DE19940763B4

DE19940763B4 - Im kombinierten Zyklus arbeitender Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung

Info

Publication number: DE19940763B4
Application number: DE19940763A
Authority: DE
Inventors: Fumio Otomo; Yoshitaka Fukuyama; Tatsuro Uchida; Masaharu Utsunomiya; Hiromitsu Iijima; Yoshihiro Aburatani
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2019-08-28
Also published as: DE19940763A1; CH694170A5; JP3973772B2; JP2000073706A; CH694469A5; US6824575B1

Abstract

Im kombinierten Zyklus arbeitender Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung enthaltend:
ein Kohlevergasungssystem (21) zum Erzeugen eines brennbaren Gases aus Kohle, das einem Gasturbinensystem (22) zugeführt wird, wobei
das Gasturbinensystem (22) eine Gasturbine (34) zum Durchführen von Expansionsarbeit unter Verwendung des brennbaren Gases enthält, und das Abgas der Gasturbine (34) einem Wärmeverwertungssystem (23) zugeführt wird;
das Wärmeverwertungssystem (23) einen Wärmeaustausch durchführt, in dem das von der Gasturbine (34) gelieferte Abgas die Wärmequelle darstellt und geeignet ist, den im Wärmetausch erzeugten Dampf einem Dampfturbinensystem (24) zuzuführen;
das Dampfturbinensystem (24) eine Expansionsarbeit durchführt und eine Dampfturbine (37) und einen Kondensor (39) enthält, um Dampf zu Wasser zu kondensieren, welches Wasser einem Wärmetauscher (30) im Kohlevergasungssystem (21) zugeführt wird, wo es zu Dampf erhitzt wird, und wobei der Dampf aus dem Wärmetauscher (30) der Dampfturbine (37) zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Hochtemperaturabschnitt (41) des Gasturbinensystems (22) mit...

Description

Die Erfindung betrifft einen im kombinierten Zyklus arbeitenden Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung, im folgenden IGCC genannt.
Bei neueren mit Dampf betriebenen Energieerzeugungssystemen besteht der Wunsch, die benötigte Menge an fossilem Brennstoff zu reduzieren und den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern.
Kohle, der für dampfbetriebene Energieerzeugungssysteme benutzte fossile Brennstoff, ist verglichen zu Petroleum oder Naturgas in größeren Mengen verfügbar. Deshalb ist Kohle billiger als Petroleum oder Naturgas. Obwohl eine stabile Versorgung über einen längeren Zeitraum möglich ist, hat jedoch Kohle beim Verbrennen einen Ausstoß von umweltverschmutzenden Stoffen, wie CO₂ und SO_x, zur Folge. Aus diesem Grund ist die Verwendung von Petroleum oder verhältnismäßig reinem Brennstoff aus Naturgas immer noch überwiegend.
Wie jedoch die Petroleumkrise der 70er Jahre zeigte, besteht eine Gefahr bei überwiegender Abhängigkeit von Petroleum als Energiequelle.
Darüber hinaus werden unter Zitierung der Quelle ”Comprehensive Energy Statistics of the Energy Agency, 1991” die Jahre bis zur Erschöpfung von Petroleum und Naturgas auf 50 Jahre geschätzt. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache ist ein langzeitiger stabiler Preis und eine Versorgung mit reinem Brennstoff, wie diesen Brennstoffen, kaum möglich.
Demzufolge ist die Verwertung von Kohlebrennstoffgas bei einem thermisch elektrischen Energiesystem wieder in Betracht gezogen worden, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die mögliche Erschöpfung auf der Grundlage der geschätzten Kohlevorkommen mehr als etwa 300 Jahre beträgt.
Der IGCC, der einen durch Kohlevergasung gewonnenen Synthesegasbrennstoff benutzt, reduziert die Umweltverschmutzung dadurch, daß weniger an CO₂, SO_x, NO_x erzeugt werden. Anhand von 16 wird ein bekanntes System des IGCC erläutert.
Wie in 16 dargestellt ist, umfaßt ein IGCC ein Kohlevergasungssystem 1, ein Gasturbinensystem 2, einen Abwärmeverwertungsboiler 3 und ein Dampfturbinensystem 4. Der Abwärmeverwertungsboiler kann durch einen Abwärmeverwertungsdampfgenerator ersetzt werden. Das Kohlevergasungssystem 1 ist mit einem Kohlezufuhrabschnitt 5, einer Sauerstofferzeugungsapparatur 6 und einem Kohlevergaser 7 versehen. Das heißt, pulverisierte Kohle aus dem Kohlezufuhrabschnitt 5 und Sauerstoffgas aus der Sauerstofferzeugungsapparatur 6 werden zum Kohlevergaser 7 geliefert und es wird ein Teil der pulverisierten Kohle im Kohlevergaser 7 verbrannt. Der verbleibende pulverisierte Teil an Kohle reagiert gemäß der folgenden Formel, wobei die Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Kohleasche im Bereich von etwa 1500°C bis etwa 1800°C gehalten wird. Ein brennbares Kohlegas, das als Hauptbestandteil Kohlenmonoxid (CO) besitzt, wird als Ergebnis der folgenden Reaktion gewonnen: CO₂ + C = 2CO .
Die Sauerstofferzeugungsapparatur 6 enthält einen durch einen Motor 8 betriebenen Luftkompressor 9. Nachdem der Luftkompressor 9 die angesaugte Luft unter Erzeugung von Druckluft komprimiert hat, wird die Druckluft in Sauerstoffgas und Stickstoffgas getrennt. Nach der Trennung der Druckluft wird das Sauerstoffgas dem Kohlevergaser 7 zugeführt. Das Sauerstoffgas, sogenanntes Sauerstoffblasgas, und das im Kohlevergaser wie oben gewonnene brennbare Kohlegas werden aufbereitet. Nach der Trennung wird das Stickstoffgas dem Gasturbinensystem 2 zugeführt.
Das Kohlevergasungssystem 1 weist einen Kühler 10 und einen Gasreiniger 11 auf. Das im Kohlevergaser 7 gewonnene brennbare Kohlegas wird im Kühler 10 auf etwa 400°C herabgekühlt. Nach der Entfernung von Verunreinigungen wie Schwefel und Staub durch den Gasreiniger 11 wird das brennbare Kohlegas dem Gasturbinensystem 2 als reiner Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff zugeführt. Der Kühler 10 kühlt das brennbare Kohlegas unter Verwendung von Kühlwasser aus dem Dampfturbinensystem 4. Da das Kühlwasser wieder im Dampfturbinensystem 4 verwertet wird, kann die Wärme effektiv ausgenutzt werden.
Das Gasturbinensystem 2 enthält einen Luftkompressor 12, eine Gasturbinenbrennereinrichtung, im folgenden Gasturbinenbrennkammer 13 genannt, eine Gasturbine 14 und einen Generator 15. Der Luftkompressor 12 führt der Gasturbinenbrennkammer 13 Druckluft zu, die mit Stickstoff aus der Sauerstofferzeugungsapparatur 6 und reinem Kohlevergasungsgas aus dem Gasreiniger 11 kombiniert ist. Während die Gasturbinenbrennkammer 13 den Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff mit Stickstoffgas verdünnt, wird unter Verwendung des brennbaren Gases in der Gasturbine 14 eine Expansionsarbeit durchgeführt.
Ein Generator 15 wird durch das durch die Expansionsarbeit erzeugte Antriebsmoment angetrieben. Das brennbare Gas, das die Expansionsarbeit in der Gasturbine 14 ausgeführt hat, wird als Abgas dem Abgaswärmeverwertungsboiler 3 zugeführt. Der Abgaswärmeverwertungsboiler 3 enthält einen Wärmetauscher 16, der einen Überhitzer, einen Verdampfer und einen Abgasvorwärmer bildet. Der Abgaswärmeverwertungsboiler 3 benutzt das von der Gasturbine 14 im Gasturbinensystem 2 gelieferte Abgas als Wärmequelle. Das heißt, im Abgaswärmeverwertungsboiler 3 führt Kondensat/Speisewasser, das vom Dampfturbinensystem 4 geliefert wird, im Wärmetauscher 16 einen Wärmetausch durch und als Ergebnis wird der im Wärmetauscher 16 erzeugte Dampf dem Dampfturbinensystem 4 zugeführt.
Das Dampfturbinensystem 4 enthält eine Dampfturbine 17, einen Generator 18, einen Kondensor 19 und eine Speisewasserpumpe 20. Der Turbinenarbeitsdampf wird aus dem Dampf erzeugt, der im Abgaswärmeverwertungsboiler 3 gebildet worden ist und dem Dampf aus dem Kühler 10 im Kohlevergasungssystem 1. Der Turbinenarbeits dampf wird der Dampfturbine 17 zugeführt und treibt den Generator 18 mittels dem durch die Expansionsarbeit erzeugten Antriebsmoment.
