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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Erzeugen von elektrischer
Leistung unter Verwendung eines Advanced Thermochemical Recuperation
Cycle (eines fortschrittlichen thermochemischen Rekuperationszyklus),
und genauer ein Verfahren zur Erhöhung des Anteils der Leistung,
die von einer Gasturbine im Verhältnis
zu einer Dampfturbine erzeugt wird, und die Verbesserung des Wirkungsgrads
der Netto-Leistungserzeugung in Relation zu einem herkömmlichen
Zykluskombinations- bzw.
Kombikraftwerk.
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Kurze Beschreibung
der verwandten Technik
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Die
Verbrennung von Brenngasen ist ein Merkmal der meisten modernen
Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Leistung. Die Gesamtleistung
jedes Verfahrens wird oft am Wirkungsgrad bemessen, mit dem Energie
aus einer bestimmten Menge an Kraftstoff, der in dem Verfahren verbrannt
wird, erhalten wird. Fühlbare
Wärme,
die in dem Verbrennungsabgas vorhanden ist, wird verwendet, um unter
Druck stehenden Dampf zu erzeugen, um eine oder mehrere rotierende
Turbinen, die mit elektrischen Generationen verbunden sind, anzutreiben,
um Elektrizität
zu erzeugen. Der thermodynamische Zyklus, in dem Wasser in einem
Wassersieder in unter Druck stehenden Dampf umgewandelt wird, der
unter Druck stehende Dampf durch eine Turbine mit rotierenden Schaufeln
geleitet wird, wo sich der Dampf ausdehnt, und anschließend kondensiert
wird, bevor es zurück
in den Wassersieder gepumpt wird, wird als Rankine-Zyklus bezeichnet.
Weil sie verhältnismäßig einfach
und zuverlässig
sind, dominieren Kraftwerke, die einen oder mehrere Rankine-Zyklen
nutzen, die Stromerzeugungsindustrie. Es wurden verschiedene Modifikationen
versucht, um den Wirkungsgrad von Rankine-Zyklen zu verbessern,
beispielsweise die Verwendung von Hochdruck-, Mitteldruck- und Niedrigdruckturbinen,
die zusammen eine effizientere Leistungserzeugung ermöglichen,
da Hochdruckdampf sich stufenweise ausdehnen kann. Siehe allgemein
Collins, S., „Power
Generation" in Encyclopedia
of Chemical Technology (1996 Ed.), Bd. 20, S. 1-40. Ref. TP9.E685.
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In
einem herkömmlichen
Kraftwerk mit einfachem Zyklus werden Druckluft und ein Brennstoff
einem gasbefeuerten Brenner zugeführt, wo der Brennstoff in Anwesenheit
von sauerstoffhaltigem Gas (in der Regel Luft) verbrannt wird, um
heißes
Abgas zu erzeugen. Das heiße
Abgas wird dann einer oder mehreren Gasturbinen zugeführt, die
mit elektrischen Generatoren verbunden sind, wo sich das Gas ausdehnt
(und abkühlt), wodurch
die Turbinenschaufeln zum Drehen gebracht werden, was mechanische
Energie erzeugt, die in den Generatoren in Elektrizität umgewandelt
wird. Das ausgedehnte Abgas, das die Turbinen passiert hat, kann optional
verschiedenen Einheitsoperationen unterzogen werden, wo Toxine und
andere Schadstoffe entfernt werden können. Das abgekühlte Abgas
wird schließlich
in die Atmosphäre
entlassen. Moderne Kraftwerke mit einfachem Zyklus sind in der Lage,
einen Gesamt-Energiewirkungsgrad von etwa 35% bis etwa 38% (berechnet
als erzeugte Energieäquivalenz-Elektrizität relativ
zum unteren Heizwert (LHV) des Brennstoffs, der dem Brenner zugeführt wird,
nachstehend als „LHV-Basis" bezeichnet) zu erreichen.
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Kraftwerke
mit kombinierten Zyklen verbessern den Wirkungsgrad des Einfachzyklus-Kraftwerks durch
Nutzung der fühlbaren
Wärme,
die im heißen
Abgas eines Einfachzyklus-Kraftwerks zurückbleibt, um einen weiteren
Leistungszyklus anzutreiben, in der Regel einen Rankine-Zyklus – daher
der Name „Kombikraftwerk". Moderne Kombikraftwerke
können
in der Regel einen Gesamt-Energiewirkungsgrad von etwa 45% bis etwa
55% (LHV-Basis) erreichen. Somit führt die Verwendung eines Rankine-Zyklus
in Kombination mit einer Einfachzyklus-Anlage zu einer Steigerung
des Wirkungsgrads von 10% bis 17 Punkten gegenüber einer Einfachzyklus-Anlage allein. Tatsächlich können nachgeschaltete
Zyklen etwa 30% bis etwa 40 der Gesamt-Leistungsausgabe eines Kombikraftwerks
ausmachen.
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In
diesem Zusammenhang offenbart
JP
07 317505 ein kombiniertes Leistungserzeugungssystem, das einen
Brennstoffreformer kombiniert, der auf einem Teil einer wärmeleitenden
Oberfläche
eines Sieders angeordnet ist, in den das Abgas einer Gasturbine
eingeführt
wird. Anzapfdampf von der Dampfturbine und Brennstoff von der Gasturbine
werden in den Brennstoffreformer eingeführt. Der reformierte Brennstoff
wird im Brenner der Gasturbine verbrannt.
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Aus
einer Reihe von Gründen
ist es jedoch ungünstig,
einen nachgeschalteten Dampfzyklus zu haben, der einen hohen Anteil
an der Gesamtleistung erzeugt. Ein Grund ist, dass Dampfzyklen sich
nur schwer exakt steuern lassen. Leistung, die durch Dampfzyklen
erzeugt wird, wird letztendlich durch die Menge an gasförmigem Brennstoff,
der in den Brennern verbrannt wird, und die Menge an fühlbarer
Wärme,
die im heißen
Turbinenabgas verbleibt, gesteuert. Wenn man die Leistungserzeugung
erhöhen
will (z.B. während
Spitzenlastzeiten) oder die Leistungserzeugung senken will (z.B.
während
Teillastzeiten), um den Leistungsverbrauchsanforderungen gerecht
zu werden, besteht die am besten praktikable Methode zur Änderung
der Leistungsausgabe in der Erhöhung
oder Verringerung des Stroms an gasförmigem Brennstoff, der den
Brennern zugeführt wird.
Damit würde
die Höhe
der Leistung, die sowohl von den Gasturbinen als auch den Dampfturbinen
erzeugt wird, beeinflusst. Da sowohl die Gasturbinen als auch die
Dampfturbinen einen hohen Anteil an der Gesamtleistungserzeugung
der Anlage haben, müssen
die Strömungsraten
des gasförmigen
Brennstoffs sorgfältig ausgewählt werden.
Dies erweist sich selbst mit einer neuen Generation von Computern
für die
komplexe Verfahrenssteuerung als schwierig. Die Schwierigkeit wird
durch die Verwendung von Mehrfachdruck-Dampfturbinen im nachgeschalteten
Dampfzyklus noch verschärft.
Somit wirft der Wechsel zwischen Teil- und Spitzenlastbetrieb von
herkömmlichen
Kombikraftwerken viele Probleme auf, die vom Stand der Technik nicht
wirksam gelöst
werden.
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Außerdem sind
Dampfturbinen in der Regel weniger wirksam als Gasturbinen und ihre
Konstruktion und ihr Betrieb sind teurer, ebenso wie die entsprechende
Wärmetauscherausrüstung. Daher
wäre es
wünschenswert,
einen höheren
Prozentanteil der Gesamtleistung unter Verwendung von vorgeschalteten
Turbinen zu erzeugen und einen geringeren Prozentanteil der Leistung
in den Dampfturbinen. Trotz Fortschritten auf dem Gebiet der Maschinenausrüstung (z.B.
Turbinen, Kompressoren, Brenner usw.) ist der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung
von herkömmlichen
Kombikraftwerken begrenzt.
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Frühere Versuche,
den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung der Gasturbinen zu erhöhen, schließen die
Verwendung von thermochemischen Rekuperations-(im Folgenden „TCR"-) Zyklen ein. Ein
spezieller Typ von TCR-Zyklus nutzt fühlbare Wärme im heißen Abgas einer Gasturbine,
um die Wärme,
die für
die endothermische katalytische Umwandlung von Kohlenwasserstoffen
(z.B. Erdgas oder Derivaten davon) in einen wünschenswerten brennbaren Kraftstoff,
der dann mit Druckluft kombiniert und im Brenner stromaufwärts von
den Gasturbinen verbrannt werden kann, zu liefern. Genauer wird
in diesem TCR-Zyklus Wärme
in einem chemischen Reaktor (Rekuperator) vom Abgas einer Gasturbine
in eine reaktive Erdgas/Dampf-Mischung überführt, die dann bei hohen Temperaturen über einen
Dampfreformierungskatalysator (z.B. einen Nickelbasis-Katalysator)
geleitet wird und in eine gewünschte
brennbare Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgewandelt
wird. In einem solchen Rekuperator wird Wärme in der brennbaren Mischung
absorbiert und wird bei der anschließenden Verbrennung der Mischung
im Brenner freigesetzt. Ein Beispiel für diese Art von TCR-Zyklus
ist in
EP 761,942 (im
Folgenden „EP '942") offenbart und weist
einen angegebenen Gesamt-Energiewirkungsgrad von etwa 48% (LHV-Basis)
auf, was laut EP '942
etwa „ 20%
höher ist
als das, was andernfalls in einer herkömmlichen Einfachzyklus-Anlage
erreicht wird".
