DE19952884A1 - Operation method for carbon dioxide gas turbine system, involves using combustion chamber in which fuel is burnt with oxygen, with at least one turbine and one generator - Google Patents
Operation method for carbon dioxide gas turbine system, involves using combustion chamber in which fuel is burnt with oxygen, with at least one turbine and one generatorInfo
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Abstract
Description
Bei der Erfindung handelt es sich um eine CO2-Gasturbinenanlage und Verfahren zum Betrieb derselben.The invention is a CO 2 gas turbine system and method for operating the same.
Maschinen mit innerer Verbrennung verbrennen ihren Brennstoff in komprimierter Atmosphärenluft und vermischen ihre Verbrennungsgase inhärent mit dieser Luft und dem nicht ausgenutzten Restsauerstoff. Die fast immer kohlenstoffhaltigen Brennstoffe erzeugen dabei unter anderen CO2, welches als Treibhausgas gilt. Die verbreitete Nutzung fossiler Brennstoffe setzt heute so grosse Mengen von CO2 frei, dass dies in absehbarer Zeit ein Risiko für das Weltklima darstellen dürfte. Es ist daher bereits eine intensive Suche nach CO2-freien Technologien im Gange. Machines with internal combustion burn their fuel in compressed atmospheric air and inherently mix their combustion gases with this air and the unused residual oxygen. The almost always carbon-containing fuels produce CO 2 , which is considered a greenhouse gas. The widespread use of fossil fuels releases so large amounts of CO 2 today that this is likely to pose a risk to the global climate in the foreseeable future. An intensive search for CO 2 -free technologies is already underway.
Die Stromversorgung ist heute von der Nutzung fossiler Brennstoffenergien in Maschinen mit innerer Verbrennung bestimmt, wobei die Entsorgung des stark verdünnten CO2 in die Atmosphäre geschieht.The current supply is determined by the use of fossil fuel energy in machines with internal combustion, whereby the highly diluted CO 2 is disposed of in the atmosphere.
Eine weitere bekannte Möglichkeit ist die Rezirkulation von abgekühlten Abgasen in die Ansaugung von Maschinen mit innerer Verbrennung. Dies kann in einem Ausmass geschehen, dass der Sauerstoff der Luft gerade aufgebraucht wird. In diesem Fall bleibt das Abgas aber immer noch mit dem Luftstickstoff vermischt und das CO2-Abscheidungsproblem ist damit nur marginal verkleinert.Another known possibility is the recirculation of cooled exhaust gases into the intake of machines with internal combustion. This can happen to such an extent that the oxygen in the air is being used up. In this case, however, the exhaust gas remains mixed with the atmospheric nitrogen and the CO 2 separation problem is only marginally reduced.
Neben Stickoxiden erzeugen alle luftbetriebenen Verbrennungsmaschinen auch Stickoxide, welche als Luftschadstoffe wirken, und deren Entstehung mit kostspieligen Massnahmen bekämpft wird. Problematisch ist weiter bei einem CO2-Kraftwerk die Abscheidung der in den Prozess eingeschleppten Internet Gase.In addition to nitrogen oxides, all air-powered internal combustion engines also generate nitrogen oxides, which act as air pollutants, and the formation of which is combated with costly measures. Another problem with a CO 2 power plant is the separation of the Internet gases introduced into the process.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Schaltung der eingangs genannten Art das anfallende CO2 umweltschonend zu entsorgen, gleichzeitig liegt hier der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die ebenfalls anfallenden Luftstickoxide oder andere nicht kondensierbare Gase zu eliminieren.The invention seeks to remedy this. The invention, as characterized in the claims, is based on the object, in a method and a circuit of the type mentioned, to dispose of the resulting CO 2 in an environmentally friendly manner. At the same time, the invention is based on the object of not also generating nitrogen oxides or others to eliminate condensable gases.