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DE3618745A1 - System zur energieumwandlung - Google Patents

System zur energieumwandlung

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Publication number
DE3618745A1
DE3618745A1 DE19863618745 DE3618745A DE3618745A1 DE 3618745 A1 DE3618745 A1 DE 3618745A1 DE 19863618745 DE19863618745 DE 19863618745 DE 3618745 A DE3618745 A DE 3618745A DE 3618745 A1 DE3618745 A1 DE 3618745A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
steam
line
gas turbine
air
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19863618745
Other languages
English (en)
Inventor
David Horace Pittsburgh Pa. Archer
James Robert Export Pa. Hamm
Edward James Pittsburgh Pa. Vidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Westinghouse Electric Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of DE3618745A1 publication Critical patent/DE3618745A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/003—Gas-turbine plants with heaters between turbine stages
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/26—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension
    • F02C3/28—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension using a separate gas producer for gasifying the fuel before combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung von elektrischer Energie und Dampf, sowie gegebenenfalls Prozeßwärme unter Verwendung einer Vergasung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff in Zusammenwirkung mit einer Gasturbine.
Herkömmliche Vergasungssysteme, die Brenngas liefern, sind in Verbindung mit Kreisprozeß-Kraftwerken, welche Sauerstoff aus der Luft separieren oder über einen Sauerstofflieferanten erhalten und eine Brenngaskühlung sowie eine Naßabsorption zur Gasentschwefelung enthalten, sind bestenfalls nur geringfügig weniger kostenintensiv als elektrische Kraftwerke mit kohlegefeuerten Dampferzeugern und einer Entschwefelung der Verbrennungsgase. Es besteht daher ein Bedarf für einen Prozeß mit einer einfachen Wirbelschichtvergasung, welcher mit einer Gasturbinenanlage gekoppelt ist und die Kompressoreinheit der Turbinenanlage zur Sauerstoffversorgung verwendet, um ein heißes, entschwefeltes und mit niederem Feststoffteilchengehalt versehenes Gas zu liefern, das zum Antrieb der Gasburbine dient. Diese Gasturbine soll eine Wärmerückgewinnungsstufe, Nacherhitzer und eine Sprühwasserzwischenkühlung in der Kompressionsstufe für die Luft umfassen.
Damit soll
FS/hh
Damit soll ein integriertes System zur Erzeugung elektrischer Energie mit geringen Kosten entstehen.
Es gibt drei verschiedene Möglichkeiten, um durch Verdunstungs-Luftkühlung während der Kompression in einer Gasturbine die Wirkungsweise eines Gasturbinenzyklus zu verbessern. Es handelt sich dabei um die Naßkompression, eine Zwischenkühlung durch Verdampfung und eine Transpirationskühlung. Bei der Naßkompression werden fein verteilte Wassertropfen in einen Luftstrom am Kompressoreingang eingeleitet und die Kompressionswärme der Luft absorbiert, wenn die Wassertropfen verdampfen. Bei der Verdampfungskühlung wird Wasser in einen Luftstrom in Intervallen während der Kompression eingesprüht. Bei der Transpirationskühlung verdunstet Wasser an einer Kontaktoberfläche zur Luft, wodurch beide, sowohl die Oberfläche als auch die Luft, gekühlt werden.
Bei allen drei Maßnahmen gibt es drei Faktoren, welche geeignet sind, daß Verhalten eines Gasturbinenzyklus zu verbessern.
1. Die Arbeit für die Kompression der Luft wird verringert.
2. Das injizierte Wasser wird über einen Druckbereich verdampft, so daß der Wasserdampf nur über einen Teil des Druckverhältnisses komprimiert wird, wogegen der komprimierte Wasserdampf in der Turbine über den gesamten Druckbereich expandiert.
3. Die Temperatur der komprimierten Luft wird verringert, so daß ein größerer Teil der Turbinenabgaswärme zur Vorerhitzung der Luft absorbiert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der Energieumwandlung für eine elektrische Kraftwerk- und/oder für Prozeßwärme- bzw. Prozeßdampfproduktion zu schaffen, bei der eine Kohlevergasung und ein Gasturbinensystem in einer Anordnung integriert ist, welche eine wesentlich effizientere Erzeugung der elektrischen Energie zuläßt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Die Vorteile
— e2f —
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines integrierten Systems zur Energieumwandlung
und -gewinnung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Kohlevergasungsanlage zur
Verwendung bei dem integrierten System gemäß der Erfindung;
Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform
eines integrierten Systems gemäß der Erfindung.