(Siehe Spalte 3, Zeilen 48–51
von EP '942.)
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In
einem von der Grundidee her verschiedenen TCR-Zyklus, wie dem, der
in Harvey, S. P. et al., Reduction of Combustion Irreversibility
in a Gas Turbine Power Plant Through Off-Gas Recycling, Journal
of Engineering for Gas Turbines and Power, Bd. 117, Nr. 1 (Jan.
1995), S. 24-30 (im folgenden als "Veröffentlichung von
Harvey et al." bezeichnet)
offenbart ist, wird das Abgas einer Gasturbine genutzt, um eine
Mischung aus rohem Brennstoff, Wasser und einem Teil eines rückgeführten Abgases
(im Anschluss an Kühlung
und Wasserkondensation) in einen reformierten Brennstoff, der dem
Brenner zugeführt
wird, direkt oder indirekt zu erwärmen. Genauer wird die Wärme, die
vom Turbinenabgas gewonnen wird, genutzt, um eine endotherme Reformierungsreaktion
anzutreiben, in der der rohe Brennstoff in einem thermochemischen
Rekuperator mit sauerstoffhaltigen Bestandteilen (d.h. Kohlendioxid
und Wasser), die im rückgeführten Abgas
vorhanden sind, erwärmt
und teilweise oxidiert wird. Der reformierte Brennstoff und der
größte Teil
des rückgeführten Abgases (das
Stickstoff, Kohlendioxid und andere inerte Gase enthält) werden
dann stufenweise in Anwesenheit von Luft in drei Brennern verbrannt,
von denen jeder mit einer Gasturbine verbunden ist. Ein Abgas verlässt die Brenner
und wird durch die Turbinen geleitet, gefolgt von teilweiser Verbrennung
mit zugesetzter Luft, was einen behaupteten Wirkungsgrad der Leistungserzeugung
von bis zu 65,4% (LHV-Basis) ergibt.
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Der
im vorausgehenden Absatz und der darin zitierten Veröffentlichung
beschriebene spezielle TCR-Zyklus weist mehrere Probleme auf. Erstens
wird ungünstigerweise
eine erhebliche Menge an umweltschädlichen Stickoxiden (allgemein
als „NOx" bezeichnet)
während
der Verbrennung des reformierten Brennstoffs gebildet und kann sich
ungünstigerweise
in den rückgeführten Abgas/Wasser-Strömen ansammeln.
Die Ansammlung von NOx kann zu schweren
Korrosionsproblemen in Rückführgaskompressoren
und zugehöriger Verfahrensausrüstung führen.
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Zweitens
sind Temperaturen von etwa 1382°F
(etwa 750°C)
bis etwa 1700°F
(etwa 927°C)
nötig,
um erkennbar ein Erdgas (das hauptsächlich Methangas enthält) mit
rückgeführtem Dampf
und Kohlendioxid zu reformieren. Für eine TCR-Anwendung unter
Nutzung von Turbinenabgas als Wärmequelle
für die
endothermische Reformierungsreaktion würde dies erheblich hohe Turbinenabgastemperaturen
erfordern. Gemäß 1 der
Veröffentlichung
von Harvey et al. sind solche hohen Temperaturen gewährleistet,
weil das Verbrennungsabgas den Brenner mit einer Temperatur von
2300°F (etwa
1260°C)
verlässt
und in die dreistufige Gasturbine eintritt und danach die dreistufigen
Gasturbinen bei einer Temperatur von 1821°F (etwa 994°C) durchströmt und verlässt. Bekanntlich sind herkömmliche
Gasturbinen so ausgelegt, dass sie in einem Temperaturbereich von
etwa 1050°F
(etwa 565°C)
bis etwa 1150°F (etwa
620°C) effizient
arbeiten. Die niedrigeren Abgastemperaturen ermöglichen es den herkömmlichen
Turbinen, mehr Arbeit pro Turbine zu extrahieren, d.h. mehr elektrische
Leistung zu erzeugen. Da die Temperatur des Abgases gemäß der Konstruktion,
die in der Veröffentlichung
von Harvey et al. offenbart ist, so hoch ist, lehrt diese die Verwendung
von gestuften Gasturbinen, um eine ähnliche Arbeitslast zu erreichen.
Die Veröffentlichung
von Harvey et al. offenbart auf Seite 26 Turbinen des Standes der
Technik, wie Hochtemperatur-Metallturbinen, die umgewälzte Kühlluft und
andere Alternativen für
einen Hochtemperatur-Gasturbinenbetrieb verwenden. Diese alternativen
Turbinen sind jedoch sehr teuer. Außerdem erfordert die Anwendung
von gestufter Ausdehnung die Verwendung von mehreren in Reihe geschalteten
Turbinen, was teuer ist.
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Im
Allgemeinen ist bekannt, dass TCR-Zyklen verwendet werden können, um
den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung von Kraftwerken mit einfachem
Zyklus zu erhöhen.
Im Stand der Technik wird nirgendwo gelehrt, einen nachgeschalteten
Rankine-Zyklus in Kombination mit einem TCR-Zyklus zu verwenden.
Auch wenn der Erfolg von Rankine-Zyklen in Kombikraftwerken den
Durchschnittsfachmann zu der Schlussfolgerung bringen würde, dass
solch ein nachgeschalteter Rankine-Zyklus in Kombination mit einem
TCR-Zyklus nützlich
sein könnte,
sind jedoch die Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung von
Dampfturbinen im Rankine-Zyklus und die Tatsache, dass der Rankine-Zyklus
einen zu hohen Anteil an der Gesamtleistung, die von dem Kraftwerk
erzeugt wird, erzeugen würde,
Probleme, die von bisher bekannten Systemen nicht gelöst werden.
Ferner würde
der Durchschnittsfachmann nicht schlussfolgern, dass solche TGR-Zyklen
in Kombination mit nachgeschalteten Rankine-Zyklen den Wirkungsgrad
der Leistungserzeugung herkömmlicher
Kombikraftwerke erreichen oder verbessern könnte.
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Der
Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerks ist eine Funktion des Wirkungsgrads
der Gasturbine(n). Der Wirkungsgrad der Gasturbine(n) ist wiederum
eine Funktion der Luft- und Brennstoff-Einlasstemperaturen des Brenners,
der Turbineneinlasstemperatur und der Wirkungsgrade der vorgeschalteten
Brenner, um nur einige zu nennen. Bestimmte dieser Faktoren werden
durch die Prozessausrüstung
und/oder die Art des oder der verwendeten Leistungszyklen bestimmt,
während
andere Faktoren nicht ohne Weiteres gesteuert werden können. Der
Gesamtwirkungsgrad ist jedoch nur ein Merkmal einer Kraftwerkskonstruktion.
Die Fähigkeit,
Spitzen- und Teillast-Leistungsanforderungen sicher und einfach
zu bewältigen,
ist ein weiteres Konstruktionsmerkmal. Bisher gab es keine geeignete
Konstruktion, die beide dieser Merkmale verbessert hat, insbesondere
nicht das Merkmal des Spitzen- und Teillastbetriebs, das dazu befähigt, den
Betrieb eines Kraftwerks während
Zeiten von Teil- und Spitzenlastanforderungen sicher und leicht
zu bewältigen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Somit
schafft die Erfindung ein Verfahren zur Leistungserzeugung, das
die folgenden Schritte umfasst:
- (a) Verbrennen
von reformiertem Brennstoff in Anwesenheit von Druckluft in einem
Brenner, um ein Abgas mit in Bezug auf die Umgebungstemperatur erhöhter Temperatur
zu erzeugen;
- (b) Leiten eines Teils des in Schritt (a) erzeugten Abgases
durch eine Gasturbine, um Leistung zu erzeugen,
- (c) Reformieren einer Mischung aus Dampf und von Erdgas abgeleitetem,
mit Sauerstoff angereichertem rohem Brennstoff, der bei einer Temperatur
von 149°C
bis 500°C
(etwa 300°F
bis etwa 932°F)
reformiert werden kann, durch Leiten der Mischung durch einen katalytischen
Reaktor in indirekter Wärmetauschbeziehung
mit dem Abgas von einem Auslass der Gasturbine von Schritt (b),
um eine Wärmemenge
von dem Abgas zu liefern, die ausreicht, um die Mischung zu reformieren,
um den in Schritt (a) verbrannten reformierten Brennstoff zu erzeugen;
und
- (d) Leiten mindestens eines Teils des Abgases vom katalytischen
Reaktor durch einen Wärmetauscher
eines Rankine-Zyklus, um Leistung im Rankine-Zyklus zu er zeugen,
wobei die Leistungsmenge, die im Rankine-Zyklus erzeugt wird, bezogen
auf die Gesamt-Leistungserzeugung, unter etwa 30% liegt.
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Das
heiße
Abgas, das die Gasturbine durchlaufen hat, um Leistung zu erzeugen,
kann danach sukzessive in einer Reihe von Wärmetauschern abgekühlt werden.