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Abgase der Gasturbine über einen Wärmetauscher geleitet werden, danach H2O abgespalten wird, wonach die Rauchgas in einen Kondensator gelangen, welcher das CO2 verflüssigt und einen Teil des CO2 und nicht kondensierbare Gase abscheidet, und der andere Teil des CO2 über eine Pumpe, welche das verflüssigte, unterkritische CO2 auf einen überkritischen Druck fördert, zur Brennkammer vor der Gasturbine gelangt, wo Rauchgase erzeugt werden, mit denen die Gasturbine betrieben wird. According to the invention the object is achieved in that the exhaust gases of the gas turbine are passed through a heat exchanger, then H 2 O is split off, after which the flue gas pass into a condenser which liquefies the CO2 and deposits a portion of the CO 2 and non-condensable gases, and the other part of the CO 2 via a pump, which conveys the liquefied, subcritical CO 2 to a supercritical pressure, reaches the combustion chamber in front of the gas turbine, where flue gases are generated with which the gas turbine is operated.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass hier ein Verfahren vorgeschlagen wird, bei welchem das CO2 in reiner Form und unter Druck, zwecks nachfolgender Verflüssigung, abgegeben wird.The main advantages of the invention can be seen in the fact that here a method is proposed in which the CO 2 is released in pure form and under pressure for the purpose of subsequent liquefaction.
Dabei geht das Verfahren von einem CO2-Prozess mit einer inneren Verbrennung aus, bei welchem zur Erhitzung der sich im Kreislaufs befindlichen CO2-Masse, welche Erhitzung vorzugsweise anhand eines gasförmigen Brennstoffes bewerkstelligt wird, nur jene erforderliche Sauerstoffmenge zugeführt wird, die zur Oxydation eben dieses Brennstoffs notwendig ist.The method is based on a CO 2 process with an internal combustion, in which only the required amount of oxygen that is required for oxidation is supplied to heat the CO 2 mass in the circuit, which heating is preferably accomplished using a gaseous fuel this fuel is necessary.
Durch eine entsprechende Abzapfung von CO2 aus dem Kreislauf an geigneter Stelle kann fortlaufend der Aufladungsgrad und damit die Leistung des Prozesses geregelt werden.The degree of charging and thus the performance of the process can be regulated continuously by appropriately tapping CO 2 from the circuit at a suitable point.
Anschliessend, durch Auskondensierung des aus dem Prozess ausgeschiedenen CO2 wird sodann jener Aggregatzustand dieses Gases bewerkstelligt, bei welchem sich das anfallende CO2 unter umweltschonenden Gesichtspunkten, insbesondere was die Treibhausproblematik betrifft, leicht entsorgen lässt.Then, by condensing out the CO 2 separated out of the process, that state of aggregation of this gas is then brought about in which the resulting CO 2 can be easily disposed of from an environmentally friendly point of view, in particular with regard to the greenhouse problem.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass hiermit Abhilfe gegen die Tatsache geschaffen wird, dass alle luftatmenden Verbrennungsmaschinen auch Stickoxide erzeugen, welche als Luftschadstoffe wirken und deren Entstehung mit kostspieligen Massnahmen bekämpft werden muss, dies nicht zuletzt im Lichte der weltweit restriktiven Gesetze über die zulässigen Schadstoffemissionen. Indem bei Rezirkulationsbetrieb mit reinem Sauerstoff kein Luftstickstoff in die Flamme kommt, entsteht auch kein NOx. Falls der Brennstoff gebundenen Stickstoff mitbringen sollte, ist zwar mit einer geringen NOx-Bildung zu rechnen. Da aber das Überschussgas eine viel kleiner Menge als das Abgas bei Luftbetrieb darstellt, ist dessen Nachbehandlung einfacher und billiger. Another important advantage of the invention is that it provides a remedy for the fact that all air-breathing internal combustion engines also generate nitrogen oxides, which act as air pollutants and the emergence of which must be combated with costly measures, not least in the light of the worldwide restrictive measures Laws on permissible pollutant emissions. Since no atmospheric nitrogen comes into the flame during recirculation with pure oxygen, there is no NO x . If the fuel should bring bound nitrogen, a low NO x formation is to be expected. However, since the excess gas represents a much smaller amount than the exhaust gas in air operation, its aftertreatment is easier and cheaper.
