DE10307606A1 - Krafterzeugungsanlage - Google Patents

Abstract

Eine teilgeschlossene Gasturbogruppe weist stromab der Turbine (3) und stromauf des Rückkühlers (30) angeordnete Mittel zur Abwärmenutzung, beispielsweise einen Abhitzedampferzeuger (4), auf. Die teilgeschlossene Gasturbogruppe wird im allgemeinen unter überatmosphärischem Druck betrieben, in dem Sinne, dass das Kreislaufmedium (19) bereits vor dem Verdichter (1) unter Überdruck steht. An den Mitteln zur Abwärmenutzung sind Entnahmemittel (31) zur Abfuhr einer Abgasmenge angeordnet sowie in Strömungsrichtung des Abgases (23) stromab von diesen Entnahmemitteln, Zuführmittel zur Zufuhr von Frischluft (37) für die innere Verbrennung eines Brennstoffs (20) in einer Brennkammer (2). Diese Mittel sind mit einer Abgasladegruppe (38) verbunden, dergestalt, dass das Abgas in einer Ladeturbine (32) entspannt wird. Die Ladeturbine (32) treibt einen Ladeverdichter (36) an, der eine Frischluftmenge (35) auf den entsprechenden Vordruck verdichtet und der Gasturbogruppe über die Zuführmittel (37) zuführt. Eine mit der Abgasladegruppe auf einer gemeinsamen Welle angeordnete elektrische Maschine (34) kann sowohl generatorisch als auch elektromotorisch betrieben werden und dient zur Einstellung des Betriebspunktes der Abgasladegruppe.

Description

TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Krafterzeugungsanlage gemäss des Oberbegriff des Anspruch 1. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemässen Krafterzeugungsanlage angegeben.
• STAND DER TECHNIK
• Geschlossene Gasturbinenkreisläufe, bei denen das Kreislaufmedium nachgängig der Entspannung in einer Turbine in einer Wärmesenke rückgekühlt und in den Verdichter rückgeführt wird, sind an sich Stand der Technik. Vollgeschlossene Kreisläufe arbeiten mit einer sogenannten externen Verbrennung, das heisst, die Feuerung erfolgt ausserhalb des eigentlichen Kreislaufs, und die Wärme wird aus der Feuerungsvorrichtung über einen Wärmetauscher an das Kreislaufmedium übertragen. Derartige Kreisläufe bieten einerseits hohe Flexibilität bei der Wahl des Brennstoffs und des Kreislaufmediums, andererseits ist die Prozesstemperatur durch den notwendigen Wärmeübertrager begrenzt. Mit der durch moderne Kühlungsmethoden möglichen Erhöhung der Turbineneintrittstemperatur und der wirtschaftlichen Verfügbarkeit von Erdgas und Dieselöl als Brennstoffe haben geschlossene Gasturbinenprozesse an Bedeutung verloren, und werden nur noch in seltenen Ausnahmefällen eingesetzt, so bei der Niedertemperaturnutzung.
• Verstärkt sind in jüngerer Zeit Überlegungen in Richtung teilgeschlossener Prozesse im Gange. Aus der EP 939 199 ist eine an sich geschlossene Gasturbine bekannt, bei der der Brennkammer zur inneren Verbrennung Brennstoff und Sauerstoff zugeführt wird. Entstehender Wasserdampf und Kohlendioxid wird auf an sich bekannte Weise rezirkuliert, und ein durch die Verbrennung entstehender Überschuss wird abgeführt. Vorteile sind hierbei, dass bei einer Verbrennung mit reinem Sauerstoff keine Stickoxide entstehen, und dass CO₂ kontrolliert entsorgt werden kann. Weiterhin kann über den Druck vor Verdichter auf einfache Weise die Leistung geregelt werden, wobei alle aerodynamischen Komponenten weiterhin nahe ihrem Bestpunkt betrieben werden können. Andererseits fordert der Betrieb mit reinem Sauerstoff einen gewissen Aufwand, beispielsweise in Form einer Luftzerlegungsanlage. Auch wenn die Anlage mit Luft betrieben würde, müsste weiterhin eine geeignete Vorrichtung zur Kompression der Luft und zur Anfuhr des zwangsläufig entstehenden Überschussgases aus dem Kreislauf bereitgestellt werden.
• DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Krafterzeugungsanlage anzugeben, welche soweit als möglich von den Vorteilen im geschlossenen Prozess betriebener Gasturbogruppen Gebrauch macht, andererseits aber die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
• Dies wird erreicht durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1.
• Kern der Erfindung ist es also, an einer für im Wesentlichen geschlossenen Betrieb mit innerer Verbrennung ausgelegten Gasturbogruppe zwischen dem Austritt aus der Turbine und dem Eintritt in den Verdichter eine Abgasladegruppe, im Wesentlichen einen Turbolader, so anzuordnen, dass ein Teil des Kreislaufmediums stromab der Turbine über die Laderturbine abströmt, wodurch der Ladeverdichter angetrieben wird, welcher Frischgas, im Allgemeinen Luft, für die Verbrennung in den Strömungskanal des Kreislaufmediums stromauf des Verdichters, vorzugsweise auch stromauf wenigstens eines Teils der Wärmesenke, fördert. Hierbei wird bereits ein Betrieb impliziert, bei dem der Druck am Verdichtereintritt über dem Umgebungsdruck liegt; der allfällige Anfahrvorgang wird nachfolgend fokussiert. Wenn der über die Laderturbine abströmende Massenstrom dem über den Ladeverdichter zugeführten Massenstrom zuzüglich dem Brennstoffmassenstrom entspricht, läuft das Gesamtsystem im stationären Betrieb hinsichtlich des Eintrittsdruckniveaus der Gasturbogruppe. Um diesen herzustellen, ist die Abgasladegruppe mit einer Hilfsmaschine gekoppelt, bevorzugt einer elektrischen Maschine, die sowohl elektromotorisch als auch generatorisch betreibbar ist. Wenn die Leistungsabgabe der Laderturbine grösser als die Leistungsaufnahme des Ladeverdichters, wird die Hilfsmaschine in den generatorischen Betrieb genommen, und die Erregung des Generators entsprechend geregelt. Im umgekehrten Fall wird die Hilfsmaschine elektromotorisch betrieben. Dies greift besonders bei niedrigen Druckverhältnissen der Abgasladegruppe. Über den elektromotorischen Betrieb der Hilfsmaschine wird die Abgasladegruppe insbesondere unterstützend zum Aufladen des Gasturbinenkreislaufs verwendet. Auf analoge Weise kann die Hilfsmaschine verwendet werden, um den Betriebspunkt der Abgasladegruppe und somit den Vordruck der Gasturbogruppe einzustellen. Bevorzugt wird dies auch zur Leistungsregelung der Gasturbogruppe eingesetzt: Auf schnelle Lasttransienten reagiert die Gasturbogruppe im Rahmen der zulässigen Prozessparameter auf an sich bekannte Weise über die Feuerungstemperatur. Nachfolgend wird über die Hilfsmaschine der Betriebspunkt der Abgasladegruppe verändert, und der Vordruck der Gasturbogruppe bevorzugt so eingestellt, dass bei Auslegungs-Feuerungstemperatur oder in deren Nähe die geforderte Leistung erreicht wird. Dadurch wird die Gasturbogruppe auch bei "Teillast" stets zumindest in der Nähe ihres besten Wirkungsgrades betrieben, was Vorteile für den Wirkungsgrad und auch beispielsweise für den Betrieb von Vormischbrennern hat.