Ein solcher Wärmetauscher
ist ein katalytischer Reaktor (ein thermochemischer Rekuperator
oder Reformer), wobei das Abgas die endothermische Reaktionswärme liefert,
die notwendig ist, um eine Mischung aus Dampf und einem von Erdgas
abgeleiteten, mit Sauerstoff angereicherten rohen Brennstoff zu
reformieren, der bei einer Temperatur von (149°C bis 500°C (etwa 300°F bis etwa 932°F) reformiert
werden kann, um den brennbaren, reformierten Brennstoff zu bilden,
der schließlich
im Brenner verbrannt wird. Die Reaktion bringt das heiße Abgas
und die Mischung aus rohem Brennstoff und Dampf in indirekten Wärmetauscherkontakt
(Beziehung). Fühlbare
Wärme,
die im heißen
Abgas zurückbleibt,
das den katalytischen Reaktor verlässt, kann genutzt werden, um
Wasser und Dampf zu erwärmen,
der anschließend
in einer Niedrigdruckkondensierungs-Dampfturbine eines nachgeschalteten Dampf-
oder Rankine-Zyklus expandiert wird, um zusätzliche Energie zu erzeugen.
Der von Erdgas abgeleitete, mit Sauerstoff angereicherte rohe Brennstoff,
der in der Erfindung verwendet wird, wird vorzugsweise ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, Dimethylether, Dimethylcarbonat
und deren Mischungen.
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Vorteile
der Erfindung können
dem Fachmann aus der Lektüre
der folgenden ausführlichen
Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen, den Beispielen
und den beigefügten
Ansprüchen
klar werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Für ein vollständiges Verstehen
des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung sollten die folgende ausführliche
Beschreibung und die Zeichnung herangezogen werden, wobei:
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1 ein
Verfahrensablaufdiagramm ist, das eine Ausführungsform eines Advanced Thermochemical Recuperation-Kombikraftwerks
(eines fortschrittlichen thermochemischen Rückgewinnungs-Kombikraftwerks) gemäß der Erfindung
zeigt, und
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2 ein
Verfahrensablaufdiagramm ist, das eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Advanced
Thermochemical Recuperation-Kombikraftwerks zeigt, wobei ein ausgewählter Teil
der Verbrennungsluft separat und stufenweise unter Verwendung von
Zwischenkühlung
komprimiert wird (außerhalb der
Gasturbine) und anschließend
vor der Einführung
in den Brenner der Gasturbine erwärmt wird.
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Auch
wenn die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen gestaltet werden
kann, werden in der Zeichnung Figuren dargestellt und werden im
folgenden spezielle Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben, wobei klar ist, dass die Offenbarung
der Erläuterung
dienen soll und nicht die Erfindung auf die hierin beschriebenen
und dargestellten Ausführungsformen
beschränken
soll.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
wird Leistung anhand eines Verfahrens erzeugt, das die Schritte
des Verbrennens eines reformierten Brennstoffs in Anwesenheit von
Druckluft in einem Brenner einer Gasturbine, um ein Abgas mit einer
gegenüber
der Umgebung erhöhten
Temperatur zu erzeugen, einschließt. Der reformierte Brennstoff
ist vorzugsweise eine Mischung aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und
kleinen Mengen an Kohlendioxid. Das Abgas wird dann durch einen
Gasturbinenabschnitt geleitet, um Leistung zu erzeugen, und danach wird
das Abgas aus einem Auslass der Gasturbine in eine Reihe von Wärmetauschern
innerhalb eines Rückgewinnungssystems
geleitet, wo das Abgas sukzessive abgekühlt wird, während es durch den Wärmetauscher strömt. Ein
solcher Wärmetauscher
ist ein Luftvorerhitzer, der verwendet wird, um Druckluft vor ihrer
Einleitung in den Brenner der Gasturbine vorzuheizen. Ein anderer
solcher Wärmetauscher
ist ein thermomechanischer Rekuperator (oder Brennstoffreformer),
wobei das Abgas die endothermische Reaktionswärme liefert, die notwendig
ist, um den rohen Brennstoff zu brennbarem, reformiertem Brennstoff
zu reformieren, der schließlich im
Brenner verbrannt wird. Fühlbare
Wärme,
die im Abgas stromabwärts
vom Brennstoffreformer verbleibt, kann verwendet werden, um Dampf
aus umgewälztem
Wasser zu erzeugen. Der erzeugte Dampf wird durch eine Dampfkondensierungsturbine,
vorzugsweise eine Niedrigdruck-Dampfkondensierungsturbine eines nachgeschalteten
Dampf- oder Rankine-Zyklus geleitet, um zusätzliche Leistung zu erzeugen.
Ein Kühlerabgas
verlässt
das Wärmerückgewinnungssystem
und kann zur weiteren Behandlung optional zu Wäschern und/oder anderen Bearbeitungseinheiten
geschickt werden, beispielsweise zur Entfernung von schädlichen Toxinen,
wie NOx, bevor es in die Atmosphäre entlassen
wird.
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Ein
Advanced Thermochemical Recuperation-Kombikraftwerk gemäß der Erfindung
schließt
im Allgemeinen ein Verbrennungssystem, ein Wärmerückgewinnungssystem und einen
nachgeschalteten Rankine-Zyklus ein. Genauer schließt das Verbrennungssystem
eine Gasturbine ein und das Wärmerückgewinnungssystem
schließt
einen oder mehrere Lufterhitzer ein, um Verbrennungsluft vorzuheizen,
einen oder mehrere Brennstofferhitzer, um die reformierte Brennstoffzufuhr
vorzuheizen, einen Brennstoffreformer, um den rohen Brennstoff und
Dampf zu reformiertem Brennstoff für die Verbrennung umzuwandeln,
einen oder mehrere Hochdruck-Wassererhitzer, um den rohen Brennstoff
vor dessen Eintritt in den Brennstoffreformer zu verdampfen, und
einen oder mehrere Dampfsieder, um unter Druck stehenden Dampf für die Kombination
mit dem rohen Brennstoff und zur Verwendung als Umwälzfluid
im nachgeschalteten Rankine-Zyklus zu erzeugen. Der nachgeschaltete
Rankine-Zyklus schließt
eine Umwälzschleife
für unter
Druck stehenden Dampf ein, die eine Dampfkondensierungsturbine beschickt,
vorzugsweise eine Niedrigdruck-Dampfkondensierungsturbine, um zusätzliche
mechanische Leistung zu erzeugen.
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In
den Figuren der Zeichnung stellen gleiche Bezugszahlen identische
Elemente oder Merkmale in den verschiedenen Figuren dar; 1 stellt
dabei ein Ver fahrensablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Advanced
Thermochemical Recuperation-Kombikraftwerks dar, allgemein mit 100 bezeichnet.
Luft von einer Luftquelle 102 wird einem Luftkompressor 104 einer
Gasturbine 106 durch eine Luftzuführleitung 108 zugeführt. Druckluft
verlässt
den Kompressor 104 durch eine Druckluftleitung 110 und
wird in einem Wärmerückgewinnungssystem
(HRS), allgemein mit 112 bezeichnet, genauer in einem Luftvorerhitzer 114 des
Wärmerückgewinnungssystems 112,
erwärmt.
Ein heißes
Abgas wird als Wärmeübertragungsfluid
verwendet, um die Druckluft im Luftvorerhitzer indirekt zu heizen.
Eine erwärmte
Druckluft verlässt
den Luftvorerhitzer 114 durch einen Kanal 116 und
wird in einen Brenner 118 der Gasturbine 106 geleitet,
wo ein reformierter Brennstoff verbrannt wird, um das heiße Abgas
zu erzeugen. Mit „heiß" ist gemeint, dass
das Abgas, das durch die Verbrennung erzeugt wird, eine Temperatur
aufweist, die gegenüber
der Umgebung erhöht
ist, genauer in einem Temperaturbereich von etwa 700°F (etwa 370°C) bis etwa
3000°F (etwa
1650°C),
stärker
bevorzugt etwa 1800°F bis
etwa 3000°F
(etwa 1650°C)
liegt.
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Flüssiger roher
Brennstoff von einer Brennstoffquelle 120 wird unter Verwendung
einer (nicht dargestellten) Pumpe unter Druck gesetzt und durch
eine Brennstoffleitung 122 in das Advanced Thermochemical Recuperation-Kraftwerk
eingeführt.
Der rohe Brennstoff wird in einem Wärmetauscher 124 unter
Verwendung von unter Druck gesetztem Wasser als Wärmetauscherfluid
erwärmt
und/oder verdampft und wird anschließend an einem Mischpunkt 126 mit
verdichtetem Dampf kombiniert. Flüssige rohe Brennstoffe zur
Verwendung in der Erfindung schließen von Erdgas abgeleitete,
sauerstoffangereicherte Brennstoffe ein, die bei niedrigen Temperaturen
in einem Bereich von etwa 300°F
(etwa 149°C)
bis etwa 932°F
(etwa 500°C)
und vorzugsweise etwa 300°F
(etwa 149°C)
bis etwa 670°F
(etwa 354°C)
reformiert werden können.
Solche Brennstoffe schließen
Methanol, Ethanol, Dimethylether, Dimethylcarbonat, Methylformiat
und deren Mischungen ein. Geeignete Brennstoffe zur Verwendung in
der Erfindung schließen
auch diejenigen Brennstoffe ein, die Reformierungseigenschaften
aufweisen, die denen von Dimethylether ähnlich sind, wenn sie in Anwesenheit
von Dampf und einem Reformierungskatalysator reformiert werden.
