WO1997010416A1 - Power-generation method using combined gas and steam turbines - Google Patents
Power-generation method using combined gas and steam turbines Download PDFInfo
- Publication number
- WO1997010416A1 WO1997010416A1 PCT/EP1995/003649 EP9503649W WO9710416A1 WO 1997010416 A1 WO1997010416 A1 WO 1997010416A1 EP 9503649 W EP9503649 W EP 9503649W WO 9710416 A1 WO9710416 A1 WO 9710416A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- gas
- air
- gas turbine
- stream
- nitrogen
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/067—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification
- F01K23/068—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification in combination with an oxygen producing plant, e.g. an air separation plant
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
- Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
Definitions
- the invention relates to a power generation process using a so-called combination process, i.e. of a combined gas and steam turbine process, in which the fuel gas used in the gas turbine is generated by partial oxidation of carbon-containing fuels and is fed to a gas turbine as hot compressed gas, and at least the energy of the turbine exhaust gases for generating the steam turbine steam is used.
- a so-called combination process i.e. of a combined gas and steam turbine process
- the methods for power generation must have a high thermodynamic efficiency, correspond to the valid requirements with regard to air pollution control and cause tolerable costs. Among other things, these requirements are met. the combined gas and steam turbine process with integrated fuel gas generation.
- the fuel used is converted into fuel gas by means of partial oxidation.
- Air, oxygen-enriched gas or oxygen serve as the oxidizing agent.
- the fuel gas generation takes place in a gasification process in which the fuels are partially oxidized by means of oxygen or by means of oxygen-enriched gas.
- the carbon-containing fuels used are, for example, coal, wood, peat, bituminous distillation residues from petroleum processing, aqueous emulsions of petroleum or hydrocarbons or fractions from petroleum processing, such as heavy oils or petrol.
- the fuel is partially oxidized under pressure and thus gasified, creating a raw fuel gas as a product.
- Gasification pressures in the range from 25 to 85 bar are used, but the present invention is not restricted to this range.
- the gasification of the fuels may be in the temperature range of 800 C to 1,600 ⁇ * C are made, the in the carburetor ein ⁇ detected temperature depends on the desired composition of the produced Zu ⁇ raw fuel gas and the fuel used. At high gasification temperatures above 1,300 ° C, carbon conversion is close to 100% and a high gas purity is achieved, ie very little higher hydrocarbons are formed.
- the raw fuel gas is cooled in a raw gas cooler and then freed of dust if necessary.
- the sulfur compounds separated in the subsequent gas scrubbing are converted to elemental sulfur, which is used as a by-product. can be bought.
- the pure fuel gas generated in gas cleaning is released to the gas turbine system at a pressure of, for example, approximately 20 bar.
- the cleaned fuel gas is burned and expanded in a gas turbine system with a combustion chamber pressure of 16 bar, for example.
- a waste heat boiler downstream of the gas turbine plant high pressure steam is generated with the hot gas turbine exhaust gas, which, like the steam produced in the raw gas cooler after the gasification, is fed to a steam turbine. Over half of the total electrical energy generated comes from the gas turbine.
- thermodynamic advantages due to the higher pressure or temperature level of the energy conversion in the gas turbine and through the combination of the gas and steam turbine processes a considerably higher degree of efficiency is achieved than in the conventional process in which the fuel used is used in the comparatively low atmosphere ⁇ pressure is burned.
- the cleaning of the raw fuel gas under increased pressure enables an extremely effective and economical separation of the pollutants.
- the oxidizing agent consumed in the partial oxidation that is to say the oxygen or the gas enriched with oxygen, is generated in an air separation plant.
- the air to be separated is taken from the atmosphere and compressed.
- the air is liquefied and separated by distillation into an oxygen-carrying and a nitrogen-carrying partial flow.
- the partial streams are released in gaseous form by the air separation and slightly above atmospheric pressure.
- the oxygen-carrying partial stream is compressed to the gasification pressure and fed into the gasifier.
- it is also possible with other methods of air separation to generate a nitrogen-carrying partial stream at slightly above atmospheric pressure.
- At least a portion of the nitrogen-carrying partial flow produced by the air separation is compressed separately to the combustion chamber pressure and fed into the combustion chamber of the gas turbine.
- the injection of nitrogen into the combustion chamber of the gas turbine is done with the intention of preventing the formation of nitrogen oxides when the fuel gas is converted into the gas turbine combustion chamber to a minimum.
- WO 92/17775 specifies a method for a combined cycle power plant in which an inert gas is admixed with the fuel gas supplied to the gas turbine system under pressure in order to limit the generation of No x .
- Water vapor, nitrogen or CO2 are mentioned as admixtures.
- the object of the present invention is to achieve an improvement in the known process control with regard to the energy expenditure and the installation costs and to make it as economical as possible.
- the invention provides a method in which
- a) fuel in a fuel gas production is gasified by partial oxidation under pressure and then cleaned of harmful substances and a purified fuel gas is formed;
- air is taken from the environment and it is separated into an essentially oxygen-containing partial flow and an essentially nitrogen-containing partial flow in an air separation and the partial flows are emitted approximately under ambient pressure;
- the oxygen-containing partial stream is brought to the gasification pressure by means of an oxygen compressor and is fed into the pressure gasifier of the fuel gas generation in order to bring about the partial oxidation of the fuel therein;
- the flue gas obtained in the aforementioned section c) is conducted in a waste heat boiler in indirect heat exchange to water fed into the waste heat boiler, whereby steam is generated in the waste heat boiler, and the thermal energy transferred to the steam by means of a steam turbine and generator is at least partially in electrical Electricity is converted;
- the substantially nitrogen-containing partial stream generated in the aforementioned section e) is at least partially mixed with a further air stream and mixed air is formed;
- the resulting mixed air in the compressor of the gas turbine system is brought to combustion chamber pressure and, with the essential part of the compressed mixed air, the combustion of the combustion gases in the combustion chamber of the gas turbine system.
- the essentially nitrogen-carrying partial flow that is compulsory in the air separation is mixed with the air intended for the combustion of gas in the combustion chamber.
- the compressor of the gas turbine system conveys a constant delivery quantity which is dependent on the respective pressure ratio.
- the admixed nitrogen-carrying partial flow replaces a corresponding part of the air in the delivery volume.
- the delivery rate thus consists of mixed air, in which the oxygen content is reduced compared to that of the air taken from the environment. This possibility of influencing the oxygen content of the mixed air supplied to the combustion chamber can surprisingly be used to reduce nitrogen oxide formation in the combustion chamber.
- Another major advantage is that more electricity can be delivered to the grid at the plant boundary. This increases the efficiency of the energy conversion. This is an environmentally friendly effect because more electricity is generated per fuel unit used or, conversely, less carbon dioxide, which acts as a greenhouse gas, is emitted per kilowatt hour generated.
- the part of the plant in the foreground namely the gas turbine plant
- the upstream air separation plant by 200
- the downstream steam turbine plant which is less important here, by 300.
- the fuel is fed from left to right according to arrow 1 into a fuel gas generator 101, where the path of the fuel gas is represented by a line that is stronger than the other lines.
- the following parts of the system are the fuel gas purification 102, fuel gas humidification 103 which may be provided, the combustion chamber 104, the gas turbine 105 and the waste heat boiler 106 acted upon by the exhaust gases.
- the route of the fuel gases after the fuel gas generation 101 is denoted by 2, that of the exhaust gases by 3; the exhaust gases after the waste heat boiler are symbolized by an arrow 4.
- Air is also fed into the system, specifically for the first time in the air separation 200, where the air inlet is designated by 5.
