DE2527662C3 - Gasturbinenanlage mit zwei Kreisläufen und dazwischengeschaltetem Brennstoff-Umwandlungsprozess - Google Patents
Gasturbinenanlage mit zwei Kreisläufen und dazwischengeschaltetem Brennstoff-UmwandlungsprozessInfo
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Description
für diese Aufgabe gestarteten Schaufeln selektiv ausgeschieden.
In Fig. 1 bis 3 sind verschiedene Varianten der
erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage dargestellt: Bei der Anlage nach F i g. 1 dient als primäre Energiequelle
1 die Nuklearwärme eines Hochtemperatur-Kernreaktors, bei den Anlagen nach Fig.2 und 3 die
Verbrennungswärme eines fossilen Brennstoffes, der auch ein Re^ktionsprodukt des nachgeschalteten
Brennstoff-Umwandlungsprozesses — z. B. Koks — sein kann. Eine solche Rückführung ist in F i g. 2
gestrichelt dargestellt. Das gasförmige Arbeitsmittel des primären Wärmekraftprozesses — z. B. Helium (F i g. 1)
oder Verbrennungsgase (Fig.2 und 3) — wird in
Gasturbinen 2 entspannt Das entspannte Arbeitsmittel wird im offenen Kreislauf nach außen abgegeben
(Fig.2) oder im geschlossenen (Fig. 1) oder teilgeschlossenen
(F i g. 3) Kreislauf durch Gebläse 3 umgewälzt und auf die obere Druckstufe des Wärmekraftprozesses
verdichtet - in Schaltung nach Fig.3 zur Regelung der Eintrittstemperatur in die Gasturbine 2.
Den Brennkammern 1 in Fig.2 und 3 wird durch
Gebläse 4 Frischluft zugeführt Die Abwärme- dieses ersten Wärmekraftprozesses wird dem Brennstoff-Umwandlungsprozeß
6 indirekt über Wärmetauscherflächen (F i g. 1 und 2) oder direkt durch Zusatz von
Verbrennungsgasen (Fig.3) zugeführt Kombinationen dieser Teilprozesse sind möglich.
Dem Reaktionsapparat der Brennstoffumwandlung 6
und den Brennkammern 1 (in Fig.2 und 3) wird bei 5 unter Druck Brennstoff zugeführt Der bei der
Brennstoffumwandlung entstehende Koks wird bei 7 abgezogen und kann in die Brennkammer rückgeführt
werden (F i g. 2). Der Ascheabzug aus den Brennkammern und Einrichtungen zur Reinigung der Reaktionsgase von Reststaub — z. B. Heißgas-EIektrofilter — sind
nicht dargestellt. Die aus dem Reaktionsapparat 6 mit einem Druck von mindestens 10 bar und einer
Temperatur von z.B. 450 ... 550°C austretenden gasförmigen Reaktionsprodukte werden in Spezialturbinen
9 entspannt, in deren äußeren Umlenkbereichen der überwiegend radial durchströmten Schaufeln die
auskondensierenden Bestandteile 10 nach Siedebereichen getrennt selektiv ausgeschieden werden. Die
Entspannung kann bis auf Vakuum, pui Atmosphärendrtick
oder auf einen Gegendruck durchgeführt werden, der zur Fortleitung der gasförmig verbleibenden
Reaktionsprodukte 13 ausreicht Durch Druckerhöhung 11 (in F i g. 2 dargestellt) und Rückführung von
Teilströmen der verflüssigten Produkte in den Entspannungsprozeß kann eine fraktionierte Destillation
maschinell durchgeführt und dadurch ihr Reinheitsgrad gesteigert werden. Es ist ferner möglich, dem Reaktionsverlauf
weitere Fremdstoffe 8 — z. B. Wasserstoff
— von außen zuzuführen, wie in F i g. 2 veranschaulicht ist
Gasförmige oder flüssige Teilströme des Expansionsverlaufes des zweiten Wärmekraftprozesses können
ι» auch mit Hilfe eines Gebläses 12 verdichtet und in den
Brennstoff-Umwandlungsprozeß rückgeführt werden
— wie in F i g. 1 und 3 für das Restgas dargestellt ist Der
Wasserdampfgehalt des Restgases kann durch direkte oder indirekte Zufuhr von Kühlmitteln auskondensiert
werden. In Fig.2 ist z.B. ein Einspritzkühler 14
eingezeichnet, in dem in einer beliebigen Druckstufe Kühlwasser 15 direkt zugeführt und gemischt mit
Brüdenkondensat und ausgewaschener Kohlensäure 16 entnommen wird.