Solche Eigenschaften schließen,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Reformie rungstemperatur- und -druckanforderungen und Anforderungen
in Bezug auf das Dampf:Brennstoff-Molverhältnis ein. Ein bevorzugter
Brennstoff zur Verwendung in der Erfindung ist Dimethylether. Das
unter Druck gesetzte Wasser, das verwendet wird, um beispielsweise
einen rohen Dimethylether-Brennstoff zu erwärmen und zu verdampfen, ebenso
wie der Dampf, der verwendet wird, um den verdampften Dimethylether-Brennstoff
zu reformieren, weisen eine Druck von etwa 20 Bar absolut bis etwa
40 Bar absolut, vorzugsweise etwa 22 Bar absolut bis etwa 24 Bar
absolut auf.
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Die
Mischung aus rohem Brennstoff und verdichtetem Dampf (im Folgenden
die „Brennstoff/Dampf-Mischung") wird über eine
Brennstoff/Dampf-Mischungsleitung 130 in einen Brennstoffreformer 128 des
Wärmerückgewinnungssystems 112 geleitet,
wo die Brennstoff/Dampf-Mischung katalytisch in einen reformierten
Brennstoff umgewandelt wird, der sich zur Verbrennung im nachgeschalteten
Brenner 118 der Gasturbine 106 eignet. Optional
kann der reformierte Brennstoff in einem Brennstofferhitzer 132,
der dem Reformer 128 nachgelagert angeordnet ist (in Bezug
auf die Strömungsrichtung
der Brennstoff/Dampf-Mischung) im Wärmerückgewinnungssystem 112 erwärmt werden.
Der Druckpegel des flüssigen
Brennstoffs wird so angepasst, dass das reformierte Brenngas, das
den Brennstoffreformer 128 verlässt, den Druck aufweist, der
am Einlass des Brenners 118 erforderlich ist. Heißes Abgas,
das den Vorerhitzer 114 verlässt, liefert die Wärme, die
notwendig ist, um den rohen Brennstoff katalytisch zu reformieren.
Die Mischung aus rohem Brennstoff und Dampf wird über einen
Dampfreformierungskatalysator geleitet und wird mit der Wärme, die
vom heißen
Abgas übertragen
wird, zu einer geeigneten brennbaren Brennstoffmischung umgewandelt,
die verschiedene Mischungen aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid
enthält,
je nach dem speziellen Brennstoff, den Reformerbetriebsbedingungen
und dem Molverhältnis
von Dampf zu rohem Brennstoff, unter anderen Variablen. Ein geeigneter
Dampfreformierungskatalysator zur Verwendung in der Erfindung schließt einen
herkömmlichen
Katalysator auf Nickelbasis ein, der verwendet wird, um Wasserstoff
aus Erdgas zu gewinnen.
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Der
reformierte Brennstoff verlässt
den Brennstoffreformer 128 (und optional den Brennstofferhitzer 132)
des Wärmerückgewinnungssystems 112 durch
eine Brennstoffzufuhrleitung 134 und wird in den Brenner 118 eingespritzt,
wo er in Anwesenheit von Druckluft verbrannt wird, um ein heißes Abgas
zu erzeugen. Das heiße
Abgas verlässt
den Brenner 118 sofort durch eine Abgasleitung 136 und
wird durch einen Turbinenabschnitt 138 der Gasturbine 106 geleitet,
wo das Abgas teilweise abkühlt
und sich ausdehnt, wodurch mechanische Leistung erzeugt wird. Das
ausgedehnte und teilweise abgekühlte
Abgas verlässt
die Gasturbine 138 durch eine Leitung 140 für heißes Abgas.
Fühlbare
Wärme,
die im Abgas zurückbleibt,
das die Gasturbine 138 verlässt, wird in verschiedenen
Wärmetauschern
des Wärmerückgewinnungssystems 112 genutzt.
Wie oben angegeben, schließt
ein solcher Wärmetauscher
den Vorerhitzer 114 ein, der verwendet wird, um komprimierte Verbrennungsluft
vorzuheizen. Andere bereits beschriebene Wärmetauscher schließen den
Rohbrennstoffreformer 128 ein, der verwendet wird, um die
Brennstoff/Dampf-Mischung zu reformieren, und den optionalen Brennstofferhitzer 132,
der verwendet werden kann, um den reformierten Brennstoff zu erwärmen.
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Fühlbare Wärme, die
im Abgas zurückbleibt,
das den Brennstoffreformer 128 verlässt, wird in einer Reihe von
Niedrigdruck- und Zwischendruck-Wassererhitzern (Verdampfern) 142 bzw. 144 des
Wärmerückgewinnungssystems 112 genutzt.
Diese Wärmetauscher 142 und 144 sind
ein integraler Bestandteil von zwei herkömmlichen Wärmerückgewinnungs-Dampferzeugerschleifen,
die jeweils Dampftrommeln, Luftabscheider, Siederzufuhr-Wasserversorgungspumpen
und Economizer, Wasseraufbereitungseinrichtungen und Überhitzer
einschließen,
die jeweils nicht in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Abgas verlässt
den Brennstoffreformer 128 durch eine Abgasleitung 146 und
wird als Wärmeübertragungsfluid
zum Zwischendruck-Wassererhitzer 142 geleitet, um heißes Wasser
und Zwischendruckdampf mit einem Druck von etwa 20 Bar absolut bis
etwa 40 Bar absolut, vorzugsweise etwa 22 Bar absolut bis etwa 24
Bar absolut, zu erzeugen. Der Zwischendruckdampf verlässt den
Dampferhitzer 142 und das Wärmerückgewinnungssystem 112 durch eine
Zwischendruck-Dampfleitung 148.
Ein Teil des Zwischendruckdampfs, der in der Dampfleitung 148 vorhanden
ist, wird in einer Dampfleitung 148a abgeführt und
wird mit dem verdampften rohen Brennstoff, der dem Brennstoffreformer
zugeführt
wird, kombiniert. Das heiße
Wasser, das in der Leitung 148 vorhanden ist, wird dem
Rohbrennstoff-Wärmetauscher 124 zugeleitet,
wo das heiße
Wasser als Wärmeübertragungsfluid dient,
um die Wärme
zu liefern, die nötig
ist, um den flüssigen
rohen Brennstoff zu verdampfen.
-
Stromabwärts (in
Bezug auf die Strömungsrichtung
des Zwischendruckdampfs) vom Rohbrennstoff-Wärmetauscher 124 wird
das nunmehr abgekühlte
Wasser an einem Mischpunkt 150 mit kondensierendem Dampf,
der eine Niedrigdruck-Dampfturbine 152 verlässt und
in einer Umlaufdampfleitung 154 vorhanden ist, gemischt.
Die resultierende Mischung wird durch eine Leitung 156 geleitet
und wird anschließend
in dem Niedrigdruck-Wassererhitzer (Economizer) 144 des
Wärmerückgewinnungssystems 112 erhitzt.
Abgas, das den Zwischendruck-Dampferhitzer 142 verlässt, wird
als Wärmeübertragungsfluid
im Niedrigdruck-Dampfheizer (Economizer) 144 verwendet.
Ein erhitzter Niedrigdruckdampf verlässt den Dampferhitzer 144 durch
eine Niedrigdruck-Dampfleitung 158. Ein Teil des Niedrigdruckdampfs,
der in der Dampfleitung 158 vorhanden ist, wird in einer
Dampfleitung 159 abgeleitet und wird im Zwischendruck-Dampferhitzer 142 erhitzt,
bevor er durch die Zwischendruck-Dampfleitung 148 geleitet
wird. Der übrige
Teil des Niedrigdruckdampfs wird über die Niedrigdruck-Dampfleitung 158 durch
eine Niedrigdruck-Dampfturbine 152 geleitet, wo der Niedrigdruckdampf
sich ausdehnt und abkühlt,
wodurch mechanische Leistung erzeugt wird.
-
Der
Dampf verlässt
die Turbine 152 durch eine Leitung 160 und wird
optional in einem Wasserkühler 162 weiter
gekühlt
und kondensiert (bei niedrigem Druck), bevor er an einem Punkt 164 mit
frischem Siederprozesswasser, das von einer Wasserquelle 166 durch
eine Frischwasserleitung in den Advanced Thermochemical Recuperation
Cycle 100 eingeführt
wird, kombiniert wird. Das Abgas, das als Wärmeübertragungsfluid im Niedrigdruck-Dampferhitzer 144 verwendet
wird, verlässt
das Wärmerückgewinnungssystem 112 durch
einen Kanal 170.
-
2 stellt
ein Verfahrensablaufdiagramm einer alternativen Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Advanced
Thermochemical Recuperation-Kombikraftwerks, allgemein mit 200 bezeichnet,
dar. Verbrennungsluft wird von der Luftquelle 102 in das
Kraftwerk 200 eingeführt.
Ein erster Teil der Luft von der Luftquelle 102 wird adiabatisch
in einem Einfachstufenkompressor 104 der Gasturbine 106 komprimiert,
und ein zweiter Teil der Luft wird in drei zwischengekühlten Kompressionsstufen
komprimiert. Die ersten und zweiten Luftteile werden schließlich kombiniert
und/oder werden in den Brenner 118 der Gasturbine 106 eingeführt. Vorzugsweise
weist der zweite Luftteil eine Temperatur von 5,5°C bis 222°C unterhalb
(etwa 10°F
bis etwa 400°F
unterhalb) der des Abgases, das die Gasturbine verlässt, auf.
