CH702389A2 - System und Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine. - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine (102) geschaffen. Das Verfahren enthält ein Rückführen eines Teils eines Abgasstroms (118) zu einem Verdichter (104) der Gasturbine (102) mittels eines Abgasrückführsystems, um die Konzentration von Sauerstoff in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom (108) zu einer Brennkammer (110) der Gasturbine (102) zu reduzieren. Das Verfahren enthält ferner ein Zugeben eines Verdünnungsmittels (134) zu einem Brennstoffstrom (112), der zu der Brennkammer (110) geführt wird, und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom, der zu dem Verdichter (104) geführt wird, um in einem resultierenden Abgasstrom (118) die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu steigern.
Description
Hintergrund zu der Erfindung
[0001] Die Erfindung betrifft allgemein die Reduktion von Emissionen und insbesondere die Emissionsreduktion in Gasturbinen.
[0002] Stickoxide (NOx) sind die hauptsächlichen Schadstoffe, die in einem Abgasstrom von Verbrennungsmaschinen inhärent vorzufinden sind. Es ist bekannt, dass sie sauren Regen verursachen, der für lebende Organismen schädlich ist. Es sind verschiedene emissionsreduzierende Technologien, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, vorgemischte Verbrennung, Abgasrückführung (EGR, Exhaust Gas Recirculation), Dampfzugäbe bei der Diffusionsverbrennung, Verbrennung mit Nacherhitzung und selektive katalytische Reduktion (SCR, Selective Catalytic Reduction), eingesetzt worden, um NOx-Emissionen zu reduzieren.
[0003] Bei einer vorgemischten Verbrennung wird z.B. ein Zuführstrom eines Oxidationsmittels mit einem Brennstoff vermischt, bevor dieser in eine Brennkammer eingeleitet werden. In einem derartigen Fall wird der Brennstoff mit der Verbrennungsluft gleichmässig vermischt, und zur Verfügung stehende überschüssige Luft hilft, die Flammentemperaturen niedrig zu halten. Niedrige Flammentemperaturen reduzieren wiederum die NOx-Bildung.
[0004] Bei der Abgasrückführung (EGR) wird ein Teil eines Abgasstromes in den Oxidationsmittelzuführstrom zurückgeführt, wodurch die Sauerstoffkonzentration in dem Oxidationsmittelzuführstrom effektiv reduziert wird. Das Fehlen eines überschüssigen Sauerstoffs in der Brennkammer reduziert die Erzeugung von NOx. Eine Verbrennung mit Nacherhitzung ist der Abgasrückführung (EGR) ähnlich, wobei hier die Verbrennungsprodukte einer ersten Brennkammer in einer nachfolgenden zweiten Brennkammer nacherhitzt oder wiederverbrannt werden. Somit ist aufgrund des Fehlens überschüssigen Sauerstoffs in der zweiten nachfolgenden Brennkammer durch die Wiedererhitzung des Verbrennungsprodukts des ersten Brenners die Bildung von NOx reduziert.
[0005] Ausserdem kühlt eine Dampfzugabe zu einer Diffusionsflamme die Diffusionsflammentemperaturen ab. Eine Dampfzugabe ermöglicht eine Reduktion der Flammentemperaturen auf einen Sollgrenzwert, so dass auf diese Weise die Bildung von NOx reduziert wird. Bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) wird ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise Ammoniak, dazu verwendet, Stickoxide in einem Abgasstrom zu elementarem Stickstoff zu reduzieren.
[0006] Die Verwendung der vorerwähnten Emissionsreduktionstechnologien reduziert aber die NOx-Konzentration in einem Abgasstrom nur auf etwa 9 ppm. Mit dem wachsendem Bewusstsein für eine sauberere Umwelt und strengeren Emissionsvorschriften ist eine weitere Reduktion der NOx-Konzentration in Abgasströmen von Verbrennungsmaschinen sehr erwünscht.
[0007] Ausserdem wächst die Sorge über eine globale Erwärmung. Der Kohlendioxidemission aus Verbrennungsmaschinen wird der grösste Beitrag zur globalen Erwärmung zugeschrieben. Technologien, wie Kohlenstoffabscheidung und Kohlenstoffspeicherung, haben sich bei der Reduktion der Kohlendioxidkonzentration in dem Abgasstrom als effektiv erwiesen. Kohlenstoffabscheidungstechniken arbeiten bei höheren Konzentrationen von Kohlendioxid in dem Abgasstrom effektiver und kosteneffizienter.
[0008] Folglich besteht ein Bedarf nach verbesserten Emissionsreduktionstechnologien, die sich mit einem oder mehreren der vorerwähnten Aspekte befassen und einen effektiven Einsatz von Kohlenstoffabscheidetechnologien ermöglichen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0009] Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine geschaffen. Das Verfahren enthält ein Rückführen eines Teils eines Abgasstroms zu einem Verdichter der Gasturbine über ein Abgasrückführsystem, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom zu einer Brennkammer der Gasturbine zu reduzieren. Das Verfahren enthält ferner ein Zugeben eines Verdünnungsmittels zu wenigstens entweder einem Brennstoffstrom, der zu der Brennkammer geführt wird, und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom, der zu dem Verdichter geführt wird, um in einem resultierenden Abgasstrom die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxiden zu erhöhen.
[0010] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine geschaffen. Das Verfahren enthält ein Rückführen eines Teils eines Abgasstroms zu einem Verdichter der Gasturbine mittels eines Abgasrückführsystems, um die Konzentration von Sauerstoff in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom zu einer Brennkammer der Gasturbine zu reduzieren. Das Verfahren enthält ferner ein Zugeben eines Verdünnungsmittels zu einem Brennstoffstrom, der zu einer Vormischkämmer geleitet wird, und Verbrennen des Brennstoff-Verdünnungsmittel-Gemisches in einer Vormischbrennkammer, um die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid in einem resultierenden Abgasstrom zu steigern.
