DE69222059T2 - Methode und einrichtung zur verfeuerung von gasen mit niedrigem heizwert - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Abgasturbinen (bzw. Verbrennungsgasturbinen).
• Abgasturbinen sind wohlbekannte Einrichtungen zum Antreiben von elektrischen Generatoren und anderen Ausrüstungen. Abgasturbinen weisen in typischer Weise wenigstens einen Kompressor, einen Expander und wenigstens eine Brennkammer (Kombustor) auf. In dem Kompressor wird Luft mit Druck beaufschlagt, um sie mit einem Brennstoff für die Verbrennung zu mischen. Die Luft/Brennstoff-Mischung wird sodann in der Brennkammer verbrannt und das heiße Verbrennungsgas aus der Brennkammer wird dazu verwendet, um den Expander anzutreiben.
• Die DE-A-732 981 offenbart ein System, welches einen Kompressor, jedoch zwei Turbinen und Verbrennungskammern aufweist. Eine Turbine läuft stets mit derselben Geschwindigkeit und wird dazu verwendet, um den Kompressor anzutreiben, während die andere Turbine, welche einen Generator antreibt, in Abhängigkeit von ihrer Last variierende Mengen an Brennstoff aufnimmt.
• Ein Bereich von Brennstoffen ist bei Abgasturbinen verwendet worden, einschließlich Brennstoffen mit hoher und mit niedriger Heizwertzahl. Brennstoffe mit hoher Heizwertzahl sind für die Zwecke dieser Offenbarung als ein Brennstoff mit einem Heizwert von ungefähr 46520-53498 30 KJ/Kg (20000-23000 BTUs [= British thermal units] per pound) definiert. Brennstoffe mit hoher Heizwertzahl umfassen Erdgas, welches eine Heizwertzahl von annähernd 53498 KJ/Kg (23000 BTUs per pound) aufweist. Brennstoffe mit niedriger Heizwertzahl sind für die Zwecke dieser Offenbarung als Brennstoffe mit einem Heizwert von etwa 9304 KJ/Kg (4000 BTUs per pound) oder weniger definiert. Brennstoffe mit niedriger Heizwertzahl umfassen Koksofengas, Steinkohlengas, reformiertes Erdölproduktgas und Hochofengas (Gichtgas), wobei das letztere in typischer Weise eine Heizwertzahl von annähernd 2675 KJ/Kg (1150 BTUs per pound) aufweist.
• Wenn ohne überschüssige Luft verbrannt, können Brennstoffe mit einer hohen Heizwertzahl bei etwa 2200ºC (4000ºF) verbrennen.
• Temperaturen von dieser Größenordnung sind jedoch zu hoch flir die Materialien, die bei heutigen Expandern verwendet werden, und würden den Expander beschädigen. Um dieses Problem zu überwinden, verwenden Abgasturbinen, die zur Verwendung mit Brennstoffen mit hoher Heizwertzahl konstruiert sind, in typischer Weise komprimierte Luft im Überschuß, um den Expander zu kühlen und um eine Beschädigung und/oder Zerstörung bei dem Expander zu vermeiden. Im Gegensatz hierzu verbrennen Brennstoffe mit niedriger Heizwertzahl lediglich bei etwa 1093ºC (2000ºF). Dies fällt innerhalb die Temperaturgrenzwertbedingungen von Materialien, die bei modernen Expandern verwendet werden, und überschüssige komprimierte Luft ist nicht erforderlich.
• Unter gewissen Umständen kann es wünschenswert sein, einen Brennstoff mit niedriger Heizwertzahl in einer Abgasturbine zu verwenden, welche flir Brennstoffe mit einer hohen Heizwertzahl konzipiert ist. Beispielsweise können Preis- oder Verfügbarkeitsunterschiede unter verschiedenen Brennstoffen oder strengere Luftverschmutzungsnormen die Verwendung eines Brennstoffs mit einer niedrigen Heizwertzahl begünstigen. Eines der Probleme, welches durch die Verwendung eines Brennstoffs mit niedriger Heizwertzahl in einer Abgasturbine verursacht ist, welche konzipiert ist, um Brennstoffe mit einer hohen Heizwertzahl zu verbrennen, besteht darin, daß die Konstruktion der Brennkammer weit mehr komprimierte Luft erfordert, als sie zum Verbrennen eines Brennstoffs mit einer niedrigen Heizwertzahl notwendig ist. Weil die Verwendung von überschüssiger Luft zum Verbrennen von Brennstoff mit einer niedrigen Heizwertzahl wahrscheinlich die Flamme auslöschen würde, muß die überschüssige komprimierte Luft beseitigt werden, um eine genaue Funktion zu erzielen.