-
Der
erste Luftteil wird von der Luftquelle 102 durch eine Luftzufuhrleitung 108 zum
Luftkompressor 104 der Gasturbine 106 transportiert.
Druckluft verlässt
den Kompressor 104 durch eine Druckluftleitung 202 und wird
(mit dem zweiten Luftteil) zusammen mit dem reformierten Brennstoff
in den Brenner 118 eingeführt.
-
Der
zweite Luftteil wird von der Luftquelle 102 zu einem Erststufenkompressor 204 transportiert,
wo die Luft komprimiert wird. Die Druckluft verlässt den Erststufenkompressor 204 und
wird zu einem wassergekühlten
Wärmetauscher 206 geleitet,
bevor sie in einen Zweitstufenkompressor 208 eintritt.
Die Druckluft verlasst den Zweitstufenkompressor 208 und
wird zu einem Wärmetauscher 210 geleitet,
wo die Druckluft durch flüssigen
rohen Brennstoff gekühlt
wird, bevor sie in einen Drittstufenkompressor 212 eintritt.
Die Druckluft, die den Drittstufenkompressor verlasst, wird in ein
Wärmerückgewinnungssystem 214 geleitet
und genauer durch Luftvorerhitzer 216 und 218,
die im Wärmerückgewinnungssystem 214 angeordnet
sind. Abgas wird als Wärmeübertragungsfluid
verwendet, um die Druckluft in den Luftvorerhitzern 216 und 218 indirekt
zu erhitzen. Eine erhitzte Druckluft verlässt die Luftvorerhitzer 216 und 218 durch
einen Kanal 220 und wird in den Brenner 118 der
Gasturbine 106 geleitet, wo der reformierte Brennstoff
verbrannt wird, um ein heißes Abgas
zu erzeugen. Das heiße
Abgas, das die Gasturbine verlässt,
wird durch einen Kanal 140 zum Wärmerückgewinnungssystem 214 geleitet.
-
Flüssiger roher
Brennstoff von der Brennstoffquelle 120 wird zuerst auf
einen Druck gepumpt, der sich eignet, um einen reformierten Brennstoff
in den Einlass des Brenners 118 einzuspeisen, und dann
wird der flüssige
rohe Brennstoff im Wärmetauscher 210 durch
Druckluft, die den Zweitstufen-Luftkompressor 208 verlässt, verdampft.
Der verdampfte Brennstoff wird an einem Mischpunkt 222 mit
verdichtetem Dampf kombiniert, um eine Brennstoff/Dampf-Mischung
zu bilden, wobei der unter Druck stehende Dampf vorzugsweise einen Druck
von etwa 16 Bar absolut bis etwa 40 Bar absolut und stärker bevorzugt
etwa 22 Bar absolut bis etwa 24 Bar absolut aufweist. Die Brennstoff/Dampf-Mischung
wird durch die Brennstoff/Dampf-Mischungsleitung 130 in
den Brennstoffreformer 128 des Wärmerückgewinnungssystems 214 geleitet.
Im Reformer 128 wird die Brennstoff/Dampf-Mischung katalytisch
in einen reformierten Brennstoff umgewandelt, der sich zur Verbrennung
im nachgeschalteten Brenner 118 der Gasturbine 106 eignet.
-
Optional
kann der reformierte Brennstoff im Brennstofferhitzer 132,
der stromabwärts
vom Reformer 128 (mit Bezug auf die Strömungsrichtung der Brennstoff/Dampf-Mischung)
im Wärmerückgewinnungssystem 214 angeordnet
ist, erwärmt
werden. Abgas, das die Gasturbine 138 der Gasturbine 106 verlässt, liefert
die endothermische Wärme,
die notwendig ist, um die Brennstoff/Dampf-Mischung im Reformer 128 katalytisch
zu reformieren, und die Wärme,
die notwendig ist, um den reformierten Brennstoff im optionalen
Brennstofferhitzer 132 zu erhitzen. Die Brennstoff/Dampf-Mischung
wird über
einen dampfreformierenden Katalysator geleitet und wird mit der
Wärme,
die vom Abgas übertragen
wird, in eine geeignete brennbare Brennstoffmischung umgewandelt,
die hauptsächlich
Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Spurenmengen von Kohlendioxid enthält. Wie bereits
angegeben, schließt
ein geeigneter Reformierungskatalysator zur Verwendung in der Erfindung
einen herkömmlichen
Katalysator auf Nickelbasis ein, wie er üblicherweise verwendet wird,
um Erdgas in Wasserstoff umzuwandeln.
-
Das
Turbinenabgas in Leitung 140 wird über die beiden Leitungen 224 und 226 in
zwei Gasströme
aufgeteilt. Das Abgas in der Leitung 224 wird verwendet,
um den zweiten Teil der Druckluft, die den Luftvorerhitzer 218 verlässt, vorzuheizen.
Das Abgas in Leitung 226 wird verwendet, um den reformierten
Brennstoff im Wärmetauscher 132 vorzuheizen
und die Brennstoff/Dampf-Mischung im Reformer 128 zu reformieren.
Die beiden Abgasströme
in den Leitungen 224 und 226 werden an einem Mischpunkt 228 kombiniert
und werden durch eine Leitung 230 zu einem Wassersieder/-verdampfer 232 geliefert.
Der Wassersieder/-verdampfer 232 wird verwendet, um den
Dampf zu erzeugen, der die Brennstoff/Dampf-Mischung umfasst, die
in den Reformer 128 geleitet wird. Das Abgas verlässt den
Wassersieder/-verdampfer 232 durch eine Leitung 234 und
wird erneut in zwei Gasströme
durch die Leitungen 36 und 238 aufgeteilt. Das
Abgas in der Leitung 236 wird verwendet, um den zweiten
Teil der Druckluft, die den Luftvorerhitzer 216 verlässt, vorzuheizen.
Das Abgas in Leitung 238 wird verwendet, um Wasser von
der Wasserquelle 166 in einem Wärmetauscher 240 zu
erhitzen. Das heiße Wasser,
das den Wärmetauscher 240 verlässt, wird
im Wassersieder/-verdampfer 232 in Dampf umgewandelt und
schließlich
am Mischpunkt 222 mit dem rohen Brennstoff kombiniert.
-
Die
Abgasströme,
die den Vorerhitzer 216 und den Wärmetauscher 240 verlassen,
werden anschließend
an einem Mischpunkt 242 kombiniert und in einer Leitung 244 in
einen Niedrigdruck-Wassersieder 246 geleitet, um einen
Niedrigdruckdampf für
den nachgeschalteten Rankine-Zyklus zu erzeugen. Der Niedrigdruckdampf
verlässt
den Wassersieder 246 durch die Niedrigdruck-Dampfleitung 158 und
wird durch die Niedrigdruck-Dampfturbine 152 geleitet,
wo der Niedrigdruckdampf sich ausdehnt und abkühlt, wodurch mechanische Leistung
erzeugt wird. Der kondensierte Strom verlässt die Dampfturbine 152 durch
eine Kondensationsdampfleitung 160 und wird optional in
einem Wasserkühler 162 weiter
abgekühlt
und kondensiert (bei niedrigem Druck), bevor er an einem Punkt 164 mit
frischem Siederqualitäts-Prozesswasser
kombiniert wird, das von der Wasserquelle 166 durch eine
Frischwasserleitung 168 in das Advanced Thermochemical
Recuperation-Kombikraftwerk 200 eingeführt wird.
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Wasser
verlässt
den Mischpunkt 164 durch eine Wasserleitung 248 und
wird anschließend
im Niedrigdruck-Wassersieder 144 verdampft. Das Abgas,
das als Wärmeübertragungsfluid
im Niedrigdruck-Wassersieder 144 verwendet wird, verlässt das
Wärmerückgewinnungssystem 214 durch
einen Kanal 170.
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Der
reformierte Brennstoff verlässt
den Brennstoffreformer 128 (und optional den Brennstofferhitzer 132)
des Wärmerückgewinnungssystems 214 durch
eine Brennstoff-Zufuhrleitung 134 und wird in den Brenner 118 eingespritzt,
wo er in Anwesenheit von Druckluft (den beiden ersten und zweiten
Luftteilen, die oben beschrieben wurden) verbrannt wird, um das
Abgas zu erzeugen. Das Abgas verlässt den Brenner 118 sofort durch
die Abgasleitung 136 und wird durch den Turbinenabschnitt 138 der
Gasturbine 106 geleitet, wo das Abgas abkühlt und
sich ausdehnt, wodurch mechanische Leistung erzeugt wird. Das ausgedehnte
und teilweise abgekühlte
Abgas verlässt
den Turbinenabschnitt 138 durch eine Abgasleitung 140.
Fühlbare
Wärme,
die im Abgas verbleibt, das den Turbinenabschnitt 138 verlässt, wird
in verschiedenen Wärmetauschern
des Wärmerückgewinnungssystems 214 verwendet.
Wie oben angegeben, schließen
solche Wärmetauscher
die Luftvorerhitzer 216 und 218, die verwendet
werden, um komprimierte Verbrennungsluft vorzuheizen, den Rohbrennstoffreformer 128,
der verwendet wird, um die Rohbrennstoffzufuhr vorzuheizen, den
optionalen Brennstofferhitzer 132, der verwendet werden
kann, um den reformierten Brennstoff zu reformieren, und verschiedene
Wasser-/Dampferhitzer 232, 240 und 246 ein.