[0011] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein System für ein verbessertes Emissionsverhalten einer Gasturbine geschaffen. Das System enthält ein Abgasrückführsystem, das eingerichtet ist, um einen Abgasstrom zu einem Verdichter der Gasturbine zurückzuführen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom zu einer Brennkammer der Gasturbine zu reduzieren. Das System enthält ferner ein Verdünnungsmittelzugabesystem, das eingerichtet ist, um ein Verdünnungsmittel wenigstens entweder einem Brennstoffstrom, der zu der Brennkammer geleitet wird, und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom, der zu dem Verdichter geleitet wird, zuzugeben, um in einem resultierenden Abgasstrom die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
[0012] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein System für ein verbessertes Emissionsverhalten einer Gasturbine geschaffen. Das System enthält ein Abgasrückführsystem, das eingerichtet ist, um einen Teil eines Abgasstroms einem Verdichter der Gasturbine zurückzuführen, um die Konzentration von Sauerstoff in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom zu einer Brennkammer der Gasturbine zu reduzieren. Das System enthält ferner ein Verdünnungsmittelzugabesystem, das eingerichtet ist, um ein Verdünnungsmittel einem Brennstoffstrom zuzugeben, der zu einer Vormischkammer innerhalb der Brennkammer geleitet wird, um in einem resultierenden Abgasstrom die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
[0013] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein System für ein verbessertes Emissionsverhalten bei der Energieerzeugung geschaffen. Das System enthält wenigstens zwei Gasturbinen. Das System enthält ferner ein Verdünnungsmittelzugabesystem, das eingerichtet ist, um ein Verdünnungsmittel wenigstens entweder einem Brennstoffstrom an einem Brennkammereinlass einer ersten und einer zweiten Gasturbine und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelstrom an einem Brennkammereinlass der ersten und zweiten Gasturbine zuzugeben. Das System enthält ferner ein Abgasrückführsystem, das eingerichtet ist, um einen Teil eines Abgasstroms aus einem Auslass der ersten Gasturbine in den Verdichtereinlass der ersten Gasturbine zurückzuführen und einen weiteren Teil des Abgasstroms der ersten Gasturbine an dem Verdichtereinlass der zweiten Gasturbine zuzuführen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom zu den Brennkammern der ersten und der zweiten Gasturbine zu reduzieren und folglich die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid in den Abgasströmen der ersten und der zweiten Gasturbine zu erhöhen.
[0014] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Nachrüstsystem für ein verbessertes Emissionsverhalten einer Gasturbine geschaffen. Das Nachrüstsystem enthält ein nachrüstbares Abgasrückführsystem, das eingerichtet ist, um einen Teil eines Abgasstroms zu einem Verdichter der Gasturbine zurückzuführen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom zu einer Brennkammer der Gasturbine zu reduzieren. Das System enthält ferner ein nachrüstbares Verdünnungsmittelzugabesystem, das eingerichtet ist, um ein Verdünnungsmittel wenigstens entweder einem Brennstoffstrom, der zu der Brennkammer gleitet wird, und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom, der zu dem Verdichter geleitet wird, zuzugeben, um in einem resultierenden Abgasstrom die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
[0015] Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein System für ein verbessertes Emissionsverhalten einer Gasturbine geschaffen. Das System enthält wenigstens zwei Brennkammern. Das System enthält ferner ein Abgasrückführsystem, das eingerichtet ist, um einen Teil eines Abgasstroms zu einem Verdichter der Gasturbine zurückzuführen, um die Konzentration von Sauerstoff in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom zu einer oder mehreren der wenigstens zwei Brennkammern der Gasturbine zu reduzieren. Das System enthält ferner ein Verdünnungsmittelzugabesystem, das eingerichtet ist, um ein Verdünnungsmittel einer oder mehreren der wenigstens zwei Brennkammern der Gasturbine zuzugeben, um in einem resultierenden Abgasstrom die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0016] Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Zeichnungen gleiche Teile bezeichnen:
[0017] Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Systems zur Verbesserung des Emissionsverhaltens für eine Gasturbine, das ein EGR-System und ein Dampf- oder Wasser-Zugabesystem enthält, gemäss einer Ausführungsform der Erfindung in Form eines Blockschaltbilds.
[0018] Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Systems zur Verbesserung des Emissionsverhaltens für die Gasturbinenmaschine nach Fig. 1, das eine Mischeinrichtung zur Vermischung eines Brennstoffstroms mit einem Verdünnungsmittelstrom enthält, in Form eines Blockschaltbilds.
[0019] Fig. 3 zeigt eine Darstellung einer Brennkammer in einer Gasturbine nach Fig. 1, die eine Mischkammer zur indirekten Zugabe eines Brennstoff-Verdünnungsmittel-Gemisches zu einer Vormischkämmer der Brennkammer enthält, in Form eines Blockschaltbilds.
[0020] Fig. 4 zeigt eine Darstellung einer Brennkammer in einer Gasturbine nach Fig. 1, die eine direkte Zugabe von Brennstoff und eines Verdünnungsmittels zu einer Vormischkammer einer Brennkammer enthält, in Form eines Blockschaltbilds.
[0021] Fig. 5 zeigt eine schematisierte Darstellung einer beispielhaften Konfiguration von mehreren Gasturbinen gemäss einer Ausführungsform der Erfindung.
[0022] Fig. 6 zeigt eine schematisierte Darstellung einer beispielhaften Konfiguration mehrerer Brennkammern in der Gasturbine nach Fig. 1, einschliesslich einer Verdünnungsmittelzugabe.
[0023] Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte für ein Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine gemäss einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
[0024] Fig. 8 zeigt ein noch weiteres Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte für ein Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine gemäss einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
[0025] Fig. 9 zeigt eine beispielhafte grafische Darstellung der prozentualen Reduktion der NOx-Erzeugung bei Vergrösserung der Abgaszuführung.
[0026] Fig. 10 zeigt eine beispielhafte grafische Darstellung der prozentualen Reduktion der NOx-Erzeugung bei Vergrösserung des Verhältnisses von Wasser oder Dampf zu Brennstoff.
[0027] Fig. 11 zeigt eine beispielhafte grafische Darstellung der Reduktion der NOx-Konzentration bei steigendem Anteil der Abgasrückführung und Verhältnis von Dampf oder Wasser zu Brennstoff.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0028] Wie im Einzelnen nachstehend beschrieben, ergeben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein System zur Verbesserung des Emissionsverhaltens und ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine, um die Emission von Stickoxiden (NOx) auf weniger als etwa 3 ppm zu reduzieren und die Kohlendioxidkonzentration um etwa 10% in einem Abgasstrom einer Gasturbine zu verringern. Der Ausdruck «Verbesserung des Emissionsverhaltens», wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf die Reduktion der NOx-Konzentration in dem Abgasstrom der Gasturbine. Der Ausdruck «EGR» bezeichnet eine Abgasrückführung in einer Gasturbine. Das System enthält eine Kombination aus dem EGR-System und einem Verdünnungsmittelzugabesystem, um einen Teil eines Abgasstroms zurück in einen Trichtereinlass der Gasturbine zurückzuführen und ein Verdünnungsmittel einer Brennkammer der Gasturbine zuzugeben.
