DE4241464A1 - Verfahren zur Beschickung von Öfen mit sauerstoffhaltigem Verbrennungsgas in Industrieanlagen mit einer Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschickung von Öfen bzw. Feuerstätten in Industrieanlagen, insbesondere von Pyrolyseöfen in Olefinanlagen, mit sauerstoffhaltigem Verbrennungsgas, wobei als Verbrennungsgas die heißen, sauerstoffhaltigen Abgase der Gasturbine und zugemischte Luft verwendet werden.

Aus der europäischen Patentschrift 0 122 534 ist beispielsweise ein Verfahren zum Betreiben einer Olefinanlage für die Spaltung (Cracken) von Kohlenwasserstoffen, wobei die Kohlenwasserstoffe in Spalt- bzw. Pyrolyseöfen zur Olefinerzeugung indirekt über die bei der Verbrennung eines Heizmittels mit einem sauerstoffhaltigen Verbrennungsgas entstehende Wärme erhitzt werden, bekannt. Das Abgas einer Gasturbine eines Gasturbinen-Systems, dessen wesentliche Bauteile Luftverdichter, Gaserzeuger und Nutzturbine sind, wird mit Luft vermischt als Verbrennungsgas dem Pyrolyseofen zur Verbrennung des Heizmittels zugeführt, wobei durch die Gasturbine ein Elektrogenerator angetrieben wird. Da die Abgase der Gasturbine den im Verbrennungsgas benötigten Sauerstoffgehalt nicht aufweisen, wird, um den fehlenden Sauerstoffbedarf zu decken, über ein Frischluftgebläse zugeführte Luft den Abgasen der Gasturbine zugemischt. Das sauerstoffhaltige Verbrennungsgas setzt sich dabei also aus zwei Komponenten zusammen: Aus dem Abgas der Gasturbine und aus über ein Frischluftgebläse angesaugter Luft.

In der Veröffentlichung "Gas turbine integration reduces ethylene plant′s energy needs", John V. Albano und Edward F. Olszewski, Oil & Gas Journal, Feb. 10, 1992, Seite 55-60, wird ebenfalls ein derartiges Verfahren beschrieben.

Da durch einen Ausfall oder ein Abschalten der Gasturbine bzw. des Gasturbinen-Systems die Versorgung der nachgeschalteten Pyrolyseöfen mit Verbrennungsgas gestört wird, werden Olefinanlagen üblicherweise mit einem Notfall-System zur Versorgung der Pyrolyseöfen mit Verbrennungsgas ausgestattet. Das Notfall-System kann daraus bestehen, daß das oben bereits erwähnte Frischluftgebläse so ausgelegt ist, daß es bei einem Ausfall der Gasturbine den erhöhten Luftbedarf decken kann. In der Regel werden jedoch für einen möglichen Ausfall der Gasturbine ein oder mehrere Notfall-Luftgebläse in der Anlage bereitgestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, bei welchem auf einfache Art und Weise die Versorgung der Öfen bzw. Feuerstätten mit Verbrennungsgas sichergestellt wird. Dabei wird angestrebt, den apparativen Aufwand der Anlage im Hinblick auf den Normalbetrieb, aber zusätzlich auch im Hinblick auf den Notfall-Betrieb bei einem Gasturbinenausfall zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Luft vom Luftverdichter der Gasturbine abgezweigt, dem Abgas der Gasturbine zugemischt und das Gemisch als Verbrennungsgas in die nachgeschalteten Öfen bzw. Feuerstätten geführt wird.

Erfindungsgemäß wird also im Normalbetrieb die benötigte Frischluft nicht, wie in Verfahren nach dem Stand der Technik, von einem separaten Frischluft-Gebläse geliefert, sondern vom Luftverdichter der Gasturbine. Die benötigte Frischluftmenge wird dabei bevorzugt nach den ersten Verdichtungsstufen des Luftverdichters der Gasturbine, also mit relativ niedrigem Druck, abgezweigt und den Turbinenabgasen am Turbinenausgang zugefügt.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt damit zu einer wesent­ lichen Vereinfachung der Frischluftversorgung von Öfen, ins­ besondere von Pyrolyseöfen einer Olefinanlage, aber auch von anderen Feuerstätten.

Mit besonderem Vorteil kann die vom Luftverdichter der Gas­ turbine abgezweigte Luft vor der Vermischung mit dem Abgas der Gasturbine erwärmt werden. Dadurch kann die Temperatur des Verbrennungsgases für die nachgeschalteten Öfen erhöht werden.

In Weiterbildung der Erfindung werden die Öfen bei einem Ausfall der Gasturbine mit Frischluft als Verbrennungsluft versorgt, wobei die Frischluft durch Luftklappen an den Öfen in die Zuleitungen zu den Brennern der Öfen eingeleitet wird. Die Luftklappen an den Öfen öffnen sich bei einem Ausfall der Gasturbine selbsttätig und gewährleisten durch die Frischluftzufuhr in die Öfen die fortlaufende Zufuhr des benötigten Verbrennungsgases. Die Luftklappen werden dabei bevorzugt an den letzten Abgasverteilungskanalstrecken zu den Öfen angebracht, um den Frischluftweg bis zu den Brennern so kurz wie möglich zu gestalten. Ein ununterbrochener Ofenbetrieb bleibt damit auch bei Ausfall der Gasturbine gesichert.