• Es sind verschiedene Lösungen für dieses Problem ersonnen worden. Die einfachste Lösung besteht darin, die überschüssige komprimierte Luft in die Atmosphäre abzulassen. Diese Lösung ist nicht wünschenswert, weil die Überschußluft beträchtliche Energie enthält, welche vergeudet würde. Typische Überschußluft kann einen Druck von etwa 1378 KPa (Manometer) (200 psig) und eine Temperatur von etwa 349ºC (660ºF) aufweisen. Eine Abfuhr bzw. Entlüftung einer solchen Luft mit hoher Energie in die Atmosphäre ist außerordentlich unwirtschaftlich. Andere Lösungen, welche gegenwärtig praktiziert werden, verwenden die Überschußluft für verschiedene mechanische Zwecke neben dem Betrieb der Turbine. Beispielsweise kann ein Teil der Energie der komprimierten Luft in einem Luftexpander zurückgewonnen werden, welcher seinerseits einen Antrieb für einen Generator oder eine andere Maschine ergibt. Ein derartiges System ist in der GB-A-722 230 offenbart, welche dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegt. Alternativ hierzu kann die komprimierte Restluft bei verschiedenen Prozeßanwendungen verwendet werden. Es sind Stahlwerke in Betrieb, welche die komprimierte Restluft als den "Wind" in einem Hochofen verwenden können. Überschüssige komprimierte Luft kann ebenfalls als Einspeisung zu einer Sauerstoffanlage in einer Vergasungseinheit verwendet werden. Jedoch wird einiger Verlust in der Wirtschaftlichkeit stets vorhanden sein, weil die Menge, der Druck und die Temperatur der erzeugten Überschußluft wahrscheinlich nicht genau zu den Prozeßanforderungen für die Überschußluft paßt.
• Eine andere Lösung, welche vorgeschlagen worden ist, besteht darin, einen Kompressor zur Verwendung mit einem Brennstoff mit niedriger Heizwertzahl in Kombination mit einem hochkalorischen Standard-Expander spezifisch zu konstruieren. Diese Lösung beinhaltet hohe Konstruktionskosten und sehr lange Verzögerungen und resultiert in einer Maschine, welche eine größere Abänderung erfordern würde, um abwechselnde Brennstoffe zu verbrennen.
• Eine noch andere Lösung besteht darin, Brennstoffe mit niedriger Heizwertzahl mit einem oder mehreren Brennstoffen mit einer höheren Heizwertzahl zu mischen. Die gemischten Brennstoffe können eine ausreichende Heizwertzahl aufweisen, um eine nicht-modifizierte Turbine ohne Abdrosseln bzw. Zum-Stillstand-bringen ("stalling") zu betreiben. Jedoch ist diese Lösung dem Wesen nach unwirtschaftlich, weil die Turbine in Bezug auf die verwendete Luft/Brennstoff-Mischung nicht optimiert ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Stromerzeugungssystem vorgesehen, aufweisend:
• eine Abgasturbine mit einem Kompressor und wenigstens einem Expander, welche in der Weise gepaart sind, daß der Kompressor konzipiert ist, um lediglich jene Menge an komprimierter Luft zu erzeugen, welche geschätzt ist, um den Prozeßanforderungen des Expanders zu entsprechen, wenn mit einem Brennstoff mit hoher Heizwertzahl arbeitend;
• einen nicht-gepaarten Expander;
• eine Einrichtung zum Betreiben der Turbine mit einem Brennstoff mit niedriger Heizwertzahl, so daß der gepaarte Kompressor komprimierte Luft im Überschuß jenseits der Prozeßanforderungen des gepaarten Expanders erzeugt;
• eine Einrichtung zum Extrahieren der komprimierten Luft im Überschuß aus dem gepaarten Kompressor;