Nach Durchführung der Expansionsarbeit wird der Turbinenarbeitsdampf (ein Abgas) im Kondensor 19 kondensiert, um als Kondensat/Speisewasser benutzt zu werden. Ein Teil des Kondensat/Speisewassers wird über die Speisewasserpumpe 20 dem Kühler 10 zugeführt. Der Rest des Kondensats/Speisewassers fließt zum Abgaswärmeverwertungsboiler 3 zurück. Damit benutzt der IGCC, der aus dem Kohlevergasungssystem 1, dem Gasturbinensystem 2, dem Abgaswärmeverwertungsboiler 3 und dem Dampfturbinensystem 4 besteht, den reinen und aufbereiteten Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff aus dem Kohlevergasungssystem als Gasturbinenarbeitsgas. Hierdurch verbessert der IGCC den thermischen Wirkungsgrad des Systems und erzielt niedrige No_x-Emissionen, indem der ”Brayton Cycle” des Gasturbinensystems 2 und der ”Rankine Cycle” des Dampfturbinensystems 4 kombiniert werden.
Obwohl der in 16 dargestellte, bekannte IGCC Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff, einen reinen Brennstoff verwendet und eine NO_x-Konzentration innerhalb vorgeschriebener Grenzen produziert, bestehen einige Probleme.
Eines der Probleme bezieht sich auf die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Systems.
Wenn im IGCC die Gasturbine 14 eine Arbeitsgastemperatur in der Größenordnung von 1300°C aufweist, wird der thermische Wirkungsgrad des Systems um mehr als 40% erhöht. Dies geht aus der Veröffentlichung ”Outline of New Energy Conversion Technologies: The Heat Transfer Society of Japan, 1996” hervor. Eine Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades des Systems um mehr als 40% ist abhängig von der im Hochtemperaturabschnitt der Gasturbinenbrennkammer 13 und im Hochtemperaturabschnitt der Gasturbine 14, wie dem Mantel der Brennkammer, der Gasturbinendüsenschaufel, der Gasturbinenläuferschaufel und des Gasturbinenläufers, angewandten Kühltechnik.
Wie allgemein bekannt ist, verbessert sich der thermische Wirkungsgrad des Systems bei dieser Art von Systemen umso mehr, je mehr die Arbeitsgastemperatur der Gasturbine ansteigt. Der im Hochtemperaturabschnitt des Gasturbinensystems verwendete hitzebeständige Stahl (Superlegierung) läßt aufgrund seiner Charakteristik allerdings nur eine Temperatur von maximal 900°C zu. Aus diesem Grund sollten die Gasturbinendüsenschaufel und die Gasturbinenläuferschaufel, wie unten beschrieben, gekühlt werden, um im Hochtemperaturabschnitt die betreffende Teile innerhalb der zulässigen Temperatur zu halten, wenn die Arbeitsgastemperatur der Gasturbine über die oben genannte Temperatur erhöht werden soll.
Zum Beispiel wird ein Teil der im Luftkompressor 12 erzeugten Druckluft im Gasturbinensystem 2 abgezweigt und die Gasturbinendüsenschaufel und die Gasturbinenläuferschaufel durch Beaufschlagung mit der abgezweigten Druckluft gekühlt, im Sinne eines Kühlverfahrens durch Zwangskonvektion, einer Filmkühlung oder einer Aufprallkühlung.
Wird jedoch der Hochtemperaturabschnitt des Gasturbinensystems 2 durch Kombinieren der genannten Verfahren gekühlt, erreicht man bereits die Grenze des thermischen Wirkungsgrades. Das heißt, wenn sich das Arbeitsgas der Gasturbine der zulässigen Temperaturgrenze nähert, muß die Menge an Druckluft zum Kühlen des Hochtemperaturabschnitts des Gasturbinensystems 2 in Übereinstimmung mit dem Anstieg der Brenntemperatur der Gasturbine zunehmen. Der dem Hochtemperaturabschnitt der Gasturbine zugeführte Druckluftanteil trägt jedoch nicht zur Expansionsarbeit der Gasturbine 14 bei. Deshalb fällt der thermische Wirkungsgrads des Systems ab.
Obwohl der im Kohlevergasungssystem 1 aufbereitete Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff eine verhältnismäßig saubere Energiequelle darstellt, enthält er dennoch einige Verunreinigungen wie Staub.
Selbst wenn unter den Zwangskonvektionskühlverfahren das Filmkühlverfahren und das Aufprallkühlverfahren in geeigneter Weise kombiniert werden, kann die durch Berechnungen vorhergesagte Kühlleistung nicht erzielt werden, da die Verunreinigungen an der Gasturbinendüsenschaufel und an der Gasturbinenläuferschaufel anhaften.
Wegen der mit der Kühltechnik, bei der dem Hochtemperaturabschnitt der Gasturbine Druckluft zugeführt wird, verbundenen Probleme wird eine neue alternative Kühltechnik benötigt, die die Druckluft ersetzt, um den thermischen Wirkungsgrad des Systems zu verbessern.
Aus der EP 0 184 137 A1 ist ein im kombinierten Zyklus arbeitendes Kraftwerk mit integrierter Kohlevergasung bekannt, bei dem das Abgas der Gasturbine einem Dampfgenerator zugeführt wird. Der in dem Dampfgenerator erzeugte Dampf wird zum Erwärmen des in der Kohlevergasungsanlage erzeugten Brenngases verwendet und wird dann einer Hochdruckdampfturbine für deren Antrieb zugeführt.
In der US 5 406 786 ist ein bei einem im kombinierten Zyklus arbeitenden Kraftwerk mit integrierter Kohlevergasung anwendbares Verfahren beschrieben, bei dem in einer kryogenen Luftabscheideeinheit aus komprimierter Luft Sauerstoff abgeschieden wird. Wenigstens ein Teil des Sauerstoffs wird dann komprimiert und mit kohlenstoffhaltigen Kraftstoff in einer Vergasungseinheit zusammengebracht, um ein Synthesegas zu erzeugen, das Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält. Das Synthesegas wird im Brenner der Gasturbine mit komprimierter Luft verbrannt. Die Gasturbine wird mit Luft gekühlt, die aus der in ihrem Kompressor komprimierten Luft abgezweigt wird.
Die US 5 345 756 beschreibt ein im kombinierten Zyklus arbeitendes Kraftwerk mit integrierter Kohlevergasung, bei dem kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff partiell oxidiert wird, um Brenngas zu erzeugen, das anschließend durch Abschrecken in Wasser abgekühlt wird und anschließend in mehreren Stufen in Wärmetauschern und Abscheidern weiter zu einem Brenngas mit vorbestimmter Temperatur, vorbestimmtem Druck und vorbestimmter Zusammensetzung aufbereitet wird, das anschließend im Brenner der Gasturbine verbrannt wird. Im Abgas der Gasturbine enthaltene thermische Energie wird zur Erzeugung von Dampf verwendet, der eine Dampfturbine antreibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im kombinierten Zyklus arbeitenden Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung zu schaffen, der mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.
Lösungen der Erfindungsaufgabe werden mit Energieerzeugern gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1, 19, 20, 22 und 23 erzielt. Die jeweiligen rückbezogenen Ansprüche kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen des Energieerzeugers gemäß dem jeweiligen bezogenen unabhängigen Anspruch.
Der Begriff Energieerzeuger wird nachfolgend im Sinn Kraftwerk bzw. Energiewandler verwendet, wobei beispielsweise aus thermischer Verbrennungsenergie mechanische Energie erzeugt wird, die dann wiederum zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
Ein vollständiges Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und der damit erzielten Vorteile wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erleichtert.
Die 1 bis 15 stellen jeweils ein Systemdiagramm dar, das schematisch einen im kombinierten Zyklus arbeitenden Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung zeigt und zwar von einer ersten Ausführungsform in 1 bis zu einer fünfzehnten Ausführungsform in 15.
16 stellt ein Systemdiagramm dar, das einen konventionellen im kombinierten Zyklus arbeitenden Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung zeigt.
Die Ausführungsformen der Erfindung machen einen IGCC verfügbar, der innerhalb des Systems einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad erzielt und eine Wiederverwendung von Energie und Stoffen ermöglicht. Die Ausführungsformen ermöglichen in dem Kohlevergasungssystem des IGCC einen Wärmetausch um Dampf zu erzeugen, der dann auf verschiedene Weise benutzt wird, um den Wirkungsgrad des IGCC zu verbessern.
Zum Beispiel kann der Dampf benutzt werden, um einen Abschnitt des Gasturbinensystems zu kühlen, der eine höhere Temperatur als der Dampf aufweist. Derartige Abschnitte werden in dieser Anmeldung als Hochtemperaturabschnitte bezeichnet. In solchen Fällen kann ein Dampf höherer Temperatur aus dem Hochtemperaturabschnitt zurückgewonnen und irgendwo im IGCC, z. B. im Dampfturbinensystem, dem Abgaswärmeverwertungssystem oder in einem System benutzt werden, das dem Kohlevergasungssystem Kohle zuführt.
Alternativ oder zusätzlich kann der Dampf zum Antreiben einer Turbine, z. B. einer Antriebsturbine benutzt werden, die Energie für andere Anwendungsbereiche liefert.
Alternativ oder zusätzlich kann der Dampf zum Abgaswärmeverwertungssystem geliefert werden, wo er benutzt werden kann, um Abgase höherer Temperatur zu kühlen.
Der Fachmann erkennt, daß unter Verwendung der oben genannten Ausführungsformen IGCC mannigfach modifzierbar sind. Wie nur einige Beispiele zeigen, können derartige Modifikationen umfassen (1) die Verwendung von Luft zur Kühlung des Hochtemperaturabschnitts zusätzlich zu dem Dampf, (2) die Verwendung von Detektoren, um den Wärme- bzw. Heizwert des brennbaren Gases zu überwachen und den Durchfluß des Gases oder anderer Systeme innerhalb des IGCC zu steuern, (3) die Verwendung von Mehrfachwärmeaustauschern bei dem Abgaswärmeverwertungssystem (Wärmerückgewinnungssystem), und (4) die Verwendung von Stickstoffgas innerhalb des IGCC, um einen Hochtemperaturabschnitt zu kühlen. Viele weitere Modifikationen sind möglich, einige werden in den Ausführungsbeispielen der Figuren erläutert.