• Vorteilhaft beinhaltet die zwischen Turbinenaustritt und Verdichtereintritt angeordnete Wärmesenke wenigstens ein Mittel zur Abwärmenutzung, beispielsweise einen Rekuperator zur Vorwärmung des Kreislaufmittels vorgängig der Verbrennung, oder einen Abhitzedampferzeiger. Von diesem erzeugter Dampf kann einerseits in einem Wasser- Dampfkreislauf oder als Prozessdampf verwendet werden, andererseits kann der Dampf ganz oder teilweise in den Gasturbinenkreislauf an geeigneter Stelle eingedüst werden. Hierzu kann besonders geeignet teilentspannter druckmässig angepasster Dampf aus einem Wasser-Dampfkreislauf verwendet werden. Hierbei ist es natürlich notwendig, den Dampf, soweit er nicht über die Laderturbine entweicht, vor der Rückführung des Kreislaufmediums auszukondensieren und abzuführen.
• Es ist weiterhin vorteilhaft, die Abgasladegruppe an temperaturmässig geeigneter Stelle an der Wärmesenke und/oder ganz bevorzugt den Mitteln zur Abwärmenutzung anzuschliessen, insbesondere Entnahmemittel an eine Stelle höherer Temperatur des Kreislaufmediums anzuordnen als die Zuführmittel, wobei diese insbesondere so anzuordnen wären, dass die Temperatur des Kreislaufmediums an dieser Stelle zumindest näherungsweise der Temperatur des zuströmenden verdichteten Frischgases entspricht. Dies stellt ein hinreichendes Leistungspotenzial für die Laderturbine sicher, und vermindert andererseits Mischungsverluste beim Eintritt des Frischgases in das Kreislaufmedium.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
• Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Schema eines Kombikraftwerks mit im wesentlichen geschlossenem Gasturbinenkreislauf und Abgasladegruppe;
• Fig. 2 ein Schema einer Gasturbinenanlage mit Rekuperator und Abgasladegruppe; und
• Fig. 3 eine schematische Darstellung der Prozessführung in thermodynamischer Hinsicht als Temperatur-Entropie Diagramm.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
• Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kombikraftwerkes mit einer Abgasladegruppe 38 und einem im wesentlichen geschlossenen Gasturbinenkreislauf. Dem Kompressor 1 zugeführtes Gas wird in diesem komprimiert und einer Brennkammer 2 zugeführt. In der Brennkammer wird über eine Leitung 20 zugeführter Brennstoff in der komprimierten Luft verbrannt und anschliessend in einer Turbine 3 entspannt. Kompressor 1 und Turbine 3 sind mit einem Generator 8 auf einer gemeinsamen Welle 22 angeordnet. Das in der Turbine 3 entspannte Heissgas wird anschliessend über eine Leitung 23 in einen Abhitzekessel 4 geleitet, und dort im Gegenstromprinzip zur Erzeugung von Dampf für den Dampfkreislauf genutzt. Nach der Abkühlung des Gases im Abhitzekessel 4 wird dieses über eine Leitung 15 einer Wärmesenke, hier einem Kühler 30, zugeführt, in welchem gegebenenfalls auch Bestandteile der Verbrennungsgase wie Wasser kondensiert und abgeführt werden. Die Kühlung erfolgt typischerweise über ein Kühlfluid 21. Die Temperatur in diesem Kühler liegt bei rund 100 Grad Celsius. Das gekühlte und entspannte Verbrennungsgas 19 wird anschliessend wiederum dem Kompressor 1 zugeführt. Auf diese Weise ergibt sich ein im wesentlichen geschlossener Gasturbinenkreislauf. Die Zuführung des für die Verbrennung notwendigen Sauerstoffs respektive Frischluft geschieht kontinuierlich über die Ladeeinheit 38, wie dies weiter unten geschildert wird.
