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Gasturbinensystem und Verfahren zu seinem Betrieb - Dokument DE10015965A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10015965A1 16.11.2000
Titel Gasturbinensystem und Verfahren zu seinem Betrieb
Anmelder Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Hirata, Haruhiko, Yokohama, Kanagawa, JP;
Ohashi, Yukio, Yokohama, Kanagawa, JP;
Ogawa, Takashi, Yokohama, Kanagawa, JP;
Kawamoto, Koichi, Yokohama, Kanagawa, JP;
Nakagaki, Takao, Tama, Tokio/Tokyo, JP;
Nagata, Yuji, Tachikawa, Tokio/Tokyo, JP;
Nakamaru, Tadashi, Fujisawa, Kanagawa, JP;
Tanaka, Kotaro, Chiba, JP
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 80801 München
DE-Anmeldedatum 30.03.2000
DE-Aktenzeichen 10015965
Offenlegungstag 16.11.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.2000
IPC-Hauptklasse F02C 3/20
Zusammenfassung Ein Gasturbinensystem umfaßt einen Kompressor (2) zum Komprimieren von Luft (1), eine Reformiervorrichtung (9) zum Erzeugen eines reformierten Gases mit einem hohen Brennwert mittels chemischen Reformierens eines Brenngases (10), eine Brennervorrichtung (3) zum Verbrennen des reformierten Gases, das dieser von der Reformiervorrichtung (9) unter Verwendung der verdichteten Luft zugeführt wird, die von dem Kompressor (2) zugeführt wird. Eine Turbine (5) wandelt die Energie des Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung (3) erzeugt wird, in Leistung um. Ein Abgas (7), das von der Turbine (5) ausgestoßen wird, wird der Reformiervorrichtung (9) zugeführt, um dieselbe als Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden. Das Brenngas (10) wird mittels einer Druckvorrichtung (11) für den Brennstoff unter Druck gesetzt, bevor es der Reformiervorrichtung (9) zugeführt wird. Der Druck des Brenngases (10) in der Reformiervorrichtung (9) ist gleich hoch oder höher als der Druck des Brennstoffes in der Brennervorrichtung (3).

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinensystem zur Leistungserzeugung und ein Verfahren zum Betreiben desselben und spezieller auf ein Gasturbinensystem, das mit einer Reformiervorrichtung für Brennstoff ausgestattet ist, die in der Lage ist, ein Brenngas durch Verwendung eines Abgases chemisch zu reformieren.

Technischer Hintergrund

Im allgemeinen wird ein Gasturbinensystem zur Bereitstellung von Leistung verwendet und in vielen Fällen wird ein Gasturbinensystem als ein leistungserzeugendes System verwendet, bei dem Leistung bzw. Energie einem Generator zugeführt wird und wobei der Generator diese Leistung in elektrische Leistung umwandelt. Gemäß dem grundlegenden Betriebsprinzip eines Gasturbinensystems wird ein verdichtetes Fluid, das Verbrennungssauerstoff enthält, wie z. B. Luft, und das von einem Kompressor verdichtet ist, zum Verbrennen eines Brenngases, wie z. B. Methangas, verwendet. Ein solchermaßen hergestelltes Verbrennungsgas wird durch stationäre Blätter gegen Rotorblätter geblasen, die auf einem Rotor angeordnet sind, um den Rotor zur Erzeugung von Leistung zu drehen.

Die Effizienz des Gasturbinensystems kann durch eine Erhöhung der Temperatur des Verbrennungsgases verbessert werden. Im allgemeinen können die stationären Blätter und die Rotorblätter nicht auf Temperaturen erhitzt werden, die oberhalb von Prüf- bzw. Grenztemperaturen der Metalle liegen, die die stationären Blätter und die Rotorblätter bilden. Deshalb zirkuliert gemäß einem Kühlverfahren ein Kühlmedium durch das Innere der Blätter, um die Blätter mit dem Kühlmedium zu kühlen oder es ist ein Verfahren vorgesehen, gemäß dem ein Kühlmedium von dem Inneren über die Oberfläche der Blätter geblasen wird, um einen Film des Kühlmediums zu erzeugen, der eine Temperatur aufweist, die geringer ist als die des Verbrennungsgases über der Oberfläche der Blätter, um die Temperatur der Blätter unterhalb der Grenztemperatur der Blätter zu halten, wobei die Temperatur des Verbrennungsgases auf einem hohen Niveau gehalten wird.