[0029] In einer veranschaulichten Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein System 100 zur Verbesserung des Emissionsverhaltens in einer Gasturbinenmaschine 102 darstellt. Die Gasturbine 102 enthält einen Verdichter 104, um einen Oxidationsmittelzuführstrom 106 zu komprimieren und einen Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom 108 zu einer Brennkammer 110 zu liefern. Die Brennkammer 110 verbrennt den Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom 108 gemeinsam mit einem Brennstoffstrom 112. In einer Ausführungsform enthält der Brennstoffstrom 112 einen flüssigen Brennstoff oder einen gasförmigen Brennstoff. Der Flüssigbrennstoff kann eine Spezies, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Diesel oder Schweröl, enthalten. Nichtbeschränkende Beispiele des gasförmigen Brennstoffs können Erdgas, Synthesegas und Wasserstoff umfassen. Die Gasturbine 102 enthält eine Turbine 114, die einem Verbrennungsaustrittsstrom 116 der Brennkammer 110 mechanische Arbeit entzieht. Der Verbrennungsaustrittsstrom 116 verlässt die Gasturbine 102 als ein Abgasstrom 118, nachdem er wenigstens eine Turbinenstufe der Turbine 114 durchströmt hat. In einem beispielhaften Betrieb des Systems 100 extrahiert ein Abhitzedampferzeuger (HRSG, Heat Recovery Steam Generator) 120 Wärme aus einem Abgasstrom 118 der Gasturbine 102, um Dampf 122 aus in den HRSG eingeleitetem Wasser 124 zu erzeugen. Ein Abgasrückführsystem (EGR-System, Exhaust Gas Recirculation System) 126 führt einen Teil des Abgasstroms 118 zu dem Verdichter 104 der Gasturbine 102 zurück, um in einem Hoch-druck-Oxidationsmittelzuführstrom 108 zu der Brennkammer 110 der Gasturbine 102 die Sauerstoffkonzentration um etwa 5% zu reduzieren. In einer Ausführungsform führt das EGR-System 126 weniger als etwa 50% des Abgasstroms 118 zurück. In einer bestimmten Ausführungsform enthält das EGR-System 126 ein Ventil 128, um den Durchfluss des Abgasstroms 118 zu regeln. In einer weiteren Ausführungsform enthält das EGR-System 126 einen Kühler 130, um den Abgasstrom 118 zu kühlen. Ferner wird in dem Abgasstrom 118 vorhandenes Wasser in dem Kühler 130 durch eine Reduktion der Temperatur des Abgasstroms 118 kondensiert. Der Ausdruck «HRSG», wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf den Abhitzedampferzeuger 120, der Wärme aus dem Abgasstrom 118 wiedergewinnt, um Dampf 122 zu erzeugen. Der Dampf 122 wird gewöhnlich zu einer (nicht veranschaulichten) Dampfturbine geleitet, um weiter Arbeit zu extrahieren.
[0030] Ausserdem fügt ein Verdünnungsmittelzugabesystem 132 ein Verdünnungsmittel 134 zu wenigstens entweder einem Brennstoffstrom 112 zu der Brennkammer 110 und/oder zu einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom 108, der zu der Brennkammer 110 geleitet wird, hinzu, um die Konzentration von Stickoxiden (NOx) in dem Abgasstrom 118 zu reduzieren. In einer Ausführungsform wird die Konzentration von Stickoxiden (NOx) in dem Abgasstrom 118 auf weniger als etwa 3 ppm reduziert. In einer bestimmten Ausführungsform wird die Konzentration von Kohlendioxid um etwa 10% erhöht. In einer weiteren bestimmten Ausführungsform enthält das Verdünnungsmittelzugabesystem 132 eine Mischeinrichtung 136, die das Verdünnungsmittel 134 mit dem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom 108 vermischt. Zu nicht beschränkenden Beispielen des Verdünnungsmittels 134 können Wasser und Dampf gehören.
[0031] Im Betrieb steigt die NOx-Bildung exponentiell mit der Flammentemperatur und proportional zu der Verfügbarkeit von Sauerstoff in der Brennkammer 110. Das EGR-System 126 führt einen Teil des Abgasstroms 118 zu dem Verdichter 104 zurück, um den Sauerstoffgehalt in dem Oxidationsmittelzuführstrom 106 um etwa 5% zu reduzieren. Aufgrund der Verbrennung des Brennstoffstroms 112 und des Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstroms 108 in der Brennkammer 110 wird der Sauerstoffgehalt in dem Abgasstrom 118 reduziert. Wenn der Abgasstrom 118 mit dem Oxidationsmittelzuführstrom 106 vermischt ist, ist der Sauerstoffgehalt in dem Gemisch im Vergleich zu dem Sauerstoffgehalt in einem reinen Oxidationsmittelzuführstrom niedriger. Diese Reduktion des Sauerstoffgehalts hilft, die Bildung von NOx in der Brennkammer 110 z.B. um zwischen etwa 70% bis etwa 80% zu reduzieren.
[0032] Ausserdem hilft die Zugabe des Verdünnungsmittels 134 in der Brennkammer 110, die Flammentemperatur zu reduzieren. Das Verdünnungsmittel 134 absorbiert die während der Verbrennung des Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstroms 108 und des Brennstoffstroms 112 erzeugte Wärme, um die Flammentemperaturen innerhalb der Brennkammer 110 zu reduzieren. Folglich wird durch die Reduktion der Flammentemperatur die Bildung von NOx verlangsamt. Die Verdünnungsmittelzugabe 134 in der Brennkammer 110 reduziert die Bildung von NOx z.B. um zwischen etwa 60% und etwa 70%.
[0033] Die Verwendung von EGR steigert ferner die Konzentration von Kohlendioxid in einem resultierendem Abgasstrom. In einer bestimmten Ausführungsform erhöht die Abgasrückführung die Konzentration von Kohlendioxid um etwa 10%. Bei der Kohlenstoffabscheidung und -Sequestration wird das Kohlendioxid von dem Abgasstrom 118 abgetrennt und entweder in geologischen Formationen, tief in den Ozeanen eingelagert oder in mineralische Karbonate umgewandelt. Kohlenstoffabscheidungs- und -Sequestrationsmethoden sind bei einer Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration in dem Abgasstrom 118 effizienter und kostengünstiger. In einer beispielhaften Ausführungsform, wie hierin veranschaulicht, wird ein Abgasstrom 118 aus dem Auslass des HRSG 120 durch ein Kohlenstoffabscheidesystem 138 geleitet, um die Menge des mit dem Abgasstrom 140 in die Atmosphäre ausgestossenen Kohlendioxids zu reduzieren. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist eine EGR-Mischeinrichtung 142 vorgesehen, um einen rückgeführten Abgasstrom 144 mit dem Oxidationsmittelzuführstrom 106 zu vermischen.