Das integrierte System zur Energieumwandlung gemäß der Erfindung ist darauf gerichtet, elektrische Energie mit Hilfe einer Kohlevergasung zu erzeugen, wobei der gasförmige Brennstoff entschwefelt wird, vorzugsweise unter Verwendung von Calzium-Carbonat. Dieses System ist mit einer rekuperativen Gasturbine mit Naßkompression gekoppelt, wobei der rekuperativen Gasturbinenverbrennung wassergekühlte Luft zur Verfügung steht und von der Naßkompression ein Teil des Wasser-Luftgemisehes für die Kohlevergasung und die Sulfatierung des sulfidieren Calzium-Carbonates zur Verfügung gestellt wird. Das System hat den Vorteil einer sehr geringen Umweltbelastung aufgrund einer geringen Emission von Kohlenasche und sulfatiertem Calzium-Carbonat, wobei gleichzeitig sehr gering schwefelhaltige Verbrennungsprodukte von der Gasturbine anfallen und die Produktionskosten bei hoher Effizienz niedrig sind.
In Fig. 1 ist eine Vergasungsanlage 1 mit einer Leitung 3 zur Dampfeinspeisung verbunden und wird gleichzeitig über eine Leitung 5 mit Kohle oder einem anderen festen, kohlenhaltigem Brennstoff versorgt. Über eine Leitung 7 wird der Verbrennung ein Luft-Wassergemisch zugeführt und ferner wird über eine Leitung 9 ein festes Absorptionsmaterial für Schwefel oder andere in der Kohle enthaltenen Verunreinigungen zugeführt. Der in der Vergasungsanlage entstehende feste Abbrand wird über eine Leitung 11 abgeführt, während im produzierten gasförmigen Brennstoff enthaltene
Festteile
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Λ.
Festteile über eine Leitung 13 entfernt werden. Der gasförmige Brennstoff selbst wird über eine Leitung 15 aus der Vergasungsanlage 1 abgenommen. Das unter verhältnismäßig hohem Druck stehende Brennstoffgas wird in einem Wasserkühler 17 gekühlt, welchem das Kühlwasser über eine Leitung 19 zugeführt und von welchem überschüssiges Wasser über eine Leitung 21 abgeleitet wird. Der Hauptgrund für die Kühlung des Brenngases besteht darin, die Temperatur des Brenngases in der Leitung 23 auf einen Wert zu reduzieren, der für die Verbrennung in einer Hochdruck-Verbrennungseinheit 25 günstig ist. Ein Teil des unter hohem Druck stehenden Brenngases wird direkt über eine Leitung 27 einer Expansionsstufe 29 zugeführt, welche elektrische Energie über einen angekoppelten Generator 31 liefern kann. Von der Expansionsstufe 29 wird das entspannte Brenngas mit niedrigerem Druck über eine Leitung 33 in eine Niederdruck-Verbrennungseinheit 35 eingespeist. Die heißen Gase von der Hochdruck-Verbrennungseinheit 25 und von der Niederdruck-Verbrennungseinheit 35 werden in einer Gasturbinengruppe 37 weiter verbraucht, wobei diese Gasturbinengruppe eine Kompressionseinheit 39 und zwei Expansionsstufen umfassen kann. Eine luftgekühlte Expansionsstufe 41 und eine dampfgekühlte Expansionsstufe 43 arbeiten zusammen mit einer Kompressionseinheit 39 auf einen Generator 45 zur Erzeugung elektrischer Energie.