Selbst wenn solch ein Kühlverfahren eingesetzt wird, existiert jedoch eine Grenze für das Erhöhen der Temperatur des Verbrennungsgases. Das Kühlverfahren, das ein Kühlmedium über die Oberfläche des Blattes bläst, um die Temperatur des Blattes unterhalb der Grenztemperatur des Blattes zu halten, erfordert eine Erhöhung des Flusses des Kühlmediums in Übereinstimmung mit der Erhöhung des Verbrennungsgases. Weil das Kühlmedium auf niedriger Temperatur mit dem hochtemperierten Verbrennungsgas gemischt wird, ist es möglich, daß die Temperatur des Verbrennungsgases fällt, was eine wirksame Verbesserung der Effizienz schwierig macht.

Es wurden deshalb Versuche durchgeführt, um die Effizienz durch eine Wiedergewinnung der thermischen Energie des gebrauchten Verbrennungsgases zu erhöhen, das durch die Rotorblätter geflossen ist, d. h. des Abgas, das von dem Gasturbinensystem ausgestoßen worden ist, um Leistung bzw. Energie zu erzeugen. Ein typisches Verfahren zur Wiedergewinnung der thermischen Energie aus dem gebrauchten Verbrennungsgas gewinnt die thermische Energie des Abgases wieder und verbessert die Gesamteffizienz des Systems durch einen kombinierten Zyklus, der das Abgas einem Dampfgenerator zur Wärmerückgewinnung zuführt, um einen hochtemperierten Hochdruckdampf zu erzeugen und den Dampf einer Dampfturbine zuzuleiten, um durch die Dampfturbine Leistung zu erzeugen.

Ein anderes Mittel als das des kombinierten Zyklus, um die Effizienz eines Gasturbinensystems zu verbessern, welches in den letzten Jahren vorgeschlagen worden ist, verbessert die Effizienz durch ein Wiedergewinnen der thermischen Energie des Abgases und erhöht die thermische Energie des Brennstoffes durch chemisches Reformieren eines Brenngases.

Erdgas ist eines von mehreren Brenngasen für Gasturbinen, das momentan häufig verwendet wird. Methan ist ein hauptsächlicher Bestandteil des Erdgases. Ein bekanntes repräsentatives Verfahren zum Reformieren von Methan führt dem Methan Dampf zu und hält eine Mischung aus Methan und Dampf bei einer hohen Temperatur in der Anwesenheit eines Reformierkatalysators, wie z. B. einen auf Nickel basierenden Katalysator, um das Methan in Wasserstoff und Kohlenmonoxid umzuwandeln.

Obwohl solch ein System vorgeschlagen worden ist, das die Effizienz eines Gasturbinensystems durch chemisches Reformieren eines Brenngases verbessert, das dem Gasturbinensystem zugeführt werden soll und um die chemische Energie des Brenngases zu erhöhen, sind weitere Verbesserungen der Effizienz des Gasturbinensystems erwünscht.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf solch ein Problem gemacht worden und es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gasturbinensystem zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, die Energie des Abgases mit einem hohen Wärmewiedergewinnungsverhältnis wieder zu gewinnen und mit einer zufriedenstellenden Gesamteffizienz zu arbeiten, und ein Verfahren zum Betreiben solch eines Gasturbinensystems zur Verfügung zu stellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Gasturbinensystem einen Kompressor zum Verdichten eines Fluids, das einen Verbrennungssauerstoff enthält; eine Reformiervorrichtung zum Herstellen eines reformierten Gases durch chemisches Reformieren eines Brenngases; eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformierten Gases, das diesem von einer Reformiervorrichtung durch eine Zuführleitung für reformiertes Gas unter Verwendung des Fluids zuführt, das von dem Kompressor zugeführt wird; und eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung erzeugt wird, wobei ein Abgas, das von der Turbine ausgestoßen wird, durch eine Abgasleitung der Reformiervorrichtung zugeführt wird, um dieselbe als Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden, und wobei der Druck des Brenngases in der Reformiervorrichtung gleich hoch oder höher ist als der Druck des reformierten Gases in der Brennervorrichtung.