• eine Einrichtung zum Transferieren wenigstens eines Teils der komprimierten Luft im Überschuß, welche aus dem gepaarten Kompressor extrahiert ist, zu dem nicht-gepaarten Expander; gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Hinzufügen von zusätzlichem Brennstoff zu der transferierten komprimierten Luft im Überschuß und zum Verbrennen des zusätzlichen Brennstoffs, um den nicht-gepaarten Expander anzutreiben.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verwenden eines Brennstoffs mit niedriger Heizwertzahl vorgesehen, um eine Abgasturbine anzutreiben, welche einen Kompressor und einen Expander aufweist, welche gepaart sind, wobei der Expander so ausgestaltet ist, um Brennstoff mit einer hohen Heizwertzahl zu verwenden, wobei der gepaarte Kompressor lediglich jene Menge an komprimierter Luft erzeugt, welche geschätzt ist, um den Prozeßanforderungen des gepaarten Expanders zu entsprechen, wenn mit dem Brennstoff mit hoher Heizwertzahl arbeitend, und wobei das Verfahren aufweist:
• Zuführen des Brennstoffs mit niedriger Heizwertzahl zu der Abgasturbine;
• Extrahieren einer ausreichenden Menge von Überschußluft aus dem gepaarten Kompressor, um die Temperatur des heißen Verbrennungsgases aufrecht zu erhalten, welches in den gepaarten Expander eintritt; Vorsehen eines nicht-gepaarten Expanders;
• Transferieren zumindest eines Teils der Überschußluft, die von dem gepaarten Kompressor extrahiert wird, zu dem nicht-gepaarten Expander; gekennzeichnet durch
• Hinzufügen von Brennstoff zu der transferierten Luft und Verbrennen des genannten Brennstoffs, um den nicht-gepaarten Expander anzutreiben.
• Infolgedessen wird bei der vorliegenden Erfindung Überschußluft von einem oder mehreren gepaarten Kompressor-/Expander-Sätzen zu einem separaten Expander ohne einen Kompressor übertragen ("ein nicht-gepaarter Expander"), wo sie in der Brennkammer, welche mit dem nichtgepaarten Expander verbunden ist, verwendet wird, um zusätzlichen Brennstoff zu verbrennen. Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung sieht ein Verfahren zum Anpassen eines Stromerzeugungssystems mit einer Abgasturbine vor, um einen Brennstoff mit niedriger Heizwertzahl anstelle eines Brennstoffs mit hoher Heizwertzahl zu verwenden, wobei das System einen Kompressor und wenigstens einen Expander aufweist, welche derart gepaart sind, daß der Kompressor konzipiert ist, um lediglich jene Menge an komprimierter Luft zu erzeugen, welche geschätzt ist, um den Prozeßanforderungen des Expanders zu entsprechen, wenn mit einem Brennstoff mit hoher Heizwertzahl arbeitend, und wobei das Verfahren die Verwendung des niedrig-kalorischen Brennstoffs in Übereinstimmung mit der obigen Erfindung aufweist. Dieser Gesichtspunkt sieht ferner eine Vorrichtung zum Anpassen eines Abgasturbinensystems vor, um einen Brennstoff mit niedriger Heizwertzahl zu verwenden, wobei das genannte System von der Art ist, welche einen Kompressor und zumindest einen Expander aufweist, die in der Weise gepaart sind, daß der Kompressor konzipiert ist, um lediglich jene Menge an komprimierter Luft zu erzeugen, welche geschätzt ist, um den Prozeßanforderungen des Expanders zu entsprechen, wenn mit einem Brennstoff mit einer hohen Heizwertzahl arbeitend, so daß das genannte System komprimierte Luft im Überschuß jenseits der Prozeßanforderungen des gepaarten Expanders erzeugt, wenn mit dem genannten Brennstoff mit niedriger Heizwertzahl arbeitend, und wobei die Vorrichtung aufweist: einen zusätzlichen Expander;
• eine Einrichtung zum Transferieren zumindest eines Teils der komprimierten Luft im Überschuß zu dem zusätzlichen Expander; gekennzeichnet durch
• eine Einrichtung zum Hinzufügen von Brennstoff zu der transferierten komprimierten Luft im Überschuß und zum Verbrennen des Brennstoffs, um den zusätzlichen Expander anzutreiben. Somit ist unter diesem Gesichtspunkt der nicht-gepaarte Expander eine "ab Lager lieferbare" Einheit, welche leicht gekauft und installiert werden kann und welche lediglich bis zu dem Maße betrieben werden würde, in welchem Überschußluft von einem oder mehreren der gepaarten Kompressor-/Expander-Sätze verfügbar ist.