Vorteilhafterweise bei einem Ausfall der Gasturbine wird durch Klappen an den Öfen die Verbindungen der Zuleitung des Ver­ brennungsgases für den Normalbetrieb zu den Öfen abgeschlossen, d. h. die Verbindungen der Zuleitungen des erfindungsgemäß im Normalbetrieb als Verbrennungsgas eingesetzten Gemisches aus abgezweigter Luft vom Luftverdichter der Gasturbine und dem Abgas der Gasturbine zu den Abgasverteilungskanalstrecken werden durch die Klappen an den Öfen nahe an den Brennern unterbrochen. Besondere Vorteile ergeben sich dabei, wenn dieselben Klappen die Verbindungen der Zuleitung des Verbrennungsgases beim Normalbetrieb zu den Öfen abschließen und gleichzeitig als Luftklappen die Frischluftzufuhr zu den Öfen öffnen. Die Luftklappen unterbinden also in diesem Fall gleichzeitig die Zufuhr an restlichem Abgasbestand aus der Zuleitung des Verbrennungsgases für den Normalbetrieb. Es können zusätzlich zu derartigen Klappen mit Doppelfunktion auch noch weitere reine Luftklappen eingesetzt werden, um die Versorgung der Öfen mit ausreichender Verbrennungsluft zu sichern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Gegenüberstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ausführungsbeispiel zu einem Verfahrensbeispiel nach dem Stand der Technik näher erläutert.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Verfahrensschema nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 ein vereinfachtes Verfahrensschema nach der Erfindung.

Äquivalente sind in den Fig. 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein Gasturbinen-System mit dem Luftverdichter 1, dem Gaserzeuger 4 und der Gasturbine 7 dargestellt. Über Leitung 2 wird gereinigte Luft dem Luftverdichter 1 zugeführt. Die verdichtete Luft wird über Leitung 3 in den Gaserzeuger 4 eingespeist, der über Leitung 5 mit Brennstoff zur Gaserzeugung versorgt wird. Das Gas aus dem Gaserzeuger 4 wird über Leitung 6 in die Gasturbine 7 geleitet, durch die der Elektrogenerator 8 und der Luftverdichter 1 angetrieben werden.

Die Abgase der Gasturbine 7 in Leitung 9 werden mit Frischluft in Leitung 11 aus einem Frischluftgebläse 10 vermischt und über Leitung 12 in die Pyrolyseöfen A, B, C, D, E und F geführt.

Bei einem Ausfall der Gasturbine 7 wird die Schaltklappe 13 geschlossen. Über das Notfall-Gebläse 16 wird in diesem Fall via Leitung 17 zusätzliche Frischluft im Ersatz für die Abgase 9 der Gasturbine 7 in die Pyrolyseöfen A bis F geführt.

Sind die Öfen A bis F nicht in Betrieb, wird Schaltklappe 14 geöffnet, so daß die Abgase 9 der Gasturbine 7 über Kamin 15 abgeleitet werden, und Schaltklappe 13 geschlossen.

Im Unterschied zu Fig. 1 wird im in Fig. 2 dargestellten Verfahrensschema von der über Leitung 2 in den Luftverdichter 1 eingespeisten Luft ein Teil nach den ersten Verdichtungsstufen des Luftverdichters 1 über Leitung 18 abgezweigt und dem Abgas der Gasturbine 7 in Leitung 9 zugemischt. Das Gemisch wird als Verbrennungsgas über Leitung 12 in die Pyrolyseöfen A bis F geleitet. Die aus dem Luftverdichter 1 abgezweigte Luft aus Leitung 18 kann zusätzlich, insbesondere wenn eine Wärmequelle vorhanden ist, über einen Wärmetauscher 19 vor der Vermischung mit den Abgasen der Gasturbine 7 aus Leitung 9 angewärmt werden.

In Fig. 2 ist außerdem ein erfindungsgemäßes Notfall-System für den Ausfall des Gasturbinen-Systems bzw. der Gasturbine 7 vorgesehen. Im Normalbetrieb sind die Luftklappen a bis f so gestellt, daß das Verbrennungsgas aus Leitung 12 in die Öfen A bis F geleitet wird (Luftklappen a bis f in mit durchgezogener Linie dargestellter Klappenstellung). Bei einem Ausfall des Gasturbinen-Systems bzw. der Gasturbine 7 wird die Schaltklappe 13 geschlossen. Über die schlagartig und selbsttätig umgeklapp­ ten Luftklappen a bis f wird in diesem Fall Frischluft als Verbrennungsgas in die Pyrolyseöfen A bis F gegeben (Luft­ klappen a bis f in punktiert dargestellter Klappenstellung). Gleichzeitig unterbrechen die Schaltklappen a bis f die Ver­ bindungen von Leitung 12 zu den Öfen A bis F und schließen damit die Öfen A bis F gegen restliches Abgas aus Leitung 12 und die Verbindungsleitungen ab.

Claims (4)

1. Verfahren zur Beschickung von Öfen bzw. Feuerstätten in mit einem Gasturbinen-System ausgestatteten Industrieanlagen, insbesondere von Pyrolyseöfen in Olefinanlagen, mit sauerstoffhaltigem Verbrennungsgas, wobei als Verbrennungsgas die heißen, sauerstoffhaltigen Abgase der Gasturbine und zugemischte Luft verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß Luft vom Luftverdichter der Gasturbine abgezweigt, dem Abgas der Gasturbine zugemischt und das Gemisch als Verbrennungsgas in die nachgeschalteten Öfen bzw. Feuerstätten geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Luftverdichter der Gasturbine abgezweigte Luft vor der Vermischung mit dem Abgas der Gasturbine angewärmt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öfen bei einem Ausfall der Gasturbine mit Frischluft als Verbrennungsgas beliefert werden, wobei die Frischluft durch Luftklappen an den Öfen in die Öfen eingeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Klappen an den Öfen bei einem Ausfall der Gasturbine die Verbindungen zur Zuleitung des Verbrennungsgases für den Normalbetrieb zu den Öfen abgeschlossen werden.