-
Wenn
eine Mischung aus rohem Dimethylether-Brennstoff und Dampf reformiert
wird, um einen reformierten Brennstoff zu bilden, der in Anwesenheit
von Luft verbrannt wird, um ein heißes Abgas zu erzeugen, das
durch einen Turbinenabschnitt der Gasturbine geleitet wird, weist
das Abgas, das den Turbinenabschnitt verlässt, im Allgemeinen eine Temperatur
von etwa 1000°F
(etwa 540°C)
bis etwa 1200°F
(etwa 650°C),
vorzugsweise von etwa 1050°F
(etwa 565°C)
bis etwa 1150°F
(etwa 621°C)
und stärker
bevorzugt von etwa 1090°F
(etwa 588°C)
bis etwa 1120°F
(etwa 604°C)
ein. Somit sind auf der Basis der Temperatur des Abgases, das in
den Turbinenabschnitt der Gasturbine eintritt und aus diesem austritt,
keine teuren und komplexen Hochtemperaturturbinen notwendig; es
können
herkömmliche
Turbinen verwendet werden und diese sind entsprechend der Erfindung
bevorzugt.
-
Das
Abgas, welches das Wärmerückgewinnungssystem
im Gas eines Dimethylether-Brennstoffs verlässt, weist vorzugsweise eine
Temperatur von etwa 190°F
(etwa 88°C)
bis etwa 250°F
(etwa 121°C),
stärker bevorzugt
etwa 195°F
(etwa 90°C)
bis etwa 215°F
(etwa 102°C),
auf. Auf der Basis der Abgastemperatur, die das Wärmerückgewinnungssystem
verlässt,
zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren effizient fühlbare Wärme nutzt,
die im Verbrennungsabgas vorhanden ist. Ferner ist zu sehen, dass
der nachgeschaltete Rankine-Zyklus, der unter bestimmten Bedingungen
betrieben wird, in der Lage ist, die fühlbare Wärme im Abgas zu nutzen, um
zusätzliche
Leistung in der Niedrigdruck-Dampfturbine zu erzeugen. Es sei jedoch
darauf hingewiesen, dass die Höhe
der Leistung, die im nachgeschalteten Rankine-Zyklus erzeugt wird, auf der Basis der
Gesamt-Leistungserzeugung des gesamten Kraftwerks deutlich niedriger
ist als 40%, vorzugsweise niedriger als etwa 30% und stärker bevorzugt
niedriger als etwa 10%. Somit werden mehr als 60% und stärker bevorzugt
mehr als 90% der Gesamtleistung, die von dem Kraftwerk erzeugt wird,
von den Gasturbinen erzeugt.
-
Im
Brennstoffreformer wird die Brennstoff/Dampf-Mischung in Anwesenheit
eines Katalysators umgesetzt, so dass eine endothermische Reaktion
abläuft,
die die Brennstoff/Dampf-Mischung in eine reformierte Brennstoffmischung
umwandelt, die Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Spurenmengen von Kohlendioxid
umfasst. Die endothermische Wärme,
die notwendig ist, um die Erfindung auszuführen, wird vom Abgas geliefert, das
die Gasturbine verlässt.
Das Ausmaß der
Reformierung von rohem Brennstoff und Dampf ist eine Funktion der
Betriebstemperatur und des Betriebsdrucks des Reformers und des
Molverhältnisses
von Dampf und Brennstoff. Vorzugsweise liegt das Molverhältnis von
Dampf und rohem Brennstoff bei etwa 1:10 bis etwa 1:1, stärker bevorzugt
bei etwa 0,7:4 bis etwa 0,9:2,5 (d.h. etwa 0,175:1 bis etwa 0,36:1).
-
Im
Fall eines rohen Dimethylether-Brennstoffs (siehe das nachstehende
Beispiel 1), wo das Molverhältnis
von Dampf zu Brennstoff bei etwa 1,0 liegt, kann die Dampf/Brennstoff-Mischung
bei einer Temperatur von etwa 300°F
(etwa 149°C)
bis etwa 580°F
(etwa 304°C),
vorzugsweise etwa 350°F
(etwa 177°C)
bis etwa 550°F
(etwa 288°C)
und stärker
bevorzugt bei einer Temperatur von etwa 380°F (etwa 193°C) bis etwa 450°F (etwa 232°C) in den
Reformer gespeist werden. Somit wurde bestimmt, das bei diesen gegebenen
Reformereinlasstemperaturen das Abgas, das in den Brennstoffreformer
als ein Wärmeübertragungsfluid
eintritt, vorzugsweise eine Temperatur von etwa 770°F (etwa 410°C) bis etwa
900°F (etwa
482°C),
stärker
bevorzugt von etwa 780°F
(etwa 415°C)
bis etwa 850°F
(etwa 454°C)
und am stärksten
bevorzugt von etwa 790°F
(etwa 421°C)
bis etwa 825°F
(etwa 441°C)
aufweist. Ferner wurde bestimmt, dass das Abgas den Reformer mit
einer Temperatur von etwa 600°F
(etwa 315°C)
bis etwa 750°F
(etwa 400°C),
vorzugsweise von etwa 610°F
(etwa 321°C)
bis etwa 700°F
(etwa 370°C)
und stärker
bevorzugt von etwa 615°F
(etwa 323°C)
etwa 650°F
(etwa 343°C)
verlasst. Bei den am stärksten
bevorzugten Betriebsbedingungen des Brennstoffreformers liegt die Umwandlung
der Mischung aus rohem Brennstoff und Dampf zu einem reformierten
Brennstoff bei etwa 100%.
-
Im
Falle eines rohen Dimethylether-Brennstoffs (siehe Beispiel 3 unten),
wo das Molverhältnis
von Dampf zu Brennstoff etwa 2,28 ist, kann die Dampf/Brennstoff-Mischung bei einer
Temperatur von etwa 600°F (etwa
315°C) bis
etwa 670°F
(etwa 354°C)
und vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 650°F (etwa 343°C) bis etwa
670°F (etwa
354°C) in
den Reformer eingespeist werden. Somit wurde bestimmt, dass bei diesen
gegebenen Reformereinlassbedingungen das Abgas, das als Wärmeübertragungsmedium
in den Brennstoffreformer eintritt, vorzugsweise eine Temperatur
von etwa 700°F
(etwa 370°C)
bis etwa 1090°F
(etwa 588°C),
stärker
bevorzugt von etwa 800°F
(etwa 427°C)
bis etwa 1090°F
(etwa 588°C)
und am stärksten
bevorzugt von etwa 1060°F
(etwa 571°C)
bis etwa 1085°F
(etwa 585°C)
aufweist. Ferner wurde bestimmt, dass das Abgas den Reformer bei
einer Temperatur von etwa 620°F
(etwa 327°C)
bis etwa 740°F
(etwa 393°C), vorzugsweise
von etwa 685°F
(etwa 363°C)
bis etwa 740°F
(etwa 393°C),
und stärker
bevorzugt von etwa 690°F
(etwa 366°C)
etwa 715°F
(etwa 380°C)
aufweist. Bei den am meisten bevorzugten Betriebsbedingungen des
Brennstoffreformers liegt die Umwandlung der Mischung aus rohem
Brennstoff und Dampf zu einem reformierten Brennstoff bei etwa 100%.
-
Die
Erfindung liefert eine wirksamere Kombination von thermochemischer
Rekuperation und Abgaskühlung,
die in vielen Arten von Kombikraftwerken geeignet ist. Eine solche
Kombination ermöglicht
die Konstruktion von Anlagen mit Wirkungsgraden der Netto-Leistungserzeugung,
die wesentlich höher
sind als diejenigen von herkömmlichen
Konstruktionen, da die Leistungserzeugung in Gasturbinen, die im
Vergleich zu denen in herkömmlichen
Kombikraftwerken einen höheren
Wirkungsgrad haben, erhöht
wird.
-
BEISPIELE
-
Die
folgenden Beispiele werden angegeben, um die Erfindung noch besser
zu erläutern,
sollen deren Bereich aber nicht einschränken.
-
Beispiel
1 ist auf eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Leistungserzeugungsverfahrens
und der entsprechenden Vorrichtung gerichtet, die oben beschrieben
und in 1 dargestellt sind und die einen flüssigen rohen
Dimethylether-Brennstoff als Brennstoff verwendet. Beispiel 2 ist
ein Vergleichsbeispiel, das ein herkömmliches Kombizyklus-Leistungserzeugungsverfahren
unter Verwendung des gleichen flüssigen
rohen Dimethylether-Brennstoffs als Brennstoff und der gleichen
Gasturbinen-Betriebsbedingungen einschließlich einer ähnlichen
Verbrennungsluft-Zufuhrrate
zum Kompressor der Gasturbine, darstellt.
-
Beispiel
3 ist auf eine andere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Leistungserzeugungsverfahrens
und der entsprechenden Vorrichtung gerichtet, die oben beschrieben
und in 2 dargestellt sind und die einen flüssigen rohen
Dimethyl ether-Brennstoff als Brennstoff verwenden. Beispiel 4 ist
ein Vergleichsbeispiel, das ein herkömmliches Kombikraftwerk zeigt,
das den gleichen flüssigen
rohen Brennstoff als Brennstoff unter leicht modifizierten Gasturbinen-Betriebsbedingungen
verwendet.