Das auf diese Weise hergestellte Gasturbinensystem muß nur den Brennstoff verdichten bzw. unter Druck setzen und muß nicht das Brenngas verdichten bzw. unter Druck setzen, das nach dem Reformieren mit einer erhöhten Flußrate fließt. Deshalb ist keinerlei Leistung zum Unterdrucksetzen bzw. Verdichten des reformierten Gases notwendig und deshalb wird die Effizienz des Gasturbinensystems erhöhen.

In dem Gasturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Druck des Brenngases in der Reformiervorrichtung gleich dem des reformierten Gases in der Brennervorrichtung.

Das reformierte Brenngas, das mit einer erhöhten Flußrate fließt, muß nicht verdichtet bzw. unter Druck gesetzt werden und es ist überhaupt keine Leistung zum Verdichten notwendig, was die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert.

In dem Gasturbinensystem der vorliegenden Erfindung ist eine Verdichtungsvorrichtung zum Verdichten des Brenngases auf der Einlaßseite der Reformiervorrichtung angeordnet.

Die Verdichtungsvorrichtung benötigt eine geringe Verdichtungsleistung, was die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert.

In dem Gasturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Verdichtungsvorrichtung ein Kompressor.

In dem Gasturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Dampfzuführleitung zum Zuführen von Dampf mit der Reformiervorrichtung verbunden und ein Strombegrenzungsventil bzw. Flußsteuerungsventil ist in der Dampfzuführleitung angeordnet.

Das Reformierverhältnis steigt, wenn die Menge des Dampfes erhöht wird und dementsprechend steigt das Verhältnis der Wiedergewinnung der thermischen Energie aus dem Abgas und die Abgabeleistung der Turbine erhöht sich. Das Reformierverhältnis sinkt, wenn die Menge des Dampfes vermindert wird und dementsprechend nimmt das Verhältnis der Wiedergewinnung der thermischen Energie aus dem Abgas ab und die Abgabeleistung der Turbine sinkt. Die Abgabeleistung der Turbine kann dementsprechend reguliert werden.

Bei dem Gasturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Abgasleitung, die sich zwischen der Turbine und der Reformiervorrichtung erstreckt, mit einer zusätzlichen Verbrennungsvorrichtung zum ErWärmen des Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, versehen.

Das Reformierverhältnis kann durch Anheben der Abgastemperatur durch die zusätzliche Heizvorrichtung erhöht werden, was die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert.

Bei dem Gasturbinensystem der vorliegenden Erfindung ist eine Dampfzuführleitung zum Zuführen von Dampf mit der Reformiervorrichtung verbunden und ein Dampfgenerator zum Verdampfen von Wasser, welches durch eine Wasserzuführleitung zugeführt wird, durch die Wärme des Abgases, das durch die Abgasleitung fließt, die mit der Turbine verbunden ist, ist mit der Dampfzuführleitung verbunden.

Deshalb ist das Gasturbinensystem in der Lage, sich selbst mit Dampf zu versorgen, auch wenn das Gasturbinensystem nicht von einer externen Dampfquelle mit Dampf versorgt werden kann, der für das Reformieren des Brennstoffes notwendig ist.

Bei dem Gasturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich eine zusätzliche Dampfzuführleitung zum Zuführen von Dampf von dem Dampfgenerator zu der Brennervorrichtung zwischen dem Dampfgenerator und der Brennervorrichtung.

Deshalb kann die Abwärme, die nicht durch das Reformieren des Brennstoffes wiedergewonnen werden konnte, wiedergewonnen werden, was die Systemeffizienz verbessert und die maximale Abgabeleistung des Gasturbinensystems erhöht.

Bei dem Gasturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Reformiervorrichtung in der Abgasleitung auf der Seite der Turbine relativ zu dem Dampfgenerator angeordnet.

Weil der Brennstoff an einer Position reformiert wird, bei der die Temperatur des Abgases hoch ist, kann der Brennstoff mit einem hohen Reformierverhältnis reformiert werden und die Menge der thermischen Energie, die von dem Abgas wiedergewonnen wird, kann erhöht werden.

Bei dem Gasturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Druck zum Zuführen von Wasser zum Dampfgenerator gleich hoch oder höher als der Druck des Dampfes, der der Reformiervorrichtung zugeführt wird.