[0034] Fig. 2 zeigt eine Blockschaltbilddarstellung des Systems 100 zur Verbesserung des Emissionsverhaltens in der Gasturbine 102 nach Fig. 1, das eine Mischeinrichtung 146 enthält, um einen Brennstoffstrom 112 mit einem Verdünnungsmittelstrom 134 in einem optimalen Verhältnis zu vermischen. Das Verhältnis von Verdünnungsmittel zu Brennstoff ist kleiner als etwa 5:1, um ein Magerverlöschen innerhalb der Brennkammer 110 zu verhindern. Ein Magerverlöschen innerhalb der Brennkammer 110 kann aufgrund des geringeren Sauerstoffgehaltes in dem Oxidationsmittelzuführstrom oder der geringeren Flammentemperatur infolge der Wärmeabsorption durch eine übermässige Verdünnungsmittelzugabe innerhalb der Brennkammer 110 auftreten. In einem beispielhaften Betrieb der Gasturbine wird die Verfügbarkeit von Sauerstoff in einem Oxidationsmittelzuführstrom z.B. um etwa 5% bis etwa 10% durch die Abgasrückführung verringert, um die Bildung von NOx um z.B. etwa 70% bis etwa 80% zu reduzieren. Ausserdem wird die Flammentemperatur innerhalb der Brennkammer 110 mittels einer Verdünnungsmittelzugabe 134 zu dem Brennstoffstrom 112 reduziert, wodurch die Bildung von NOx weiter, z.B. um etwa 80% bis 90% in der Brennkammer 110 reduziert wird. Gemäss einer Ausführungsform dieser Erfindung beträgt das Verhältnis der Zugabe des Verdünnungsmittels 134 zu dem Brennstoffstrom 112 etwa 1:1. In einer bestimmten Ausführungsform reduziert der kombinierte Einsatz des EGR-Systems 126 und der Verdünnungsmittelzugabe 134 in dem System 100 nach Fig. 1die NOx-Konzentration in dem Abgasstrom 118 z.B. auf weniger als etwa 3 ppm.
[0035] Fig. 3 zeigt eine Blockschaltbilddarstellung einer Brennkammer 110 in der Gasturbine 102 nach Fig. 1, einschliesslich der Mischeinrichtung 146 zur indirekten Zugabe eines Brennstoff-Verdünnungsmittel-Gemisches zu einer Vormischkammer 148 der Brennkammer 110. Gemäss einer Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Verdünnungsmittelzugabesystem 132 vorgesehen, um das Verdünnungsmittel 134 an der Vormischkämmer 148 der Brennkammer 110 zuzugeben. Ein Magergemisch aus einem Oxidationsmittelzuführstrom 108 und einem Brennstoffstrom 112 wird vor der Verbrennung in der Vormischkammer 148 gebildet. Ein Magergemisch enthält eine im Wesentlichen hohe Konzentration des zugeführten Oxidationsmittels 108 relativ zu dem Brennstoffstrom 112 in einem Verhältnis von mehr als etwa 2:1. Ausserdem wird das Verdünnungsmittel 134 in einer beispielhaften Ausführungsform dem Brennstoffstrom 112 in einer Verdünnungsmittel-Brennstoff-Mischeinrichtung 146 zugegeben und anschliessend mit dem Oxidationsmittel-Zuführstrom 108 in der Vormischkammer 148 vorvermischt. Gemäss einer bestimmten Ausführungsform dieser Erfindung, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, wird das Verdünnungsmittel-Brennstoff-Verhältnis gewöhnlich bei etwa 1 gehalten. Die Verdünnungsmittel-Brennstoff-Mischeinrichtung 146 vermischt das Verdünnungsmittel 134 mit dem Brennstoffstrom 112 in einem Verhältnis von etwa 1.
[0036] Fig. 4 zeigt eine Blockschaltbilddarstellung einer Brennkammer 110 in einer Gasturbine 102 nach Fig. 1, einschliesslich eines Verdünnungsmittelzugabesystems 132 zur direkten Zugabe von Brennstoff 112 und eines Verdünnungsmittels 134 in eine Vormischkammer 148 der Brennkammer 110. Gemäss einer Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Verdünnungsmittelzugabesystem 132 dazu vorgesehen, das Verdünnungsmittel 134 an einer Vormischkammer 148 einer Brennkammer 110 zuzugeben. Ausserdem wird ein Brennstoffstrom 112 der Vormischkammer 148 über eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 150 zugegeben. Ein Oxidationsmittelzuführstrom 108 und der Brennstoffstrom 112 werden mit dem Verdünnungsmittel an der Vormischkammer 148 vermischt, und anschliessend wird das Gemisch innerhalb der Vormischkammer 148 verbrannt.