Die heißen Abgase der Gasturbinengruppe 37 werden direkt über eine Leitung 47 an eine Wärmerückgewinnungsstufe 49 geleitet und dann über eine Leitung 41 einem Dampferzeugersystem, z.B. in Form eines Abwärme-Wärmetauschers 53, zugeführt. In diesem Abwärme-Wärmetauscher 53 ist ein Hochdruckverdampfer 55 vorgesehen, der über die Leitung 3 Hochdruckdampf zur Verfügung stellt, welcher in die Vergasungsanlage 1 eingespeist wird. Mit einem Niederdruckverdampfer 57 wird in dem Abwärme-Wärmetauscher 53 ein Niederdruckdampf erzeugt, der über die Leitung 59 der dampfgekühlten Expansionsstufe 43 in der Gasturbinengruppe 37 zugeführt wird. Die Abgase des Abwärme-Wärmetauschers 53 werden über eine Leitung 61 abgeleitet. Dem Niederdruckverdampfer wird über eine Leitung 63 Speisewasser zugeführt, wobei in dieser Leitung ein Speisewassererhitzer 65 vorgesehen ist, in welchen ein Teil des Niederdruckdampfes eingespeist wird. Über die Leitung 67, eine Pumpe 69 und einen Hochdruck-Speisewasservorerwärmer 71 im Wärmetauscher wird Speisewasser in den Hochdruckverdampfer 55 eingeleitet.
Die heißen
• S-
Die heißen Abgase der Gasturbinengruppe 37 werden somit in den Abwärme-Wärmetauscher 53 zur Erzeugung des von der Vergasungsanlage benötigten Dampfes benutzt, überschüssiger Hochdruckdampf wird im Wärmetauscher 53 über die Leitung 3 und eine Abflußleitung 70 entfernt, wogegen überschüssiger Niederdruckdampf von der Leitung 59 über eine Abflußleitung 72 entfernt wird, welche als Dampfquelle für andere, parallele Verwendungszwecke Verwendung finden kann. Schließlich können über eine Leitung 61 warme Verbrennungsgase abgenommen werden, die ebenfalls als Prozeßwärme für eine parallele Verwendung zur Verfugung steht.
Bei der vorliegenden Erfindung findet für die Kompressionseinheit der Gasturbinengruppe eine Sprühwasser-Zwischenkühlung Verwendung. Eine Vielzahl von Sprühstrahlen 73 aus einer Leitung 75 werden benutzt, um die Kompressionseinheit 39 zu beschicken. Auch in die der Gasturbinengruppe 37 zugeführte Luft wird über die Leitung 77 in einem Verdunstungskühler 79 Wasser injiziert, bevor die gekühlte Luft der Kompressionseinheit 39 zugeführt wird. Ein Luftkühler oder ein Sprühkühler 81, dem ebenfalls Wasser zugeführt wird, ist vorgesehen zwischen der Kompressionseinheit 39 und der luftgekühlten Expansionsstufe 41 der Gasturbinengruppe 37.
Ein Teil der Heißluft von der Kompressionseinheit 39, welche Wasser enthält, wird über die Leitung 83 einem Kompressor 85 zugeführt, der mit der Expansionsstufe 29 zusammenarbeitet. Anschließend wird die heiße Luft über die Leitung 7 weitergeleitet, um in der Vergasungsanlage 1 Verwendung zu finden. Der Hauptanteil dieses Gemisches aus heißer Luft und Wasser in der Leitung 83 kann über die Leitung 87 und durch die Wärmerückgewinnungsstufe 49 der Hochdruck-Verbrennungseinheit 25 zugeführt werden.
Die Verbrennungsgase von der Hochdruck-Verbrennungseinheit 25 fließen über die Leitung 89 zu der luftgekühlten Expansionsstufe 41, wogegen die Gase von der luftgekühlten Expansionsstufe 41 über eine Leitung 91 der Niederdruck-Verbrennungseinheit 35 zufließen. Die Verbrennungsgase der Niederdruck-Verbrennungseinheit 35 fließen über die Leitung 93 zur dampfgekühlten Expansionsstufe 43.