Deshalb kann die Leistung, die zum Zuführen des Dampfes erforderlich ist, reduziert werden.

Bei dem Gasturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Wasserzuführleitung zum Zuführen von Wasser zum Dampfgenerator mit einer Verdichtungsvorrichtung bzw. Druckvorrichtung versehen.

Deshalb wird das Wasser dem Dampfgenerator mit einem hohen Zufuhrdruck zugeführt, um die Verdampfungstemperatur zu erhöhen, was dazu führt, daß der zur Verfügung stehende Energieverlust reduziert wird und dementsprechend die Effizienz des Systems weiter verbessert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Gasturbinensystem einen Kompressor zum Verdichten eines Fluids, das Verbrennungssauerstoff enthält; eine Reformiervorrichtung zum Erzeugen eines reformierten Gases durch chemisches Reformieren eines Brenngases; eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformierten Gases, das dieser durch eine Zuführleitung für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung unter Verwendung des Fluids zugeführt wird, das von dem Kompressor zugeführt wird, und eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung hergestellt wird, wobei ein Abgas, das aus der Turbine ausgestoßen wird, durch eine Abgasleitung der Reformiervorrichtung zugeführt wird, um dasselbe als Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden und wobei der Druck des Brenngases in der Reformiervorrichtung bei 700 kPa oder darüber liegt.

Bei dem Gasturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Leistung, die erforderlich ist, um den reformierten Brennstoff zu verdichten, gering sein und die Druckleistung variiert in einem engen Bereich gemäß der Druckänderung, wenn der Brenngasdruck in der Reformiervorrichtung 700 kPa oder mehr beträgt, was die Effizienz des Systems und die Kontrollierbarkeit verbessert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Gasturbinensystem einen Kompressor zum Komprimieren eines Fluids, das einen Verbrennungssauerstoff enthält, eine Reformiervorrichtung zum Erzeugen eines reformierten Gases mittels chemischen Reformierens eines Brenngases, eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformierten Gases, das dieser durch eine Zuführleitung für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung unter der Verwendung des Fluids zugeführt wird, das von dem Kompressor zugeführt wird, und eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus einer Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung hergestellt wird, wobei ein Abgas, das aus der Turbine ausgestoßen wird, durch eine Abgasleitung der Reformiervorrichtung zugeführt wird, um dasselbe als Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden und wobei eine Entschwefelungsvorrichtung auf der Einlaßseite der Reformiervorrichtung angeordnet ist, um das Brenngas nach dem Entschwefeln desselben zuzuführen.