1 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC dieser Ausführungsform wird gebildet aus einem Kohlevergasungssystem 21, einem Gasturbinensystem 22, einem Abgaswärmeverwertungsboiler 23 und einem Dampfturbinensystem 24. Obwohl der Abgaswärmeverwertungsboiler 23 durch einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator ersetzt werden kann, dient bei den folgenden Ausführungsbeispielen der Abgaswärmeverwertungsboiler als Wärmerückgewinnungseinrichtung.
Das Kohlevergasungssystem 21 verbindet einen Kohlezuführabschnitt 25, eine Sauerstofferzeugungsapparatur 26 und einen Kohlevergaser 27. Das heißt, in dem Kohlevergasungssystem 21 werden aus dem Kohlezuführabschnitt 25 pulverisierte Kohle und aus der Sauerstofferzeugungsapparatur 26 Sauerstoffgas an den Kohlevergaser 27 geliefert. Ein Teil der pulverisierten Kohle wird im Kohlevergaser 7 verbrannt. Der Rest an pulverisierter Kohle reagiert gemäß der folgenden Formel, wobei die Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Kohleasche im Bereich von etwa 1500°C bis etwa 1800°C gehalten wird. Das brennbare Kohlegas, das als Hauptbestandteil Kohlenmonoxid (CO) enthält, wird gemäß der folgenden Reaktion aufbereitet CO₂ + C = 2CO .
Die Sauerstofferzeugungsapparatur 26 ist mit einem durch einen Motor 28 angetriebenen Luftkompressor 29 ausgestattet. Das heißt, der Luftkompressor 29 komprimiert die angesaugte Luft und erzeugt Luft hohen Drucks, im folgenden Hochdruckluft genannt. Die Hochdruckluft wird in Sauerstoffgas und Stickstoffgas getrennt. Nach der Trennung wird das Sauerstoffgas dem Kohlevergaser 27 zugeführt. Während die Sauerstofferzeugsapparatur 26 das Sauerstoffgas in ein sogenanntes Sauerstoffblasgas umwandelt und das oben genannte brennbare Kohlegas aufbereitet bzw. raffiniert wird, wird das Stickstoffgas nach der Abtrennung dem Gasturbinensystem 22 und dem Kohlezuführabschnitt 25 zugeleitet. Im Kohlezuführabschnitt 25 wird unter Verwendung von Stickstoffgas pulverisierte Kohle in den Kohlevergaser 27 gefordert.
Das Kohlevergasungssystem 21 besitzt einen Kühler 30 und einen Gasreiniger 31.
Nachdem das brennbare Kohlegas im Kohlevergaser 27 aufbereitet worden ist, wird es im Kühler 30 auf etwa 400°C herabgekühlt. Nachdem die Verunreinigungen des brennbaren Gases im Gasreiniger 31 entfernt und zurückgewonnen worden sind, wird das brennbare Kohlegas als sauberer Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff dem Gasturbinensystem 22 zugeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist das Gasturbinensystem 22 einen Luftkompressor 32, eine Gasturbinenbrennkammer 33, eine Gasturbine 34 und einen Generator 35 auf. Der Luftkompressor 32 komprimiert die angesaugte Luft und erzeugt Hochdruckluft. Die Hochdruckluft wird der Gasturbinentrennkammer 33 mit dem Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff aus dem Gasreiniger 31 im Kohlevergasungssystem 21 und dem Stickstoffgas aus der Sauerstofferzeugungsapparatur 26 zugeführt. Die Gasturbinenbrennkammer 33 verdünnt den Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff durch Hinzufügen von Stickstoffgas und Erzeugung eines brennbaren Gases niedriger Konzentration von NO_x.
Durch Verbrennen des brennbaren Gases in der Gasturbine 34 wird Expansionsarbeit durchgeführt.
Nach dem Antreiben eines Generators 35 mittels des durch die Expansionsarbeit erzeugten Antriebsmomentes wird das brennbare Gas, das die Expansionsarbeit beendet hat, zum Abgaswärmeverwertungsboiler 23 geleitet.
Der Abgaswärmeverwertungsboiler 23 besteht aus einem Wärmetauscher 36, wie einem Überhitzer, einem Verdampfer und einem Vorwärmer. Das heißt, im Abgaswärmeverwertungsboiler 23 wird das aus der Gasturbine 34 im Gasturbinensystem 22 gelieferte Abgas als Wärmequelle benutzt. Im Abgaswärmeverwertungsboiler wird innerhalb des Wärmetauschers 36 ein Wärmeaustausch mit Kondensat/Speisewasser aus dem Dampfturbinensystem 24 bewirkt. Als Folge hiervon, wird Dampf erzeugt.
Das Dampfturbinensystem 24 besteht aus einer Dampfturbine 37, einem Generator 38, einem Kondensor 39 und einer Speisewasserpumpe 40. Der Dampf aus dem Abgaswärmeverwertungsboiler 23 wird der Dampfturbine 37 als Turbinenarbeitsdampf zugeführt. Im Dampfturbinensystem 24 wird Expansionsarbeit ausgeführt. Nach dem Antreiben des Generators 38 unter Verwendung des durch die Expansionsarbeit erzeugten Antriebsmomentes wird der Turbinenarbeitsdampf (das Turbinenabgas) der die Expansionsarbeit ausgeführt hat, kondensiert und wird zu dem Kondensat/Speisewasser. Das Kondensat/Speisewasser fließt über die Speisewasserpumpe 40 zum Abgaswärmeverwertungsboiler 23 zurück. Ein Teil des Kondensat/Speisewassers wird dem Kühler 30 zugeführt, um das brennbare Kohlegas zu kühlen.
Der IGCC besitzt darüber hinaus ein Kühldampfspeisesystem 42 und ein Kühldampfverwertungssystem 43.
Das Kühldampfspeisesystem 42 hat am Kühler 30 im Kohlevergasungssystem 1 einen Auslaß und ist mit den Gasturbinenhochtemperaturabschnitten der Gasturbine 41, wie der Gasturbinendüsenschaufel, der Gasturbinenläuferschaufel und dem Gasturbinenläufer, verbunden.
Das Kühldampfverwertungssystem 43 ist mit der Austrittsseite des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 und mit der Eintrittsseite der Dampfturbine 37 im Dampfturbinensystem 24 verbunden. Das heißt, der Hochtemperaturkohlevergasungssynthesegasbrennstoff aus dem Kohlevergaser 27 führt im Kühler 30 mit dem Kondensat/Speisewasser einen Wärmeaustausch durch. Danach wird der durch den Wärmeaustausch erzeugte Dampf dem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 der Gasturbine 34 als Kühldampf, d. h. als kühlender Dampf zugeführt. Anschließend wird der Kühldampf in der Dampfturbine 37 verwertet.
Wie beschrieben, ist bei dieser Ausführungsform ein Kühldampfspeisesystem 42 vorgesehen, das den Kühler 30 mit dem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 der Gasturbine 34 verbindet sowie ein Kühldampfverwertungssystem 43, das den Kühldampf in der Dampfturbine 37 verwertet, nachdem dieser den Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 gekühlt hat. Damit werden bei dieser Ausführungsform die folgenden Wirkungen erzielt.
Erstens wird die Instandhaltung der Hochtemperaturabschnitte der Gasturbine 41 unterstützt durch Kühlen von Teilen, wie der Gasturbinendüsenschaufel, der Gasturbinenläuferschaufel und des Gasturbinenläufers. Bei dieser Ausführungsform kann somit die Notwendigkeit für Zusatzgeräte reduziert werden. Zweitens kann die Wärme effektiv ausgenutzt werden, indem der Kühldampf der Dampfturbine 37 zugeführt wird. Demzufolge besteht bei dieser Ausführungsform die Möglichkeit, die Energieausgaben für die Speisevorrichtung von pulverisierter Kohle zu reduzieren. Da bei dieser Ausführungsform durch die effektive Kühlung des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 die Wärmeenergie effektiv ausgenutzt wird, kann der thermische Wirkungsgrad des Systems durch die hohe Temperatur des Gasturbinenarbeitsgases verbessert werden. Außerdem kann der Dampf aus dem Kühler 30 einem Hochtemperaturabschnitt der Gasturbinenbrennkammer 33 zur Kühlung zugeführt werden, anstatt ihn der Gasturbine 34 zuzuführen oder dieser nur ergänzend zuzuführen. Der Dampf aus dem Kühler 30 kann dem Hochtemperaturabschnitt sowohl der Gasturbinenbrennkammer 33 als auch der Gasturbine 34 zugeführt werden.
Ferner ist es möglich, den Dampf nach dem Kühlen des Hochtemperaturabschnittes im Kohlevergaser 27 als Vergasungsstoff zu verwerten, anstelle von Sauerstoffgas. Dies würde die Wärmeenergie reduzieren, die erforderlich ist, um den Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff aufzubereiten und als Folge hiervon würde der thermische Wirkungsgrad der Anlage verbessert werden.