Eine schematische WS455P-3084
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. 9·
Eine schematische Darstellung des Flußverlaufes einer Vergasungsanlage 1, welche für das integrierte System gemäß der Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Vergasungsanlage 101 für feste, kohlenstoffhaltige Brennmaterialien wird mit einem Gemisch aus Kohle und einem Absorber für Schwefel über die Leitung 102 beschickt, wobei ein Teil der Feuchtigkeit enthaltenden Luft über die Leitung 7 als Speiseströmung Verwendung findet. Die Kohle über die Leitung 5 und Schwefel als Absorptionsmaterial über die Leitung 9 werden in einem Vorratstrichter 103 zusammengebracht und über eine Leitung 105 mit einem Ventil 107 einem Schleusenfüllsehacht 109 zugeführt, lh diesem Schleusenfüllschacht wird die Masse unter Druck gesetzt und als festes Gemisch über ein Ventil 113 und eine Leitung 111 in eine Beschickungsvorrichtung 115 eingespeist. In dieser Beschickungsvorrichtung 115 wird das Feststoffgemisch mit einem Teil des Luft-Wassergemisches vom Luftkompressor der Gasturbinengruppe gemischt und über die Leitung 102 in die Vergasungsanlage 101 eingeleitet. Der verbleibende Rest des über die Leitung 7 zufließenden Luft-Wassergemisches wird der Vergasungsanlage 101 direkt zugeführt. In der konventionell aufgebauten Vergasungsanlage 101 kommt das Feststoffgemisch bei erhöhter Temperatur sowohl mit dem Luft-Wassergemisch als auch mit dem über die Leitung 3 zugeführten Dampf in Berührung. Die Leitung 3 kann eine oder mehrere Abzweigleitungen 117 aufweisen, um die Durchmischung zu erleichtern. In der Vergasungsanlage 101 wird der feste, kohlenstoffhaltige Brennstoff verarbeitet, um das Brenngas zu erhalten, welches über eine Leitung 119 abgenomme'n wird. Asche sowie sulfidierter Kalkstein - wenn Kalkstein als Absorber mittel für Schwefel verwendet wird - kommen mit dem Luft-Wassergemisch von der Leitung 7 und dem Dampf von der Leitung 3 in Berührung, um den sulfidierten Kalkstein zu konvertieren und den Kohlenstoff zu verbrennen, sowie den Bodenbereich 121 der Vergasungsanlage 101 zu kühlen. Die Asche und der verbrauchte Schwefelabsorber werden aus der Vergasungsanlage über die Leitung 123 entfernt und über ein Ventil 125 einem Sehleusenschacht 127 zugeführt. Von diesem Schleusenschacht wird das verbrauchte Material über ein Ventil 128 und die Leitung 11 beseitigt. Das heiße, über die Leitung 119 zur Verfügung stehende Brenngas wird über einen Zyklon 129 oder einen anderen Feststoffseparator geführt, um verbleibende Festkörperteilchen zu entfernen und über die Leitung 131 sowie das
Ventil
- fl.O-
Ventil 133 in die Vergasungsanlage 101 zurückzuleiten. Das gereinigte Brenngas fließt vom Zyklon 129 aus über die Leitung 135 zu einem Filter 137, in welchem verbleibende Festteilchen mit Hilfe von Metall-oder Keramikfiltern entfernt werden. Das festkörperteilchenfreie Brenngas steht über die Leitung 115 zur Verfügung. Über die Dampfleitung 139, die von der Leitung 3 abzweigt, kann ein Teil dieses Dampfes dem Filter 137 zugeführt werden, um zum Reinigen des Filters Verwendung zu finden. Über eine weitere Abzweigleitung 141 kann ferner Dampf in die Leitung 131 eingespeist werden, über welche kohlehaltige Staubrückstände zur Vergasungsanlage rezirkuliert werden. Die vom Filter 137 abgeschiedenen Festkörperteilchen werden über ein Ventil 145 und eine Leitung 143 einem Schleusenschacht 147 und von diesem aus über die Leitung 13 und ein Filter 148 zur Weiterversorgung entfernt.
Für die Vergasungsanlage wird vorzugsweise als fester, kohlenstoffhaltiger Brennstoff, Kohle, Braunkohle, Torf und Biomasse verwendet, welchen als Schwefelabsorber Calzium-Carbonat oder Kalkstein beigemengt ist. Zum Entfernen des Schwefels aus dem produzierten Gasgemisch reagiert das Calzium-Carbonat oder der Kalkstein mit den Schwefelkomponenten in den Brennstoffen, wodurch ein sulfidiertes Gemisch entsteht. Das sulfidierte Gemisch wird nach Kontakt mit Dampf und Luft im unteren Teil der Vergasungsanlage in ein sulfatiertes Gemisch verwandelt, welches umweltfreundlicher ist.
Eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Vergasungsanlage 1 enthält Dampf über die Leitung 3, Kohle oder ein anderes kohlenstoffhaltiges, festes Material über die Leitung 5, ein Luft-Wassergemisch über die Leitung 7 und ein Absorptionsmaterial für Schwefel und weitere Verunreinigungen in dem Brennmaterial über die Leitung 9. Die festen Vergasungsrückstände werden über die Leitung 11 entsorgt, während aus dem Brenngas entfernte Festteilchen über die Leitung 13 abgeleitet werden. Das Brenngas selbst wird über die Leitung 15 abgegeben und steht unter hohem Druck. Ein erster Teil des unter hohem Druck stehenden Brenngases wird über die Leitung 201 einer Hochdruck-Verbrennungseinheit 203 zugeführt, während ein weiterer Anteil über die Leitung 205 einer Expansionsstufe 207 zugeleitet wird, die über
einen angeschlossenen
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einen angeschlossenen Generator 209 elektrische Energie erzeugt. Das von der Expansionsstufe 207 mit niedrigerem Druck abgegebene Brenngas fließt über die Leitung 211 einer Niederdruck-Verbrennungseinheit 203 zu. Die heißen Abgase von der Hochdruck-Verbrennungseinheit 203 und der Niederdruck-Verbrennungseinheit 213 werden zum Antrieb einer Gasturbinengruppe 215 weiter verwendet.
Die Gasturbinengruppe 215 umfaßt zwei Kompressionseinheiten 217 und 219, die mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit laufen. Ferner ist dem System eine luftgekühlte Expansionsstufe 221 und eine dampfgekühlte Expansionsstufe 223 zugeordnet, welche auf einen Generator 225 zur Erzeugung elektrischer Energie arbeitet.
Die heißen Abgase aus der Gasturbinengruppe 215 fließen über eine Wärmerückgewinnungsstufe 229 und dann über die Leitung 231 zu einem Abwärme-Wärmetauscher 233. In diesem Wärmetauscher ist ein Hochdruckverdampfer 235 und ein Niederdruckverdampfer 237 ausgebildet. Im Hochdruckverdampfer 235 wird ein Hochdruckdampf erzeugt, der über die Leitung 3 in die Vergasungsanlage 1 eingespeist wird, während im Niederdruckverdampfer 237 ein Niederdruckdampf erzeugt wird, der über die Leitung 239 der dampfgekühlten Expansionsstufe 223 der Gasturbinengruppe 215 zugeführt wird. Die Abgasentsorgung des Abwärme-Wärmetauschers 229 erfolgt über die Leitung 241. Der Niederdruck-Expansionsstufe wird über die Leitung 243 und einen Speisewassererhitzer 245 Speisewasser zugeführt, das von dort aus über die Leitung 247 und eine Pumpe 249 sowie einen Hochdruck-Speisewasservorwärmer 251 in den Hochdruckverdampfer 235 eingeleitet wird. Die heißen Abgase der Gasturbinengruppe 215 werden auf diese Weise im Wärmetauscher 223 ausgenützt, um Dampf für die Vergasungsanlage 1 zu schaffen.
Auch bei dieser Ausführungsform wird eine Sprühwasser-Zwischenkühlung für die Kompressionsstufen benutzt. Wie in der Darstellung angedeutet, wird eine Vielzahl von Sprühstrahlen über Injektionsleitungen 253 der ersten Stufe der Kompressionseinheit 217 und über Injektionsleitungen 255 der zweiten Stufe der Konipressionseinheit 2HJ in der Gasturbinengruppe 215 zugeführt. Die den
Turbinen
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-jf-
Turbinen zugeführte Luft über die Leitung 257 wird zuvor in einem Verdunstungskühler 259 mit Wasser beladen und dann in die Kompressionseinheit 217 eingespeist. Ein Luftkühler bzw. Sprühkühler 260 dient dazu, den Kompressionseinheiten 217 und 219 zusätzlich Wasser zuzuführen. Eine weitere Sprühkammer 261 ist zwischen der Kompressionsstufe 219 und der luftgekühlten Expansionsstufe 221 vorgesehen, welche ebenfalls der Wasserzuführung dient, um ein Medium zum Kühlen der Leit- und Turbinenschaufeln bereitzustellen.