• Im Abhitzekessel 4 ist zunächst im kühlen Bereich, d. h. ausgangsseitig in Bezug auf die Verbrennungsgase der Gasturbine 3, ein Economizer 26 angeordnet, in welchem das Wasser zunächst vorgewärmt wird. Das vorgewärmte Wasser wird einer Dampftrommel 27 zugeführt, welche ihrerseits mit einem im Abhitzekessel angeordneten Verdampfer 28 in Verbindung steht, in welchem das Wasser verdampft wird. Der Dampftrommel 27 entnommener Dampf wird dann im heissesten Bereich des Abhitzekessels 4 in einem Überhitzer 29 weiter erhitzt und anschliessend über eine Leitung 16 zu einer Hochdruck- Dampfturbine 9 geleitet und dort teilweise entspannt. Es ist in diesem Ausführungsbeispiel nur eine Druckstufe für den Dampf abgebildet, ist aber möglich, mehrere Druckstufen im Abhitzekessel 4 anzuordnen, sofern die zur Verfügung stehende Abwärme und die Platzverhältnisse dies erlauben; die Ausführung von Dampfprozessen zur Abwärmenutzung ist an sich bekannt. Der teilentspannte Dampf wird hinter der Hochdruck-Dampfturbine 9 über eine Leitung 11 einer Niederdruckdampfturbine 10 zugeführt und dort so weit wie möglich entspannt. Der entspannte Dampf 12 wird hinter der Niederdruckdampfturbine 10 einer Wärmesenke, insbesondere einem Kondensator 5, zugeführt, in welchem der Dampf kondensiert wird. Das Kondensat 13 wird dann mit einer Pumpe 25 gefördert wiederum dem Abhitzekessel, d. h. der ersten Economizerstufe 26 zugeführt. Auch beim Dampfturbinenkreislauf handelt es sich somit um ein wesentlichen geschlossenes System.
• Ebenfalls dargestellt in Fig. 1 ist eine Abgasladegruppe 38. Sie umfasst eine Laderturbine 32 sowie einen Ladeverdichter 36, welche auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Auf der gleichen Welle ist ausserdem eine elektrische Maschine 34 angeordnet, mit welcher die Gruppe angefahren und im Betrieb stabilisiert werden kann. Über die Regelung der elektrischen Maschine 34 respektive deren Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe können dabei Prozessparameter wie z. B. der Ladedruck im wesentlichen unabhängig von der Gesamtgruppenleistung eingestellt werden. Die Laderturbine wird über eine Leitung 31, welche vom Abhitzekessel 4 abzweigt, mit einem heissen Gasstrom beaufschlagt. Typischerweise herrscht im Abhitzekessel ein Druck im Bereich von 4 bar, und das Gas zum Treiben der Laderturbine 32 wird bevorzugt bei einer Temperatur von im Bereich von 260 Grad Celsius dem Abhitzekessel entnommen. Der Ort der Entnahme des Heissgases 31 kann dabei, da im Abhitzekessel eine graduell in Richtung des Ausgangs (Ausgang in Bezug auf die Verbrennungsgase) abnehmende Temperaturverteilung herrscht, auf die Bedürfnisse angepasst eingestellt respektive optimiert werden, sodass gerade nur so viel Energie abgezweigt wird, wie in einem Auslegungs-Betriebspunkt der Kraftwerksanlage zur Kompression von Frischluft notwendig ist. Die über die Laderturbine 32 entspannten Verbrennungsgase werden anschliessend über die Leitung 33 an die Umwelt abgegeben. Dabei ergibt sich eine Austrittstemperatur der Ladeturbine von nur gerade 100 bis 110 Grad Celsius bei Umgebungsdruck von 1 bar.