2 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt. Die Elemente von 2, die denen von 1 entsprechen, sind mit dem gleichem Bezugszeichen wie in 1 versehen. Diese Elemente werden nicht nochmals beschrieben. In ähnlicher Weise wird mit den übrigen nachfolgenden Figuren verfahren.
Der IGCC gemäß der zweiten Ausführungsform besitzt ein Kühldampfspeiesesystem 42 und ein Kühldampfspeisesystem 43. Bei dieser Ausführungsform wird das Stickstoffgas nicht dem Kohleversorgungsabschnitt 25 zugeführt, da dieser Kohleschlamm liefert. Der Kohleschlamm wird durch eine Fördereinrichtung wie eine (nicht dargestellte) Pumpe zum Kohlevergaser 27 gefördert.
Das Kühldampfspeisesystem 42 ist mit der Austrittsseite des Kühlers 30 im Kohlevergasungssystem 21 verbunden. Es ist außerdem über den Brennkammerhochtemperaturabschnitt 44, wie eine Auskleidung bzw. einen Mantel der Brennkammer und Übergangsstücke in der Gasturbinenbrennkammer 33, mit dem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 in der Gasturbine 34 verbunden. Das Kühldampfverwertungssystem 43 ist an die Austrittsseite des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 angeschlossen und mit der Eintrittsseite der Dampfturbine 37 im Dampfturbinensystem 24 verbunden. Der Hochtemperaturkohlevergasungssynthesegasbrennstoff aus dem Kohlevergaser 27 und Kondensat sowie Speisewasser aus dem Dampfturbinensystem 24 führen im Kühler 30 einen Wärmetausch aus. Der durch den Wärmeaustausch erzeugte Dampf wird dem Brennkammerhochtemperaturabschnitt 44 und dem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 zugeführt. Nachdem der Kühldampf den Brennkammerhochtemperaturabschnitt 44 und den Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 gekühlt hat, wird der Kühldampf in der Dampfturbine 37 verwertet.
Im folgenden werden die Vorteile der Ausführungsform, die ein Köhldampfspeisesystem 42 und ein Kühldampfverwertungssystem 43 aufweist, beschrieben.
Zunächst kann die Festigkeit der einzelnen Teile des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 und des Brennkammerhochtemperaturabschnittes 44 dadurch aufrecht erhalten werden, daß diese Teile gekühlt werden. Zweitens kann die Wärme effektiv ausgenutzt werden, dadurch daß der Kühldampf in der Dampfturbine 37 verwertet wird. Deshalb können gemäß dieser Ausführungsform aufgrund der wirksamen Kühlung des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 und des Brennkammerhochtemperaturabschnittes 44 ein Hochtemperaturgas als Turbinenarbeitsgas eingesetzt und ein verbesserter thermischer Wirkungsgrad erzielt werden.
Obgleich bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Dampf aus dem Kühler 30 dem Hochtemperaturabschnitt sowohl der Gasturbinenbrennkammer 33 als auch der Gasturbine 34 zugeführt wird, ist es möglich, den Dampf nur einem von den beiden Hochtemperaturabschnitten, nämlichen der Gasturbinenbrennkammer 33 oder der Gasturbine 34 zur Kühlung zuzuführen.
Es ist außerdem möglich, den Dampf nach dem Kühlen des Hochtemperaturabschnittes im Kohlevergaser 27 als Vergasungsmaterial anstelle von Sauerstoffgas zu verwenden. Dies erlaubt eine Reduktion der notwendigen thermischen Energie zur Aufbereitung des Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffes, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Anlage verbessert wird.
3 ist ein Systemdigramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform enthält ein Kühldampfspeisesystem 42 und ein Kühldampfverwertungssystem 43. Da bei diesem Ausführungsbeispiel als Brennstoff ebenfalls ein Kohleschlamm benutzt wird, wird dem Kohlezuführabschnitt 25 kein Stickstoffgas als Fördergas zugeführt. Das heißt, der Kohleschlamm wird mittels einer Fördereinrichtung, wie einer Pumpe (nicht dargestellt) gefördert.
Das Dampfspeisesystem 42 ist an die Ausgangsseite eines Kühlers 30 im Kohlevergasungssystem 21 angeschlossen und über einen Brennkammerhochtemperaturabschnitt 44 mit einem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 verbunden. Der Hochtemperaturabschnitt der Gasturbinenbrennkammer 33 kann die Auskleidung der Brennkammer und die Übergangsstücke umfassen.
Im Kühldampfverwertungssystem 43 ist mit der Austrittsseite des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 ein erster Wärmetauscher 36, wie ein Mitteldruckvorwärmer des Abgaswärmeverwertungsboilers 23 verbunden. Unter diesen Bedingungen treten der Hochtemperaturkohlevergasungssynthesegasbrennstoff aus dem Kohlevergaser 27 und Kondensat/Speisewasser aus dem Dampfturbinensystem 24 im Kühler 30 in Wärmetausch zueinander. Der durch den Wärmetausch erzeugte Dampf wird nacheinander dem Brennkammerhochtemperaturabschnitt 44 und dem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 zugeführt. Der Kühldampf wird dann durch den Zwischenwärmetauscher im ersten Wärmetauscher 36 verwertet.
Wie erwähnt, besitzt diese Ausführungsform ein Kühldampfspeisesystem 42, das dem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 über den Brennkammerhochtemperaturabschnitt 44 Kühldampf aus dem Kühler 30 zuführt. Diese Ausführungsform sieht auch ein Kühldampfverwertungssystem 43 vor, derart, daß nach dem Kühlen des Gasturbinenhochdrucktemperaturabschnittes 41 und des Brennkammerhochtemperaturabschnit tes 44 der Kühldampf mittels des Zwischenwärmetauschers des ersten Wärmetauschers 36 verwertet wird.
Im folgenden sind einige Wirkungen dieser Ausführungsform beschrieben.
Erstens kann durch die Kühlung die Festigkeit der Teile des Hochtemperaturabschnittes der Gasturbine 41 und der Brennkammer 44 aufrecht erhalten werden. Zweitens kann die Wärme effektiv dadurch ausgenutzt werden, daß der Kühldampf dem Zwischenwärmetauscher des erstens Wärmetauschers 36 zugeführt wird. Insbesondere wenn der Zwischenwärmetauscher im ersten Wärmetauscher 36 im Abgaswärmeverwertungsboiler 23 den Kühldampf verwertet, nachdem dieser den Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 gekühlt hat, dann kann der Kühldampf erhitzt werden, um eine geeignete Temperatur und einen geeigneten Druck zu erhalten, um ihn der Dampfturbine 37 erneut zuzuführen. Infolge der erhöhten Ausgangsleistung der Dampfturbine 37 wird der thermische Wirkungsgrad des Systems verbessert.
Außerdem ist es möglich, den Dampf nach dem Kühlvorgang im Hochtemperaturabschnitt im Kohlevergaser 27 als Vergasungsmittel, anstelle des Sauerstoffgases einzusetzen. Damit wird die zur Aufbereitung des Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffes benötigte Wärmeenergie erniedrigt und demzufolge der thermische Wirkungsgrad der Anlage verbessert.
4 ist ein Systemdigramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC dieser Ausführungsform enthält ein Kühldampfspeisesystem 42, ein Kühldampfverwertungssystem 43 und ein Fördersystem 46 für pulverisierte Kohle.
Das Kühldampfspeisesystem 42 verbindet den Zwischenwärmertauscher an der Austrittsseite des Hochdruckvorwärmers des ersten Wärmetauschers 36 im Abgaswärmeverwertungsboiler 23 mit dem Hochtemperaturabschnitt 41 der Gasturbine 34. Das Kühldampfverwertungssystem 43 liefert Kühldampf von der Austrittsseite des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 zum Kohlevergaser 27 des Kohlevergasungssystems 21. Das Fördersystem 46 für pulverisierte Kohle speist Hochdruckluft aus einem Luftkompressor 29 als Oxidationsmittel in den Kohlezuführabschnitt 25 ein.
Da bei dieser Ausführungsform der vom Kohlevergaser 27 aufbereitete Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff einen niedrigen Heizwert aufweist, ist es nicht erforderlich, dem Kohlevergaser 27 Sauerstoff zuzuführen.
Wie erwähnt, ist bei dieser Ausführungsform eine Kühldampfspeiseleitung 42 vorgesehen, die vom Wärmetauscher 36 im Abgaswärmeverwertungsboiler 23 kommt. Die Kühldampfverwertungsleitung 43, die vom Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 kommt, liefert Vergasungsmaterial zum Kohlevergaser 27. Deshalb weist diese Ausführungsform die folgenden Wirkungen auf.
Erstens kann die Festigkeit der einzelnen Teile durch Kühlen des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 aufrechterhalten werden, wodurch das Arbeitsgas der Gasturbine eine hohe Temperatur aufweisen kann. Da zweitens der Kühldampf im Kohlevergaser 27 als Vergasungsmittel verwertet wird, wird die zur Aufbereitung des Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffes benötigte Wärmeenergie verringert, so daß der thermische Wirkungsgrad des Systems verbessert werden kann. Alternativ kann bei dieser Ausführungsform die Anzahl von Zusatzgeräten reduziert und es können die Energiekosten für den Förderer von pulverisierter Kohle minimiert werden.