- a predominantly nitrogen-containing gas stream 6 is discharged from the air separation and a stream 7 predominantly containing oxygen.
- the oxygen 7 is compressed by a compressor 201 and supplied in compressed form to the fuel gas generation 101.
- the oxygen flow compressed to the prevailing gasifier pressure bears the reference number 8.
- Water vapor or water is optionally fed to the fuel gas humidification 103, the corresponding arrow is designated by 9 in the figure.
- a second air supply into the system namely to act on the compressor 107 of the gas turbine system 100, which is driven by the gas turbine 105, the latter also driving the gas turbine generator 108 to generate electricity.
- This second air supply is designated 10, it is evidently acted upon by the nitrogen flow 6, the two flows mixed into one another being fed to the compressor 107 according to arrow 11 and being fed into the combustion chamber 104 as a compressed base flow or mixed air flow 16.
- the figure also shows a decrease in excess air according to arrow 13.
- oxygen and steam are fed into the fuel gas generator 101 as a gasifying agent and the gasification is carried out at an increased pressure, for example above 30 bar.
- the resulting raw gas is cooled, whereby steam can be generated, which can be used in the water / steam cycle process, for example by means of the steam turbine 109, to generate electricity.
- the fuel gas cleaning 102 the fuel gas accompanying substances NH3, H2S, COS and dust are extracted from the raw fuel gas, whereby different cleaning depending on the fuel supplied can be provided.
- the cleaned fuel gas is, as already briefly stated above, saturated or moistened with water vapor in the fuel gas humidification 103, the amount of fuel gas being, for example, 18.1 kg / s.
- the fuel gas is fed to the gas turbine system 100 at a pressure of, for example, 22 bar and a temperature of, for example, 240 ° C.
- One of the possible compositions is shown in the table at the end of the description.
- the combustion of the fuel gas 2 in the combustion chamber 104 of the gas turbine system 100 produces hot compressed gases 3 of 199.8 kg / s, which are fed to the gas turbine 105.
- the hot compressed gas 3 enters the gas turbine 105 from the combustion chamber 104 at a temperature of 1190 ° C. and a pressure of 18 bar.
- a shaft power of 154 MW is generated by the gas turbine 105, of which 81 MW are delivered to the compressor 107 in the example described here, and 71 MW of electrical power are generated from the rest.
- the flue gas 15 passed on from the gas turbine 105 to the waste heat boiler 106 has the consequence of the previous expansion Ambient pressure still a temperature of 573 ⁇ C, which is used for the generation of steam acting on the steam turbine 109 (arrow 14).
- This mixed air 11 is brought in the compressor 107 to the fuel pressure of 18 bar, an excess air quantity 13 of up to 5.3 kg / s being able to be taken from the compressed mixed air flow for control purposes.
- the mixed air 12 enters the combustion chamber at 420 ° C.
- the composition of the mixed air 11 is also given in the table below.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
The invention concerns a method of power generation using a so-called COGAS (combined gas and steam) turbine installation, the aim being to improve the method with regard to the initial costs and energy consumption so that power can be generated as cheaply as possible. This is achieved by virtue of the fact that air (5) taken from the surrounding atmosphere is split into an essentially oxigen-containing stream (7) and an essentially nitrogen-containing stream (6) and the two streams fed further at approximately atmospheric pressure. The essentially nitrogen-containing stream (6) is mixed with an air stream (10) to form a mixed nitrogen/air stream (11) and the mixed-gas stream thus produced is brought to combustion-chamber pressure in the compressor (107) of the gas turbine (105), the combustion of the combustion gases in the combustion chamber (164) of the gas turbine being carried out with the greater part of this compressed mixed-gas stream.
Description
'Stromerzeugungsverfahren mittels eines kombinierten Gas-/Damp -Turbinenprozesses" 'Power generation process using a combined gas / steam turbine process'
Die Erfindung betrifft ein Stromerzeugungsverfahren unter Einsatz eines sogenannten Kombi-Prozesses, d.h. eines kom¬ binierten Gas- und Dampf-Turbinenprozesses, bei dem das in der Gasturbine eingesetzte Brenngas durch partielle Oxida- tion von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen erzeugt und einer Gasturbine als heißes Druckgas zugeführt wird und wobei we¬ nigstens die Energie der Turbinenabgase zur Erzeugung des die Dampfturbine beaufschlagenden Dampfes herangezogen wird.The invention relates to a power generation process using a so-called combination process, i.e. of a combined gas and steam turbine process, in which the fuel gas used in the gas turbine is generated by partial oxidation of carbon-containing fuels and is fed to a gas turbine as hot compressed gas, and at least the energy of the turbine exhaust gases for generating the steam turbine steam is used.
Die Verfahren zur Stromerzeugung müssen einen hohen thermo- dynamischen Wirkungsgrad besitzen, den gültigen Anforderun¬ gen bezüglich der Luftreinhaltung entsprechen und erträgli¬ che Kosten verursachen. Diese Anforderungen erfüllt u.a. der kombinierte Gas- und Dampfturbinenprozeß mit integrier¬ ter Brenngaserzeugung.The methods for power generation must have a high thermodynamic efficiency, correspond to the valid requirements with regard to air pollution control and cause tolerable costs. Among other things, these requirements are met. the combined gas and steam turbine process with integrated fuel gas generation.
Bei diesem Prozeß wird der eingesetzte Brennstoff mittels partieller Oxidation zu Brenngas umgewandelt. Als Oxida- tionsmittel dient dabei Luft, mit Sauerstoff angereichertes Gas oder Sauerstoff. Bei der vorliegenden Erfindung ge¬ schieht die Brenngaserzeugung in einem Vergasungsverfahren, bei dem die Brennstoffe mittels Sauerstoff oder mittels Sauerstoffangereichertem Gas partiell oxidiert werden.
Als kohlenstoffhaltige Brennstoffe werden beispielsweise Kohlen, Holz, Torf, bituminöse Destillationsrückstände der Erdölverarbeitung, wässrige Emulsionen von Erdölen bzw. Kohlenwasserstoffen oder Fraktionen aus der Erdölverarbei¬ tung, wie z.B. Schweröle oder Benzine, verwendet.In this process, the fuel used is converted into fuel gas by means of partial oxidation. Air, oxygen-enriched gas or oxygen serve as the oxidizing agent. In the present invention, the fuel gas generation takes place in a gasification process in which the fuels are partially oxidized by means of oxygen or by means of oxygen-enriched gas. The carbon-containing fuels used are, for example, coal, wood, peat, bituminous distillation residues from petroleum processing, aqueous emulsions of petroleum or hydrocarbons or fractions from petroleum processing, such as heavy oils or petrol.
Der Brennstoff wird unter Druck partiell oxidiert und somit vergast, wodurch als Produkt ein rohes Brenngas entsteht. Es werden Vergasungsdrücke im Bereich von 25 bis 85 bar an¬ gewendet, die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf die¬ sen Bereich beschränkt.The fuel is partially oxidized under pressure and thus gasified, creating a raw fuel gas as a product. Gasification pressures in the range from 25 to 85 bar are used, but the present invention is not restricted to this range.
Die Vergasung der Brennstoffe kann im Temperaturbereich von 800βC bis 1.600*C vorgenommen werden, die im Vergaser ein¬ gestellte Temperatur richtet sich nach der gewünschten Zu¬ sammensetzung des produzierten rohen Brenngases und dem eingesetzten Brennstoff. Bei hohen Vergasungstemperaturen oberhalb 1.300°C stellt sich ein KohlenstoffUmsatz nahe 100 % ein und es wird eine hohe Gaβreinheit erzielt, d.h., es bilden sich sehr wenig höhere Kohlenwasserstoffe.The gasification of the fuels may be in the temperature range of 800 C to 1,600 β * C are made, the in the carburetor ein¬ detected temperature depends on the desired composition of the produced Zu¬ raw fuel gas and the fuel used. At high gasification temperatures above 1,300 ° C, carbon conversion is close to 100% and a high gas purity is achieved, ie very little higher hydrocarbons are formed.