• Die vorliegende Erfindung weist mehrere Vorteile auf. Ein Vorteil besteht in einer Herabsetzung der Menge an Brennstoffenergie, die erforderlich ist, um eine Leistungseinheit zu erzeugen. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß 30 bis 50% mehr Leistung erzeugt werden können als dann, wenn die Überschußluft für verschiedenartige andere Zwecke verwendet würde. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die Erfindung eine Einrichtung zur Optimierung des Turbinenbetriebs flir eine Anpassung vorsieht, was auch immer für ein Brennstoff verwendet wird. Wenn sich die Heizwertzahl des Brennstoffs ändert, kann die Aufteilung der Luft, die durch den Abgasturbinen-Kompressor geliefert wird, geändert werden, indem mehr Luft zu dem gepaarten Expander gerichtet wird, wenn die Heizwertzahl nach oben geht, oder mehr Luft zu dem nicht-gepaarten Expander, wenn die Heizwertzahl nach unten geht. Dies minimiert ebenfalls den Kapitaleinsatz zum Umstellen einer Anlage von einem Brennstoff zum anderen und vermeidet die Notwendigkeit, neue Kompressoren oder andere Ausrüstungen zu konstruieren. Ein noch weiterer Vorteil umfaßt eine effizientere Verwendung der Überschußluft und eine Beseitigung der Abhängigkeit anderer Ausrüstungen von der Überschußluft, welche durch die Abgasturbine erzeugt oder nicht erzeugt werden kann.
• Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines typischen Erzeugungssystems, welches einen Brennstoff mit einer hohen Heizwertzahl in Abgasturbinen in einer im Stand der Technik wohl bekannten Art und Weise verwendet.
• Fig. 2 eine schematische Darstellung des Erzeugungssystems gemaß Fig. 1, welches modifiziert ist, um ein niedrig-kalorisches Gas zu verwenden.
• Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Abgasturbinengenerators, welcher modifiziert ist, um Überschußluft von zwei gepaarten Kompressor-/Expander-Einheiten zu einem nicht-gepaarten Expander in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu transferieren.
• Wenn man sich nunmehr den Zeichnungen zuwendet, so zeigt Fig. 1 ein typisches Stromerzeugungssystem gemaß dem Stand der Technik, wel ches Brennstoff mit einer hohen Heizwertzahl bei Abgasturbinen bzw. Verbrennungsgasturbinen ("CGT") verwendet. Zwei CGT 1, 2 weisen jeweils einen Kompressor 3 auf, der mit einem Expander 4 gepaart ist. Luft tritt in die gepaarten Kompressoren 3 an Lufteinlaßöffnungen 5 ein. Ein Teil der komprimierten Luft wird mit gasförmigem Brennstoff in wenigstens einer Brennkammer 6 gemischt, wo das Luft-/Brennstoff- Gemisch verbrannt wird, um heißes Verbrennungsgas zu erzeugen. Das heiße Verbrennungsgas tritt in die gepaarten Expander 4 an Einlaßöffnungen 7 für heißes Verbrennungsgas ein. Die Brennstoffleitung, welche den Brennstoff zuführt, ist nicht gezeigt. Der Auspuff bzw. Auslaß von jedem gepaarten Expander 4 wird über eine Ausgangsleitung 8 zu einem Wärmerückgewinnungs-Dampferzeuger ("HRSG") 9 zugeführt, welcher seinerseits Dampf erzeugt, um einen üblichen Dampfturbinengenerator 10 anzutreiben. Das gezeigte System ist als ein "kombiniertes Zyklus"-System bekannt und ist im Stand der Technik wohl bekannt. Ein kombiniertes Zyklus-System ist ungefahr zu 50% thermisch effizient, wenn das in die gepaarten Expander 4 eintretende heiße Verbrennungsgas auf etwa 1260ºC (2300ºF) ist. CGT- und HRSG-Einheiten können einzeln oder in Kombination in Abhängigkeit von den Leistungsanforderungen des Systems verwendet werden.