5 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC dieser Ausführungsform umfaßt ein Kühlluftspeisesystem 47 und ein Kühlluftverwertungssystem 48. Bei dem Kühlluftspeisesystem 47 wird Hochdruckluft, die in einem Luftkompressor 32 eines Gasturbinensystems 22 gewonnen wird, in einen Hochtemperaturabschnitt 41 einer Gasturbine 34 eingespeist. In dem Kühlluftverwer tungssystem 48 wird die Kühlluft nach dem Kühlen des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 verwertet und dem Kohlevergaser 27 zugeführt.
Bei dieser Ausführungsform benutzt das Kühlluftspeisesystem 47 Hochdruckluft als Kühlluft, die vom Luftkompressor 32 zum Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 geliefert wird. Das Kühlluftverwertungssystem 48 verwertet die Kühlluft, nachdem sie den Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 gekühlt hat und führt sie dem Kohlevergaser 27 als Oxidiermittel zu. Deshalb werden mit dieser Ausführungsform einige der im folgenden beschriebenen Wirkungen erzielt.
Erstens kann durch Kühlung des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 ein Gasturbinenarbeitsgas hoher Temperatur eingesetzt und trotzdem die Festigkeit der Einzelteile auf einem hohen Wert gehalten werden. Zweitens wird die Kühlluft bzw. der Kühldampf im Kohlevergaser 27 als Oxidiermittel verwertet, so daß der Kohlevergaser 27 unabhängig betrieben werden kann, selbst wenn im Luftkompressor 29 ein Fehler auftritt. Der thermische Wirkungsgrad des Systems wird verbessert.
6 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC nach dieser Ausführungsform umfaßt ein Kondensat/Speisewassersystem 50, ein Heißwasserspeisesystem 51 und ein Heißwasserverwertungssystem 52.
Die Kondensat/Speisewasserleitung 50 führt Speisewasser einem zweiten Wärmetauscher 49, wie einem Niederdruckvorwärmer zu, der in Strömungsrichtung hinter einem Abgaswärmeverwertungsboiler 23 vorgesehen und an die Austrittsseite einer Speisewasserpumpe 40 im Dampfturbinensystem 24 angeschlossen ist. Die Heißwasserspeiseleitung 51 nimmt Kondensat/Speisewasser auf, das durch den zweiten Wärmetauscher 49 erhitzt worden ist und speist das erhitzte Wasser in den Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 der Gasturbine 39 ein. Die Heißwasserverwertungsleitung 52 nimmt Heißwasserkondensat/Speisewasser nach Kühlung des Gasturbinenhochtemperaturabschnit tes 41 auf. Das heiße Wasser wird benutzt, um einen Kohlewasserschlamm oder ein Kohlewassergemisch für den Kohlezuführabschnitt 25 des Kohlevergasungssystems 21 zu erzeugen.
Da diese Ausführungsform die genannte Kondensat/Speisewasserleitung 50, die Heißwasserspeiseleitung 51 und die Heißwasserverwertungsleitung 52 aufweist, werden die folgenden Wirkungen erzielt.
Die Haltbarkeit und Funktionsfähigkeit der Hochtemperaturabschnitte der Gasturbine können durch Kühlung der gefährdeten Abschnitte aufrechterhalten werden, selbst wenn mit einem Gasturbinenarbeitsgas höherer Temperatur gearbeitet wird, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Anlage verbessert wird. Zweitens können Zusatzgeräte und Energiekosten zur Erzeugung des Kohlewasserschlamms bzw. des Kohlewassergemisches minimiert werden, da das Wasserkondensat/Speisewasser zum Kühlen als Kohlewasserschlamm oder Kohlewassergemisch durch den Kohlezuführabschnitt 25 verwertet wird. Der Dampf aus dem zweiten Wärmetauscher 49 wird der Gasturbinenbrennkammer 33 zugeführt und nach dem Kühlen des Hochtemperaturabschnittes der Gasturbinenbrennkammer 33 an den Kohlezuführabschnitt 25 geliefert.
7 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer siebten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC nach dieser Ausführungsform enthält eine Kondensat/Speisewasserleitung 50, eine Heißwasserspeiseleitung 51 und eine Heißwasserverwertungsleitung 52.
Die Kondensat/Speisewasserleitung 50 mündet in einen zweiten Wärmetauscher 49 wie einen Niederdruckvorwärmer, der am Ausgang eines Abgaswärmeverwertungsboiler 23 vorgesehen ist. Die Leitung 50 ist an die Austrittsseite einer Speisewasserpumpe 40 im Dampfturbinensystem 24 angeschlossen.
Das Heißwasserspeisesystem 51 nimmt das Kondensat/Speisewasser, das im zweiten Wärmetauscher 49 erhitzt worden ist, auf und führt es einem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 der Gasturbine 34 zu. Das Heißwasserverwertungssystem 52 nimmt das heiße Kondensat/Speisewasser, das zum Kühlen des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 verwendet worden ist, auf und führt das Wasser dem ersten Wärmetauscher 36 zu. Das Kondensat/Speisewassersystem 50, das Heißwasserspeisesystem 51 und das Heißwasserverwertungssystem 52 dieser Ausführungsform bedingen die folgenden Effekte.
Erstens wird durch Kühlen des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 die Beschaffenheit der Einzelteile, trotz eines Gasturbinenarbeitsgases höherer Temperatur aufrechterhalten. Zweitens wird eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Systems erzielt, da das Heißwasserkondensat/Speisewasser zum Kühlen im ersten Wärmetauscher 36 verwertet wird und die Rückgewinnung der thermischen Energie mit der Zirkulation des Heißwasserkondensats/Speisewassers zum Kühlen erfolgt. Drittens können die Zusatzgeräte und Energiekosten für den Kohlewasserschlamm bzw. das Kohlewassergemisch bei dieser Ausführungsform minimiert werden, da das Heißwasserkondensat/Speisewasser zum Kühlen als Kohlewasserschlamm bzw. Kohlewassergemisch durch den Kohlezuführabschnitt 25 verwertet wird.
8 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer achten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC dieser Ausführungsform enthält ein Kühldampfspeisesystem 42 und ein Kühldampfverwertungssystem 43. Eine Dampfturbine 37 eines Dampfturbinensystems 24 ist unterteilt in eine Hochdruckturbine 53 und eine Niederdruckturbine 54. Ein Teil des Abgases der Hochdruckturbine 53 wird einem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 der Gasturbine 34 zugeführt. Die Kühldampfverwertungsleitung 43 nimmt Dampf auf, der den Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 gekühlt hat und speist diesen über einen Hilfswärmetauscher im Abgaswärmeverwertungsboiler 23 in die Niederdruckturbine 54 ein. Der im Kühler 30 des Kohlevergasungssystems 21 erzeugte Dampf und der Kühldampf der dem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 gekühlt hat, werden mit dem Rest des Abgases (gleich zum Kühldampf) der Hochdruckturbine 53 vermischt.
Wie erwähnt, weist diese Ausführungsform das Kühldampfspeisesystem 42 und das Kühldampfverwertungssystem 43 auf. Deshalb werden bei dieser Ausführungsform die folgenden Wirkungen erzielt.
Zuerst wird durch Kühlen des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 eine hohe Beständigkeit der gekühlten Teile aufrechterhalten und es kann ein Gasturbinenarbeitsgas höherer Temperatur eingesetzt werden, mit dem der thermische Wirkungsgrad der Anlage verbessert werden kann. Zweitens kann das Abgas verwertet und dadurch der thermische Wirkungsgrad des Systems verbessert werden.
9 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer neunten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC dieser Ausführungsform enthält ein Kühlluftspeisesystem 42, ein Kühldampfverwertungssystem 43 und ein Kühlluftverwertungssystem 48.
Die Kühldampfspeiseleitung 42 nimmt den im Kühler 30 des Kohlevergasungssystems 21 erzeugten Dampf auf und speist ihn in den Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 der Gasturbine 34 als Kühldampf ein. Das Kühldampfverwertungssystem 43 nimmt den zum Kühlen des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 benutzten Dampf auf und mischt ihn mit Dampf aus einem ersten Wärmetauscher 36, wie einem Überhitzer im Abgaswärmeverwertungsboiler 23. Das Dampfgemisch wird der Dampfturbine 37 zugeführt. Während im Anfahrbetrieb im Kühler 30 noch kein Dampf erzeugt wird, wird dem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 ein Teil der Hochdruckluft aus einem Luftkompressor 32 als Kühlluft zugeführt. Das Kühlluftspeisesystem 48 empfängt Luft, die zum Kühlen des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 benutzt worden ist und liefert diese an den Abgaswärmeverwertungsboiler 23. Diese Ausführungsform weist, wie beschrieben, das Kühldampfspeisesystem 42, das Kühldampfverwertungssystem 43, das Kühlluftspeisesystem 47 und das Kühlluftspeisesystem 48 auf. Mit dieser Ausführungsform werden die folgenden Wirkungen erzielt.
Durch Kühlen des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 während des Betriebs wird ein stabiler Betrieb der Gasturbine 34 gewährleistet. Das Kühlluftspeisesystem 47 kann auch bei den übrigen Ausführungsformen vorgesehen werden.