-
Jedes
der in den Beispielen 1–4
verwendete Verfahren wurde unter Verwendung der ASPEN PLUS®-Verfahrenssimulations-Software
und unter Annahme von Bearbeitungseinheits-Wirkungsgraden (z.B. Kompressorwirkungsgraden,
Ausmaß der
Turbinenluftkühlung
usw.), falls nötig,
simuliert. Zwar waren diese Wirkungsgrade für Vergleichszwecke zwischen
Beispiel 1 und 2 und Beispiel 3 und 4 verschieden, aber die relativen
Unterschiede in den Wirkungsgraden, die für die Beispiele 1 und 3 angenommen
wurden (welche Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Leistungserzeugungsverfahrens
darstellen) gegenüber
denen, die für
die Beispiele 2 und 4 (welche das herkömmliche Kombikraftwerk darstellen)
angenommen wurden, verzerren nicht die grundsätzlichen Leistungsverbesserungen,
die durch das Verfahren der Erfindung erreicht werden.
-
Beispiel 1
-
Ein
Advanced Thermochemical Recuperation-Kombikraftwerk wie oben beschrieben
und in 1 dargestellt wurde so konstruiert, dass es Leistung
unter Verwendung einer Strömungsrate
von flüssigem
rohem Dimethylether von etwa 6540 Amerikanischen Tonnen/Tag (ST/D)
erzeugte. Ein Molverhältnis
von Dampf zu rohem Brennstoff, die dem Brennstoffreformer zugeführt wurden,
war etwa eins, und die Betriebsbedingungen des Reformers wurden
so ausgewählt,
dass etwa 100% Reformierung des rohen Brennstoffs erreicht wurden. Relevante
Verfahrensdaten für
dieses Beispiele sind in der nachstehenden Tabelle I angegeben.
Man beachte, dass die in Tabelle I für dieses Beispiel gezeigten
Mengen auf der in 1 dargestellten Konstruktion
beruhen, die vier parallele Gasturbinenzüge (in 1 mit 106 bezeichnet),
vier Wärmerückgewinnungssysteme
(in 1 mit 112 bezeichnet) und einen Dampfturbinenzug
verwendet.
-
Atmosphärenluft
wurde gefiltert und über
eine Leitung 108 in einen Kompressor 104 der Gasturbine 106 eingeführt, während flüssiger roher
Dimethylether-Brennstoff bei 60°F
(etwa 15,6°C)
und 77 Pounds pro Quadratinch absolut (psia) (etwa 5,3 Bar absolut)
aus der Brennstoffquelle 120 in das Kraftwerk gepumpt wurde
und danach im Wärmetauscher 124 auf
eine Temperatur von 390°F
(etwa 199°C)
verdampft/vorgeheizt wurde. Verdampfter Dimethylether wurde dann
am Mischpunkt 126 mit einer äquimolaren Menge Zwischendruckdampf
(etwa 58.099 lbs/h/Zug) kombiniert, wobei der Dampf im Wärmerückgewinnungssystem 112 erzeugt
worden war. Die resultierende Temperatur der Dampf/Brennstoff-Mischung,
die in der Leitung 130 zum Dimethyletherreformer geleitet
wurde, lag bei etwa 402°F
(etwa 205°C),
was höher
ist als die erwartete Reaktionsinitiationstemperatur des Reformierungskatalysators
(etwa 400°F
(etwa 204°C)).
-
Der
reformierte Brennstoff verließ den
Reformer 128 mit 662°F
(etwa 350°C)
in den Brenngaserhitzer 132, wo der Brennstoff durch indirekten
Wärmetausch
mit Turbinenabgas auf eine Temperatur von 771°F (etwa 411°C) erwärmt wurde. Danach wurde der
erwärmte
reformierte Brennstoff über
die Brennstoffleitung 134 in die Brenner 118 jeder
der vier Gasturbinenzüge 106 eingeführt, die
jeweils etwa 240 Megawatt (MW) Nettoleistung erzeugten. Heißes Abgas
verließt
jeden der Gasturbinenzüge 106 bei
einer Temperatur von 1101°F (etwa
594°C) und
wurde in das Wärmerückgewinnungssystem 112 geleitet.
Wie oben angegeben und wie in 1 dargestellt,
war die Reihenfolge des Abgasstroms durch das Wärmerückgewinnungssystem 112 wie folgt:
Luftvorerhitzer 114, Brenngaserhitzer 132, Brenngasreformer 128 und
Zwischendruck-(335 psia (etwa 23 Bar absolut)) und Niedrigdruck-
(etwa 50 psi (etwa 3,4 Bar absolut)) Dampferhitzer 142 bzw. 144.
Die im nachgeschalteten Dampfzyklus erzeugte Leistung war etwa 87
MW auf Gesamtkraftwerksbasis (entsprechend einem Dampfturbinenzug).
-
Dieses
Beispiel zeigt die hohe Leistungsausgabe in Gasturbinen und die
relativ niedrige Leistungsausgabe, die von den kondensierenden Niedrigdruck-Dampfturbinen
erzeugt wird. Dieses Ergebnis ist wegen des hohen Wirkungsgrads
der Gasturbinen bei der Leistungserzeugung im Vergleich zu Dampfturbinen
plus der relativen Einfachheit der Steuerung der Leistungserzeugung
in sowohl den Gasturbinenzügen
als auch dem Niedrigdruck-Dampfturbinenzug besonders günstig.
-
Von
der Gesamtleistung, die von dem Kraftwerk bei der angegebenen Brennstoff-Strömungsrate (6.568
ST/D roher Brennstoff) erzeugt wurde, wurden weniger als etwa 8,5%
der Gesamtleistung durch die kondensierenden Niedrigdruck-Dampfturbinen
erzeugt. Eine solche niedrige Leistungserzeugung in der Dampfturbine
steht in direktem Gegensatz zum herkömmlichen Kombikraftwerkprozess,
der in Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel) unten beschrieben ist. Dort
machen die Dampfturbinen etwa 36% der gesamten Ausgabeleistung aus.
Ebenso ist der Wirkungsgrad der Netto-Leistungserzeugung für den erfindungsgemäßen TCR-Zyklus
höher als
der des herkömmlichen
Kombikraftwerks (56,36% gegenüber
55,90%, LHV-Basis). Siehe Tabelle I unten.
-
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)
-
Das
Beispiel wird für
Vergleichszwecke angegeben und ist auf ein herkömmliches Kombikraftwerk gerichtet,
das mit einer Strömungsrate
von flüssigem
Dimethylether-rohem Brennstoff von etwa 6.840 ST/D arbeitet. Das
simulierte Kraftwerk verwendete einen einfachen Zyklus, der drei
parallele Gasturbinenzüge
und einen nachgeschalteten Rankine-Zyklus verwendete, der eine Dampfturbine
aufwies, die Hochdruck-, Zwischendruck- und Niedrigdruck-Dampfturbinen
enthielt, die jeweils mit unter Druck gesetztem Dampf von den drei
Wärmerückgewinnungsgeneratoren
(im Folgenden als „HRSG" bezeichnet) versorgt
wurden. Relevante Verfahrensdaten für dieses Beispiel sind in der
nachstehenden Tabelle I angegeben.
-
Atmosphärenluft
wurde gefiltert und in einen Kompressor einer Gasturbine eingeführt, während flüssiger roher
Dimethylether-Brennstoff bei 60°F
(etwa 15,6°C)
und 77 psia (etwa 5,3 Bar absolut) in das Kraftwerk gepumpt wurde,
dann unter Verwendung von heißem
Siederspeisewasser von einer Zwischendruck-Dampfschleife des nachgeschalteten
Rankine-Zyklus auf eine Temperatur von 330°F (etwa 165,6°C) verdampft/vorerhitzt
wurde. Verdampfter Dimethylether wurde in einen Einlass eines Brenners
mit trockener Vormischung mit niedrigem NOx Gehalt
eingeführt.
Jeder der drei Gasturbinenzüge
erzeugte eine Leistungsausgabe von 236,2 MW. Abgas verließ jeden
der Gasturbinenzüge
mit einer Temperatur von 1102°F
(etwa 594°C)
und wurde verwendet, um den Dreifachdruckdampf zu erzeugen, der
im nachgeschalteten Rankine-Zyklus erforderlich war.
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Das
Abgas, das die einzelnen Gasturbinenzüge verließ, wurde kombiniert und in
die HRSGs eingespeist. Die Anordnung der verschiedenen Wärmetauscher,
welche die HRSGs enthielten, in Richtung des Abgasstroms war wie
folgt: (a) Dampfüberhitzer
und parallel dazu Wiedererhitzer; (b) Hochdruckverdampfer; (c) Zwischendruck-Überhitzer; (d) Hochtemperatur-Siederspeisewasser-Economizer
(HTBFWE); (e) Zwischendruckverdampfer; (f) Niedrigdrucküberhitzer;
(g) Niedrigtemperatur-Siederspeisewasser-Economizer parallel dazu
(LTBFWE); (h) Niedrigdruckverdampfer/integraler Entgaser und (9)
Kondensaterhitzer.
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Ein
Hochdruck-Siederspeisewasser (555.436 lbs/Stunde/Zug) vom Entgaser
(h) wurde im LTBFWE (g) von 320°F
(etwa 160°C)
auf 438°F
(etwa 225°C)
erwärmt
und wurde im HTBFWE (d) weiter auf 626°F (etwa 330°C) erwärmt, bevor es in den Hochdruckverdampfer
(b) eintrat, wo ein Hochdruckdampf (552.659 lbs/Stunde/Zug) mit
einem Druck von 2069 psia (142,6 Bar absolut) erzeugt wurde. Der
Hochdruckdampf wurde in einem Überhitzer
(a) auf eine Temperatur von 1007°F
(etwa 542°C) überhitzt.