Weil das Brenngas durch die Entschwefelungsvorrichtung entschwefelt werden kann, wird ein auf Nickel basierender Reformierkatalysator, der in der Reformiervorrichtung eingesetzt wird, nicht durch Schwefelkomponenten, die ansonsten in dem Brenngas enthalten sind, verunreinigt bzw. kontamiert und die Reformierfähigkeit der Reformiervorrichtung wird nicht vermindert. Dementsprechend kann die Abwärme effektiv wiedergewonnen werden und deshalb kann die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert werden. Weil eine Ablagerung von Kohlenstoff in der Reformiervorrichtung verhindert werden kann, kann ein Druckverlust in der Reformiervorrichtung vermieden werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betrieb eines Gasturbinensystems beim Beginn des Betriebs die folgenden Schritte: Betreiben eines Kompressors und einer Turbine bei ihren Nennrotationsgeschwindigkeiten; Zuführen eines Brenngases durch eine Entschwefelungsvorrichtung und eine Reformiervorrichtung zu einer Brennervorrichtung, Erzeugen eines Verbrennungsgases durch die Brennervorrichtung; Zuführen des Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung erzeugt worden ist, zu einer Turbine und Zuführen eines Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, zu der Reformiervorrichtung; und Zuführen eines reformierten Brenngases, das durch die Reformiervorrichtung reformiert worden ist, zu der Brennervorrichtung und der Entschwefelungsvorrichtung und Zuführen des Brenngases mit einer Nennflußrate.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinensystems am Ende des Betriebs die folgenden Schritte: Vermindern der Brenngaszuführrate von einer Nennflußrate zu einer Nullast-Flußrate; Unterbrechen der Zufuhr des reformierten Gases von einer Reformiervorrichtung an eine Entschwefelungsvorrichtung und Unterbrechen der Zufuhr eines Brenngases.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinensystems beim Starten des Betriebs die folgenden Schritte: Betreiben eines Kompressors und einer Turbine bei ihren Nennrotationsgeschwindigkeiten; Zuführen eines Brenngases durch eine Entschwefelungsvorrichtung und eine Reformiervorrichtung zu einer Verbrennungsvorrichtung; Erzeugen eines Verbrennungsgases durch die Brennervorrichtung; Zuführen des Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung erzeugt worden ist, zu einer Turbine und Zuführen eines Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, zu einer Reformiervorrichtung; Erzeugen des Dampfes durch einen Dampfgenerator, und Zuführen des Dampfes, der von dem Dampfgenerator erzeugt worden ist, zu der Reformiervorrichtung; Zuführen des reformierten Brenngases, das von der Reformiervorrichtung reformiert worden ist, zu der Brennvorrichtung mit einer Nennflußrate.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine am Ende des Betriebes die folgenden Schritte: Reduzieren der Zuführrate des Brenngases von einer Nennflußrate zu einer Nullast-Flußrate, Unterbrechen der Zuführung des Dampfes zu einer Reformiervorrichtung, wenn die Temperatur der Reformiervorrichtung auf oder unter eine erste vorbestimmte Temperatur fällt, und Unterbrechen der Zufuhr eines Verbrennungsgases, wenn die Temperatur der Reformiervorrichtung auf oder unter eine zweite vorbestimmte Temperatur fällt, die geringer ist als die erste vorbestimmte Temperatur.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Gasturbinensystem: einen Kompressor zum Komprimieren eines Fluids, das Sauerstoff enthält; eine Reformiervorrichtung zum chemischen Reformieren eines Brennstoffes; eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformierten Brennstoffes unter Verwendung des Fluids, das von dem Kompressor verdichtet worden ist; und eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung erzeugt worden ist, wobei die Reformiervorrichtung den Brennstoff unter Verwendung wenigstens eines Teils des Abgases, das von der Turbine als Wärmequelle ausgestoßen wird, chemisch reformiert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die thermische Energie, die von dem Abgas, das von der Turbine ausgestoßen wird, durch die Reformiervorrichtung zum chemisches Reformieren des Brennstoffes wiedergewonnen, die Wiedergewinnung von Abwärme bzw. Abgaswärme kann effektiver erreicht werden als die Wiedergewinnung thermischer Energie unter Verwendung eines konventionellen Regenerators. Im allgemeinen ist die Reformiervorrichtung kleiner als der Regenerator, das Gasturbinensystem kann in einer relativ geringen Größe hergestellt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 1-1 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 1-2 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 1-3 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 1-4 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 1-5 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 1-6 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 1-7 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ist ein Graph, der die Abhängigkeit der Druckleistung von dem Reformierdruck zeigt;

Fig. 9 ist ein Graph, der die Abhängigkeit des Verhältnisses der Druckleistung zu der Ausgabeleistung von dem Reformierdruck zeigt;

Fig. 10 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 2-1 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 2-2 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 2-3 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 2-4 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 2-5 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 2-6 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-1 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17 ist ein Graph, der die Abhängigkeit des Methanreformierverhältnisses vom Reformierdruck für mehrere Reformiertemperaturen als Parameter zeigt;

Fig. 18 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-2 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 19 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-3 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 20 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-4 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 21 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-5 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 22 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-6 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 23 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-7 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 24 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-8 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 25 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-9 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Bester Modus zum Ausführen der Erfindung Erste Ausführungsform Ausführungsform 1-1

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden. Fig. 1 zeigt ein Gasturbinensystem in der Ausführungsform 1-1 gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bezugnehmend auf Fig. 1 umfaßt das Gasturbinensystem einen Kompressor 2, der komprimierte Luft 34 durch Komprimieren einer Flüssigkeit, die Verbrennungssauerstoff enthält, wie z. B. Luft 1 mit atmosphärischem Druck, mit einem Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis etwa 1.800 kPA zur Verfügung stellt, eine Reformiervorrichtung 9, die ein Brenngas 10 wie Methan oder ähnliches reformiert, um ein reformiertes Gas 6 zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Brennwert aufweist, einen Combustor bzw. eine Brennervorrichtung 3, die das reformierte Gas 6, das durch eine Zuführleitung 6a für das reformierte Gas von der Reformiervorrichtung 9 unter Verwendung der komprimierten Luft 34, die von dem Kompressor 2 zur Verfügung gestellt wird, zugeführt wird, verbrennt, und eine Turbine 5, die Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases 4 erzeugt, das von der Brennervorrichtung 3 erzeugt wird.