10 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer zehnten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC dieser Ausführungsform enthält eine Expansionsturbine 56, die von einem Kompressor 29 Luft empfängt, die auch an eine Sauerstofferzeugungsapparatur 26 Hochdruckluft liefert. Der Luftkompressor 29 wird im Anfahrbetrieb durch einen Motor 28 angetrieben und im normalen Betriebszustand danach durch eine Expansionsturbine 56. Die Expansionsturbine 56 benutzt einen Teil des vom Kühler 30 gelieferten Dampfes als Arbeitsmittel und führt den Dampf zum Kondensor 39 des Dampfturbinensystems 24. Bei dieser Ausführungsform treibt somit der Motor 28 den Luftkompressor 29 beim Anfahren der Anlage an. Im Betriebszustand, bei Last, treibt die Expansionsturbine 56 den Luftkompressor 29 unter Verwendung eines Teils des im Kühler erzeugten Dampfes an. Bei dieser Ausführungsform kann somit Energie zum Antreiben des Luftkompressors 29 eingespart werden. Als Folge hiervon wird der thermische Wirkungsgrad des Systems verbessert. Es soll erwähnt werden, daß die Expansionsturbine 56 auch bei den übrigen Ausführungsformen dieser Erfindung eingesetzt werden kann.
11 zeigt ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC einer elften Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC dieser Ausführungsform enthält ein Kühlstickstoffgasspeisesystem 57 und ein Kühlstickstoffgasverwertungssystem 58.
Die Kühlstickstoffgasspeiseleitung 57 kommt von der Austrittsseite einer Sauerstofferzeugungsapparatur 26 im Kohlevergasungssystem 21 und ist mit der Eintrittsseite eines Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 der Gasturbine 34 verbunden. Die Kühlstickstoffgasverwertungsleitung 58 aus dem Hochtemperaturabschnitt 41 ist mit der Eintrittsseite einer Gasturbinenbrennkammer 33 und außerdem mit dem Gasreiniger 31 des Kohlevergasungssystems 21 verbunden. Die der Sauerstofferzeugungsapparatur 26 zugeführte Hochdruckluft wird in Sauerstoffgas und Stickstoffgas getrennt.
Diese Ausführungsform weist somit das Kühlstickstoffgasspeisesystem 57 und das Kühlstickstoffgasverwertungssystem 58 auf. Hierdurch werden die folgenden Effekte erzielt.
Erstens kann durch Kühlung des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 eine hohe Lebensdauer der thermisch beanspruchten Teile dieses Abschnittes erzielt werden. Zweitens kann die NO_x-Konzentration des brennbaren Gases, die durch den Stickstoffgaszusatz zum Vergasungssynthesegasbrennstoff der Gasturbinenbrennkammer 31 erhalten wird, reduziert werden. Drittens kann ein Rückwaschen des Filters des Gasreinigers 31 durch Zufuhr des Stickstoffgases durchgeführt werden. Deshalb kann bei dieser Ausführungsform eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Systems und der Einsatz eines Gasturbinenarbeitsgases hoher Temperatur erreicht werden, indem das Stickstoffgas für eine effektive Kühlung des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 eingesetzt wird. Außerdem kann das Stickstoffgas dem Hochtemperaturabschnitt der Gasturbinenbrennkammer 33 zugeführt werden.
12 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC einer zwölften Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC dieser Ausführungsform enthält eine Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffspeiseleitung 60, ein Kühldampfspeisesystem 42 und ein Kühldampfverwertungssystem 43.
Die Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffspeiseleitung 60 führt einem Brennstoffreformer 59 Synthesegas zu. Die Leitung 60 empfängt einen Teil des Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffes aus dem Reiniger 31, der andere Teil wird einer Gasturbinenbrennkammer 33 zugeführt. Das Kühldampfspeisesystem 42 empfängt Dampf aus dem Kühler 30 und führt ihn einem Hochtemperaturabschnitt 41 einer Gasturbine 34 zu. Das Kühldampfverwertungssystem 43 nimmt den Dampf auf, nachdem dieser den Gasturbinenhochtemperturabschnitt 41 gekühlt hat und liefert ihn an den Brennstoffreformer 59. Im Brennstoffreformer 59 wird der Kohlevergasungssynthesegasbrennstoff aus dem Gasreiniger 31 chemisch reformiert, durch die thermische Energie im Dampf, die beim Kühlen des Gasturbinenhochtemperaturabschnittes 41 aufgenommen worden ist.
Diese Ausführungsform besitzt somit das Kühldampfspeisesystem 42, das Kühldampfverwertungssystem 43 und das Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffspeisesystem 60. Damit werden einige der im folgenden beschriebenen Effekte erzielt.
Erstens wird die Unversehrtheit der Teile gewährleistet, die einer sehr hohen Temperatur ausgesetzt sind, indem diese Teile im Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 gekühlt werden. Zweitens kann im Brennstoffreformer 59 neuer Brennstoff, wie Methan, auf der Basis des Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffes und des Kühldampfes erzielt werden und der neue Brennstoff kann auf anderen Gebieten eingesetzt werden. Wenn der Brennstoffreformer 59 beispielsweise in einem Brennstoffzellenenergieerzeugungssystem vorgesehen wird, erfolgt eine effektive praktische Verwendung der Energie. Der Dampf aus dem Kühler 30 kann dem Hochtemperaturabschnitt der Gasturbinenbrennkammer 33 zum Kühlen zugeführt werden.
Obwohl bei dieser Ausführungsform die Dampfturbine 37 mit dem Luftkompressor 32 und der Gasturbine 34 in Reihe angeordnet ist, ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt. Das heißt, ein ähnlicher Effekt kann erzielt werden, wenn die Dampfturbine 37 und der Luftkompressor 34 nicht in Reihe angeordnet sind, wie dies in 1 dargestellt ist. Der Brennstoffreformer 59 kann selbstverständlich auch bei den anderen Ausführungsformen eingesetzt werden.
13 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer dreizehnten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC dieser Ausführungsform enthält eine Heizwerterfassungseinheit 62, eine Berechnungssteuereinheit 63 und eine Kühldampfdurchflußsteuereinheit 64 (Durchfluß = Mengenfluß).
Die Heizwerterfassungseinheit 62 erfaßt den Heizwert des über die Erfassungseinheit zugeführten Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffs. Die Berechnungssteuereinheit 63 berechnet aus dem in der Heizwerterfassungseinheit 62 erfaßten Wert ein Signal. Die Kühldampfdurchflußsteuereinheit 64 stellt den Durchfluß des Kühldampfes aus dem Kühler 30 ein und speist ihn abhängig von dem Signal auf der Grundlage der Heizwerterfassungseinheit 62 über ein Kühldampfspeisesystem 42 in den Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41. Die Sauerstofferzeugungsapparatur 26 liefert an den Kohlezuführabschnitt 25 für den Förderer von pulverisierter Kohle Stickstoffgas.
Wie erwähnt, weist diese Ausführungsform einen Erfassungsabschnitt 61, die Heizwerterfassungseinheit 62, die Berechnungsteuereinheit 63 und die Kühldampfdurchflußsteuereinheit 64 auf. Hierdurch werden die folgenden Effekte erzielt.
Erstens ist es bei dieser Ausführungsform möglich, dem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt 41 eine stabile Menge an Dampf zur Kühlung zuzuführen und deshalb eine stabile Kühlung durchzuführen. Außerdem ist es bei dieser Ausführungsform möglich, Zusatzgeräte zu eliminieren und die für den Förderer der pulverisierten Kohle erforderlichen Energiekosten zu reduzieren. Der Erfassungsabschnitt 61, die Heizwerterfassungseinheit 62, die Berechnungssteuereinheit 63 und die Kühldampfdurchflußsteuereinheit 64 können selbstverständlich auch bei anderen Ausführungsformen eingesetzt werden.
14 ist ein Systemdiagramm, das schematisch einen IGCC gemäß einer vierzehnten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Der IGCC dieser Ausführungsform enthält eine Heizwerterfassungseinheit 62, eine Berechnungssteuereinheit 63 und eine Luftdurchflußsteuereinheit 65 (Durchfluß = Mengenfluß).
Die Heizwerterfassungseinheit 62 erfaßt den Heizwert des über den Erfassungsabschnitt 61 zugeführten Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffes. Die Berechnungssteuereinheit 63 berechnet ein Signal auf der Grundlage des in der Heizwerterfassungseinheit 62 erfaßten Wertes. Der Kühldampfdurchflußsteuerabschnitt 65 stellt abhängig von dem Signal das auf dem Ergebnis der Heizwerterfassungseinheit 62 basiert, den Durchfluß der an die Gasturbinentrennkammer 33 aus dem Luftkompressor 32 des Gasturbinensystems 22 gelieferten Hochdruckluft ein.
Diese Ausführungsform besitzt den Erfassungsabschnitt 61, die Heizwerterfassungseinheit 62, die Berechnungsteuereinheit 63 und die Luftdurchflußsteuereinheit 65. Deshalb wird das Gasturbinenarbeitsgas aus der Gasturbinenbrennkammer 33 in die Gasturbine 34 in Abhängigkeit von dem Zufluß des Kühldampfes aus dem Kühler 30 zugeführt. Bei dieser Ausführungsform wird der Fluß der aus dem Luftkompressor 32 zur Gasturbinenbrennkammer 33 gelieferten Hochdruckluft eingestellt. Es kann das Erfordernis für Zusatzeinrichtungen eliminiert und es können die für den Förderer der pulverisierten Kohle benötigten Energiekosten reduziert werden. Der Erfassungsabschnitt 61, die Heizwerterfassungseinheit 62, die Berechnungssteuereinheit 63 und die Luftdurchflußsteuereinheit 65 können selbstverständlich auch bei anderen Ausführungsformen dieser Erfindung eingesetzt werden.