Weiter ist mit dem erfindungsgemässen CO2-Kraftwerk eine Abscheidung von inerten Gasen, welche beispielsweise durch die gasförmige Energiezufuhr eingeschleppt werden, vereinfacht möglich. Auf diese Weise wird auch die Verunreinigung und der evtl. damit verbundenen Wirkungsgradverlust des CO2-Kreislaufs minimiert.Furthermore, with the CO 2 power plant according to the invention, separation of inert gases, which are introduced, for example, by the gaseous energy supply, is simplified. This also minimizes contamination and the associated loss of efficiency of the CO 2 cycle.
Vorteilhafte und zweckmässige Ausführungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösungen sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous and expedient designs of the inventive Task solutions are characterized in the other claims.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines CO2-Kraftwerks mit erfindungsgemässer Schaltung, Fig. 1 is a schematic representation of a CO 2 -Kraftwerks with an inventive circuit,
Fig. 2 T-S-Diagramm des erfindungsgemässen CO2-Kreislaufs, Fig. 2 TS diagram of the inventive CO 2 cycle,
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer schematische Darstellung eines CO2-Kraftwerks mit erfindungsgemässer Schaltung, Fig. 3 shows a second embodiment of a schematic diagram of a CO 2 -Kraftwerks with an inventive circuit,
Fig. 4 T-S-Diagramm des erfindungsgemässen CO2-Kreislaufs gemäss Fig. 3, Fig. 4 TS diagram of the inventive CO 2 cycle according to FIG. 3,
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform einer schematische Darstellung eines CO2-Kraftwerks mit erfindungsgemässer Schaltung und Fig. 5 shows a third embodiment of a schematic representation of a CO 2 power plant with the circuit according to the invention and
Fig. 6 T-S-Diagramm des erfindungsgemässen CO2-Kreislaufs gemäss Fig. 5. Fig. 6 TS diagram of the inventive CO 2 cycle according to Fig. 5.
Es sind nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Gleiche Elemente werden in verschiedenen Zeichnungen gleich bezeichnet.Only the elements essential to the invention are shown. Same Elements are identified in the same way in different drawings.
Fig. 1 zeigt eine Gasturbine 3 mit geschlossenem CO2-Kreislauf nach erfindungsmässiger Schaltung. Dieser Kreislauf besteht aggregatenmässig aus einer Pumpe 1, einem mit dieser Pumpe 1 gekoppelten Generator 5, einer mit der Pumpe 1 gekoppelten Gasturbine 3, einer zwischen Pumpe 1 und Gasturbine 3 wirkende Brennkammer 2. Die Kopplung der Strömungsmaschinen 1 und 3 kann anhand einer gemeinsamen Welle 19 bewerkstelligt werden. Das von der Pumpe 1 angesaugte Kreislaufmedium, bei dem es sich vorwiegend um CO2 handelt, strömt nach erfolgter Kompression durch die Pumpe 1 in die Brennkammer 2, in welcher die kalorische Aufbereitung dieses Mediums stattfindet, das dann als Heissgase 21 die Gasturbine 3 beaufschlagt. Nach der Verdichtung wird das komprimierte Umlaufgas, wie bereits dargelegt, der Brennkammer 3 zugeführt. Die Abgase 20 der Gasturbine 3 werden an einem Wärmetauscher 11 vorbei geleitet, danach wird flüssiges Wasser über ein Ventil 10 abgespalten. Die Abgase 20 werden weiter in einen Kondensator 4 geleitet, in welchem sie verflüssigt werden. Über ein Ventil 8, das die Funktion eines Überschussgasventil erfüllt, wird dieser CO2-Anteil aus dem geschlossenen Kreislauf abgelassen. Das Umlaufgas besteht überwiegend aus CO2, enthält aber allenfalls auch noch parasitische Gase, welche mit dem Sauerstoff und Brennstoff sowie beim Anfahren mit Luft eingeschleppt worden sind, sowie Umwandlungsprodukte davon, beispielsweise NOX. Nach der Kondensation des CO2 in einem Kondensator 4 wird dieser verflüssigte CO2-Massenstrom zur Entsorgung abgeführt, beispielsweise und/oder vorzugsweise auf dem Meeresgrund oder in eine ausgebeutete Erdgaslagerstätte. Diese Entsorgung an geeigneter Stelle mit geeigneten Mitteln