Das Brenngas 10, das der Reformiervorrichtung 9 zugeführt wird, ist ein einem Druck ausgesetztes Brenngas, welches dadurch erhalten wird, daß ein Brenngas 12 bei einem niedrigen Druck von etwa 300 kPA durch eine Gasverdichtungsvorrichtung 11 mit Druck beaufschlagt wird. Die Gasverdichtungsvorrichtung 11 erhöht den Druck des Brenngases 12, das einem geringen Druck ausgesetzt ist, auf den erforderlichen Druck.

Ein Abgas 7, das von der Turbine 5 ausgestoßen wird, wird durch eine Abgaszuführleitung 7a der Reformiervorrichtung 9 zugeführt. In der Reformiervorrichtung 9 reagieren das dem Druck ausgesetzte bzw. verdichtete Gas 10 und der Dampf 13, der durch eine Dampfzuführleitung 13a zugeführt wird, unter Verwendung der Wärme des Abgases 7, um das reformierte Gas 6 zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Brennwert aufweist.

Der Betrieb des so hergestellten Gasturbinensystems wird nachfolgend beschrieben werden.

Der Kompressor 2 verdichtet die Luft 1, die sich auf atmosphärischem Druck befindet, um die verdichtete Luft 34 der Brennervorrichtung 3 zuzuführen. In der Brennervorrichtung 3 werden die verdichtete Luft 34 und das reformierte Gas 6, das von der Reformiervorrichtung 9 zugeführt worden ist, vermischt und verbrannt, um das Verbrennungsgas 4 zu erzeugen. Die Turbine 5 erzeugt Leistung, indem sie das Verbrennungsgas 4, das von der Brennervorrichtung 3 erzeugt wird, verwendet, und stößt das verbrauchte Verbrennungsgas 4 als Abgas 7 aus.

Das einem niedrigen Druck ausgesetzte Brenngas 12 wird durch die Gasverdichtungsvorrichtung 11 verdichtet, um das verdichtete Brenngas 10 zur Verfügung zu stellen, und das verdichtete Brenngas 10 wird der Reformiervorrichtung 9 zugeführt. Die Reformiervorrichtung 9 erhitzt das verdichtete Brenngas 10 und den Dampf 13 durch das Abgas 7, das über die Abgaszuführleitung 7a von der Turbine 5 zugeführt wird, um das reformierte Gas 6 durch ein Reformieren des verdichteten Brenngases 10 zur Verfügung zu stellen. Der Druck des Brenngases 10 in der Reformiervorrichtung 9 ist genauso hoch oder höher als der des reformierten Gases 6 in der Brennervorrichtung 3.

Bei dieser Ausführungsform wird das Brenngas 12 zuerst einem Druck ausgesetzt, um das verdichtete Brenngas 10 zur Verfügung zu stellen. Deshalb wird nur das Brenngas, das mit einer niedrigen Flußrate fließt, verdichtet, die Leistung, die zum Verdichten nur des Gases erforderlich ist, kann reduziert werden und dementsprechend kann die Effizienz des Systems verbessert werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, erhöht sich die Flußrate des Gases, das durch die Brennervorrichtung 3 und die Turbine 5 fließt, wenn die Menge des reformierenden Dampfes 13 durch ein Flußsteuerungsventil bzw. Flußsteuerungsventil 13b erhöht wird, wobei die Leistungserfordernisse der Gasverdichtungsvorrichtung 11 außer Betracht gelassen werden, und dementsprechend kann die Leistung, die von der Turbine 5 zur Verfügung gestellt wird, erhöht werden, weil die Leistungserfordernisse der Gasverdichtungsvorrichtung 11 sich nicht erhöhen, selbst dann nicht, wenn die Menge des Dampfes 13 erhöht wird. Wenn die Menge des reformierenden Dampfes 13 reduziert wird, vermindert sich die Menge des Gases, die durch die Brennervorrichtung 3 und die Turbine 5 fließt und dadurch kann die Leistung, die von der Turbine 5 zur Verfügung gestellt werden kann, vermindert werden. Deshalb kann die Größenordnung der Leistung, die von der Turbine 5 erzeugt werden kann, durch das Flußsteuerungsventil 13b eingestellt werden.