Das rohe Brenngas wird in einem Rohgaskühler gekühlt und sodann ggf. vom Staub befreit. Die in der anschließenden Gaswäsche abgetrennten Schwefelverbindungen werden zu ele¬ mentarem Schwefel umgewandelt, der als Nebenprodukt ver-
kauft werden kann. Das in der Gasreinigung erzeugte reine Brenngas wird mit einem Druck von beispielsweise etwa 20 bar an die Gasturbinenanlage abgegeben.The raw fuel gas is cooled in a raw gas cooler and then freed of dust if necessary. The sulfur compounds separated in the subsequent gas scrubbing are converted to elemental sulfur, which is used as a by-product. can be bought. The pure fuel gas generated in gas cleaning is released to the gas turbine system at a pressure of, for example, approximately 20 bar.
Das gereinigte Brenngas wird in einer Gasturbinenanlage mit einem Brennkammerdruck von beispielsweise 16 bar verbrannt und entspannt. In einem der Gasturbinenanlage nachgeschal¬ teten Abhitzekessel wird mit dem heißen Gasturbinenabgas Hochdruckdampf erzeugt, der ebenso wie der im Rohgaskühler nach der Vergasung produzierte Dampf einer Dampfturbine zu¬ geführt wird. Über die Hälfte der insgesamt gewonnenen elektrischen Energie stammt aus der Gasturbine.The cleaned fuel gas is burned and expanded in a gas turbine system with a combustion chamber pressure of 16 bar, for example. In a waste heat boiler downstream of the gas turbine plant, high pressure steam is generated with the hot gas turbine exhaust gas, which, like the steam produced in the raw gas cooler after the gasification, is fed to a steam turbine. Over half of the total electrical energy generated comes from the gas turbine.
Die wesentlichen Vorteile dieses kombinierten Gas- und Dampfturbinenprozesses mit integrierter Brenngaserzeugung sind augenfällig:The main advantages of this combined gas and steam turbine process with integrated fuel gas generation are obvious:
Infolge der thermodynamischen Vorteile durch höheres Druck¬ bzw. Temperaturniveau der Energieumsetzung in der Gasturbi¬ ne und durch die Kombination des Gas- und Dampfturbinenpro¬ zesses wird ein beträchtlich höherer Wirkungsgrad erzielt als beim konventionellen Prozeß, bei dem der eingesetzte Brennstoff unter dem vergleichsweise niederen Atmosphären¬ druck verbrannt wird.
Die Reinigung des rohen Brenngases unter erhöhtem Druck ge¬ stattet eine äußerst wirkungsvolle und wirtschaftliche Ab¬ trennung der Schadstoffe.As a result of the thermodynamic advantages due to the higher pressure or temperature level of the energy conversion in the gas turbine and through the combination of the gas and steam turbine processes, a considerably higher degree of efficiency is achieved than in the conventional process in which the fuel used is used in the comparatively low atmosphere ¬ pressure is burned. The cleaning of the raw fuel gas under increased pressure enables an extremely effective and economical separation of the pollutants.
Das bei der partiellen Oxidation verbrauchte Oxidationsmit- tel, also der Sauerstoff oder das mit Sauerstoff angerei¬ cherte Gas, wird in einer Luftzerlegungsanlage erzeugt. Die zu zerlegende Luft wird der Atmosphäre entnommen und ver¬ dichtet. Durch Ausnutzung des Joule-Thomson-Effektes bei der Entspannung und durch Führung des Wärmeaustausches im Gegenstrom wird die Luft verflüssigt und destillativ in je einen sauerstofführenden und je einen stickstofführenden Teilstrom aufgetrennt. Die Teilströme werden von der Luft¬ zerlegung gasförmig und etwas über Atmosphärendruck abgege¬ ben. Der sauerstofführende Teilstrom wird auf den Verga¬ sungsdruck verdichtet und in den Vergaser eingespeist. Es ist jedoch auch mit anderen Methoden der LuftZerlegung mög¬ lich, einen stickstofführenden Teilstrom bei etwas über At¬ mosphärendruck zu erzeugen.The oxidizing agent consumed in the partial oxidation, that is to say the oxygen or the gas enriched with oxygen, is generated in an air separation plant. The air to be separated is taken from the atmosphere and compressed. By utilizing the Joule-Thomson effect during expansion and by guiding the heat exchange in countercurrent, the air is liquefied and separated by distillation into an oxygen-carrying and a nitrogen-carrying partial flow. The partial streams are released in gaseous form by the air separation and slightly above atmospheric pressure. The oxygen-carrying partial stream is compressed to the gasification pressure and fed into the gasifier. However, it is also possible with other methods of air separation to generate a nitrogen-carrying partial stream at slightly above atmospheric pressure.
Mindestens eine Teilmenge des von der Luftzerlegung pro¬ duzierten stickstofführenden Teilstromes wird gesondert auf Brennkammerdruck verdichtet und in die Brennkammer der Gas¬ turbine eingespeist. Die Injektion von Stickstoff in die Brennkammer der Gasturbine geschieht mit der Absicht, die Bildung von Stickoxiden bei der Umsetzung des Brenngases in
der Gaβturbinenbrennkammer auf ein möglichst geringes Maß zu beschränken.At least a portion of the nitrogen-carrying partial flow produced by the air separation is compressed separately to the combustion chamber pressure and fed into the combustion chamber of the gas turbine. The injection of nitrogen into the combustion chamber of the gas turbine is done with the intention of preventing the formation of nitrogen oxides when the fuel gas is converted into the gas turbine combustion chamber to a minimum.
In der Veröffentlichung von R. Müller und U. Schiffers, "Kohlendruckvergasung für den Kombi-Prozeß; Stand, Wir¬ kungsgrad und Entwicklungsziele", erschienen in VGB KRAFTWERKSTECHNIK 68, Heft 10, Oktober 1988, Seite 1022 bis 1030, werden kombinierte Gas- und Dampf-Turbinenprozesse mit integrierter Brenngaserzeugung dargestellt, wobei die Brenngaserzeugung aus Kohlen im Mittelpunkt der Erörterun¬ gen steht. In dieser Veröffentlichung ist in Bild 4 bzw. in Bild 5 ein Verfahrensfließbild für den vorbeschriebenen kombinierten Gas- und Dampfturbinenprozeß (GuD-Prozeß) an¬ gegeben. Leider sind die Bildunterschriften vertauscht. Richtigerweise zeigt Bild 4 das "GuD-Kraftwerk mit Texaco- Vergaser" und Bild 5 das "GuD-Kraftwerk mit PRENFLO-Verga- ser".In the publication by R. Müller and U. Schiffers, "Coal pressure gasification for the combination process; status, efficiency and development goals", published in VGB KRAFTWERKSTECHNIK 68, Issue 10, October 1988, pages 1022 to 1030, combined gas and steam turbine processes with integrated fuel gas generation are shown, the fuel gas generation from coal being the focus of the discussions. In this publication, a process flow diagram for the above-described combined gas and steam turbine process (CCGT process) is given in Figure 4 and Figure 5, respectively. Unfortunately, the captions are reversed. Figure 4 correctly shows the "CCGT power plant with Texaco carburettor" and Figure 5 the "CCGT power plant with PRENFLO carburetor".