löst schlagartig und nachhaltig die Problematik des Treibhauseffekts durch den ständigen Ausstoss vom gasförmigen CO2 in die Atmosphäre. Daneben werden die parasitischen Gase ebenfalls in Wirkverbindung mit dem genannten Kondensator 4 über ein Ventil 9 ausgeschieden, wobei dieser sehr kleine Massenstrom einer weiteren Separation unterworfen werden kann oder an die Atmosphäre abgegeben wird. Im Zusammenhang mit dem Betrieb der Brennkammer 2 wird die in einer Luftzerlegungsanlage produzierte Sauerstoffmenge 7 in einem Kompressor nachkomprimiert und über ein Regelorgan in die Brennkammer 2 eingegeben. Parallel dazu strömt auch ein über ein Regelorgan entsprechend abgestimmter Brennstoff 6, der vorzugsweise Erdgas ist, oder auch andere Kohlenwasserstoffe oder CO oder Gemische derselben, in die Brennkammer 3, wobei mit der zugegebenen Sauerstoffmenge 7 die kalorische Aufbereitung des komprimierten Umlaufgases bewerkstelligt wird. Das aus der Brennkammer kommende Heissgas wird anschliessend in der nachgeschalteten Gasturbine 2 entspannt. Im Sinne des hier gezeigten geschlossenen Kreislaufes werden die aus der Gasturbine 3 abströmenden Abgase 20 durch einen Wärmetauscher 11 geleitet. Fig. 1 shows a gas turbine 3 with a closed CO 2 circuit after switching according to the invention. This circuit consists of a pump aggregate moderately 1, an input coupled to the pump 1 generator 5, a source coupled to the pump 1 the gas turbine 3, an intermediate pump 1 and gas turbine 3 acting combustor. 2 The coupling of the flow machines 1 and 3 can be accomplished using a common shaft 19 . The circulating medium sucked in by the pump 1 , which is predominantly CO 2 , flows after the compression through the pump 1 into the combustion chamber 2 , in which the calorific treatment of this medium takes place, which then acts on the gas turbine 3 as hot gases 21 . After compression, the compressed recycle gas, as already explained, is fed to the combustion chamber 3 . The exhaust gases 20 of the gas turbine 3 are conducted past a heat exchanger 11 , after which liquid water is split off via a valve 10 . The exhaust gases 20 are passed on to a condenser 4 , in which they are liquefied. This CO 2 component is discharged from the closed circuit via a valve 8 , which fulfills the function of an excess gas valve. The circulating gas consists predominantly of CO 2 , but possibly also contains parasitic gases which have been introduced with the oxygen and fuel and when starting with air, as well as conversion products thereof, for example NO x . After the condensation of the CO 2 in a condenser 4 , this liquefied mass flow of CO 2 is discharged for disposal, for example and / or preferably on the sea bed or in an exploited natural gas deposit. This disposal at a suitable location with suitable means suddenly and sustainably solves the problem of the greenhouse effect through the constant emission of gaseous CO 2 into the atmosphere. In addition, the parasitic gases are also eliminated in operative connection with the aforementioned condenser 4 via a valve 9 , this very small mass flow being able to be subjected to a further separation or being released into the atmosphere. In connection with the operation of the combustion chamber 2 , the amount of oxygen 7 produced in an air separation plant is post-compressed in a compressor and input into the combustion chamber 2 via a control element. At the same time, a fuel 6 , which is preferably natural gas, or other hydrocarbons or CO or mixtures thereof, also flows into the combustion chamber 3 , a calorific treatment of the compressed recycle gas being accomplished with the added amount of oxygen 7 . The hot gas coming from the combustion chamber is then expanded in the downstream gas turbine 2 . In the sense of the closed circuit shown here, the exhaust gases 20 flowing out of the gas turbine 3 are passed through a heat exchanger 11 .