Ferner kann ergänzend zu dieser Ausführungsform, wie es z. B. in 15 dargestellt ist, die Hochdruckluft aus dem Luftkompressor 32, die der Gasturbinenbrennkammer 33 zugeführt wird, durch die Luftdurchflußsteuereinheit 65 eingestellt werden, wenn die Gasturbine 34 nicht gekühlt wird.
Im einzelnen kann die Menge an zur Gasturbinenbrennkammer 33 gelieferten Hochdruckluft gemessen werden, im Vergleich zur Durchflußmenge des zur Gasturbinenbrennkammer 33 zugeführten Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffs. Auf diese Weise kann die Gefahr eines Unfallfeuers – das Gasturbinenarbeitsgas ist ein brennbares Gas – reduziert werden.
Wie erwähnt, kann bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen des IGCC der thermische Wirkungsgrad des Systems durch effektive praktische Ausnutzung von thermischer Energie verbessert werden. Das Gasturbinenarbeitsgas kann auf hoher Temperatur gehalten werden und die physische Unversehrtheit und Festigkeit der Teile des Hochtemperaturabschnittes im Gasturbinensystem können durch deren Kühlung gewährleistet werden. Die Ausführungsformen erlauben es, auf Zusatz- bzw. Hilfsausrüstungen zu verzichten, oder diese zu reduzieren und außerdem die für den Förderer der pulverisierten Kohle benötigten Energiekosten zu verringern.
Der Erfassungsabschnitt 61, die Heizwerterfassungseinheit 62, die Berechnungssteuereinheit 63 und die Luftdurchflußsteuereinheit 65 können auch bei anderen Ausführungsformen dieser Erfindung eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen des IGCC ermöglichen einen stabilen Betrieb des Gasturbinensystems, indem der dem Gasturbinenhochtemperaturabschnitt zugeführte Kühldampf und/oder die der Gasturbinenbrennkammer zugeführte Hochdruckluft auf den erfaßten Heizwert des Kohlevergasungssynthesegasbrennstoffes abgestimmt werden.

Claims

Im kombinierten Zyklus arbeitender Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung enthaltend: ein Kohlevergasungssystem (21) zum Erzeugen eines brennbaren Gases aus Kohle, das einem Gasturbinensystem (22) zugeführt wird, wobei das Gasturbinensystem (22) eine Gasturbine (34) zum Durchführen von Expansionsarbeit unter Verwendung des brennbaren Gases enthält, und das Abgas der Gasturbine (34) einem Wärmeverwertungssystem (23) zugeführt wird; das Wärmeverwertungssystem (23) einen Wärmeaustausch durchführt, in dem das von der Gasturbine (34) gelieferte Abgas die Wärmequelle darstellt und geeignet ist, den im Wärmetausch erzeugten Dampf einem Dampfturbinensystem (24) zuzuführen; das Dampfturbinensystem (24) eine Expansionsarbeit durchführt und eine Dampfturbine (37) und einen Kondensor (39) enthält, um Dampf zu Wasser zu kondensieren, welches Wasser einem Wärmetauscher (30) im Kohlevergasungssystem (21) zugeführt wird, wo es zu Dampf erhitzt wird, und wobei der Dampf aus dem Wärmetauscher (30) der Dampfturbine (37) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Hochtemperaturabschnitt (41) des Gasturbinensystems (22) mit auf Wasser basierendem Kühlmittel zum Kühlen des wenigstens einen Hochtemperaturabschnitts (41) beschickt wird, wobei das auf Wasser basierende Kühlmittel von einem Wärmetauscher (30) im Kohlevergasungssystem (21), Wärmeverwertungssystem (23) oder Dampfturbinensystem (24) geliefert wird.
Energieerzeuger nach Anspruch 1, wobei der von dem Wärmetauscher (30) zugeführte Dampf dem wenigstens einen Hochtemperaturabschnitt (41) des Gasturbinensystems (22), das sich auf einer höheren Temperatur als der Dampf befindet, zugeführt wird, bevor er der Dampfturbine (37) zugeführt wird.
Energieerzeuger nach Anspruch 2, bei dem der wenigstens eine Hochtemperaturabschnitt (41) des Gasturbinensystems (22) durch die Gasturbine (34) und/oder eine Gasturbinenbrennkammer (33) gebildet ist.
Energieerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Vergasungsmittelerzeugungseinheit (26) im Kohlevergasungssystem (21) zur Erzeugung eines Sauerstoffgases (O₂) und eines Stickstoffgases (N₂) aus Luft, wobei die Vergasungsmittelerzeugungseinheit (26) dazu ausgebildet ist, das Sauerstoffgas (O₂) einer Kohlevergasungseinheit (27) zuzuführen, die Kohlevergasungseinheit (27) dazu ausgebildet ist, dass sie das Sauerstoffgas (O₂) aus der Vergasungsmittelerzeugungseinheit (26) und Kohle aus einer Kohlezuführeinheit (25) aufnimmt, die Kohlevergasungseinheit (27) die Kohle von der Kohlezuführeinheit (25) mit Sauerstoffgas (O₂) aus der Vergasungsmittelerzeugungseinheit (26) verbrennt und dabei das brennbare Gas erzeugt und in den Wärmetauscher (30) einleitet, der Wärmetauscher (30) das von der Kohlevergasungseinheit (27) gelieferte brennbare Gas kühlt und der Wärmetauscher (30) in Strömungsverbindung mit einer Gasreinigungseinheit (31) steht; und die Gasreinigungseinheit (31) Verunreinigungen aus dem brennbaren Gas entfernt.
Energieerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der Vergasungsmittelerzeugungseinheit (26) erzeugtes Stickstoffgas (N₂) der Gasturbinenbrennkammer (33) zugeführt und dort mit dem brennbaren Gas verbunden wird.
Energieerzeuger nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei in der Kohlezuführeinheit (25) Stickstoffgas (N₂) aus der Vergasungsmittelerzeugungseinheit (26) eingesetzt wird.
Energieerzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem ein Dampf höherer Temperatur, sogenannter Hochtemperaturdampf, aus dem Dampf erzeugt wird, nachdem der Hochtemperaturabschnitt des Gasturbinensystems (22) mit dem Dampf gekühlt worden ist, und wobei der Hochtemperaturdampf aus dem Hochtemperaturabschnitt (41) des Gasturbinensystems (22) verwertet und dem Wärmeverwertungssystem (23) zugeführt wird, ehe er der Dampfturbine (37) zugeführt wird.
Energieerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner enthaltend einen Detektor (62) zum Erfassen des Heizwertes des brennbaren Gases aus der Gasreinigungseinheit (31) und ein Steuergerät (65) zum Steuern der Durchflussrate der Hochdruckluft aus einem Luftkompressor (32) auf der Grundlage des Heizwertes.
Energieerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Luft, die in einem Luftkompressor (32) des Gasturbinensystems (22) erzeugt worden ist, wenigstens einem Hochtemperaturabschnitt (41) des Gasturbinensystems (22) zur Kühlung dieses Abschnittes (41) zugeführt wird, hierdurch Luft höherer Temperatur, sogenannte Hochtemperatur-Luft, erzeugt wird, die nach der Kühlung des wenigstens einen Hochtemperaturabschnitts (41) wiederverwertet und dem Wärmeverwertungssystem (23) zugeleitet wird.
Energieerzeuger nach Anspruch 1, wobei das Wärmeverwertungssystem (23) so ausgebildet ist, den in seinem Wärmetauscher (36) erzeugten Dampf dem wenigstens einen Abschnitt höherer Temperatur (41), sogenannter Hochtemperaturabschnitt, zuzuführen, der eine höhere Temperatur als der Dampf aufweist.
Energieerzeuger nach Anspruch 10, wobei ein Dampf höherer Temperatur, sogenannter Hochtemperatur-Dampf, aus dem Dampf nach der Kühlung des wenigstens einen Hochtemperaturabschnitts (41) des Gasturbinensystems erzeugt wird, der Dampf höherer Temperatur aus dem Hochtemperaturabschnitt (41) des Gasturbinensystems (22) wiederverwertet und einer Kohlevergasungseinheit (27) im Kohlevergasungssystem (21) zugeführt wird.
Energieerzeuger nach Anspruch 1, bei dem das Wärmeverwertungssystem (23) einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher (36, 49, 55) enthält und beide Wärmetauscher (36, 49, 55) das Abgas aus der Gasturbine (34) kühlen.
Energieerzeuger nach Anspruch 12, wobei beide Wärmetauscher (36, 55) Wasser benutzen, um das Abgas aus der Gasturbine (34) zu kühlen, und beide Wärmetauscher aus dem Wasser Dampf erzeugen.
Energieerzeuger nach Anspruch 13, wobei der im zweiten Wärmetauscher (55) erzeugte Dampf verwertet und dem wenigstens einen Hochtemperaturabschnitt (41) des Gasturbinensystems (22) zugeführt wird, wodurch Hochtemperaturdampf erzeugt wird.
Energieerzeuger nach Anspruch 14, wobei der Hochtemperaturdampf nach dem Kühlen des Hochtemperaturabschnittes (41) des Gasturbinensystems (22) verwertet und dem ersten Wärmetauscher (36) zugeführt wird.