• Die Laderturbine 32 treibt den Ladeverdichter 36. Der Ladeverdichter saugt Frischluft 35 aus der Umgebung an. Diese Frischluft wird im Ladeverdichter 36 auf die im Abhitzekessel herrschenden ca. 4 bar komprimiert und erwärmt sich dabei. Die vom Ladeverdichter 36 dem Abhitzekessel 4 zugeführte komprimierte Frischluft weist dabei beispielsweise eine Temperatur von ca. 170 Grad Celsius auf, und die Einspeisung in den Abhitzekessel 4 geschieht vorteilhafterweise an einer Stelle, an welcher das im Abhitzekessel 4 strömende Verbrennungsgas eine ungefähr gleiche Temperatur aufweist. Es wird also das Abgas zum Betreiben der Ladeturbine 32 in Bezug auf das dem Abhitzekessel 4 strömende Verbrennungsgas stromauf von der Stelle entnommen, an der die komprimierte Frischluft 37 in den Abhitzekessel 4 eingeleitet wird. Da wie bereits erwähnt im Abhitzekessel 4 eine Temperaturverteilung herrscht, ist es nun möglich, die Entnahmemittel 31 zur Abfuhr des Heissgases aus dem Kraftwerksprozess und die Zuführmittel 37 zur Zufuhr von Frischluft zum Kraftwerksprozess bestmöglich anzuordnen. Weiterhin erlaubt die mit der Abgasladegruppe gekoppelte elektrische Maschine eine einfache und effiziente Regelung des Prozess-Niederdruckes im Abhitzekessel: Wenn zur Leistungserhöhung der Gasturbogruppe die Kreislauffüllung und damit das gesamte Druckniveau des Gasturbinenprozesses erhöht werden soll, wird die elektrische Maschine elektromotorisch betrieben. Dies erhöht die Drehzahl der Ladegruppe, und damit wird mehr Luft auf einen höheren Totaldruck gefördert. Umgekehrt kann zur Entlastung die elektrische Maschine generatorisch betrieben werden. Auf diese Weise kann auch sehr effizient und einfach der Betriebspunkt der Ladegruppe zum Halten eines bestimmten Prozessdruckes der Gasturbogruppe eingestellt werden.
• Wie eingangs erwähnt kann der im Abhitzekessel erzeugte Dampf nicht nur zum Betreiben von Dampfturbinen verwendet werden, sondern kann auch in den Gasturbinenprozess eingebracht werden. Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen, indem beispielsweise der gesamte im Abhitzekessel erzeugte Dampf einem Gasturbinenprozess zugeführt wird, oder auch, indem der gesamte oder ein Teil des Dampfes zunächst über eine Gegendruckdampfturbine teilweise entspannt wird und erst dann dem Gasturbinenprozess zugeführt wird. In Fig. 1 dargestellt sind zwei Möglichkeiten, einen Teil des im Abhitzekessel erzeugten Dampfes dem Gasturbinenprozess zuzuführen. Einerseits wird ein Teil des Dampfes von der Leitung zwischen Abhitzekessel 4 und Hochdruckdampfturbine 9 abgezweigt und anschliessend über eine Leitung unmittelbar vor der Brennkammer 2 in den Verbrennungsluftstrom eingebracht. Auf der anderen Seite wird ein anderer Teil des Dampfes an geeigneter Stelle von der Hochdruckdampfturbine 9 abgezweigt und über eine Leitung 18 ebenfalls unmittelbar vor der Brennkammer 2 in den Verbrennungsluftstrom eingedüst. Im wesentlichen geht es dabei darum, Dampf dem Dampfsystem an einer Stelle zu entnehmen, bei welcher sowohl Druck als auch Temperatur einem Wert entsprechen, welcher für das Einbringen des Dampfes in den Gasturbinenprozess geeignet ist. Diese Stelle kann auch in Funktion des Betriebszustandes der Kombianlage variieren. Auch ist es möglich ggf. Dampf zu Kühlungszwecken zu entnehmen, wobei dann üblicherweise stromauf des Überhitzers 29 entnommen wird. Im Falle von Dampfeindüsung in den Gasturbinenprozess ist die Zufuhr von Ersatzwasser 14 erforderlich, welches zusammen mit dem Kondensat der Speisepumpe 25 zugeführt wird.
• Um eine solche Anlage anzufahren wird in folgenden Schritten vorgegangen:
  
• - Inbetriebnahme des Schmierölsystems der Turbogruppen.
• - Anfahren der Gas-Dampfturbine-Welle mit Hilfe des Generator 8 auf ca. 20 Prozent der Nenndrehzahl.
• - Anfahren der Ladegruppe mit Hilfe der elektrischen Maschine 34 auf ebenfalls etwa 20 Prozent der Volllastdrehzahl.
