equipment can.

Claims

1. Verfahren zum Konditionieren der Zuluft einer Gastur binenanlage, wobei die Zuluft aus der Außenluft angesaugt und gekühlt wird, bevor sie im Verdichter der Gasturbinenan lage komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluft unter Verwendung eines sorptiven Verfah rens Feuchtigkeit entzogen wird, bevor der Kühlschritt been det ist.1. A method for conditioning the supply air of a gas turbine system, the supply air being sucked in and cooled from the outside air before it is compressed in the compressor of the gas turbine system, characterized in that the supply air is removed using a sorptive method before the moisture is removed Cooling step has ended.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein wasserarmes, hygroskopisches Medium in dem Zuluft strom verteilt und derart auf die Zuluft zur Einwirkung ge bracht wird, daß der Zuluft in einer exothermen Reaktion Feuchtigkeit entzogen wird, und daß die Zuluft danach ge kühlt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that a low-water, hygroscopic medium in the supply air electricity distributed and so ge on the supply air for action is brought that the supply air in an exothermic reaction Moisture is removed, and that the supply air thereafter ge is cooled.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine wasserarme, hygroskopische Flüssigkeit, insbeson dere eine hygroskopische Sole- bzw. Salzlösung, in den Zu luftstrom eingedüst und nach Wasseranreicherung stromab aus der Zuluft abgeschieden wird.3. The method according to claim 2, characterized in that that a low-water, hygroscopic liquid, in particular a hygroscopic brine solution, in the Zu air flow injected and downstream after water enrichment the supply air is separated.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Zuluftstrom abgeschiedene, wasserreiche hy groskopische Flüssigkeit in einer Desorptionskammer wärmebe handelt wird, wobei Wasser ausgetrieben wird, und daß an schließend die wasserarme hygroskopische Flüssigkeit aus der Desorptionskammer abgeschieden und im Kreislauf in den Zu luftstrom zurückgeführt wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the separated from the supply air stream, water-rich hy Heat large-scale liquid in a desorption chamber is acted, where water is expelled, and that closing the low-water hygroscopic liquid from the Desorption chamber separated and in the circuit in the Zu airflow is returned.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hygroskopische Flüssigkeit in der Desorptionskammer bei einer Temperatur oberhalb 60°C behandelt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the hygroscopic liquid in the desorption chamber is treated at a temperature above 60 ° C.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Desorptionskammer von Außenluft und/oder Gasturbi nenabgas durchströmt und beheizt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the desorption chamber from outside air and / or gas turbine is flowed through and heated.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzei chnet, daß die Desorptionskammer durch Wärmeaustauschflächen beheizt wird.7. The method according to claim 5 or 6, characterized gekennzei chnet that the desorption chamber through heat exchange surfaces is heated.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasseranteil der Zuluft im Zuluftkanal an einem fe sten Sorptionsmittel sorbiert wird; daß das Sorptionsmittel danach in einen Regenerationsbereich transportiert und ge trocknet wird; und daß das wasserarme Sorptionsmittel danach in den Zuluftkanal rezirkuliert wird.8. The method according to claim 2, characterized in that a proportion of water in the supply air in the supply air duct at a fe most sorbent is sorbed; that the sorbent then transported to a regeneration area and ge is drying; and that the low water sorbent afterwards is recirculated into the supply air duct.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Sorptionsmittel ein mit Kieselgel beschichtetes Ge webeband, ein mit Kieselgel beschichteter Rotor oder ein Kieselgel-Kugel-Wirbelbett verwendet wird.9. The method according to claim 8, characterized in that as a sorbent coated with silica gel Ge woven belt, a rotor coated with silica gel or a Silica gel ball fluidized bed is used.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft durch Sprühbefeuchten bis in die Nähe der Sättigungstemperatur gekühlt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the supply air by spray humidification in the vicinity of the saturation temperature is cooled.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft durch Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium rückgekühlt wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the supply air by heat exchange with a cooling medium is cooled down.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel gekühlt wird, bevor es in den Zuluftkanal eingetragen wird. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized characterized in that the sorbent is cooled before it is entered in the supply air duct.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluft in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt und nur einer der Teilströme konditioniert wird und daß die Teilströme stromab wieder zusammengeführt wer den.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized characterized in that the supply air in at least two partial flows divided and only one of the partial streams is conditioned and that the partial streams are brought together again downstream the.