Bei der hier gezeigten Schaltung handelt es sich streng genommen um einen quasi-geschlossenen Kreislauf, der druckfest ausgebildet ist, wobei bei verschiedenen Betriebsarten auch eine vakuumfeste Kreislaufführung möglich ist. Durch Drosseln oder Öffnen des Überschussgasventils 8 lädt sich der Kreislauf von selbst auf oder ab, wobei der umlaufende Massenstrom und die Leistung entsprechend steigen oder sinken. Die Anlage hat im ganzen Druckbetrieb, soweit das CO2 innerhalb des Kondensationsbereichs E-A liegt, etwa einen konstanten Wirkungsgrad.Strictly speaking, the circuit shown here is a quasi-closed circuit which is designed to be pressure-resistant, and a vacuum-tight circuit is also possible in various operating modes. By throttling or opening the excess gas valve 8 , the circuit charges up or down by itself, the circulating mass flow and the output correspondingly increasing or decreasing. As long as the CO 2 is within the condensation range EA, the system has approximately a constant efficiency throughout the printing operation.
Der Kreisprozess der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung einer CO2- Gasturbinenanlage wird in der Fig. 2 im T-S-Diagramm vom CO2 verdeutlicht. Die Arbeitspunkte A, B, X, C, D, E entsprechen den in der Fig. 1 bezeichneten Punkten. In der Fig. 2 wird auch das Nassdampfgebiet des CO2 mit dem Kritischen Punkt KP dargestellt. Die Erfindung liegt darin, dass vom Arbeitspunkt D, welcher nach der Entspannung der Gasturbine vorliegt, durch den Wärmetauscher 11 und den Wärmetauscher 12 soviel Wärme entzogen wird, dass das CO2-Nassdampfgebiet erreicht und durchquert wird und CO2 in flüssiger Form vorliegt, welches einfach abgezogen werden kann. Durch den Einsatz der Pumpe 1, welche mit einer sehr kleinen Arbeitsleistung das flüssige CO2 verdichtet und dadurch wieder in den gasförmigen Zustand fördert (Arbeitspunkte von A nach B), wird in dieser Schaltung ein leistungsintensiver Kompressor vermieden. Im Prinzip ist es möglich, vom Arbeitspunkt B nach C durch reine Energiezufuhr durch die Brennkammer 2 zu kommen. Ein Teil kann aber durch den regenerativen Einsatz der entzogenen Wärme erreicht werden, so dass bereits ein Arbeitspunkt X erreicht wird.The cycle of the circuit of a CO 2 gas turbine system shown in FIG. 1 is illustrated in FIG. 2 in the TS diagram of CO 2 . The operating points A, B, X, C, D, E correspond to the points designated in FIG. 1. In FIG. 2, also the wet steam region of the CO 2 is represented by the critical point CP. The invention resides in that from the working point D, which is present after the expansion of the gas turbine, the heat exchanger 11 and the heat exchanger 12 remove so much heat that the CO 2 wet steam area is reached and traversed and CO 2 is in liquid form, which can be easily removed. By using the pump 1 , which compresses the liquid CO 2 with a very small amount of work and thereby conveys it back to the gaseous state (working points from A to B), a power-intensive compressor is avoided in this circuit. In principle, it is possible to get from operating point B to C through pure energy supply through combustion chamber 2 . However, some can be achieved through the regenerative use of the extracted heat, so that an operating point X is already reached.