μ Die Temperaturbereiche der bt^ien Wärmekraft-Kreisläufe
sind hintereinandergeschaltet and durch den Temperaturbereich des Brennstoff-Umwandlungsprozesses
voneinander getrennt Bei Übertragung der Abwärme des ersten Wärmekraft-Kreislaufes über
2Ί Wärmetauscher können die Druckbereiche der beiden
Wärmekraftprozesse unabhängig voneinander gewählt werden, sofern nicht Sicherheitsgründe für eine
Abstufung sprechen. Bei direkter Einleitung von Verbrennungsgasen des ersten Wärmekraft-Kreislaufes
'■" in die Brennstoffumwandlung müssen auch die Druckbereiche
der beiden Wärmekraft-Kreisläufe im Übergangsbereich hintereinandergeschaltet werden.
Der technische und wirtschaftliche Fortschritt der Erfindung gegenüber bekannten chemischen Verfahren
ι* besteht in der erheblich höheren Ausbeute an
mechanischer bzw. elektrischer Energie und an wertvollen hochmolekularen Kohlenwasserstoff-Verbindungen,
wobei zusätzliche Einrichtungen zu ihrer Abtrennung aus dem Restgas eingespart werden und ein
■Ό für die Brennstoffumwandlung optimaler Druck- und
Temperaturbereich zusätzlich zur Erzeugung von " mechanischer Energie genutzt wird. Gegenüber bekannten
Gasturbinenanlagen mit zwei miteinander thermisch verbundenen Kreisläufen besteht der iechni-
4ϊ sehe und wirtschaftliche Fortschritt in der Zwischenschaltung
des Brennstoff-Umwandlungsprozesses, der die Ausbeute an mechanischer durch solche an
chemischer Energie ergänzt
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Gasturbinenanlage mit zwei voneinander strömungstechnisch im wesentlichen getrennten,
jedoch thermisch miteinander verbundenen Wärmekraft-Kreisläufen, von denen der erste in einem
oberen Temperaturbereich und der zweite in einem unteren Temperaturbereich verläuft, wobei Abwärme
vom ersten auf den zweiten Kreislauf Obergeht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme
des ersten Wärmekraft-Kreislaufes (1, 2, 3 bzw. 4) einem zwischen die beiden Kreisläufe geschalteten
endothermischen chemischen Brennstoff-Umwandlungsprozeß (6) zugeführt wird und die nach
Abzug des Zusatz-Wärmebedarfs dieses chemischen Prozesses (6) verbleibende Wärme dem zweiten
Wärmekraft-Kreislauf (6, 9, 12) zugeführt wird, wobei die im Verlauf der Expansion in unterschiedlichen
Siedebereichen auskondensierenden Reaktionsprodukte (10) des chemischen Prozesses von
dem restlichen Gasgemisch selektiv abgetrennt werden.
2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmekraft-Kreislauf
(1, 2, 3) geschlossen ist, z's Wärmequelle (1) einen Hochtemperatur-Kernreaktor enthält, daß
sein Arbeitsmittel ein inertes Gas, z. B. Helium, ist und daß seine Abwärme über Wärmetauscherflächen
an den Brennstoff-Umwandlungsprozeß (6) übertragen wit
3. Gasturbinenanlage nach /"lspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (1) des ersten Wärmekraft-Kreislaufes (1, 2, 3 h?w. 4) ein fossiler
Brennstoff ist und daß seine Abwärme über Wärmetauscherflächen an den Brennstoff-Umwandlungsprozeß
(6) übertragen wird.
4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmekraft-Kreislauf
(1, 2, 3 bzw. 3 und 4) mit einem fossilen Brennstoff als Wärmequelle (1) ganz oder teilweise
offen ist und die Entspannung auf den Betriebsdruck des Brennstoff-Umwandlungsprozesses (6) erfolgt,
dem Verbrennungsgase des ersten Wärmekraft-Kreislaufes direkt zugesetzt werden.
5. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmequelle
(1) des ersten Wärmekraft-Kreislaufes Reaktionsprodukte (7) des Brennstoff-Umwandlungsprozesses
(6) dienen.
6. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff-Umwandlungsprozeß
(6) ein reiner Entgasungsprozeß ist.
7. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennstoff-Umwandlungsprozeß
(6) auch weitere Stoffe (8), z. B. Wasserstoff, von außen zugeführt werden.
8. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln der
Turbine (9) bzw, der Turbinen des zweiten Wärmekraft-Kreislaufes überwiegend radial durchitrömt
sind und in ihreri äußeren Umlenkbereichen die im Expansionsverlauf aüskondensierten Bestandteile
(10) des Gasgemisches selektiv abtrennbar sind.
Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage mit zwei voneinander strömungstechnisch im wesentlichen
getrennten, jedoch thermisch miteinander verbundenen Wärmekraft-Kreisläufen, von denen der erste in einem
oberen Temperaturbereich und der zweite in einem unteren Temperaturbereich verläuft, wobei Abwärme
vom ersten auf den zweiten Kreislauf übergeht.
Es ist bekannt, chemischen Prozessen Wärmekraftprozesse vor- oder nachzuschalten. Vergasungsprozesse,
die hochwertige Reichgase liefern sollen, müssen bei hohen Temperaturen durchgeführt werden, so daß hier
der Wärmekraftprozeß meist nachgeschaltet wird. Es ist auch bekannt, als Wärmequelle solcher kombinierter
Prozesse einen Hochtemperatur-Kernreaktor zu verwenden. Es ist ferner bekannt, die gasförmigen
Reaktionsprodukte eines unter Druck verlaufenden Brennstoff-Umwandlungsprozesses in Kraftmaschinen
mit für diese Aufgabe speziell gestalteten Schaufeln zu entspannen und die im Verlauf der Expansion flüssig
ausgeschiedenen Gemischbestandteile — z. B. hochmoiekuiare
Kohlenwasserstoffe — in den einzelnen Turbinenstufen selektiv abzutrennen und durch teilweise
Rückführung in den Expansionsverlauf auf maschinellem Weg fraktioniert zu destillieren. Es ist schließlich
auch bekannt, zwei Wärmekraft-Kreisläufe derart miteinander zu verbinden, daß die Abwä;me des ersten
als Nutzwärme an den zweiten übertragen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einsparung von Kühlmitteln und von nachgeschalteten
Trennanlagen, die eine Kombination eines Brennstoff-Umwandlungsmit
einem Wärmekraftprozeß ermöglicht, mit einer höchstmöglichen Ausbeute an mechanischer
bzw. elektrischer Energie zu verbinden und die Wirtschaftlichkeit der Gesamtausbeute gegenüber den
bekannten Verfahren zu verbessern.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Abwärme des ersten Wärmekraft-Kreislaufes eimern zwischen die
beiden Kreisläufe geschalteten endothermischen chemischen Brennstoff-UmwandlungsprozuE zugeführt wird
und die nach Abzug des Zusatz-Wärmebedarfs dieses chemischen Prozesses verbleibende Wärme dem zweiten
Wärmekraft-Kreislauf zugeführt wird, wobei die im Verlauf der Expansion in unterschiedlichen Siedebereichen
auskondensierenden Reaktionsprodukte des chemischen Prozesses von dem restlichen Gasgemisch
selektiv abgetrennt werden.
Die Ausbeute des Brennstoff-Umwandlungsprozesses kann durch Zufuhr von Fremdstoffen — z. B. durch
eine Teilhydrierung mittels Wasserstoff — bzw. auch durch eine Umwälzung von Reaktionsprodukten des
ersten oder des zweiten Wärmekraftprozesses gesteiger: werden. Bei der Brennstoff-Umwandlung werden
hohe Temperaturen bewußt vermieden, um eine Zersetzung der entstehenden hochmolekularen Kohlen-Wasserstoffe
zu vermeiden. Die Abwärme des ersten, in einem hohen Temperaturbereich mit Entspannung von
z. B. 900 ... 950 auf 600 ... 650°C verlaufenden Wärmekraftprozesses wird dazu verwendet, um den
Wärme-Zusatzbedarf des im mittlerem Temperaturbereich von z,B, 450 ... 5500C bei einem Druck von
mindestens 10 bar verlaufenden Brennstoff-Umwandlungsprozesses zu decken, dessen gasförmig austretende
Reaktionsprodukte in dem zweiten Wärmekraftprozeß bis auf tiefere Temperaturen entspannt werden, Im
Verlauf dieses zweiten Entspannungsprozesses kondensieren hochmolekulare Kohlenwasserstoffe aus dem
Restgas in unterschiedlichen Siedebereichen aus und Werden in den äußeren Umlenkbereichen von speziell
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| DE2527662A1 DE2527662A1 (de) | 1976-12-23 |
| DE2527662B2 DE2527662B2 (de) | 1978-05-24 |
| DE2527662C3 true DE2527662C3 (de) | 1979-01-11 |
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1975
- 1975-06-20 DE DE2527662A patent/DE2527662C3/de not_active Expired
Also Published As
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| DE2527662B2 (de) | 1978-05-24 |
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