Ein Teil der heißen Luft, welche wasserhaltig ist, wird über die Leitung 263 und die Kompressionseinheit 219 an einen motorgetriebenen Hilfskompressor 265 und von da aus über die Leitung 7 der Vergasungsanlage 1 zugeführt. Der größte Teil dieses heißen Luft-Wassergemisches wird jedoch über die Leitung 267 einer Wärmerückgewinnungsstufe 229 und von dieser der Hochdruek-Verbrennungseinheit 203 zugeleitet.
Die Verbrennungsgase der Hochdruck-Verbrennungseinheit 203 fließen über die Leitung 269 zu einer luftgekühlten Expansionsstufe 221, von wo aus die Abgase über die Leitung 271 an eine Niederdruck-Verbrennungseinheit 213 geführt werden. Die Verbrennungsgase von der Niederdruck-Verbrennungseinheit 213 werden über die Leitung 273 der dampfgekühlten Expansionsstufe 223 zugeführt.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Systems gemäß Fig. 3 ist wie folgt: Das Brenngas wird nach dem Entfernen von Festkörperteilchen über die Leitung 15 der Vergasungsanlage entnommen, wobei es eine Temperatur von etwa 10000C und einen Druck von etwa 12,7 kg/cm2 hat. Der erste Teil dieses Gases wird über die Leitung 201 der Hochdruck-Verbrennungseinheit 203 zugeführt, wogegen der zweite Anteil dieses Gases über die Leitung 205 an die Expansionsstufe 207 geleitet wird und dort eine Druckverringerung sowie Abkühlung erfährt. Dieses druckerniedrigte Brenngas strömt bei einer Temperatur von etwa 75O0C und einem Druck von etwa 7 kg/cm2 über die Leitung 211 zu der Niederdruck-Verbrennungseinheit 213.
Die heißen Abgase
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Die heißen Abgase der Gasturbinengruppe 215 werden über die Leitung 227 bei einer Temperatur von etwa 5500C der Wärmerückgewinnungsstufe 229 zugeführt, wo sie auf etwa 32O0C abgekühlt und dann anschließend über die Leitung 231 dem Abwärme-Wärmetauscher 223 zur Dampferzeugung zugeleitet werden. Im Hochdruckverdampfer 235 wird Hochdruckdampf mit einer Temperatur von 2100C und einem Druck von 21 kg/cm2 erzeugt. Dem Speisewassererhitzer 245 wird Speisewasser mit einer Temperatur von 1500C und einem Druck von 7 kg/cm2 zugeleitet. Der Niederdruckdampf auf der Leitung 239 hat eine Temperatur von etwa 165°C und einen Druck von etwa 7 kg/cm2, wovon ein Teil der Niederdruck-Expansionsstufe 223 zugeleitet wird. Die Abgase vom Abwärme-Wärmetauscher auf der Leitung 241 werden mit einer Temperatur von etwa 15O0C abgegeben.
Die Gasturbinengruppe 215 wird mit 9096 feuchtigkeitbeladener Luft bei einer Temperatur von 12° und einem Druck von 1 kg/cm2 über die Leitung 257 gespeist, wobei diese Luft zunächst der Kompressionseinheit 217 zugeführt wird. Dem Sprühkühler wird Speisewasser in einer solchen Menge zugeführt, daß eine Luftfeuchtigkeit von 90% in der Kompressionseinheit 219 aufrechterhalten werden kann. Das Luft-Wassergemisch auf der Leitung 263 hat eine Temperatur von etwa 18O0C bei einem Druck von 18,4 kg/cm2 und wird nach einer Kompression im Hilfskompressor 265 über die Leitung 7 der Vergasungsanlage 1 mit einer Temperatur von 2000C und einem Druck von 21 kg/cm2 zugeführt. Das abgezweigte und über die Leitung 267 abgeleitete Luft-Wassergemisch wird erhitzt, und zwar unter Zuhilfenahme der heißen Abgase der Gasturbinengruppe 215, welche der Wärmerückgewinnungsstufe 229 mit einer Temperatur von etwa 5100C und einem Druck von etwa 18 kg/cm2 zugeleitet wird. Das erhitzte Luft-Wassergemisch wird anschließend der Hochdruck-Verbrennungseinheit 203 zugeleitet. Die Verbrennungsgase auf der Leitung 269 von der Hochdruck-Verbrennungseinheit 203 liegen bei einer Temperatur von etwa HOO0C. Die Gase auf der Leitung 271 von der luftgekühlten Expansionsstufe zu der Niederdruck-Verbrennungseinheit 213 haben eine Temperatur von etwa 775°C und einen Druck von etwa 7 kg/cm2, wogegen die heißen Verbrennungsgase von der Niederdruck-Verbrennungseinheit 213, welche über die Leitung 273 zur Niederdruck-Expansionsstufe geleitet werden, eine Temperatur von etwa 9800C haben.