• Bei der gegenwärtigen Technologie ist ein gegebener Kompressor meistens stets mit einem gegebenen Expander gepaart, um Brennstoffe mit einem besonderen Bereich von Heizwertzahlen zu verbrennen. Kompressoren, die in Verbindung mit Brennstoffen mit einer hohen Heizwertzahl verwendet werden, sind konzipiert, um ausreichende komprimierte Luft zu erzeugen, um den Brennstoff zu verbrennen, und ebenfalls komprimierte Luft "im Überschuß" zu erzeugen, um die Temperatur des Verbrennungsgases zu reduzieren und manchesmal den Expander zu kühlen. Kompressoren, die in Verbindung mit Brennstoffen mit einer niedrigen Heizwertzahl verwendet werden, sind konzipiert, um lediglich genügend komprimierte Luft zu erzeugen, um den Brennstoff zu verbrennen.
• Eines der Probleme, die sich aus der Verwendung eines Brennstoffs mit niedriger Heizwertzahl in einer Turbine ergeben, welche konzipiert ist, um einen Brennstoff mit einer hohen Heizwertzahl zu verbrennen, besteht darin, daß der Kompressor damit fortfahren wird, komprimierte Luft im Überschuß zu erzeugen, jedoch der Überschuß nicht länger notwendig ist, um die Turbine zu kühlen. Ausgenommen, wenn die Überschußluft aus dem Kompressor abgezogen wird, wird sie in den Expander eintreten und kann in einem Abdrosseln bzw. Zum-Stillstandbringen ("stalling") oder in einer uneffizienten Verbrennung des Brennstoffs oder einer Überlastung der Expansionsturbine resultieren. Eine im Stand der Technik bekannte Lösung besteht in der Extraktion der Überschußluft für verschiedenartige mechanische und/oder Prozeß-Anwendungen. Bei einer typischen Konfiguration, die in Fig. 2 dargestellt ist, welche früher angewendet worden ist, ist der gepaarte Kompressor/Expander eines kombinierten Zyklus-Erzeugungssystems zur Verwendung mit einem Brennstoff mit einer niedrigen Heizwertzahl dadurch modifiziert worden, daß ein Teil der durch die Kompressoren 3 erzeugten komprimierten Luft über eine Übertragungsleitung 15 zu verschiedenartigen anderen (nicht gezeigten) Prozeß- oder mechanischen Anwendern übertragen wird.
• Die in Fig. 2 dargestellte Lösung leidet an mehreren Nachteilen. Beispielsweise kann die Menge der aus den Kompressoren abgezogenen Überschußluft stark variieren, weil sie von dem Maße abhängig ist, bis zu welchem Brennstoff mit einer niedrigen Heizwertzahl verbrannt wird. Die Prozeß- oder mechanischen Anwender würden daher eine unzuverlässige Quelle für komprimierte Luft haben. Ferner kann es uneffizient und/oder unpraktisch sein, die Überschußluft zu Prozeß- oder mechanischen Anwendern zu übertragen, welche in einer verhältnismäßig großen Entfernung von den Turbinen ihren Sitz haben.
• Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche die Probleme, die mit der komprimierten Luft im Überschuß verbunden sind, in einer neuen Art und Weise löst. In Fig. 3 trägt eine Übertragungsleitung 15 Überschußluft von zwei gepaarten Kompressoren 3 zu der Brennkammer 17 eines nicht-gepaarten Expanders 16. Die Überschußluft wird zuerst mit Brennstoff kombiniert und in der Brennkammer 17 verbrannt und das resultierende heiße Verbrennungsgas tritt in den nicht-gepaarten Expander 16 bei der Einlaßöffnung 18 ein. Obwohl diese Ausführungsform zwei gepaarte Kompressoren verwendet, um Überschußluft für einen einzigen, nicht-gepaarten Expander zu erzeugen, so könnte man eine größere oder geringere Anzahl von gepaarten Kompressoren und eine größere oder eine geringe Anzahl von nicht-gepaarten Expandern verwenden.
• Es sind mehrere Beispiele durchgerechnet worden, welche die erhöhte Effizienz bzw. den erhöhten Nutzeffekt zeigen, die bzw. der aus einer Anwendung der vorliegenden Erfindung resultiert. Die Beispiele sind in der unten stehenden Tabelle zusammengefaßt. Selbstverständlich dienen diese Beispiele lediglich für Zwecke der Erläuterung und sie bedeuten keine Beschränkung des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands. TABELLE