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Der
Hochdruckdampf wurde in einen Hochdruckabschnitt der Dampfturbine
eingespeist. Der Hochdruckabschnitt der Dampfturbine empfing den überhitzten
Hochdruckdampf bei 1865 psia (etwa 128,6 Bar absolut) und einer
Temperatur von 1000°F
(etwa 538°C)
von jedem der drei HRSGs und entließ einen Dampf bei niedrigerem
Druck (als Zwischendruck-Dampf bezeichnet) bei 425 psia (etwa 29,3
Bar absolut) und 635°F
(etwa 335°C).
Der Zwischendruckdampf wurde zum Wiedererhitzer (a) geleitet, wo
die Temperatur des Zwischendruckdampfs auf 1005°F (etwa 541°C) erhöht wurde.
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Zwischendruck-Siederspeisewasser
(etwa 341,891 lbs/Stunde/Zug) vom Entgaser (d) wurde im LTBFWE (g)
von 320°F
(etwa 160°C)
auf 438°F
(etwa 225°C)
erwärmt,
und ein Teil dieses Wassers wurde zu einem Brennstofferhitzer/-verdampfer
geleitet, während
der übrige
Teil dieses Wassers in den Zwischendruckverdampfer (e) eingespeist
wurde, wo ein Zwischendruckdampf (etwa 144.800 lbs/Stunde/Zug) mit
einem Druck von 436 psia (etwa 30,0 Bar absolut) erzeugt und in
einem Überhitzer
(a) auf 500°F
(etwa 260°C) überhitzt wurde. Überhitzter
Zwischendruckdampf von jedem der drei HRSGs wurde zusammen mit dem
Strom aus wiedererhitztem Zwischendruckdampf, der aus dem Hochdruckabschnitt
der Dampfturbine ausgelassen wurde (im vorherigen Abschnitt beschrieben),
kombiniert. Der Zwischendruckabschnitt der Dampfturbine nahm 380 psia
(etwa 26,2 Bar absolut) wiedererhitzten Dampf bei 1000°F (etwa 538°C) von jedem
der drei HRSGs auf und entließt
einen Dampf mit niedrigerem Druck (als Niedrigdruckdampf bezeichnet).
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Ein
Niedrigdruckdampf der bei 90 psia (etwa 6,2 Bar absolut) in dem
Niedrigdruckverdampfer (h) erzeugt wurde (etwa 40.358 lbs/Stunde/Zug),
wurde im Überhitzer
(a) auf 345°F
(etwa 174°DC) überhitzt
und wurde mit dem Niedrigdruckdampf, der vom Zwischendruckabschnitt
der Dampfturbine ausgelassen wurde, gemischt. Diese Niedrigdruckdampfmischung
wurde in den Niedrigdruckabschnitt der Dampfturbine bei 68 psia
(etwa 4,7 Bar absolut) eingeführt.
Ein Abgas vom Niedrigdruckabschnitt der Dampfturbine wurde zu einem wassergekühlten Oberflächenkondensator
geleitet, der bei 1,5 Inch Quecksilber absolut (etwa 0,05 Bar absolut)
arbeitete, wo der Dampf kondensiert wurde. Dieses Kondensat wurde
mit Zusatzwasser (etwa 2.222.415 lbs/Stunde für das gesamte Kraftwerk) mit
einer Temperatur von etwa 90°F
(etwa 32°C)
kombiniert, und der kombinierte Wasserstrom wurde geteilt und auf
jeden der drei HRSGs verteilt. Innerhalb der einzelnen HRSGs wurde
der kombinierte Wasserstrom auf 300°F (etwa 149°C) erwärmt und in die Entgaser (g)
eingespeist, wo der Dampfzyklus wiederholt wurde.
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Die
extrem komplexe Konstruktion der HRSG-Einheiten war spezifisch für die Strömungsrate
der Brennstoffzufuhr und der Verbrennungsluft, ebenso wie die erwartete
Temperatur des Abgases, das die Gasturbine verließ. Auf der
Basis der vorstehenden Beschreibung und der nachstehend tabellarisch
aufgeführten Daten
zeigt das Vergleichsbeispiel den höheren Prozentanteil (36%) an
Leistung, die von den drei Abschnitten der Dampfturbine erzeugt
wurde (384 MW), bezogen auf die Gesamtleistung, die von dem Kombikraftwerk
erzeugt wurde (1068 MW). Ferner zeigt es, dass eine komplexe Umgestaltung
von Verfahrensbedingungen erforderlich wäre, falls die Leistungsanforderung
zwischen Spitzen- und Teillast wechseln würde. Wenn die Strömungsrate
der Brennstoffzufuhr (oder der Verbrennungsluft) geändert würde, um
eine Änderung
der Leistungsverbrauchsanforderungen zu bewältigen, müsste das Turbinenabgas beispielsweise
eine andere Temperatur haben, was eine Umgestaltung aller Betriebsbedingungen
des nachgeschalteten Rankine-Zyklus, der oben ausführlich dargestellt
wurde, erfordern würde
(z.B. der Strömungsraten,
der Temperaturen, der Drücke und
der Wärmeanforderungen). Tabelle
1
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Beispiel 3
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Ein
Advanced Thermochemical Recuperation-Kombikraftwerk wie oben beschrieben
und in 2 dargestellt wurde so konstruiert, dass es Leistung
unter Verwendung einer Strömungsrate
von flüssigem
rohem Dimethylether-Brennstoff von etwa 35,984 lbs/s erzeugte. Ein
Gewichtsverhältnis
von Dampf zu rohem Brennstoff, die dem Brennstoffreformer zugeführt wurden,
lag bei etwa 0,89, was einem Molverhältnis von etwa 2,28 entspricht.
Die Betriebsbedingungen des Reformers wurden so gewählt, dass
eine etwa 100%-ige Reformierung des rohen Brennstoffs erreicht wurde.
Relevante Verfahrensdaten für
dieses Beispiel sind in der nachstehenden Tabelle II angegeben.
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Atmosphärische Luft
(etwa 442,4 lbs/s) wurde gefiltert und über die Kompressionsluftleitung 108 in den
Kompressor 104 der Gasturbine 106 eingeführt. Ein
separater Luftstrom (etwa 764,1 lbs/s) wurde gefiltert und in einem
dreistufigen Kompressor komprimiert, wie in 2 dargestellt,
und durch Luftvorerhitzer 216 und 218 geleitet,
bevor er in den Brenner 118 der Gasturbine 106 eingespeist
wurde. Ein Abgas verließt
die Gasturbine 106 bei einer Strömungsrate von 1274,5 lbs/s
und wurde schließlich
bei einer Temperatur von etwa 212°F
(etwa 100°C)
in die Atmosphäre
entlassen.
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Wie
in Tabelle II ausgeführt,
erzeugte die Gasturbine in dieser Ausführungsform des Advanced Thermochemical
Recuperation-Kombikraftwerks etwa 454,0 MW Leistung. Der mit der
Gasturbine verbundene Luftkompressor zog etwa 66,5 MW, was eine
Netto-Leistungserzeugung durch die Gasturbine von 387,5 MW ergab.
Die Leistung, die für
die externen gestuften Kompressoren erforderlich war, lag bei etwa
102,5 MW (bei einem 90%-igen Wirkungsgrad für jeden gestuften Kompressor).
Die Niedrigdruck-Dampfturbine erzeugte etwa 1,7% der Gesamtleistung,
die von diesem Kraftwerk erzeugt wurde, was in starkem Kontrast
zu den 33,4% Gesamt-Leistungserzeugung durch den nachgeschalteten
Rankine-Zyklus der herkömmlichen
Kombikraftwerke steht (siehe Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)).
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Der
Wirkungsgrad der Gesamt-Leistungserzeugung (LHV-Basis) dieser Ausführungsform
des Advanced Thermochemical Recuperation-Kombikraftwerks lag bei
etwa 61,97%.
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Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)
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Dieses
Beispiel wird für
Vergleichszwecke angegeben und ist auf ein herkömmliches Kombikraftwerk gerichtet,
das mit einer Strömungsrate
eines flüssigen rohen
Dimethylether-Brennstoffs von etwa 44,799 arbeitet. Das simulierte
Kraftwerk verwendete einen einfachen Zyklus, der einen Gasturbinenzug
und einen nachgeschalteten Rankine-Zyklus einschloss, der eine Dampfturbine,
die Hochdruck-, Zwischendruck- und Niedrigdruck-Dampfturbinenabschnitte
einschloss, die jeweils mit verdichtetem Dampf von einem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator
versorgt wurden, einschloss. Relevante Verfahrensdaten für dieses
Beispiel sind nachstehend in Tabelle II angegeben. Tabelle
II
- * = in Beispiel 3 wurde ein 90%-iger Wirkungsgrad
für die
gestuften Kompressoren angenommen. Falls ein Kompressorwirkungsgrad
von 85% angenommen würde,
läge der
Wirkungsgrad der Leistungserzeugung bei 60,5%.
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Die
obenstehende Beschreibung soll nur der Klärung und dem Verständnis dienen
und es sollten keine unnötigen
Beschränkungen
daraus abgeleitet werden, da Modifikationen innerhalb des Bereichs
der Erfindung für
den Fachmann nahe liegen können.