• - Erstellen eines Vakuums im Kondensator 5 unter eventueller Zuhilfename von Hilfsdampf. Die dazu erforderlichen Einrichtungen und durchzuführenden Maßnahmen sind Stand der Technik und deshalb hier nicht dargestellt weil dem Fachmann geläufig.
• - Zünden der Brennkammer 2 und Hochfahren der Gas-Dampfturbogruppen.
• - Mit wachsender Temperatur im Prozess beginnt auch die Ladegruppe anzuziehen und dabei den Ladedruck zu erhöhen, wobei dies von der elektromotorisch betriebenen elektrische Maschine 34 unterstützt wird.
• Eine andere Kreislaufkonfiguration ist in Fig. 2 dargestellt. Auch hier handelt es sich um einen wenigstens teilweise geschlossenen Gasturbinenkreislauf. Verbrennungsluft wird zunächst im Kompressor 1 komprimiert, dann aber nicht direkt der Brennkammer 2 zugeführt, sondern in einem sogenannten Rekuperator 40 im Gegenstromprinzip weiter erhitzt und erst dann der Brennkammer 2 zugeführt, wo Brennstoff verbrannt wird. Die heisse Verbrennungsluft wird dann über die Gasturbine 3 geleitet, und anschliessend die entspannte Luft dem Rekuperator 40 zugeführt, wo die Restwärme zur soeben erwähnten Erwärmung der komprimierten Luft aus dem Kompressor 1 verwendet wird. Hinter dem Rekuperator 40 wird die Verbrennungsluft wiederum einer Wärmesenke 30 zugeführt und ggf. dort Wasser auskondensiert. Die derart abgekühlte Verbrennungsluft wird dann über die Leitung 19 wiederum dem Kompressor 1 zugeleitet. Ein solcher Prozess wird bevorzugt mit einem vergleichsweise geringen Druckverhältnis von 4 bis 10, beispielsweise 6, und/oder einer oder mehreren hier nicht dargestellten und nicht erfindungsrelevanten, dem Fachmann aber geläufigen, Zwischenkühlerstufen im Verdichter 1 betrieben.
• Auch der Rekuperator 40 weist, wie dies oben für den Abhitzekessel 4 beschrieben wurde, den Vorteil auf, dass in ihm die heissen Verbrennungsgase in einer in Strömungsrichtung des Heissgases graduell abnehmenden Temperatur zur Verfügung stehen. Entsprechend kann auch hier eine Abgasladegruppe 38 optimal angekoppelt werden. Der Gasturbinenprozess gemäss Fig. 2 wird ebenfalls auf einem erhöhten Niederdruckniveau, also Druck vor Verdichter, von typischerweise im Bereich von 2 bis 6 bar, beispielsweise 4 bar betrieben, und entsprechend muss zugeführte Frischluft auf dieses Druckniveau angehoben werden. Heisse Verbrennungsgase zum Beaufschlagen der Laderturbine 32 werden dem Rekuperator 40 entnommen und das vollständig entspannte Verbrennungsgas 33 an die Umgebung abgegeben. Wie bereits unter Fig. 1 beschrieben treibt die Ladeturbine 32 den Ladeverdichter 36, mit welchem angesaugte Frischluft auf das erforderliche Druckniveau komprimiert wird. Die erwärmte und komprimierte Luft 43 wird anschliessend in den Rekuperator 40 eingeleitet, dies wiederum in Bezug auf die im Rekuperator strömenden Abgase der Gasturbine 3 stromab der Entnahmestelle für die Gase zum Treiben der Ladeturbine 32.