• Das erste Beispiel, das in der mit "1" markierten Spalte in der Tabelle angegeben ist, bezieht sich auf die Anwendung einer V84,3-Abgasturbine, die von Siemens hergestellt wird. Unter Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Ausgestaltung würde die CGT 422.000 Kilowatt (kW) und 202 kg/s (1.608.130 lbs/hr) an Überschußluft erzeugen. Der durchschnittliche Nutzeffekt, wie durch den Aufwand an Wärme definiert, um ein Kilowatt Leistung zu erzeugen, ist 9078 kJ/kW (8.605 Btu/kW). Unter Anwendung der in Fig. 3 dargestellten Ausgestaltung und unter Verwendung von Erdgas als dem zusätzlichen Brennstoff ist der entsprechende Nutzeffekt als 7587 kJ/kW (7.192 Btu/kW) errechnet worden, eine Verbesserung von annähernd 16,4%.
• Das zweite bzw. dritte Beispiel, das in der mit "2" bzw. "3" bezeichneten Spalte angegeben ist, verwendet jeweils die V84,2-Verbrennungsbzw. Abgasturbine, die durch Siemens hergestellt wird. Der Basisfall, welcher wiederum die Ausgestaltung gemäß Fig. 2 verwendet, erzeugt eine Leistung mit einem Nutzeffekt von 9632 kJ/kW (9.130 Btu/kW). Das zweite Beispiel, welches Erdgas als den zusätzlichen Brennstoff bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 verwendet, resultiert in einem ent sprechenden Nutzeffekt von 8140 kJ/kW (7.716 Btu/kW). Das dritte Beispiel, welches eine Kombination von Erdgas und Hochofengas als den zusätzlichen Brennstoff bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 verwendet, resultiert in einem entsprechenden Nutzeffekt von 7948 kJ/kW (7.534 Btu/kW). Dies entspricht einer berechneten Verbesserung im Nutzeffekt von 15,5% bzw. 17,5%.
• Das vierte Beispiel, das in der mit "4" markierten Spalte angegeben ist, verwendet die W501D5-Abgasturbine, die durch Westinghouse hergestellt wird. Der Basisfall, welcher die Ausgestaltung nach Fig. 2 verwendet, erzeugt eine Leistung mit einem Nutzeffekt von 8809 kJ/kW (8.350 Btu/kW). Unter Verwendung der Ausgestaltung nach Fig. 3 und unter Verwendung von Erdgas als dem zusätzlichen Brennstoff wird der entsprechende Nutzeffekt angehoben auf 8112 kJ/kW (7.689 Btu/kW), eine errechnete Verbesserung von annähernd 7,9%.
• Das fünfte Beispiel, das in der mit "5" gekennzeichneten Spalte angegeben ist, verwendet ebenfalls die W501D-Abgasturbine, die von Westinghouse hergestellt wird. Der Basisfall, welcher die Ausgestaltung nach Fig. 2 verwendet, erzeugt eine Leistung mit einem Nutzeffekt von 8809 kJ/kW (8.350 Btu/kW). Unter Verwendung der Ausgestaltung nach Fig. 3 und unter Verwendung von Hochofengas als dem zusätzlichen Brennstoff wird der entsprechende Nutzeffekt angehoben auf 7965 kJ/kW (7550 Btu/kW), eine berechnete Verbesserung von annähernd 8,4%.
• Verschiedene andere und weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ausgeführt werden, ohne von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Beispielsweise könnte hinsichtlich der Fig. 3 die Übertragungsleitung 15 ein Ablaß- bzw. Entlüftungsventil zum Ablassen bzw. zum Entlüften der Überschußluft in die Atmosphäre oder ein Umschaltventil zum Übertragen der Überschußluft an verschiedenartige mechanische und Prozeß-Anwender enthalten. Wie in den Ansprüchen verwendet, bezieht sich die übertragene Luft auf die Überschußluft, welche zu dem nicht-gepaarten Expander übertragen wird. Als ein anderes Beispiel könnte ein automatischer Brennstoffregelmechanismus 19 verwendet werden, um die Menge an Brennstoff, welche mit der übertragenen Luft gemischt wird, auf die Menge der Überschußluft einzustellen, welche aus den gepaarten Kompressoren extrahiert wird.