[0037] In einer weiteren veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 5gezeigt ist, ist ein System 200 zur Verbesserung des Emissionsverhaltens in einem mehrere Gasturbinen aufweisenden Energieerzeugungssystem 202 dargestellt. Das Mehrfach-Gasturbinen-Energieerzeugungssystem 202 enthält wenigstens zwei Gasturbinen 204, 206, um Energie zu erzeugen. Das System 200 zur Verbesserung des Emissionsverhaltens enthält ein erstes Verdünnungsmittelzugabesystem 208, das eingerichtet ist, um einen Verdünnungsmittelstrom 210 einer Brennkammer 212 der ersten Gasturbine zuzugeben, und ein zweites Verdünnungsmittelzugabesystems 214, um den Verdünnungsmittelstrom 210 einer Brennkammer 216 der zweiten Gasturbine zuzugeben. Das System 200 enthält ferner ein Abgasrückführsystem 218, um weniger als etwa 50% des ersten Gasturbinenabgasstroms 220 einem ersten Gasturbineneinlass 222 zuzuführen und um ferner den Rest des ersten Gasturbinenabgasstroms 220 der zweiten Gasturbine 206 zuzuführen. In einer bestimmten Ausführungsform enthält das EGR-System 218 des Systems 200 ein Bypass-ventil 224, um einen Teil eines restlichen Abgasstroms 226 der ersten Gasturbine 204 zu dem Auslass 228 der zweiten Gasturbine 206 umzuleiten, um die Zugabe des Abgasstroms 226 an einem Einlass 230 der zweiten Gasturbine gemeinsam mit einem Oxidationsmittelzuführstrom 232 der zweiten Gasturbine zu steuern. In einer weiteren speziellen Ausführungsform enthält das EGR-System 218 ein Ventil 234, um den Durchfluss des Abgasstroms 220 zu regeln. In einer anderen Ausführungsform enthält das EGR-System 218 einen Kühler 236, um den Abgasstrom 220 zu kühlen. In einem beispielhaften Betrieb des Mehrfach-Gasturbinen-Energieerzeugungssystems 202 reduziert die Zugabe des Verdünnungsmittelstroms 210 zu der Brennkammer 212 der ersten Gasturbine und zu der Brennkammer 216 der zweiten Gasturbine die NOx-Konzentration in den Abgasströmen 220 und 238 der ersten und der zweiten Gasturbine 204 und 206 z.B. um etwa 60% bis etwa 70%. Ausserdem reduziert die Rückführung des Abgasstroms 220 der ersten Gasturbine zu dem Einlass 222 der ersten Gasturbine und die Zuführung des restlichen Abgasstroms 226 der ersten Gasturbine 204 zu dem Einlass 230 der zweiten Gasturbine die NOx-Konzentration in den Abgasströmen 220 und 238 der ersten und der zweiten Gasturbine 204 und 206 z.B. um etwa 80% bis etwa 90%. In einer bestimmten Ausführungsform reduziert das System 200 die NOx-Konzentration in den Abgasströmen 204 und 206 z.B. auf weniger als etwa 3 ppm bis etwa 1 ppm.
[0038] Fig. 6 zeigt eine schematisierte Darstellung einer beispielhaften Konfiguration mehrerer Brennkammern in einer Gasturbine 102 nach Fig. 1, die ein System 300 zur Verbesserung des Emissionsverhaltens enthält. Eine Gasturbine 302 nach Fig. 6 enthält ein Verbrennungssystem 304 mit mehreren Brennkammern. Das Mehrfach-Brennkammer-Verbrennungssystem 304 enthält ferner wenigstens zwei Brennkammern 306, 308. Das System 300 zur Verbesserung des Emissionsverhaltens in der Gasturbine 302 enthält ein Verdünnungsmittelzugabesystem 310 und ein Abgasrückführsystem 312. Das Verdünnungsmittelzugabesystem 310 gibt ein Verdünnungsmittel 314 wenigstens einer Brennkammer 306 des Mehrfach-Brennkammer-Verbrennungssystems 304 zu. In einem beispielhaften Betrieb der Gasturbine 102 führt das Abgasrückführsystem 312 weniger als etwa 50% eines Abgasstroms 316 in den Einlass 318 der Gasturbine 302 zurück. Ausserdem reduziert die Zugabe des Verdünnungsmittels 314 zu dem Mehrfach-Brennkammer-Verbrennungssystem 304 der Gasturbine 302 die Konzentration von NOx in dem Abgasstrom 316 z.B. um etwa 80% bis etwa 90%.
[0039] Die Bildung von NOx in der Brennkammer 306 steigt exponentiell mit der Flammentemperatur innerhalb der Brennkammer 306. Durch Zugabe des Verdünnungsmittels 314 zu der Brennkammer 306 nimmt die Flammentemperatur innerhalb der Brennkammer 306 ab und reduziert die Bildung von NOx z.B. um etwa 60% bis etwa 70%. Durch die Reduktion des Sauerstoffgehalts in einem Oxidationsmittelzuführstrom 320 kommt es zum Magerverlöschen. Die Rückführung des Abgasstroms 316 reduziert den Sauerstoffgehalt in dem Oxidationsmittelzuführstrom 320 um etwa 5%. Ferner reduzieren die reduzierte Flammentemperatur und der reduzierte Sauerstoffgehalt innerhalb der Brennkammer 306 den Verbrennungswirkungsgrad der Brennkammer 306, und sie reduzieren folglich die Leistungsabgabe der Gasturbine 302. Um eine passende Ausgangsleistung zu erzeugen und um auch geringere NOx-Emissionen zu generieren, gibt das Verdünnungsmitteleinspritzsystem 310 das Verdünnungsmittel 314 wenigstens einer der Brennkammern 306 des Mehrfach-Brennkammer-Verbrennungssystems 304 zu, um NOx z.B. um etwa 80% bis etwa 90% zu reduzieren, während andere Brennkammern 308, 322, 324 des beispielhaften Mehrfach-Brennkammer-Verbrennungssystems 404 ein Gemisch aus dem Brennstoffstrom 326 und dem Oxidationsmittelzuführstrom 320 ohne den Einfluss eines Verdünnungsmittels 314 verbrennen.
[0040] Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte für ein Verfahren 400 zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine veranschaulicht. Das Verfahren 400 enthält ein Rückführen eines Teils eines Abgasstroms zu einem Verdichter der Gasturbine mittels eines Abgasrückführsystems in dem Schritt 402. In einer bestimmten Ausführungsform dieser Erfindung enthält das Rückführen ein Regeln eines Durchflusses des Abgasstroms mittels eines Ventils. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das Rückführen ein Kühlen des Abgasstroms in einem Kühler. Als nächstes wird die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom zu einer Brennkammer der Gasturbine in Schritt 404 reduziert. Schliesslich wird ein Verdünnungsmittel wenigstens entweder einem Brennstoffstrom, der zu einer Brennkammer geführt wird, und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom, der zu dem Verdichter geführt wird, in Schritt 406 zugegeben. In einer bestimmten Ausführungsform dieser Erfindung enthält die Zugabe des Verdünnungsmittels ein Zugeben eines Verdünnungsmittels zu wenigstens entweder dem rückgeführten Abgasstrom und/oder dem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom und/oder dem Brennstoffstrom. In einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung enthält die Verdünnungsmittelzugabe ein Zugeben eines Verdünnungsmittels zum Brennstoff in einem Verhältnis von 1:1. In einer beispielhaften Ausführungsform reduziert das Verfahren die Konzentration von Stickoxiden (NOx) in einem Abgasstrom auf weniger als etwa 3 ppm. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird die Konzentration von Kohlendioxid um etwa 10% erhöht.