Fig. 3, eine im Grundprinzip der Fig. 1 sehr ähnlichen Schaltung, unterscheidet sich insbesondere gegenüber Fig. 1 darin, dass hier nur ein Teilstrom des CO2 das Nassdampfgebiet durchquert, während der andere Teilstrom vor dem Kondensator abgespalten und über einen Verdichter 18 geleitet wird, bevor es dem Kreislauf vor der Brennkammer 2 wieder zugeführt wird. Das hat den Vorteil, dass im Punkt O eine höhere Temperatur erreicht wird, weil die den Abgasen im Wärmetauscher 11 entzogene Wärme dem Kreislauf nach der Pumpe 1 durch einen Wärmetauscher 14 wieder zugeführt wird. Im T-S-Diagramm, welches in der Fig. 4 dargestellt ist, wird dieser rekuperative Einsatz der Wärme in dem Prozess durch die Arbeitspunkte D-N (Wärmeentzug nach der Gasturbine 3) und den Arbeitspunkten B-O (Wärmerückführung nach Pumpe 1) dargestellt. Ein Teil des CO2-Gases wird von N nach O durch polytrope Verdichtung vorgewärmt. Fig. 3, a very similar in the basic principle of the Fig. 1 circuit, differs in particular to Fig. 1 in that only a partial stream of the CO 2 passing through the wet steam region, while the other part stream cleaved prior to the condenser and passed through a compressor 18 is before it is returned to the circuit in front of the combustion chamber 2 . This has the advantage that a higher temperature is reached at point O because the heat extracted from the exhaust gases in the heat exchanger 11 is returned to the circuit after the pump 1 by a heat exchanger 14 . In the TS diagram, which is shown in FIG. 4, this recuperative use of the heat in the process is represented by the working points DN (heat extraction after the gas turbine 3 ) and the working points BO (heat recirculation after pump 1 ). Part of the CO 2 gas is preheated from N to O by polytropic compression.
Die Fig. 5 zeigt einen geschlossenen mit CO2 aufgeladenen Gasturbinenprozess, welcher so betrieben wird, dass der Brennkammer 2 der Brennstoff, hier als CH4, und der dazugehörige Oxydator, hier als O2, zugeführt wird, wobei auch hier als Ziel feststeht, das entstandene überschüssige CO2 und das H2O an geeigneter Stelle auszuscheiden. In der Ausführungsform der Fig. 5 werden die Abgase 20, welche von der Gasturbine 3 kommen, in einem Verdichter 18 verdichtet und erst danach, nach rekuperativem Wärmeentzug, dem Kondensator 4 zugeführt, in welchem ein Teilstrom des verflüssigten CO2 abgezogen wird. Der Verdichter 18 ist, wie auch in der Ausführungsform der Fig. 3, auf einer gemeinsamen Welle mit der Pumpe 1, der Gasturbine 3 und dem Generator 5 angeordnet. Die Fig. 5 zeigt den Einsatz dreier rekuperativer Wärmetauscher, welche die Wärme der Abgase 20 (durch Wärmetauscher 15, 16) und das erwärmte, verdichtete CO2 (nach Verdichter 18) der Leitung 17 nach der Pumpe 1 zuführt, welche das CO2 mit maximal möglicher Vorwärmtemperatur zur Brennkammer 2 leitet. Das der Schaltung entsprechende T-S-Diagramm ist in der Fig. 6 dargestellt. Die Arbeitspunkte D-L (erster Wärmetauscher 16 nach Gasturbine 3), L-M (zweiter Wärmetauscher 15 nach Gasturbine 3), und I-H (Wärmetauscher 14 nach Verdichter 18) verdeutlichen diesen Wärmeübergang in der Fig. 6 zu den Arbeitspunkten B-F (korrespondierend auf der Seite der Leitung 17 zu den beiden Wärmetauschern 14, 15) und F-G (korrespondierend zu Wärmetauscher 16). Der Einsatz der Wärmetauscher 14, 15, 16 dient zur Brennstoffeinsparung. Nach wie vor wird Wasser durch ein Ventil 10 nach dem Wärmetauscher 14 abgespalten. Zusätzlich kann vor dem Verdichter 