In beiden dargestellten Verfahren wird die in der Luftzer¬ legung benötigte Kompressionsarbeit zur Verdichtung der eingesetzten Luft vom Kompressor der Gasturbinenanlage ge¬ leistet. Diese Schaltung weist jedoch einen Nachteil auf, der bei der Ingangsetzung des gesamten Kraftwerkes zum Tra¬ gen kommt. Die voneinander abhängigen Anlageteile müssen in der Reihenfolge ihrer Anordnung nacheinander in Gang ge¬ setzt werden, in diesem Fall wäre also zunächst die Luft-
Zerlegung, daraufhin die Vergasung und danach die Gasturbi¬ nenanlage auf funktionsgerechte Weise zum Produzieren zu bringen, da die Vergasung ohne die Zufuhr des sauerstoffüh¬ renden Teilβtro es nicht arbeiten kann und gleichermaßen erst die Zufuhr des in der Vergasung erzeugten Brenngases die Ingangsetzung der Gasturbine erlaubt.In both of the methods shown, the compression work required in air separation to compress the air used is performed by the compressor of the gas turbine system. However, this circuit has a disadvantage which comes into play when the entire power plant is started up. The mutually dependent parts of the system must be started one after the other in the order of their arrangement. In this case, the air Disassembly, then the gasification and then the gas turbine system to produce in a functionally appropriate manner, since the gasification cannot work without the supply of the oxygen-carrying partial gas and, likewise, the supply of the fuel gas generated in the gasification only allows the gas turbine to be started .
In den in Bild 4 bzw. Bild 5 gezeigten Verfahrensfließbil¬ dern ist aber die Funktionsweise der LuftZerlegung von der Kompressionsarbeit der Gasturbine abhängig, d.h. die Kette der Abhängigkeiten ist geschlossen und das GuD-Kraftwerk läßt sich nur mittels zusätzlicher, nicht gezeigter Hilfs¬ einrichtungen in Gang setzen. Zusätzlich erschweren die Ab¬ hängigkeiten die Anpassung des GuD-Kraftwerkes an Lastände¬ rungen.In the process flow diagrams shown in Fig. 4 and Fig. 5, however, the function of the air separation depends on the compression work of the gas turbine, i.e. the chain of dependencies is closed and the combined cycle power plant can only be started by means of additional auxiliary devices (not shown). In addition, the dependencies make it more difficult to adapt the combined cycle power plant to changes in load.
In der WO 92/17775 ist ein Verfahren für ein Kombikraftwerk angegeben, bei dem zur Begrenzung der Nox-Erzeugung dem der Gasturbinenanlage unter Druck zugeführten Brenngas ein inertes Gas beigemischt wird. Als Beimischung werden Was¬ serdampf, Stickstoff bzw. CO2 genannt. Ein Hinweis, inertes Gas der von dem Kompressor der Gasturbinenanlage angesaug¬ ten Luft beizumischen, wird nicht gegeben.
Mit den Verfahren der voranstehend geschilderten Art kann jedoch noch keine vollkommen befriedigende Energieaus¬ nutzung des eingesetzten Brennstoffes erreicht werden.WO 92/17775 specifies a method for a combined cycle power plant in which an inert gas is admixed with the fuel gas supplied to the gas turbine system under pressure in order to limit the generation of No x . Water vapor, nitrogen or CO2 are mentioned as admixtures. There is no indication of adding inert gas to the air drawn in by the compressor of the gas turbine system. However, with the methods of the type described above, it is still not possible to achieve a completely satisfactory use of energy by the fuel used.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesse¬ rung der bekannten Verfahrensführung hinsichtlich des Ener¬ gieaufwandes und der Anlagekosten zu erreichen und mög¬ lichst wirtschaftlich zu gestalten.The object of the present invention is to achieve an improvement in the known process control with regard to the energy expenditure and the installation costs and to make it as economical as possible.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird die¬ se Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst,With a method of the type described in the introduction, this object is achieved according to the invention in that
- daß die Luft aus der Umgebung entnommen und in einer Luftzerlegung in ein im wesentlichen sauerstoffhaltigen Teilstrom und ein im wesentlichen stickstoffhaltigen Teilstrom getrennt und die Teilströme annähernd unter Um- gebungsdruck weitergeführt werden,that the air is taken from the environment and separated into an essentially oxygen-containing sub-stream and an essentially nitrogen-containing sub-stream in an air separation and the sub-streams are continued approximately under ambient pressure,
- daß der im wesentliche stickstoffhaltige Teilstrom mit einem Luftstrom zur Bildung einer Mischluft gemischt wird,that the essentially nitrogen-containing partial stream is mixed with an air stream to form mixed air,
- daß die entstandene Mischluft im Kompressor der Gastur¬ bine auf Brennkammerdruck gebracht wird, und- That the resulting mixed air is brought to combustion chamber pressure in the compressor of the gas turbine, and
- daß die Verbrennung der Brenngase in der Brennkammer der Gasturbinenanlage mit dem größten Teil dieser komprimier¬ ten Mischluft durchgeführt wird.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung ein Verfahren vor, bei dem- That the combustion of the combustion gases in the combustion chamber of the gas turbine system is carried out with the majority of this compressed mixed air. In an embodiment, the invention provides a method in which
a) Brennstoff in einer Brenngaserzeugung mittels partieller Oxidation unter Druck vergast und anschließend von Schad¬ stoffen gereinigt wird und ein gereinigtes Brenngas ent¬ steht;a) fuel in a fuel gas production is gasified by partial oxidation under pressure and then cleaned of harmful substances and a purified fuel gas is formed;
b) dem gereinigten Brenngas Wasserdampf beigemischt wird und es in der Brennkammer einer Gasturbinenanlage unter Druck verbrannt wird, wodurch heißes Druckgas entsteht;b) water vapor is mixed with the cleaned fuel gas and it is burned under pressure in the combustion chamber of a gas turbine system, as a result of which hot compressed gas is produced;
c) das heiße Druckgas in der Gasturbine einer Gasturbinenan¬ lage zu Rauchgas entspannt wird und dabei mechanische Ar¬ beit gewonnen wird;c) the hot compressed gas in the gas turbine of a gas turbine plant is expanded into flue gas and mechanical work is thereby obtained;
d) ein Teil der mechanischen Arbeit im Generator der Gastur¬ binenanlage in elektrischen Strom gewandelt wird und mit dem verbliebenen Rest der mechanischen Arbeit der Kompres¬ sor der Gasturbinenanlage angetrieben wird;d) part of the mechanical work in the generator of the gas turbine plant is converted into electrical current and the remaining mechanical work drives the compressor of the gas turbine plant;
e) aus der Umgebung Luft entnommen und sie in einer Luftzerle¬ gung in einen im wesentlichen sauerstoffhaltigen Teilstrom und einen im wesentlichen stickstoffhaltigen Teilstrom ge¬ trennt und die Teilströme annähernd unter Umgebungsdruck abgegeben werden;
f) der genannte Sauerstoffhaltige Teilstrom mittels eines Sauerstoffverdichters auf den Vergasungsdruck gebracht und in den Druck-Vergaser der Brenngaserzeugung eingespeist wird, um darin die partielle Oxidation des Brennstoffes zu bewirken;e) air is taken from the environment and it is separated into an essentially oxygen-containing partial flow and an essentially nitrogen-containing partial flow in an air separation and the partial flows are emitted approximately under ambient pressure; f) the oxygen-containing partial stream is brought to the gasification pressure by means of an oxygen compressor and is fed into the pressure gasifier of the fuel gas generation in order to bring about the partial oxidation of the fuel therein;