• Fig. 3 zeigt die thermodynamischen Verhältnisse in einem Verbrennungsprozess wie er in Anlagen gemäss Fig. 1 oder Fig. 2 stattfindet. Aufgetragen ist in Fig. 3 die Temperatur T als Funktion der Entropie s für die Prozessführung. Im oberen Teil ist zunächst der Gasturbinenprozess dargestellt. Im Schritt A wird das Verbrennungsgas näherungsweise isentrop im Kompressor 1 unter Erhöhung der Temperatur T von 4 bar Prozess- Niederdruck auf 60 bar Prozess-Hochdruck komprimiert. Anschliessend wird im Schritt B in der Brennkammer 2 im wesentlichen isobar die Temperatur weiter erhöht. Dann wird im Schritt C das Verbrennungsgas wiederum näherungsweise isentrop in der Gasturbine 3 auf den Prozess-Niederdruck entspannt. Schritt D zeigt die im wesentlichen isobare Abkühlung des Verbrennungsgases in Abhitzekessel 4 und Wärmesenke 30.
• Die thermodynamischen Verhältnisse im Zusammenhang mit der Abgasladegruppe sind im unteren Teil dargestellt. Mit a ist der Zustand der angesaugten Frischluft dargestellt. Die Frischluft liegt üblicherweise bei einem Normaldruck von ca. 1 bar einer Temperatur von im Bereich von z. B. 15 Grad Celsius vor. Die Frischluft wird nun vom Ladeverdichter 36 gemäss Pfeil in den Zustand b gebracht, d. h. auf den Aufladedruck von 4 bar.
• Gleichzeitig findet eine Erwärmung auf im Bereich von 170 Grad Celsius statt.
• Ebenfalls dargestellt mit c ist der Zustand des heissen Verbrennungsgases, welches zum Treiben der Laderturbine 32 aus dem Abhitzekessel 4 entnommen wird. Die Temperatur dieses heissen Verbrennungsgases c liegt beispielsweise bei ca. 260 Grad Celsius und natürlich beim Prozess-Niederdruck von ebenfalls 4 bar. Die Laderturbine 32 entspannt dieses Verbrennungsgas in den Zustand d, also Umgebungsdruck, 1 bar, und auf eine Temperatur um 100 bis 110 Grad Celsius. Für einen Aufladedruck von 4 bar werden die obengenannten Temperaturen erreicht, wenn man für Laderturbine 32 und Ladeverdichter 36 polytrope Wirkungsgrade von je 88 Prozent annimmt. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Verdichter
  2 Brennkammer
  3 Turbine
  4 Abhitzedampferzeuger
  5 Kühler, Kondensator
  8 Generator
  9 Hochdruck-Dampfturbine
  10 Niederdruck-Dampfturbine
  11 teilentspannter Dampf
  12 entspannter Dampf
  13 Kondensat
  14 Zusatzwasser
  15 Kreislaufmedium nach Abhitzedampferzeuger
  16 Frischdampfleitung
  17 Dampf
  18 Dampf
  19 Kreislaufmedium
  20 Brennstoff
  21 Kühlmittel
  22 Welle
  23 Abgasleitung; Kreislaufmedium
  25 Pumpe
  26 Vorwärmer; Economizer
  27 Dampftrommel
  28 Verdampfer
  29 Überhitzer
  30 Kühler
  31 Entnahmemittel
  32 Laderturbine
  33 Ausgang der Laderturbine; Abgastrakt
  34 elektrische Maschine
  35 Eintritt in Ladeverdichter, Frischluft
  36 Ladeverdichter
  37 Zuführmittel
  38 Abgasladegruppe
  39 Leitung zum Rekuperator
  40 Rekuperator
  41 komprimierte Verbrennungsluft aus Kompressor
  42 komprimierte und vorgewärmte Verbrennungsluft aus Rekuperator
  43 Strömungsweg vom Ladeverdichter in Rekuperator
  44 Ausgang des Rekuperator
  A Kompressionsschritt
  B Verbrennungsschritt
  C Entspannungsschritt (Turbine)
  D Abkühlungsschritt (Abhitzekessel und Kühler)
  a angesaugte Luft in Ladeverdichter
  b verdichtete Luft hinter Ladekompressor
  c in Laderturbine eingespiesenes Gas
  d entspanntes Gas hinter Laderturbine
  

Claims (12)

1. Krafterzeugungsanlage aufweisend wenigstens eine im Wesentlichen im geschlossen Kreislauf arbeitende Gasturbogruppe, welche im Wesentlichen wenigstens einen Verdichter (1), wenigstens eine stromab des Verdichters (1) angeordnete Brennkammer (2), und wenigstens eine stromab der Brennkammer (2) angeordnete Turbine (3), sowie eine stromab einer letzten Turbine und stromauf eines ersten Verdichters angeordnete Wärmesenke (4, 40, 30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg des Kreislaufmediums (15, 19, 23) des Gasturbinenkreislaufs zwischen einer letzten Turbine und der Wärmesenke Entnahmemittel (31) angeordnet sind, welche mit dem Eintritt der Laderturbine (32) einer Abgasladegruppe (38) verbunden sind, und dass stromab der Entnahmemittel Zuführmittel (37, 43) angeordnet sind, welche mit dem Auslass des Ladeverdichters (36) der Abgasladegruppe verbunden sind.

2. Krafterzeugungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Welle von Laderturbine (32) und Ladeverdichter (36) mit einer Hilfsmaschine (34) gekoppelt ist.

3. Krafterzeugungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmaschine (34) eine elektrische Maschine ist, welche für einen elektromotorischen wie für einen generatorischen Betrieb ausgerüstet ist.

4. Krafterzeugungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke wenigstens ein Mittel zur Abwärmenutzung (4, 40) des aus des letzten Turbine austretenden Kreislaufmediums (23) beinhaltet.

5. Krafterzeugungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmemittel (31) und die Zuführmittel (43) an der Wärmesenke (4, 40, 30), insbesondere an den Mitteln zur Abwärmenutzung (4, 40) angeordnet sind, dergestalt, dass die Temperatur des Kreislaufmediums an den Entnahmemitteln höher ist als die Temperatur des Kreislaufmediums an den Zuführmitteln.

6. Krafterzeugungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (17, 42) zur Eindüsung einer Dampf- und/oder Wassermenge in den Gasturbinenkreislauf an einer geeigneten Stelle der Gasturbogruppe angeordnet sind.

7. Krafterzeugungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfmenge aus als Abhitzedampferzeuger (4) ausgeführten Mitteln zur Abwärmenutzung (4, 40) stammt, und aus dem Abhitzedampferzeuger (4) oder von einer der Eindüsungsstelle druckmässig angepassten Stelle (18) eines Dampfkreislaufes herangeführt wird.

8. Verfahren zum Betrieb einer Krafterzeugungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Kreislaufmedium (19) in wenigstens einem Verdichter (1) verdichtet wird, dem Kreislaufmedium in wenigstens einer Brennkammer (2) durch Verbrennung eines Brennstoffes (20) Wärme zugeführt wird, das erwärmte Kreislaufmedium in wenigstens einer Turbine (3) unter Abgabe einer Leistung entspannt wird, und das entspannte Kreislaufmedium (23) in wenigstens einer Wärmesenke (4, 40, 30) abgekühlt und wieder dem Verdichter zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kreislaufmedium nach der Entspannung und vor dem Wiedereintritt in den Verdichter durch einen Ladeverdichter (36) einer Abgasladegruppe (38) Frischgas zugeführt wird, und dass ein Teilstrom des Kreislaufmediums durch die Laderturbine (32) der Abgasladegruppe (38) unter Leistungsabgabe abgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der Gasturbogruppe im wesentlichen durch den Druck vor dem Verdichtereintritt geregelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Druckes vor dem Verdichtereintritt der Betriebspunkt der Abgasladegruppe (38) durch die Regelung einer mit dieser gekoppelten Hilfsmaschine (34) variiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an geeigneter Stelle Dampf und/oder Wasser in den Kreislauf der Gasturbogruppe eingedüst wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Kreislaufmedium vor dem Eintritt in den ersten Verdichter Wasser auskondensiert und abgeführt wird.