18 ein Wärmetauscher 13 angeordnet sein. FIG. 5 shows a closed charged with CO 2 gas turbine process, which is operated so that the combustion chamber 2 of the fuel, is herein supplied as CH 4, and the corresponding oxidant to herein as O 2, where here too it is established as a target, the resulting excess CO 2 and H 2 O are excreted at a suitable point. In the embodiment of FIG. 5, the exhaust gases 20 , which come from the gas turbine 3, are compressed in a compressor 18 and only then, after recuperative heat removal, are fed to the condenser 4 , in which a partial stream of the liquefied CO 2 is drawn off. As in the embodiment in FIG. 3, the compressor 18 is arranged on a common shaft with the pump 1 , the gas turbine 3 and the generator 5 . FIG. 5 shows the use of three recuperative heat exchangers, which heat the exhaust gases 20 (through heat exchangers 15 , 16 ) and the heated, compressed CO 2 (after compressor 18 ) to line 17 to pump 1 , which supplies the CO 2 with the maximum possible preheating temperature to the combustion chamber 2 . The TS diagram corresponding to the circuit is shown in FIG. 6. The working points DL (first heat exchanger 16 after gas turbine 3 ), LM (second heat exchanger 15 after gas turbine 3 ), and IH (heat exchanger 14 after compressor 18 ) illustrate this heat transfer in FIG. 6 to the working points BF (corresponding on the line side 17 to the two heat exchangers 14 , 15 ) and FG (corresponding to heat exchanger 16 ). The use of heat exchangers 14 , 15 , 16 serves to save fuel. As before, water is split off through a valve 10 after the heat exchanger 14 . In addition, a heat exchanger 13 can be arranged in front of the compressor 18 .
Die rein thermodynamische Schaltung dieser drei Kreislaufsysteme sind in Verbindung mit einer unmittelbaren Wärmezufuhr durch innere Verbrennung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff mit O2 zu setzen.The purely thermodynamic circuitry of these three circulation systems must be combined with an immediate supply of heat by internal combustion of carbon-containing fuel with O 2 .
11
Pumpe
pump
22nd
Brennkammer
Combustion chamber
33rd
Gasturbine
Gas turbine
44th
Kondensator
capacitor
55
Generator
generator
66
Leitung für CH4
Head of CH 4
77
Leitung für O2
Line for O 2
88th
Ventil
Valve
99
Ventil
Valve
1010th
Ventil
Valve
1111
Wärmetauscher
Heat exchanger
1212th
Wärmetauscher
Heat exchanger
1313
Wärmetauscher
Heat exchanger
1414
Wärmetauscher
Heat exchanger
1515
Wärmetauscher
Heat exchanger
1616
Wärmetauscher
Heat exchanger
1717th
Leitung nach Pumpe Line after pump
11
1818th
Verdichter
compressor
1919th
Welle
wave
2020th
Abgase
Exhaust gases
2121
Heissgase
A, B, C, D, E, F, G, H, I, L, K, M, N, O, X = Zustandspunkte im T-S-
Diagramm vom CO2
Hot gases
A, B, C, D, E, F, G, H, I, L, K, M, N, O, X = state points in the TS diagram of CO 2
KP Kritischer Punkt
KP Critical point
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003027460A1 (en) * | 2001-09-25 | 2003-04-03 | Alstom Technology Ltd | Method for operating a power station using co2 |
| EP1429000A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for operating a gas turbine comprising a fossile fuel combustion chamber |
| US20130104525A1 (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-02 | 8 Rivers Capital, Llc | Integrated lng gasification and power production cycle |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2140873A (en) * | 1983-06-03 | 1984-12-05 | Gen Electric | Closed-cycle gas turbine chemical processor |