g) das in vorgenannten Abschnitt c) angefallene Rauchgas in einem Abhitzekessel in indirekten Wärmeaustausch zu in den Abhitzekessel eingespeistem Wasser geführt wird, wodurch im Abhitzekessel Dampf erzeugt wird, und die an den Dampf übertragene thermische Energie mittels Dampfturbine und Ge¬ nerator wenigstens teilweise in elektrischen Strom gewan¬ delt wird;g) the flue gas obtained in the aforementioned section c) is conducted in a waste heat boiler in indirect heat exchange to water fed into the waste heat boiler, whereby steam is generated in the waste heat boiler, and the thermal energy transferred to the steam by means of a steam turbine and generator is at least partially in electrical Electricity is converted;
h) das im Abhitzekessel abgekühlte Rauchgas in die Umgebung abgeführt wird;h) the flue gas cooled in the waste heat boiler is discharged into the environment;
i) der im vorgenannten Abschnitt e) erzeugte, im wesentlichen stickstoffhaltige Teilstrom wenigstens teilweise einem wei¬ teren Luftstrom beigemischt wird und Mischluft entsteht;i) the substantially nitrogen-containing partial stream generated in the aforementioned section e) is at least partially mixed with a further air stream and mixed air is formed;
j) die entstandene Mischluft im Kompressor der Gasturbinenan¬ lage auf Brennkammerdruck gebracht und mit dem wesentlichen Teil der komprimierten Mischluft die Verbrennung des Brenn-
gases in der Brennkammer der Gasturbinenanlage bewirkt wird.j) the resulting mixed air in the compressor of the gas turbine system is brought to combustion chamber pressure and, with the essential part of the compressed mixed air, the combustion of the combustion gases in the combustion chamber of the gas turbine system.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat eine Reihe von Vortei¬ len:The method according to the invention has a number of advantages:
Der bei der Luftzerlegung zwangsweise anfallende, im we¬ sentlichen stickstofführende Teilstrom wird der für die Brenngasumsetzung in der Brennkammer bestimmten Luft beige¬ mischt. Der Kompressor der Gasturbinenanlage fördert eine konstante, vom jeweiligen Druckverhältnis abhängige Liefer¬ menge. Der beigemischte stickstofführende Teilstrom ersetzt einen dementsprechenden Teil der Luft in der Fördermenge. Die Fördermenge besteht dadurch aus Mischluft, bei der der Sauerstoffgehalt gegenüber dem der aus der Umgebung entnom¬ menen Luft herabgesetzt wird. Diese Möglichkeit der Beein¬ flussung des Sauerstoffgehaltes der der Brennkammer zuge¬ führten Mischluft kann auf überraschende Weise für die Min¬ derung der Stickoxidbildung in der Brennkammer verwendet werden.The essentially nitrogen-carrying partial flow that is compulsory in the air separation is mixed with the air intended for the combustion of gas in the combustion chamber. The compressor of the gas turbine system conveys a constant delivery quantity which is dependent on the respective pressure ratio. The admixed nitrogen-carrying partial flow replaces a corresponding part of the air in the delivery volume. The delivery rate thus consists of mixed air, in which the oxygen content is reduced compared to that of the air taken from the environment. This possibility of influencing the oxygen content of the mixed air supplied to the combustion chamber can surprisingly be used to reduce nitrogen oxide formation in the combustion chamber.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil entsteht dadurch, daß ein gesonderter Verdichter, der den im wesentlichen stick¬ stofführenden Teilstrom auf Brennkammerdruck zu bringen hat, nicht mehr benötigt wird. Das senkt die Investitions¬ und Betriebskosten erheblich. Die Betriebskostenersparnis
ist dadurch gegeben, daß der durch den Stickstoff ersetzte Anteil der Luft in der Fördermenge nicht mehr zu kompri¬ mieren ist.Another significant advantage arises from the fact that a separate compressor, which has to bring the partial nitrogen-carrying partial flow to the combustion chamber pressure, is no longer required. This significantly reduces investment and operating costs. The operating cost savings is given by the fact that the proportion of the air in the delivery volume replaced by the nitrogen can no longer be compressed.
Ein anderer, wesentlicher Vorteil entsteht dadurch, daß an der Anlagengrenze mehr Strom in das Netz abgegeben werden kann. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Energieumwandlung heraufgesetzt. Dies ist eine umweltfreundliche Wirkung, weil pro eingesetzte Brennstoffeinheit mehr Strom erzeugt oder umgekehrt je erzeugte Kilowattstunde Elektrizität we¬ niger Kohlendioxid, welches als Treibhausgas wirkt, abgege¬ ben wird.Another major advantage is that more electricity can be delivered to the grid at the plant boundary. This increases the efficiency of the energy conversion. This is an environmentally friendly effect because more electricity is generated per fuel unit used or, conversely, less carbon dioxide, which acts as a greenhouse gas, is emitted per kilowatt hour generated.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur ein Verfahrensschließbild in vereinfachter Darstellung.Further advantages, details and features of the invention result from the following description and from the drawing. In the single figure, this shows a process closure diagram in a simplified representation.
In der Figur ist der hier im Vordergrund stehende Anlagen¬ teil, nämlich die Gasturbinenanlage, allgemein mit 100, die vorgeschaltete LuftZerlegungsanlage mit 200 und die nachge¬ schaltete, hier weniger im Vordergrund stehende Dampfturbi- nenanlage mit 300 bezeichnet.In the figure, the part of the plant in the foreground, namely the gas turbine plant, is generally designated by 100, the upstream air separation plant by 200 and the downstream steam turbine plant, which is less important here, by 300.
Der Brennstoff wird im dargestellten Beispiel von links ge¬ mäß Pfeil 1 in eine Brenngaserzeugung 101 eingespeist, wo-
bei der Weg des Brenngases durch einen gegenüber den ande¬ ren Strichen stärkeren Strich dargestellt ist. Die folgen¬ den Anlageteile sind dabei die Brenngasreinigung 102, ggf. vorgesehene Brenngasbefeuchtung 103, die Brennkammer 104, die Gasturbine 105 und der von den Abgasen beaufschlagte Abhitzekessel 106.In the example shown, the fuel is fed from left to right according to arrow 1 into a fuel gas generator 101, where the path of the fuel gas is represented by a line that is stronger than the other lines. The following parts of the system are the fuel gas purification 102, fuel gas humidification 103 which may be provided, the combustion chamber 104, the gas turbine 105 and the waste heat boiler 106 acted upon by the exhaust gases.
Der Leitungsweg der Brenngase nach der Brenngaserzeugung 101 ist mit 2 bezeichnet, derjenige der Abgase mit 3; die Abgase nach dem Abhitzekessel sind durch einen Pfeil 4 sym¬ bolisiert.The route of the fuel gases after the fuel gas generation 101 is denoted by 2, that of the exhaust gases by 3; the exhaust gases after the waste heat boiler are symbolized by an arrow 4.
In die Anlage eingespeist wird auch Luft, und zwar zum er¬ sten in die Luftzerlegung 200, der Lufteintritt ist dort mit 5 bezeichnet. Durch die Luftzerlegung wird ein überwie¬ gend Stickstoff enthaltender Gasstrom 6 aus der Luftzerle¬ gung ausgeleitet und ein überwiegend Sauerstoff enthalten¬ der Strom 7. Der Sauerstoff 7 wird über einen Verdichter 201 komprimiert und in komprimierter Form der Brenngaser¬ zeugung 101 zugeführt. Der auf den dort herrschenden Verga¬ serdruck verdichtete Sauerstoffström trägt das Bezugszei¬ chen 8. Wasserdampf oder Wasser wird ggf. der Brenngasbe¬ feuchtung 103 zugeführt, der entsprechende Pfeil ist in der Figur mit 9 bezeichnet.