Claims (6)

1. Ein Stromerzeugungssystem, aufweisend:

eine Abgasturbine (1, 2) mit einem Kompressor (3) und wenigstens einem Expander (4), welche in der Weise gepaart sind, daß der Kompressor (3) konzipiert ist, lediglich jene Menge an komprimierter Luft zu erzeugen, welche geschätzt ist, um den Prozeßanforderungen des Expanders (4) zu entsprechen, wenn mit einem Brennstoff mit hoher Heizwertzahl arbeitend;

einen nicht-gepaarten Expander (16);

eine Einrichtung zum Betreiben der Turbine (1) mit einem Brennstoff mit niedriger Heizwertzahl, so daß der gepaarte Kompressor (3) komprimierte Luft im Überschuß jenseits der Prozeßanforderungen des gepaarten Expanders (4) erzeugt;

eine Einrichtung zum Extrahieren der komprimierten Luft im Überschuß aus dem gepaarten Kompressor;

eine Einrichtung (15) zum Transferieren wenigstens eines Teils der komprimierten Luft im Überschuß, welche aus dem gepaarten Kompressor (3) extrahiert ist, zu dem nicht-gepaarten Expander (16); gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (17) zum Hinzufügen von zusätzlichem Brennstoff zu der transferierten komprimierten Luft im Überschuß und zum Verbrennen des zusätzlichen Brennstoffes, um den nicht-gepaarten Expander (16) anzutreiben.

2. Das System gemaß Anspruch 1, ferner aufweisend: zumindest eine weitere Abgasturbine (2) mit einem Kompressor (3) und einem Expander (4), welche gepaart sind, sowie eine Einrichtung (15) zum Transferieren zumindest eines Teils der Überschußluft von den beiden gepaarten Kompressoren zu dem nicht-gepaarten Expander (16).