Bei dieser Ausführungsform muß nur das sich auf niedrigem Druck befindliche Brenngas 12 verdichtet werden und das reformierte Gas, das mit einer erhöhten Durchflußrate fließt, muß nicht mit Druck beaufschlagt werden. Da keine Leistung verwendet werden muß, um das reformierte Gas zu verdichten, kann die Effektivität des Gasturbinensystems verbessert werden. Wenn die Menge des Dampfes 13 erhöht wird, erhöht sich bei dieser Ausführungsform das Reformierverhältnis und die Wärmemenge, die aus dem Abgas 7 wiedergewonnen wird, und dementsprechend kann die Abgabeleistung der Turbine 5 gesteigert werden. Wenn die Menge des Dampfes 13 vermindert wird, sinkt das Reformierverhältnis und die Wärmemenge, die aus dem Abgas 7 wiedergewonnen wird, nimmt ab und dementsprechend kann die Abgabeleistung der Turbine vermindert werden.

Ausführungsform 1-2

Fig. 2 zeigt ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 1-2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gasturbinensystem umfaßt einen Kompressor 2, der komprimierte Luft 34 durch Komprimieren, z. B. von Luft 1 bei atmosphärischem Druck, auf einen Druckbereich von beispielsweise etwa 1.600 bis 1.800 kPA zur Verfügung stellt, eine Brennervorrichtung 3, die die komprimierte Luft 34 von dem Kompressor 2 erhält und der sicherstellt, daß der Sauerstoff, der in der komprimierten Luft 34 enthalten ist, und ein reformiertes Brenngas miteinander reagieren, um ein hochtemperiertes Verbrennungsgas 4 zu erzeugen, eine Turbine 5, die aus der Energie des hochtemperierten Verbrennungsgases 4 Leistung erzeugt, und eine Reformiervorrichtung 9, die Wärme von einem hochtemperierten Abgas 7, das aus der Turbine 5 ausgestoßen wird, wiedergewinnt und sicherstellt, daß ein Brenngas 12, wie z. B. Methangas, und der Dampf 13 unter Verwendung der Wärme, die aus dem Abgas 7 wiedergewonnen wird, miteinander reagieren, um das reformierte Gas 6 zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Brennwert aufweist.

Manchmal wird das Gas mit einem Druck zugeführt, der höher ist als der des Verbrennungsgases 6, wenn das Gas z. B. Propan ist, das von einem Gaszylinder zur Verfügung gestellt wird. In solch einem Fall wird das Brenngas 12 der Reformiervorrichtung 9 ohne eine Reduktion des Drucks des Brenngases zugeführt und deshalb muß das reformierte Gas 6, das mit einer erhöhten Flußrate fließt, nicht verdichtet werden und es ist überhaupt keine Leistung für das Verdichten erforderlich und deshalb kann die Effizienz des Gasturbinensystems weiter verbessert werden.