Für die Erfindung von Bedeutung ist eine zweite Luftzufuhr in das System, und zwar zur Beaufschlagung des Kompressors 107 der Gasturbinenanlage 100, welche von der Gasturbine 105 angetrieben wird, wobei letztere auch den Gasturbinen¬ generator 108 zur Stromerzeugung antreibt. Diese zweite Luftzuführung ist mit 10 bezeichnet, sie wird erkennbar vom Stickstoffström 6 beaufschlagt, wobei die beiden ineinander gemischten Ströme gemäß Pfeil 11 dem Kompressor 107 zuge¬ führt werden und als komprimierter Basisstrom bzw. Misch- luftstrom 16 in die Brennkammer 104 eingespeist werden. In der Figur ist noch eine Überschußluftabnahme gemäß Pfeil 13 dargestellt.Air is also fed into the system, specifically for the first time in the air separation 200, where the air inlet is designated by 5. By air separation, a predominantly nitrogen-containing gas stream 6 is discharged from the air separation and a stream 7 predominantly containing oxygen. The oxygen 7 is compressed by a compressor 201 and supplied in compressed form to the fuel gas generation 101. The oxygen flow compressed to the prevailing gasifier pressure bears the reference number 8. Water vapor or water is optionally fed to the fuel gas humidification 103, the corresponding arrow is designated by 9 in the figure. Of importance for the invention is a second air supply into the system, namely to act on the compressor 107 of the gas turbine system 100, which is driven by the gas turbine 105, the latter also driving the gas turbine generator 108 to generate electricity. This second air supply is designated 10, it is evidently acted upon by the nitrogen flow 6, the two flows mixed into one another being fed to the compressor 107 according to arrow 11 and being fed into the combustion chamber 104 as a compressed base flow or mixed air flow 16. The figure also shows a decrease in excess air according to arrow 13.
Lediglich angedeutet ist in der Figur die Prozeßdampfent¬ nahme 14 aus dem Abhitzekessel 106 zur Beaufschlagung der Dampfturbine 109, die den Generator 110 treibt.The process steam extraction 14 from the waste heat boiler 106 to act on the steam turbine 109, which drives the generator 110, is merely indicated in the figure.
In die Brenngaβerzeugung 101 wird neben dem Brennstoff Sauerstoff und Dampf als Vergasungsmittel eingespeist und die Vergasung bei einem erhöhten Druck, z.B. über 30 bar, durchgeführt. Das entstandene Rohgas wird gekühlt, wobei Dampf erzeugt werden kann, der im Wasser-/Dampfkreislauf- prozeß beispielsweise mittels der Dampfturbine 109 zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
Bei der Brenngasreinigung 102 werden dem rohen Brenngas die Brenngasbegleitstoffe NH3, H2S, COS und Staub entzogen, wo¬ bei die unterschiedliche Reinigung je nach zugeführtem Brennstoff vorgesehen sein können. Das gereinigte Brenngas wird, wie weiter oben schon kurz angegeben, in der Brenn¬ gasbefeuchtung 103 mit Wasserdampf aufgesättigt bzw. ange¬ feuchtet, wobei die Brenngasmenge beispielsweise 18,1 kg/s betragen kann. Das Brenngas wird gereinigt bei einem Druck von z.B. 22 bar und einer Temperatur von beispielsweise 240°C der Gasturbinenanlage 100 zugeführt. Die eine der möglichen Zusammensetzungen ergibt sich aus der Tabelle am Ende der Beschreibung.In addition to the fuel, oxygen and steam are fed into the fuel gas generator 101 as a gasifying agent and the gasification is carried out at an increased pressure, for example above 30 bar. The resulting raw gas is cooled, whereby steam can be generated, which can be used in the water / steam cycle process, for example by means of the steam turbine 109, to generate electricity. During the fuel gas cleaning 102, the fuel gas accompanying substances NH3, H2S, COS and dust are extracted from the raw fuel gas, whereby different cleaning depending on the fuel supplied can be provided. The cleaned fuel gas is, as already briefly stated above, saturated or moistened with water vapor in the fuel gas humidification 103, the amount of fuel gas being, for example, 18.1 kg / s. The fuel gas is fed to the gas turbine system 100 at a pressure of, for example, 22 bar and a temperature of, for example, 240 ° C. One of the possible compositions is shown in the table at the end of the description.
Durch die Verbrennung des Brenngases 2 in der Brennkammer 104 der Gasturbinenanlage 100 entstehen bei diesem Beispiel 199,8 kg/s heiße Druckgase 3, die der Gasturbine 105 zuge¬ führt werden. Dabei tritt das heiße Druckgas 3 aus der Brennkammer 104 mit einer Temperatur von 1.190°C mit einem Druck von 18 bar in die Gasturbine 105 ein.In this example, the combustion of the fuel gas 2 in the combustion chamber 104 of the gas turbine system 100 produces hot compressed gases 3 of 199.8 kg / s, which are fed to the gas turbine 105. The hot compressed gas 3 enters the gas turbine 105 from the combustion chamber 104 at a temperature of 1190 ° C. and a pressure of 18 bar.
Durch die Gasturbine 105 wird eine Wellenleistung von 154 MW erzeugt, davon werden bei dem hier beschriebenen Bei¬ spiel 81 MW an den Kompressor 107 abgegeben, aus dem Rest werden 71 MW elektrischer Strom generiert. Das von der Gas¬ turbine 105 an den Abhitzekessel 106 weitergeleitete Rauch¬ gas 15 besitzt in Folge der vorangegangenen Entspannung auf
Umgebungsdruck noch eine Temperatur von 573βC, die zur Er¬ zeugung von die Dampfturbine 109 beaufschlagenden Dampf (Pfeil 14) herangezogen wird.A shaft power of 154 MW is generated by the gas turbine 105, of which 81 MW are delivered to the compressor 107 in the example described here, and 71 MW of electrical power are generated from the rest. The flue gas 15 passed on from the gas turbine 105 to the waste heat boiler 106 has the consequence of the previous expansion Ambient pressure still a temperature of 573 β C, which is used for the generation of steam acting on the steam turbine 109 (arrow 14).
Zur Versorgung der Brennkammer 104 werden 148,1 kg/s Luft aus der Umgebung mit 38,9 kg/s Stickstoff 6 aus der Luft¬ zerlegung 200 zusammengeführt und zu einer Mischluftmenge von 187,0 kg/s zusammengefaßt.To supply the combustion chamber 104, 148.1 kg / s air from the environment are combined with 38.9 kg / s nitrogen 6 from the air separation 200 and combined to form a mixed air quantity of 187.0 kg / s.
Diese Mischluft 11 wird in dem Kompressor 107 auf dem Brennkeumnerdruck von 18 bar gebracht, wobei zu Regelzwecken dem komprimierten Mischluftstrom eine Überschußluftmenge 13 von bis zu 5,3 kg/s entnommen werden kann. Die Mischluft 12 tritt mit 420°C in die Brennkammer ein. Die Zusammensetzung der Mischluft 11 ist ebenfalls in der nachfolgenden Tabelle angegeben.This mixed air 11 is brought in the compressor 107 to the fuel pressure of 18 bar, an excess air quantity 13 of up to 5.3 kg / s being able to be taken from the compressed mixed air flow for control purposes. The mixed air 12 enters the combustion chamber at 420 ° C. The composition of the mixed air 11 is also given in the table below.