[0041] Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte eines weiteren beispielhaften Verfahrens zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine veranschaulicht. Das Verfahren 500 enthält ein Rückführen eines Teils eines Abgasstroms zu einem Verdichter der Gasturbine mittels eines Abgasrückführsystems in Schritt 502. Als nächstes wird eine Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom, der zu einer Brennkammer der Gasturbine geleitet wird, in Schritt 504 verringert. In einer bestimmten Ausführungsform dieser Erfindung enthält das Rückführen ein Regeln eines Durchfluss des Abgasstroms mittels eines Ventils. In einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung enthält das Rückführen ein Kühlen des Abgasstroms in einem Kühler. Schliesslich wird in Schritt 506 ein Verdünnungsmittel einem Brennstoff zugegeben, der zu einer Vormischkammer geleitet wird, und das Brennstoff-Verdünnungsmittelgemisch wird in einer Vormischbrennkammer verbrannt. In einer bestimmten Ausführungsform dieser Erfindung enthält das Zugeben eines Verdünnungsmittels ein Zugeben eines Verdünnungsmittels an dem Einlass der Vormischbrennkammer. In einer bestimmen Ausführungsform wird die Konzentration von Stickoxiden (NOx) in einem Abgasstrom auf weniger als etwa 3 ppm reduziert. In einer weiteren bestimmten Ausführungsform wird die Konzentration von Kohlendioxid um etwa 10% vergrössert.
BEISPIELE
[0042] Die Beispiele, die folgen, dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sollten nicht in einem den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung beschränkenden Sinne aufgefasst werden.
[0043] Fig. 9 zeigt eine grafische Darstellung der prozentualen Reduktion der NOx-Bildung bei einer prozentualen Vergrösserung der Abgasrückführung. Die X-Achse 602 repräsentiert die prozentuale Vergrösserung der Abgasrückführung. Die Y-Achse 604 repräsentiert die prozentuale Reduktion der NOx-Bildung. Die Kurve 606 stellt die Veränderung der NOx-Bildung in Bezug auf die Veränderung der Abgasrückführung dar. Wie durch die Kurve 606 veranschaulicht, steigt mit der prozentualen Vergrösserung der Abgasrückführung die prozentuale Reduktion der NOx-Bildung. Z.B. wird bei einer Abgasrückführung von etwa 50% die Bildung von NOx um etwa 80% reduziert. In ähnlicher Weise liegt bei einer niedrigeren Abgasrückführung von etwa 10% eine 25%-ige NOx-Reduktion vor. Somit reduziert die Vergrösserung der Abgasrückführung die NOx-Bildung in einer Gasturbine.
[0044] Fig. 10 zeigt eine grafische Darstellung 700 der prozentualen Reduktion der NOx-Bildung bei einer Erhöhung des Verhältnisses von Wasser oder Dampf zu Brennstoff. Die X-Achse 702 repräsentiert das Verhältnis von Verdünnungsmittel zu Brennstoff. Die Y-Achse 704 repräsentiert die prozentuale Reduktion der NOx-Bildung. Die Kurve 706 stellt die Veränderung der NOx-Bildung bei steigendem Verhältnis von Verdünnungsmittel zu Brennstoff dar. In einer bestimmten Ausführungsform enthält das Verdünnungsmittel Wasser oder Dampf. Wie durch die Kurve 706 angezeigt, erhöht die Steigerung des Verhältnisses von Verdünnungsmittel zu Brennstoff die prozentuale Reduktion der NOx-Bildung. Z.B. wird die Bildung von NOx bei einem Verhältnis des Verdünnungsmittels zum Brennstoff von etwa 1:1 um etwa 70% reduziert. Somit reduziert die Vergrösserung des Verdünnungsmittel-Brennstoff-Verhältnisses die NOx-Bildung in einer Gasturbine.
[0045] Fig. 11 zeigt eine grafische Darstellung 800 der Reduktion der NOx-Bildung bei steigendem prozentualem Anteil der Abgasrückführung und steigendem Verhältnis von Dampf oder Wasser zu Brennstoff. Die X-Achse 802 repräsentiert verschiedene Betriebsbedingungen, unter denen die prozentuale Abgasrückführung und das Verhältnis von Dampf oder Wasser zu Brennstoff variiert werden. Die Y-Achse 804 repräsentiert die prozentuale NOx-Bildung. Der Balken 806 repräsentiert die NOx-Bildung aufgrund der vorgemischten Verbrennung, und der Balken 808 repräsentiert die NOx-Bildung bei der Diffusionsverbrennung. Ein erster Betriebszustand 810 umfasst eine Abgasrückführung (EGR) von 0% und ein Verhältnis zwischen Dampf oder Wasser und Brennstoff von 1:1. Wie hierin veranschaulicht, beträgt die NOx-Bildung infolge der vorgemischten Verbrennung etwa 20% und infolge der Diffusionsverbrennung etwa 60% in dem Betriebszustand 810. In einem zweiten Betriebszustand 812 beträgt die EGR etwa 25% ohne Zugabe irgendeines Verdünnungsmittels. Die NOx-Bildung beträgt etwa 16% infolge der vorgemischten Verbrennung und etwa 50% infolge der Diffusionsverbrennung in dem Betriebszustand 812. In ähnlicher Weise beträgt die EGR in einem dritten Betriebszustand 814 etwa 40% ohne irgendeine Verdünnungsmittelzugabe. Die NOx-Bildung beträgt infolge der vorgemischten Verbrennung etwa 5% und infolge der Diffusionsverbrennung etwa 24% in dem dritten Betriebszustand 814. Der vierte Betriebszustand 816 umfasst eine 25%-ige EGR, während das Verhältnis zwischen Dampf oder Wasser und Brennstoff bei 1:1 gehalten wird. Wie dargestellt, beträgt die NOx-Bildung in dem Betriebszustand 816 etwa 4% infolge der vorgemischten Verbrennung und etwa 20% infolge einer Diffusionsverbrennung. In dem fünften Betriebszustand 818 beträgt die EGR etwa 40%, während das Verhältnis zwischen Dampf oder Wasser und Brennstoff bei etwa 1:1 gehalten wird. Die NOx-Bildung beträgt in dem Betriebszustand 818 etwa 2% infolge der vorgemischten Verbrennung und etwa 9% infolge der Diffusionsverbrennung. Somit reduziert die Kombination aus der EGR und der Verdünnungsmittelzugabe mit dem Brennstoffstrom gemeinsam die NOx-Bildung in einem grösseren Masse im Vergleich zu einer NOx-Reduktion, wenn in einer Gasturbine lediglich die EGR oder lediglich eine Verdünnungsmittelzugabe eingesetzt wird.