BAD ORIGINAL
Das vorausstehend
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-A-
Das vorausstehend beschriebene System zur Energie Wandlung ermöglicht die Erzeugung elektrischer Energie mit hoher Effizienz und geringen Kosten unter Verwendung einer Kohlenvergasungsanlage, welche in eine Gasturbinengruppe integriert ist. Dadurch erhält man bei der Energieerzeugung Abgase, welche die Umwelt nur noch mit geringen Mengen an Kohlenasche und sulfatiertem Calzium-Carbonat, und insbesondere mit geringen Schwefelprodukten aus dem Verbrennungsvorgang in der Gasturbinengruppe belasten.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie und von Dampf, wobei eine kohlenstoffhaltige Brennstoffe verwendende Vergasungsanlage Brenngas für eine Turbinengruppe liefert, welche elektrische Energie erzeugt und welcher ein Dampferzeuger nachgeschaltet ist, um Dampf zu erzeugen, der seinerseits wieder zusammen mit einem Luft-Dampfgemisch der Vergasungsanlage zugeführt wird, und mit Maßnahmen zum Entfernen von Festkörperteilchen aus dem von der Vergasungsanlage gelieferten Brenngas und zur Erzeugung von heißen Verbrennungsgasen zum Antrieb der Gasturbinengruppe, welche zumindest eine Kompressionseinheit umfaßt und auf zumindest eine Expansionsstufe mit einem Generator zur Stromerzeugung arbeitet,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mit einer Sprühwasserkühlung in der Kompressionseinheit (39; 217, 219) der Gasturbinengruppe (37; 215) ein Luft-Wassergemisch geschaffen wird;
    daß zumindest ein Teil dieses Luft-Wassergemisches der Vergasungsanlage (1) zugeführt wird;
    daß die heißen Abgase der Gasturbinengruppe (37; 215) einem Dampferzeuger (53; 233) zur Dampferzeugung zugeleitet werden;
    und daß zumindest ein Teil des erzeugten Dampfes ebenfalls in die Vergasungsanlage eingespeist wird.
    618 74
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas der Gasturbinengruppe in einer Wärmerückgewinnungsstufe (49; 229) erhitzt wird, bevor es dem Dampferzeuger (53; 233) zur Dampferzeugung zugeleitet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des im Dampferzeuger erzeugten Dampfes über die Gasturbinengruppe zur Kühlung einer Expansionsstufe geleitet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Gasturbinengruppe eine Hochdruck-Expansionsstufe und eine Niederdruck-Expansionsstufe umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Teil des erzeugten Dampfes der Niederdruck-Expansionsstufe zugeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochdruck-Verbrennungseinheit und eine Niederdruck-Verbrennungseinheit Verbrennungsgase liefern, die der Hochdruck-Expansionsstufe bzw. der Niederdruck-Expansionsstufe zugeführt werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennz e\i c h η e t , daß die Gasturbinengruppe mit einer ersten und einer zweiten Kompressionseinheit verbunden ist, und daß eine Sprühwasser-Zwischenkühlung in beiden Kompressionseinheiten bewirkt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil des von der zweiten Kompressionseinheit gelieferten Luft-Wassergemisches der Vergasungsanlage zugeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    WS455P-3084
    daß die Vergasungsanlage mit festen Absorptionsmaterialien beschickt wird, das im kohlenstoffhaltigen Brennstoff enthaltenden Schwefel absorbiert.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Absorptionsmaterial Calzium-Carbonat und/oder Kalkstein Verwendung findet.
  10. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampferzeuger Hochdruckdampf und Niederdruckdampf liefert und daß überschüssiger Dampf als Prozeßdampf für weitere Anwendungen zur Verfügung gestellt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die warmen Verbrennungsgase von dem Dampferzeuger als Prozeßwärme für zugeschaltete Systeme Verwendung findet.
    WS455P-3084
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