| US4498289A (en) * | 1982-12-27 | 1985-02-12 | Ian Osgerby | Carbon dioxide power cycle |
| US5175995A (en) * | 1989-10-25 | 1993-01-05 | Pyong-Sik Pak | Power generation plant and power generation method without emission of carbon dioxide |
| DE4303174A1 (en) * | 1993-02-04 | 1994-08-18 | Joachim Dipl Ing Schwieger | Method for the generation of electrical energy |
| US5802840A (en) * | 1994-03-08 | 1998-09-08 | Crg Kohlenstoffrecycling Ges.Mbh | Process for the low-pollutant conversion of fossil fuels into mechanical power |
| US5832712A (en) * | 1994-02-15 | 1998-11-10 | Kvaerner Asa | Method for removing carbon dioxide from exhaust gases |
| DE19728151A1 (en) * | 1997-07-03 | 1999-01-07 | Linde Ag | Power production method using gas turbine principle |
-
1999
- 1999-11-03 DE DE19952884A patent/DE19952884A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4498289A (en) * | 1982-12-27 | 1985-02-12 | Ian Osgerby | Carbon dioxide power cycle |
| GB2140873A (en) * | 1983-06-03 | 1984-12-05 | Gen Electric | Closed-cycle gas turbine chemical processor |
| US5175995A (en) * | 1989-10-25 | 1993-01-05 | Pyong-Sik Pak | Power generation plant and power generation method without emission of carbon dioxide |
| DE4303174A1 (en) * | 1993-02-04 | 1994-08-18 | Joachim Dipl Ing Schwieger | Method for the generation of electrical energy |
| US5832712A (en) * | 1994-02-15 | 1998-11-10 | Kvaerner Asa | Method for removing carbon dioxide from exhaust gases |
| US5802840A (en) * | 1994-03-08 | 1998-09-08 | Crg Kohlenstoffrecycling Ges.Mbh | Process for the low-pollutant conversion of fossil fuels into mechanical power |
| DE19728151A1 (en) * | 1997-07-03 | 1999-01-07 | Linde Ag | Power production method using gas turbine principle |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 0004279729 AA * |
| 0009250359 AA * |
| 0011241618 AA * |
| 0011315727 AA * |
| JP Patent Abstracts of Japan: 0004191418 AA * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003027460A1 (en) * | 2001-09-25 | 2003-04-03 | Alstom Technology Ltd | Method for operating a power station using co2 |
| DE10147000B4 (en) * | 2001-09-25 | 2012-02-02 | Alstom Technology Ltd. | Method for operating a power plant |
| EP1429000A1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for operating a gas turbine comprising a fossile fuel combustion chamber |
| US7299637B2 (en) | 2002-12-09 | 2007-11-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for operating a gas turbine with a fossil-fuel fired combustion chamber |
| US20130104525A1 (en) * | 2011-11-02 | 2013-05-02 | 8 Rivers Capital, Llc | Integrated lng gasification and power production cycle |
| KR20140104953A (en) * | 2011-11-02 | 2014-08-29 | 8 리버스 캐피탈, 엘엘씨 | Power generating system and corresponding method |
| CN104160130A (en) * | 2011-11-02 | 2014-11-19 | 八河流资产有限责任公司 | Power generating system and corresponding method |
| AU2012332494B2 (en) * | 2011-11-02 | 2016-07-07 | 8 Rivers Capital, Llc | Power generating system and corresponding method |
| US9523312B2 (en) * | 2011-11-02 | 2016-12-20 | 8 Rivers Capital, Llc | Integrated LNG gasification and power production cycle |
| US10415434B2 (en) | 2011-11-02 | 2019-09-17 | 8 Rivers Capital, Llc | Integrated LNG gasification and power production cycle |
| KR102044831B1 (en) * | 2011-11-02 | 2019-11-15 | 8 리버스 캐피탈, 엘엘씨 | Power generating system and corresponding method |
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