Dadurch, daß erfindungsgemäß ein solcher Mischluftstrom er¬ zeugt wird, lassen sich bei dem hier vorgestellten Beispiel 13 MW Verdichterarbeit einsparen, die eine de entsprechende Mehrproduktion an elektrischem Strom ermöglichen.Due to the fact that such a mixed air flow is generated according to the invention, 13 MW of compressor work can be saved in the example presented here, which enable a corresponding additional production of electric current.
Tabelle 1:
Table 1:
Table 1
Table 1
Claims
1. Stromerzeugungsverfahren unter Einsatz eines sogenannten Kombi-Prozesses, d.h. eines kombinierten Gas- und Dampf- Turbinenprozesses, bei dem das in der Gasturbine einge¬ setzte Brenngas durch partielle Oxidation von kohlenstoff¬ haltigen Brennstoffen erzeugt und einer Gasturbine als heißes Druckgas zugeführt wird und wobei wenigstens die Energie der Turbinenabgase zur Erzeugung des die Dampftur¬ bine beaufschlagenden Dampfes herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet,1.Power generation process using a so-called combination process, i.e. a combined gas and steam turbine process, in which the fuel gas used in the gas turbine is generated by partial oxidation of carbon-containing fuels and is fed to a gas turbine as hot compressed gas, and wherein at least the energy of the turbine exhaust gases is used to generate the steam turbine steam is used, characterized in that
- daß Luft aus der Umgebung entnommen und in einer Luftzer¬ legung in einen im wesentlichen sauerstoffhaltigen Teil¬ strom und einen im wesentlichen stickstoffhaltigen Teil¬ strom getrennt und die Teilströme annähernd unter Umge¬ bungsdruck weitergeführt werden,that air is taken from the environment and separated into an essentially oxygen-containing partial flow and an essentially nitrogen-containing partial flow in an air separation and the partial flows are carried on approximately under ambient pressure,
- daß der im wesentlichen stickstoffhaltige Teilstrom mit einem Luftstrom zur Bildung einer Mischluft gemischt wird,that the essentially nitrogen-containing partial stream is mixed with an air stream to form mixed air,
- daß die entstandene Mischluft im Kompressor der Gasturbi¬ ne auf Brennkammerdruck gebracht wird und- That the resulting mixed air in the compressor of the gas turbine is brought to combustion chamber pressure and
- daß die Verbrennung der Brenngase in der Brennkammer der Gasturbinenanlage mit dem größten Teil dieser komprimier¬ ten Mischluft durchgeführt wird. - That the combustion of the combustion gases in the combustion chamber of the gas turbine system is carried out with the majority of this compressed mixed air.
2. Stromerzeugungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) daß der Brennstoff in einer Brenngaserzeugung mittels partieller Oxidation unter Druck vergast und an¬ schließend von Schadstoffen gereinigt wird und ein ge¬ reinigtes Brenngas entsteht;2. Power generation method according to claim 1, characterized in that a) that the fuel is gasified in a fuel gas generation by means of partial oxidation under pressure and then cleaned of pollutants and a purified fuel gas is formed;
b) daß dem gereinigten Brenngas Wasserdampf beigemischt wird und es in der Brennkammer einer Gasturbinenanlage unter Druck verbrannt wird, wodurch heißes Druckgas entsteht;b) that the cleaned fuel gas is admixed with water vapor and it is burned under pressure in the combustion chamber of a gas turbine system, thereby producing hot compressed gas;
c) daß das heiße Druckgas in der Gasturbine einer Gasturbi¬ nenanlage zu Rauchgas entspannt wird und dabei mechani¬ sche Arbeit gewonnen wird;c) that the hot compressed gas is expanded into flue gas in the gas turbine of a gas turbine system and mechanical work is thereby obtained;
d) daß ein Teil der mechanischen Arbeit im Generator der Gasturbinenanlage in elektrischen Strom gewandelt wird und mit dem verbliebenen Rest der mechanischen Arbeit der Kompressor der Gasturbinenanlage angetrieben wird;d) that part of the mechanical work in the generator of the gas turbine system is converted into electrical current and the remaining mechanical work drives the compressor of the gas turbine system;
e) daß aus der Umgebung Luft entnommen und sie in einer Luftzerlegung in einen im wesentlichen sauerstoffhalti¬ gen Teilstrom und einen im wesentlichen stickstoffhalti¬ gen Teilstrom getrennt und die Teilströme annähernd un¬ ter Umgebungsdruck abgegeben werden; f) daß der genannte Sauerstoffhaltige Teilstrom mittels ei¬ nes Sauerstoffverdichters auf den Vergasungsdruck ge¬ bracht und in den Druck-Vergaser der Brenngaserzeugung eingespeist wird, um darin die partielle Oxidation des Brennstoffes zu bewirken;e) that air is taken from the environment and separated into an essentially oxygen-containing partial stream and an essentially nitrogen-containing partial stream in an air separation and the partial streams are released at approximately ambient pressure; f) that the oxygen-containing partial stream is brought to the gasification pressure by means of an oxygen compressor and fed into the pressure gasifier of the fuel gas generation in order to bring about the partial oxidation of the fuel therein;
g) daß das in vorgenanntem Abschnitt c) angefallene Rauch¬ gas in einem Abhitzekessel in indirekten Wärmeaustausch zu in den Abhitzekessel eingespeistem Wasser geführt wird, wodurch im Abhitzekessel Dampf erzeugt wird und die an den Dampf übertragene thermische Energie mittels Dampfturbine und Generator wenigstens teilweise in elek¬ trischen Strom gewandelt wird;g) that the flue gas obtained in the aforementioned section c) is conducted in a waste heat boiler in indirect heat exchange to the water fed into the waste heat boiler, whereby steam is generated in the waste heat boiler and the thermal energy transferred to the steam by means of a steam turbine and generator is at least partially in electrical ¬ tric current is converted;
h) daß das im Abhitzekessel abgekühlte Rauchgas in die Um¬ gebung abgeführt wird,h) that the flue gas cooled in the waste heat boiler is discharged into the environment,
i) daß der im vorgenannten Abschnitt e) erzeugte, im we¬ sentlichen stickstoffhaltige Teilstrom wenigstens teil¬ weise einem weiteren Luftstrom beigemischt wird und Mischluft entsteht;i) that the essentially nitrogen-containing partial stream generated in the aforementioned section e) is at least partially admixed with a further air stream and mixed air is formed;
j) daß die entstandene Mischluft im Kompressor der Gastur¬ binenanlage auf Brennkammerdruck gebracht und mit dem wesentlichen Teil der komprimierten Mischluft die Ver- brennung des Brenngases in der Brennkammer der Gasturbi¬ nenanlage bewirkt wird.j) that the resulting mixed air in the compressor of the gas turbine system is brought to combustion chamber pressure and that the essential part of the compressed mixed air combustion of the fuel gas is effected in the combustion chamber of the gas turbine system.
3. Stromerzeugungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stickstoffenthaltenen Gasstrom (6) CO2 beigemischt oder der Stickstoff durch CO2 ersetzt wird.3. Power generation method according to claim 1 or 2, characterized in that the nitrogen-containing gas stream (6) is admixed with CO2 or the nitrogen is replaced by CO2.
4. Stromerzeugungsverfahren nach einem der vorangehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stickstoffenthaltenden Gasstrom (6) Inertgase mit brennbaren Beimischungen (Schwachgase) beigemischt oder daß N2 durch diese Gase ersetzt wird.4. Power generation process according to one of the preceding claims, characterized in that the nitrogen-containing gas stream (6) is mixed with inert gases with combustible admixtures (weak gases) or that N2 is replaced by these gases.