3. Das System gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine automatische Brennstoffregeleinrichtung (19) zum Einstellen der Menge zusätzlichen Brennstoffs, welcher zu der transferierten komprimierten Luft im Überschuß hinzugefügt wird.

4. Ein Verfahren zum Verwenden eines Brennstoffs mit niedriger Heizwertzahl, um eine Abgasturbine (1, 2) anzutreiben, welche einen Kompressor (3) und einen Expander (4) aufweist, welche gepaart sind, wobei der Expander (4) so ausgestaltet ist, um Brennstoff mit einer hohen Heizwertzahl zu verwenden, wobei der gepaarte Kompressor (3) lediglich jene Menge an komprimierter Luft erzeugt, welche geschätzt ist, um den Prozeßanforderungen des gepaarten Expanders (4) zu entsprechen, wenn mit dem Brennstoff mit hoher Heizwertzahl arbeitend, und wobei das Verfahren aufweist:

Zuführen des Brennstoffs mit niedriger Heizwertzahl zu der Abgasturbine (1, 2);

Extrahieren einer ausreichenden Menge von Überschußluft aus dem gepaarten Kompressor (3), um die Temperatur des heißen Verbrennungsgases aufrecht zu erhalten, welches in den gepaarten Expander (4) eintritt;

Vorsehen eines nicht-gepaarten Expanders (16);

Transferieren zumindest eines Teils der Überschußluft, die von dem gepaarten Kompressor (3) extrahiert wird, zu dem nicht-gepaarten Expander (4); gekennzeichnet durch

Hinzufügen von Brennstoff zu der transferierten Luft und Verbrennen des genannten Brennstoffs, um den nicht-gepaarten Expander (16) anzutreiben.

5. Ein Verfahren zum Anpassen eines Stromerzeugungssystems mit einer Abgasturbine (1, 2), um einen Brennstoff mit niedriger Heizwertzahl anstelle eines Brennstoffs mit hoher Heizwertzahl zu verwenden, wobei das System einen Kompressor (3) und wenigstens einen Expander (4) aufweist, welche derart gepaart sind, daß der Kompressor (3) konzipiert ist, um lediglich jene Menge an komprimierter Luft zu erzeugen, welche geschätzt ist, um den Prozeßanforderungen des Expanders (4) zu entsprechen, wenn mit einem Brennstoff mit hoher Heizwertzahl arbeitend, und wobei das Verfahren die Verwendung des niedrig-kalorischen Brennstoffs in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach Anspruch 4 aufweist.

6. Eine Vorrichtung zum Anpassen eines Abgasturbinensystems, um einen Brennstoff mit niedriger Heizwertzahl zu verwenden, wobei das genannte System von der Art ist, welche einen Kompressor (3) und zumindest einen Expander (4) aufweist, die in der Weise gepaart sind, daß der Kompressor (3) konzipiert ist, um lediglich jene Menge an komprimierter Luft zu erzeugen, welche geschätzt ist, um den Prozeßanforderungen des Expanders (4) zu entsprechen, wenn mit einem Brennstoff mit einer hohen Heizwertzahl arbeitend, so daß das genannte System komprimierte Luft im Überschuß jenseits der Prozeßanforderungen des gepaarten Expanders (4) erzeugt, wenn mit dem genannten Brennstoff mit niedriger Heizwertzahl arbeitend, und wobei die Vorrichtung aufweist:

einen zusätzlichen Expander (16); eine Einrichtung (15) zum Transferieren zumindest eines Teils der komprimierten Luft im Überschuß zu dem zusätzlichen Expander (16); gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Hinzufügen von Brennstoff zu der transferierten komprimierten Luft im Überschuß und zum Verbrennen des Brennstoffs, um den zusätzlichen Expander (16) anzutreiben.