14. Anordnung zum Konditionieren der Zuluft einer Gas turbinenanlage, wobei Kühlmittel (8, 11; 18, 11) im Zuluft kanal (1; 14) eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem zustromseitigen Abschnitt des Zuluftkanals ein Sorptionsmittelverteiler (5; 15) angeordnet ist, der der Zuluft ein wasserarmes, hygroskopisches Sorptionsmittel in flüssiger, dampfförmiger und/oder fester Form zur Verfügung stellt; und
daß die Kühlmittel (8, 11; 18, 11) stromab des Sorpti onsmittelverteilers (5; 15) angeordnet sind.14. Arrangement for conditioning the supply air of a gas turbine system, wherein coolant ( 8 , 11 ; 18 , 11 ) are installed in the supply air duct ( 1 ; 14 ), characterized in that
that a sorbent distributor ( 5 ; 15 ) is arranged in an inflow-side section of the supply air duct and provides the supply air with a low-water, hygroscopic sorbent in liquid, vaporous and / or solid form; and
that the coolant ( 8 , 11 ; 18 , 11 ) downstream of the sorpti onsmittelverteilers ( 5 ; 15 ) are arranged.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sorptionsmittelverteiler als Sprühdüsenanordnung (5) ausgebildet ist, wobei die Sprühdüsen (50) in einem vorgege benen Muster über den Querschnitt des Zuluftkanals (1) ver teilt sind.15. The arrangement according to claim 14, characterized in that the sorbent distributor is designed as a spray nozzle arrangement ( 5 ), the spray nozzles ( 50 ) in a predetermined pattern over the cross section of the supply air duct ( 1 ) are divided ver.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit Abstand stromab der Sprühdüsenanordnung (5) ein Tropfenabscheider (6) angeordnet ist, der eine Sorptionskam mer (4) begrenzt; und daß in der Sorptionskammer ein Abzug (7) für wasserreiches, Sorptionsmittel vorgesehen ist.16. The arrangement according to claim 15, characterized in that a droplet separator ( 6 ) is arranged at a distance downstream of the spray nozzle arrangement ( 5 ), which limits a Sorptionskam mer ( 4 ); and that a fume cupboard ( 7 ) for water-rich sorbent is provided in the sorption chamber.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlmittel (8) in der Sorptionskammer (4) angeordnet sind.17. The arrangement according to claim 16, characterized in that coolant ( 8 ) are arranged in the sorption chamber ( 4 ).

18. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Desorptionskammer (9) mit dem Sorptions mittelabzug (7) der Sorptionskammer (4) verbunden und Mittel (91, 94) zum Entzug von Wasser aus dem Sorptionsmittel auf weist; und daß die Desorptionskammer mit einem Tropfenab scheider (92) und einem Abzug (93) versehen ist, welch letz terer mit der Sprühdüsenanordnung (5) der Sorptionskammer (4) verbunden ist.18. The arrangement according to claim 16 or 17, characterized in that a desorption chamber ( 9 ) with the sorption medium deduction ( 7 ) of the sorption chamber ( 4 ) connected and means ( 91 , 94 ) for removing water from the sorbent; and that the desorption chamber is provided with a drop separator ( 92 ) and a trigger ( 93 ), which latter is connected to the spray nozzle arrangement ( 5 ) of the sorption chamber ( 4 ).

19. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sorptionsmittelverteiler als Adsorptionsrotor (15) ausgebildet ist, der einerseits in den zustromseitigen Ab schnitt des Zuluftkanals (14) und andererseits in einen Re generationsbereich (19) eingreift, wobei im Regenerations bereich dem wasserreichen Sorptionsmittel Wasser entzogen werden kann.19. The arrangement according to claim 14, characterized in that the sorbent distributor is designed as an adsorption rotor ( 15 ) which engages on the one hand in the upstream section of the supply air duct ( 14 ) and on the other hand engages in a re-generation area ( 19 ), the water-rich area in the regeneration area Sorbent water can be removed.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptionsrotor (15) mit einem hygroskopischen Me dium beschichtet ist.20. The arrangement according to claim 19, characterized in that the adsorption rotor ( 15 ) is coated with a hygroscopic medium.

21. Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn zeichnet, daß stromab des Adsorptionsrotors (15) ein Wärme rückkühlungsrotor (18) als Kühlmittel vorgesehen ist, der einerseits in den Zuluftkanal (14) und andererseits in den Regenerationsbereich (19) eingreift.21. The arrangement according to claim 19 or 20, characterized in that downstream of the adsorption rotor ( 15 ) a heat recooling rotor ( 18 ) is provided as a coolant, which engages on the one hand in the supply air duct ( 14 ) and on the other hand in the regeneration area ( 19 ).

22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß im Regenerationsbereich (19) zwischen Adsorptionsrotor (15) und Wärmerückkühlungsrotor (18) ein Heizregister (20) angeordnet ist.22. The arrangement according to claim 21, characterized in that a heating register ( 20 ) is arranged in the regeneration region ( 19 ) between the adsorption rotor ( 15 ) and the heat recooling rotor ( 18 ).

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, da durch gekennzeichnet, daß der Sorptionsmittelverteiler (5; 15) eine Rückkühleinrichtung (8; 18) zum Rückkühlen der ge trockneten Zuluft ein Verdunstungsbefeuchter (11) in Zuluft- Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. 23. Arrangement according to one of claims 14 to 22, characterized in that the sorbent distributor ( 5 ; 15 ) has a recooling device ( 8 ; 18 ) for recooling the dried supply air, an evaporative humidifier ( 11 ) are arranged one behind the other in the supply air flow direction.

24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkühleinrichtung (8) ein mit Kühlwasser arbeiten der Wärmetauscher ist.24. The arrangement according to claim 23, characterized in that the recooling device ( 8 ) is a work with cooling water of the heat exchanger.

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, da durch gekennzeichnet, daß der Verdampfer einer Absorptions- Kältemaschine, die von der Abwärme der Gasturbinenanlage an getrieben wird, im Zuluftkanal (1) angeordnet ist und als Kühlmittel dient.25. Arrangement according to one of claims 14 to 24, characterized in that the evaporator of an absorption refrigerator, which is driven by the waste heat of the gas turbine system, is arranged in the supply air duct ( 1 ) and serves as a coolant.