[0046] Die verschiedenen Ausführungsformen eines Systems und Verfahrens zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine, wie sie vorstehend beschrieben sind, schaffen somit eine Möglichkeit, die Konzentration von Stickoxiden (NOx) in einem Abgasstrom auf weniger als etwa 3 ppm zu verringern und die Konzentration von Kohlendioxid um etwa 10% zu erhöhen. Die Methode ermöglicht ferner einen wirtschaftlichen Einsatz von Kohlenstoffabscheidetechniken. Ausserdem ergeben das System und das Verfahren ein Nachrüstsystem für existierende Energieerzeugungssysteme auf Gasturbinenbasis, um geringere NOx-Emissionen von weniger als 3 ppm zu erzeugen, wodurch den stark verschmutzenden Energieerzeugungssystem ermöglicht wird, die NOx-Erzeugung wirtschaftlich zu steuern und somit strengere Umweltvorschriften zu erfüllen.
[0047] Natürlich ist es zu verstehen, dass nicht notwendigerweise all derartige Aufgaben oder Vorteile, wie sie vorstehend beschrieben sind, gemäss jeder speziellen Ausführungsform erreicht werden können. Somit werden Fachleute auf dem Gebiet beispielsweise erkennen, dass die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren auf eine Weise realisiert oder ausgeführt werden können, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie sie hierin gelehrt werden, erreicht oder optimiert, ohne notwendigerweise andere Aufgaben oder Vorteile zu erreichen, wie sie hierin gelehrt oder vorgeschlagen sein können.
[0048] Ausserdem wird der Fachmann die Austauschbarkeit verschiedener Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsformen erkennen. Z.B. kann der Einsatz von Verdünnungsmitteln, wie beispielsweise Dampf, Wasser oder anderen Verdünnungsmitteln, wie Stickstoff, wie im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben, bei einem EGR-Kühler verwendet werden, der im Zusammenhang mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung beschrieben ist. In ähnlicher Weise können die verschiedenen beschriebenen Merkmale sowie weitere bekannte Äquivalente für jedes Merkmal von einem Fachmann auf dem Gebiet kombiniert und angepasst werden, um gemäss Grundsätzen dieser Offenbarung weitere Systeme und Verfahren zu schaffen.
[0049] Während lediglich bestimmte Merkmale der Erfindung hierin veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleuten auf dem Gebiet viele Modifikationen und Veränderungen einfallen. Es ist folglich zu verstehen, dass die beigefügten Ansprüche all derartige Modifikationen und Veränderungen, sofern sie in den wahren Rahmen der Erfindung fallen, mit umfassen sollen.
[0050] Es ist ein Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine 102 geschaffen. Das Verfahren enthält ein Rückführen eines Teils eines Abgasstroms 118 zu einem Verdichter 104 der Gasturbine 102 mittels eines Abgasrückführsystems, um die Konzentration von Sauerstoff in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom 108 zu einer Brennkammer 110 der Gasturbine 102 zu reduzieren. Das Verfahren enthält ferner ein Zugeben eines Verdünnungsmittels 134 zu wenigstens entweder einem Brennstoffstrom 112, der zu der Brennkammer 110 geführt wird, und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom, der zu dem Verdichter 104 geführt wird, um in einem resultierenden Abgasstrom 118 die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu steigern.
Bezugszeichenliste
[0051]
<tb>100<sep>System
<tb>102<sep>Gasturbine
<tb>104<sep>Verdichter
<tb>106<sep>Oxidationsmittelzuführstrom
<tb>108<sep>Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom
<tb>110<sep>Brennkammer
<tb>112<sep>Brennstoffstrom
<tb>114<sep>Turbine
<tb>116<sep>Verbrennungsaustrittstrom
<tb>118<sep>Abgasstrom
<tb>120<sep>Abhitzedampferzeuger (HRSG)
<tb>122<sep>Dampf
<tb>124<sep>Wasser
<tb>126<sep>Abgasrückführsystem (EGR-System)
<tb>128<sep>Ventil
<tb>130<sep>Kühler
<tb>132<sep>Verdünnungsmittelzugabesystem
<tb>134<sep>Verdünnungsmittel
<tb>136<sep>Mischeinrichtung
<tb>138<sep>Kohlenstoffabscheidesystem
<tb>140<sep>Abgasstrom
<tb>142<sep>EGR-Mischeinrichtung
<tb>144<sep>rückgeführter Abgasstrom
<tb>146<sep>Mischeinrichtung
<tb>148<sep>Vormischkammer
<tb>150<sep>Brennstoffeinspritzeinrichtung
<tb>200<sep>System
<tb>202<sep>Energieerzeugungssystem mit mehreren Gasturbinen
<tb>204<sep>Gasturbine
<tb>206<sep>Gasturbine
<tb>208<sep>erstes Verdünnungsmittelzugabesystem
<tb>210<sep>Verdünnungsmittelstrom
<tb>212<sep>Brennkammer der ersten Gasturbine
<tb>214<sep>zweites Verdünnungsmittelzugäbesystem
<tb>216<sep>Brennkammer der zweiten Gasturbine
<tb>218<sep>Abgasrückführsystem
<tb>220<sep>Abgasstrom der ersten Gasturbine
<tb>222<sep>Einlass der ersten Gasturbine
<tb>224<sep>Bypassventil
<tb>226<sep>Abgasstrom
<tb>228<sep>Auslass der zweiten Gasturbine
<tb>230<sep>Einlass der zweiten Gasturbine
<tb>232<sep>Oxidationsmittelzuführstrom der zweiten Gasturbine
<tb>234<sep>Ventil
<tb>236<sep>Kühler
<tb>238<sep>Abgasstrom
<tb>300<sep>System
<tb>302<sep>Gasturbine
<tb>304<sep>Mehrfach-Brennkammer-Verbrennungssystem
<tb>306<sep>Brennkammer
<tb>308<sep>Brennkammer
<tb>310<sep>Verdünnungsmittelzugabesystem
<tb>312<sep>Abgasrückführsystem
<tb>314<sep>Verdünnungsmittel
<tb>316<sep>Abgasstrom
<tb>318<sep>Einlass
<tb>320<sep>Oxidationsmittelzuführstrom
<tb>322<sep>Brennkammer
<tb>324<sep>Brennkammer
<tb>326<sep>Brennstoffstrom
<tb>400<sep>Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine
<tb>402-406<sep>Verfahrensschritte
<tb>500<sep>Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine
<tb>502-506<sep>Verfahrensschritte
<tb>600<sep>grafische Darstellung
<tb>602<sep>X-Achse
<tb>604<sep>Y-Achse
<tb>606<sep>Kurve
<tb>700<sep>grafische Darstellung
<tb>702<sep>X-Achse
<tb>704<sep>Y-Achse
<tb>706<sep>Kurve
<tb>800<sep>grafische Darstellung
<tb>802<sep>X-Achse
<tb>804<sep>Y-Achse
<tb>806<sep>Balken
<tb>808<sep>Balken
<tb>810<sep>erster Betriebszustand
<tb>812<sep>zweiter Betriebszustand
<tb>814<sep>dritter Betriebszustand
<tb>816<sep>vierter Betriebszustand
<tb>818<sep>fünfter Betriebszustand
Claims (10)
1. Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine (102), wobei das Verfahren aufweist:
Rückführen eines Teils eines Abgasstroms (118) zu einem Verdichter (104) der Gasturbine (102) mittels eines Abgasrückführsystems, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom (108) in einer Brennkammer (110) der Gasturbine (102) zu reduzieren; und
Zugeben eines Verdünnungsmittels (134) zu einem Brennstoffstrom (112), der zu der Brennkammer (110) geführt wird, und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom (106), der zu dem Verdichter (104) geführt wird, um in einem resultierenden Abgasstrom (118) die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu verringern und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Rückführen ein Regeln eines Durchflusses des Abgasstroms (118) mittels eines Ventils (128) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zugeben eines Verdünnungsmittels (134) ein Zugeben eines Verdünnungsmittels (134) zu dem rückgeführten Abgasstrom (118) und/oder dem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom (106) und/oder dem Brennstoffstrom (112) aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zugeben eines Verdünnungsmittels (134) ein Zugeben eines Verdünnungsmittels (134) zum Brennstoff (112) in einem Verhältnis von 1:1 aufweist.
5. Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer Gasturbine (102), wobei das Verfahren aufweist:
Rückführen eines Teils eines Abgasstroms (118) zu einem Verdichter (104) der Gasturbine (102) mittels eines Abgasrückführsystems, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom (108) in einer Brennkammer (110) der Gasturbine (102) zu reduzieren; und
Zugeben eines Verdünnungsmittels (134) zu einem Brennstoffstrom (112), der zu einer Vormischkammer (148) geführt wird, und Verbrennen des Brennstoff-Verdünnungsmittel-Gemisches in einer Vormischbrennkammer, um in dem resultierenden Abgasstrom (118) die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
6. System (100) für ein verbessertes Emissionsverhalten einer Gasturbine (102), wobei das System (100) aufweist:
ein Abgasrückführsystem (126), das eingerichtet ist, um einen Teil eines Abgasstroms (118) zu einem Verdichter (104) der Gasturbine (102) zurückzuführen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom (108) zu einer Brennkammer (110) der Gasturbine (102) zu reduzieren; und
ein Verdünnungsmittelzugabesystem (132), das eingerichtet ist, um ein Verdünnungsmittel (134) einem Brennstoffstrom (112), der zu der Brennkammer (110) geführt wird, und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom, der zu dem Verdichter (104) geführt wird, zuzugeben, um in einem resultierenden Abgasstrom (118) die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
7. System (100) für ein verbessertes Emissionsverhalten einer Gasturbine (102), wobei das System aufweist:
ein Abgasrückführsystem (126), das eingerichtet ist, um einen Teil eines Abgasstroms (118) zu einem Verdichter (104) der Gasturbine (102) zurückzuführen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom (108) zu einer Brennkammer (110) der Gasturbine (102) in reduzieren; und
ein Verdünnungsmittelzugabesystem (132), das eingerichtet ist, um ein Verdünnungsmittel (134) einem Brennstoffstrom (112) an einer Vormischkammer (148) innerhalb der Brennkammer (110) zuzugeben, um in einem resultierenden Abgasstrom (118) die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
8. System (200) für ein verbessertes Emissionsverhalten bei der Energieerzeugung, wobei das System (200) aufweist:
wenigstens zwei Gasturbinen (204, 206);
ein Verdünnungsmittelzugabesystem (208), das eingerichtet ist, um ein Verdünnungsmittel (210) einem Brennstoffstrom an der Brennkammer (212, 216) einer ersten und einer zweiten Gasturbine und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom an dem Verdichtereinlass (222, 230) der ersten und der zweiten Gasturbine zuzugeben; und
ein Abgasrückführsystem (218), das eingerichtet ist, um einen Teil eines Abgasstroms (220) von einem Auslass der ersten Gasturbine zu dem Verdichtereinlass (222) der ersten Gasturbine zurückzuführen und einen Teil des Abgasstroms (220) der ersten Gasturbine (204) an dem Verdichtereinlass (230) der zweiten Gasturbine zuzuführen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom zu den Brennkammern (212, 216) der ersten und der zweiten Gasturbine zu reduzieren und um in den Abgasstromen (220, 238) der ersten und der zweiten Gasturbine (204, 206) die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
9. Nachrüstsystem für ein verbessertes Emissionsverhalten einer Gasturbine, wobei das Nachrüstsystem aufweist:
ein nachrüstbares Abgasrückführsystem, das eingerichtet ist, um einen Teil eines Abgasstroms zu einem Verdichter der Gasturbine zurückzuführen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom in einer Brennkammer der Gasturbine zu reduzieren; und
ein nachrüstbares Verdünnungsmittelzugabesystem, das eingerichtet ist, um ein Verdünnungsmittel einem Brennstoffstrom, der zu der Brennkammer geführt wird, und/oder einem Niederdruck-Oxidationsmittelzuführstrom, der zu dem Verdichter geführt wird, zuzugeben, um in einem resultierenden Abgasstrom die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
10. System (300) für ein verbessertes Emissionsverhalten einer Gasturbine (302), wobei das System (300) aufweist:
wenigstens zwei Brennkammern (306, 308);
ein Abgasrückführsystem (312), das eingerichtet ist, um einen Teil eines Abgasstroms (316) zu einem Verdichter (318) der Gasturbine (302) zurückzuführen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Hochdruck-Oxidationsmittelzuführstrom in einer oder mehreren der wenigstens zwei Brennkammern (306, 308) der Gasturbine (302) zu reduzieren; und ein Verdünnungsmittelzugabesystem (310), das eingerichtet ist, um ein Verdünnungsmittel (314) einer oder mehreren der wenigstens zwei Brennkammern (306, 308) der Gasturbine (302) zuzugeben, um in einem resultierenden Abgasstrom (316) die Konzentration von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren und die Konzentration von Kohlendioxid zu erhöhen.
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