5. Stromerzeugungsverfahren nach einem vorangehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine (105) zum Antrieb von Arbeitsmaschinen, z.B. einem Verdichter für eine NH2- oder CH3θH-Anlage, ein¬ gesetzt wird. 5. Power generation method according to a preceding Ansprü¬ che, characterized in that the gas turbine (105) for driving work machines, e.g. a compressor for an NH2 or CH3θH system, is used.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AU35683/95A AU3568395A (en) | 1995-09-16 | 1995-09-16 | Power-generation method using combined gas and steam turbines |
| PCT/EP1995/003649 WO1997010416A1 (en) | 1995-09-16 | 1995-09-16 | Power-generation method using combined gas and steam turbines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP1995/003649 WO1997010416A1 (en) | 1995-09-16 | 1995-09-16 | Power-generation method using combined gas and steam turbines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO1997010416A1 true WO1997010416A1 (en) | 1997-03-20 |
Family
ID=8166100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP1995/003649 WO1997010416A1 (en) | 1995-09-16 | 1995-09-16 | Power-generation method using combined gas and steam turbines |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU3568395A (en) |
| WO (1) | WO1997010416A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999050545A1 (en) * | 1998-03-30 | 1999-10-07 | Progressive Energy Limited | Power generation apparatus and method |
| WO2002031331A1 (en) * | 2000-10-12 | 2002-04-18 | Texaco Development Corporation | Nitrogen stripping of a hydrotreater condensate to feed a combustion turbine |
| US20090223201A1 (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-10 | Anand Ashok K | Methods of Injecting Diluent Into A Gas Turbine Assembly |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2067668A (en) * | 1980-01-21 | 1981-07-30 | Gen Electric | Control of NOx emissions in a stationary gas turbine |
| DE4107109C1 (en) * | 1991-03-06 | 1992-10-08 | Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt, De | Environmentally friendly purificn. of crude gas - by cooling to contain condensate, sepg. condensate and evaporating to obtain saline soln. which is combusted and condensate stream which is added to pure gas |
| DE4301100A1 (en) * | 1993-01-18 | 1994-07-21 | Abb Management Ag | Process for operating a combined cycle power plant with coal or oil gasification |
| EP0622535A1 (en) * | 1993-04-27 | 1994-11-02 | Air Products And Chemicals, Inc. | Use of nitrogen from an air separation unit as gas turbine air compressor feed refrigerant to improve power output |
| EP0626510A1 (en) * | 1993-05-28 | 1994-11-30 | Praxair Technology, Inc. | Gas turbine-air separation plant combination |
| EP0634562A2 (en) * | 1993-07-16 | 1995-01-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Integrated air separation - gas turbine power generation process |
-
1995
- 1995-09-16 WO PCT/EP1995/003649 patent/WO1997010416A1/en active Application Filing
- 1995-09-16 AU AU35683/95A patent/AU3568395A/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2067668A (en) * | 1980-01-21 | 1981-07-30 | Gen Electric | Control of NOx emissions in a stationary gas turbine |
| DE4107109C1 (en) * | 1991-03-06 | 1992-10-08 | Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt, De | Environmentally friendly purificn. of crude gas - by cooling to contain condensate, sepg. condensate and evaporating to obtain saline soln. which is combusted and condensate stream which is added to pure gas |
| DE4301100A1 (en) * | 1993-01-18 | 1994-07-21 | Abb Management Ag | Process for operating a combined cycle power plant with coal or oil gasification |
| EP0622535A1 (en) * | 1993-04-27 | 1994-11-02 | Air Products And Chemicals, Inc. | Use of nitrogen from an air separation unit as gas turbine air compressor feed refrigerant to improve power output |
| EP0626510A1 (en) * | 1993-05-28 | 1994-11-30 | Praxair Technology, Inc. | Gas turbine-air separation plant combination |
| EP0634562A2 (en) * | 1993-07-16 | 1995-01-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Integrated air separation - gas turbine power generation process |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999050545A1 (en) * | 1998-03-30 | 1999-10-07 | Progressive Energy Limited | Power generation apparatus and method |
| WO2002031331A1 (en) * | 2000-10-12 | 2002-04-18 | Texaco Development Corporation | Nitrogen stripping of a hydrotreater condensate to feed a combustion turbine |
| US20090223201A1 (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-10 | Anand Ashok K | Methods of Injecting Diluent Into A Gas Turbine Assembly |
| JP2009216091A (en) * | 2008-03-10 | 2009-09-24 | General Electric Co <Ge> | Method for injecting diluent to gas turbine assembly |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU3568395A (en) | 1997-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102008002870B4 (en) | Energy generation systems with exhaust gas recirculation | |
| DE69918492T2 (en) | Turbine à gaz à chauffage indirect integree à une une un separation of the gaz de l'air | |
| DE19940763B4 (en) | Combined cycle energy producer with integrated coal gasification | |
| EP0159610B1 (en) | Gas turbines and steam power plant with integrated coal gasification | |
| EP0413199B1 (en) | Process for reducing the carbon dioxide content of waste gases from a gas-turbine or vapour-turbine power plant and power plant using it | |
| US3731485A (en) | Open-cycle gas turbine plant | |
| DE4301100C2 (en) | Process for operating a combined cycle power plant with coal or oil gasification | |
| EP0127092B1 (en) | Intermediate-power plant with an integrated coal-gasification installation | |
| EP0128404B1 (en) | Power station with an integrated coal gasification plant | |
| EP0148973B1 (en) | Combined gas-turbine-steam turbine plant with preconnected coal gasification plant | |
| DE102007050781A1 (en) | Systems and methods for generating energy with carbon dioxide secretion | |
| EP0553125A1 (en) | Process and installation for the combined generation of electrical and mechanical energy. | |
| DE102004039164A1 (en) | Method for generating energy in a gas turbine comprehensive power generation plant and power generation plant for performing the method | |
| DE102007050783A1 (en) | Systems and methods for energy production with carbon dioxide isolation | |
| EP0202428A2 (en) | Process for gasifying a carbon-containing fuel, particularly coal | |
| DE3320228A1 (en) | POWER PLANT WITH AN INTEGRATED COAL GASIFICATION PLANT | |
| DE3014292A1 (en) | METHOD FOR GENERATING ENERGY FROM CARBONED FUELS | |
| DE3618745A1 (en) | SYSTEM FOR ENERGY CONVERSION | |
| DE2429993A1 (en) | METHOD FOR GENERATING ELECTRICAL ENERGY | |
| EP0518868A1 (en) | Process and device for generating mechanical energy. | |
| EP0209044B1 (en) | Combined gas and steam turbine power station | |
| EP2174064A2 (en) | Method for operating a combustion system and combustion system | |
| DE3907217A1 (en) | METHOD FOR OPERATING A COMBINED GAS TURBINE / STEAM TURBINE PROCESS | |
| DE102007060550A1 (en) | System and process for low emission combustion | |
| WO1997010416A1 (en) | Power-generation method using combined gas and steam turbines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AM AT AU BB BG BR BY CA CH CN CZ DE DK EE ES FI GB GE HU IS JP KE KG KP KR KZ LK LR LT LU LV MD MG MK MN MW MX NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK TJ TM TT UA UG US UZ VN |
|
| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KE MW SD SZ UG AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE BF BJ CF CG CI CM GA GN ML MR NE SN TD TG |
|
| DFPE | Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101) | ||
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| WA | Withdrawal of international application | ||
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase | ||
| REG | Reference to national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: 8642 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: CA |