Energieerzeuger nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Dampfturbinensystem (24) eine Niederdruckturbine (54) und eine Hochdruckturbine (53) zum Durchführen von Expansionsarbeit mittels des vom ersten und zweiten Wärmetauscher (36, 55) empfangenen Dampfes enthält.
Energieerzeuger nach Anspruch 16, wobei die Hochdruckturbine (53) Dampf vom ersten Wärmetauscher (36) und die Niederdruckturbine (54) Dampf vom zweiten Wärmetauscher (55) empfängt und die Niederdruckturbine (54) Dampf zu dem Kondensor (39) leitet.
Energieerzeuger nach Anspruch 16 oder 17, wobei der zweite Wärmetauscher (55) Dampf aus der Gasturbine (34) und aus der Hochdruckturbine (53) empfängt.
Im kombinierten Zyklus arbeitender Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung enthaltend: ein Kohlevergasungssystem (21) zum Erzeugen eines brennbaren Gases aus Kohle, das einem Gasturbinensystem (22) zugeführt wird, wobei das Gasturbinensystem (22) eine Gasturbine (34) zum Durchführen von Expansionsarbeit unter Verwendung des brennbaren Gases enthält, und das Abgas der Gasturbine (34) einem Wärmeverwertungssystem (23) zugeführt wird; das Wärmeverwertungssystem (23) einen Wärmeaustausch durchführt, in dem das von der Gasturbine (34) gelieferte Abgas die Wärmequelle darstellt und geeignet ist, den im Wärmetausch erzeugten Dampf einem Dampfturbinensystem (24) zuzuführen, das Dampfturbinensystem (24) eine Expansionsarbeit durchführt und eine Dampfturbine (37) und einen Kondensor (39) enthält, um Dampf zu Wasser zu kondensieren, welches Wasser einem Wärmetauscher (30) im Kohlevergasungssystem (21) zugeführt wird, wo es zu Dampf erhitzt wird, und wobei der Dampf aus dem Wärmetauscher (30) der Dampfturbine (37) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasturbinensystem (22) einen Luftkompressor (32) enthält, das Kühlluftzuführungssystem geeignet ist, unter hohem Druck stehende Luft aus dem Luftkompressor (32) einem Hochtemperaturabschnitt (41) der Gasturbine (34) zuzuführen und ein Kühlluftverwertungssystem (48) geeignet ist, die unter hohem Druck stehende Luft aus der Gasturbine (34) zu verwerten und sie einem Kohlevergaser (27) des Kohlevergasungssystems (21) zuzuführen.
Im kombinierten Zyklus arbeitender Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung enthaltend: ein Kohlevergasungssystem (21) zum Erzeugen eines brennbaren Gases aus Kohle, das einem Gasturbinensystem (22) zugeführt wird, wobei das Gasturbinensystem (22) eine Gasturbine (34) zum Durchführen von Expansionsarbeit unter Verwendung des brennbaren Gases enthält, und das Abgas der Gasturbine (34) einem Wärmeverwertungssystem (23) zugeführt wird; das Wärmeverwertungssystem (23) einen Wärmeaustausch durchführt, in dem das von der Gasturbine (34) gelieferte Abgas die Wärmequelle darstellt und geeignet ist, den im Wärmetausch erzeugten Dampf einem Dampfturbinensystem (24) zuzuführen, das Dampfturbinensystem (24) eine Expansionsarbeit durchführt und einen Kondensor (39) enthält, um Dampf zu Wasser zu kondensieren, welches Wasser einem Wärmetauscher (30) im Kohlevergasungssystem (21) zugeführt wird, wo es zu Dampf erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (30) geeignet ist, den Dampf einer Antriebs(Expansions)turbine (56) zuzuführen, die geeignet ist, einen Luftkompressor (29) anzutreiben, der unter hohem Druck stehende Luft einer Vergasungssubstanz erzeugenden Einheit (26) zuzuführen.
Energieerzeuger nach Anspruch 20, wobei der von der Antriebsturbine (56) verwertete Dampf dem Kondensor (39) zugeführt wird.
Im kombinierten Zyklus arbeitender Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung enthaltend: ein Kohlevergasungssystem (21) zum Erzeugen eines brennbaren Gases aus Kohle, das einem Gasturbinensystem (22) zugeführt wird, wobei das Gasturbinensystem (22) eine Gasturbine (34) zum Durchführen von Expansionsarbeit unter Verwendung des brennbaren Gases enthält, und das Abgas der Gasturbine (34) einem Wärmeverwertungssystem (23) zugeführt wird; das Wärmeverwertungssystem (23) einen Wärmeaustausch durchführt, in dem das von der Gasturbine (34) gelieferte Abgas die Wärmequelle darstellt und geeignet ist, den im Wärmetausch erzeugten Dampf einem Dampfturbinensystem (24) zuzuführen, das Dampfturbinensystem (24) eine Expansionsarbeit durchführt und eine Dampfturbine (37) und einen Kondensor (39) enthält, um Dampf zu Wasser zu kondensieren, welches Wasser einem Wärmetauscher (30) im Kohlevergasungssystem (21) zugeführt wird, wo es zu Dampf erhitzt wird, und wobei der Dampf aus dem Wärmetauscher (30) der Dampfturbine (37) zugeführt wird, wobei das Kohlevergasungssystem (21) eine eine Vergasungssubstanz erzeugende Einheit (26) zum Erzeugen von Sauerstoffgas und Stickstoffgas aus Luft und zum Zuführen des Sauerstoffgases zu einer Kohlevergasungseinheit (27) enthält, die Kohlevergasungseinheit (27) geeignet ist, das Sauerstoffgas aus der eine Vergasungssubstanz erzeugenden Einheit (26) aufzunehmen und Kohle aus einer Kohleversorgungseinheit (25) aufzunehmen, wobei die Kohlevergasungseinheit (27) geeignet ist, die Kohle mit dem Sauerstoffgas zu verbrennen, wodurch das brennbare Gas hergestellt wird, und geeignet ist, das brennbare Gas in den Wärmetauscher (30) einzuleiten, der Wärmetauscher (30) geeignet ist, das brennbare Gas zu kühlen und das gekühlte brennbare Gas einer Gasreinigungseinheit (31) zuzuführen, und die Gasreinigungseinheit (31) geeignet ist, Verunreinigungen aus dem brennbaren Gas zu entfernen, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Vergasungssubstanz erzeugende Einheit (26) geeignet ist, das Stickstoffgas wenigstens einem Hochtemperaturabschnitt (41) des Gasturbinensystems (22) zuzuführen, wodurch ein Stickstoffgas höherer Temperatur erzeugt wird, und der Energieerzeuger derart aufgebaut ist, dass das auf hoher Temperatur befindliche Stickstoffgas dann einem Gasturbinenbrenner (33) des Gasturbinensystems (23) und/oder der Gasreinigungseinheit (31) zugeführt wird.
Im kombinierten Zyklus arbeitender Energieerzeuger mit integrierter Kohlevergasung enthaltend: ein Kohlevergasungssystem (21) zum Erzeugen eines brennbaren Gases aus Kohle, das einem Gasturbinensystem (22) zugeführt wird, wobei das Gasturbinensystem (22) eine Gasturbine (34) zum Durchführen von Expansionsarbeit unter Verwendung des brennbaren Gases enthält, und das Abgas der Gasturbine (34) einem Wärmeverwertungssystem (23) zugeführt wird; das Wärmeverwertungssystem (23) einen Wärmeaustausch durchführt, in dem das von der Gasturbine (34) gelieferte Abgas die Wärmequelle darstellt und geeignet ist, den im Wärmetausch erzeugten Dampf einem Dampfturbinensystem (24) zuzuführen, das Dampfturbinensystem (24) eine Expansionsarbeit durchführt und eine Dampfturbine (37) und einen Kondensor (39) enthält, um Dampf zu Wasser zu kondensieren, welches Wasser einem Wärmetauscher (30) im Kohlevergasungssystem (21) zugeführt wird, wo es zu Dampf erhitzt wird, und wobei der Dampf aus dem Wärmetauscher (30) der Dampfturbine (37) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasturbinensystem (22) weiter einen Luftkompressor (32) und eine Luftmassenströmungssteuereinheit (65) enthält, eine Heizwerterfassungseinheit (62) geeignet ist, den Heizwert des dem Gasturbinensystem (22) zugeführten brennbaren Gases zu erfassen, und eine Berechnungssteuereinheit (63) geeignet ist, ein auf dem von der Heizwerterfassungseinheit (62) erfassten Heizwert basierendes Signal zu berechnen und das Signal der Luftmassenströmungssteuereinheit (65) zuzuführen, wobei die Luftmassenströmungssteuereinheit (65) geeignet ist, eine Zufuhr von unter hohem Druck stehender Luft zu dem Gasturbinenbrenner (33) des Gasturbinensystems (22), basierend auf dem von der Heizwerterfassungseinheit (62) erfassten Heizwert, einzustellen.
Energieerzeuger nach Anspruch 23, wobei der Dampf aus dem Wärmetauscher (30) einem Hochtemperaturabschnitt (41) der Gasturbine (34) zugeführt wird bevor der Dampf der Dampfturbine (37) zugeführt wird.
Verwendung eines Energieerzeugers nach einem der Ansprüche 1 bis 24, um den thermischen Wirkungsgrad eines im kombinierten Zyklus arbeitenden Energieerzeugers mit integrierter Kohlevergasung zu verbessern.