Ausführungsform 1-3

Fig. 3 zeigt ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 1-3 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gasturbinensystem umfaßt einen Kompressor 2, der komprimierte Luft 34 durch ein Komprimieren der Verbrennungsluft 36, d. h. einen Teil der Luft 1 des atmosphärischen Drucks mit einem Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis 1.800 kPA zur Verfügung stellt und die komprimierte Luft 34 zuführt, eine Brennervorrichtung 3, die die komprimierte Luft 34 von dem Kompressor 2 erhält und ein hochtemperiertes Verbrennungsgas 4 dadurch herstellt, daß der in der komprimierten Luft 34 enthaltene Sauerstoff und ein reformiertes Brenngas miteinander reagieren, und eine Turbine 5, die aus der Energie des hochtemperierten Verbrennungsgases 4 Leistung erzeugt. Ein zusätzliches Verbrennungsbrenngas 24, d. h. ein Teil des Brenngases 12, wird mit zusätzlicher Verbrennungsluft 25, d. h. mit einem Teil der Luft 1 des atmosphärischen Drucks, vermischt und verbrennt in einer zusätzlichen Brennervorrichtung 28, um die Temperatur des hochtemperierten Abgases 7, das von der Turbine 5 ausgestoßen wird, zu erhöhen. Eine Reformiervorrichtung 9 gewinnt die Wärme von einem zusätzlichen Brennerabgas 27 wieder, das durch ein ErWärmen des Abgases durch die zusätzliche Brennervorrichtung 28 erzeugt worden ist. Durch die Wärme des zusätzlichen Brennerabgases 27 läßt man das Brenngas 10, welches durch ein Verdichten eines reformierenden Brenngases. 37, d. h. einen Teil des Verbrennungsgases 12, durch eine Gasverdichtungsvorrichtung 11erzeugt worden ist, und den reformierenden Dampf 13 miteinander reagieren, um ein reformiertes Gas 6, das einen hohen Brennwert aufweist, wie z. B. Wasserstoffgas, zu erzeugen.

Die Reformiervorrichtung 9 läßt das Brenngas 10 und den reformierenden Dampf 13 durch die Verwendung des zusätzlichen Brennerabgases 26 mit einer erhöhten Temperatur, die durch ein ErWärmen des hochtemperierten Abgases 7 mittels der zusätzlichen Brennervorrichtung 28 erreicht wird, miteinander reagieren. Deshalb kann das Reformierverhältnis erhöht werden und die Wärmemenge, die von dem Abgas wiedergewonnen werden kann, kann erhöht werden. Deshalb wird die Abgabeleistung der Turbine 5 erhöht und die Effizienz des Gasturbinensystems kann verbessert werden.

Weil das Reformierverhältnis durch ein Erhöhen der Temperatur des Abgases erhöht werden kann, kann die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert werden.

Ausführungsform 1-4

Fig. 4 zeigt ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 1-4 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gasturbinensystem umfaßt einen Kompressor 2, der komprimierte Luft durch ein Komprimieren der Luft 1 des atmosphärischen Drucks auf einen Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis etwa 1.800 kPA zur Verfügung stellt, eine Brennervorrichtung 3, die die komprimierte Luft 34 von dem Kompressor 2 erhält und ein hochtemperiertes Verbrennungsgas 4 durch eine Reaktion des in der komprimierten Luft 34 enthaltenen Sauerstoffs und eines reformierten Brenngases 6 herstellt, eine Turbine 5, die aus der Energie des hochtemperierten Verbrennungsgases 4 Leistung erzeugt, eine das Abgas erWärmende, zusätzliche Brennervorrichtung 29, die ein zusätzliches Verbrennungsbrenngas 24, d. h. einen Teil eines Brenngases 12, mit dem Sauerstoff, der in dem hochtemperierten Abgas 7, das aus der Turbine 5 ausgestoßen wird, enthalten ist, mischt und dafür sorgt, daß das zusätzliche Verbrennungsbrenngas 24 durch ein Erhöhen der Temperatur des hochtemperierten Abgases 7 ein hochtemperiertes Abgas 27 zur Verfügung stellt. Eine Reformiervorrichtung 9 gewinnt die Wärme von dem hochtemperierten Abgas 27 wieder, das durch die das Abgas erWärmende zusätzliche Brennervorrichtung 29 erhitzt worden ist, und stellt ein reformiertes Gas zur Verfügung, das einen hohen Brennwert aufweist wie z. B. Wasserstoffgas, in dem sichergestellt wird, daß durch die Nutzung der von dem hochtemperierten Abgas 27 wiedergewonnenen Wärme ein Brenngas 10, das durch ein Verdichten eines reformierenden Brenngases 37, d. h. eines Teils des Brenngases 12, mittels einer Gasverdichtungsvorrichtung 11 hergestellt wird, und ein reformierender Dampf 13 miteinander reagieren.

Bei dieser Ausführungsform können das Brenngas 10 und der Dampf 13 in der Reformiervorrichtung 9 durch eine Verwendung des hochtemperierten Abgases 27 miteinander reagiert werden, das durch eine Erhöhung der Temperatur des hochtemperierten Abgases 7 durch die das Abgas erWärmende, zusätzliche Brennervorrichtung 29 erzeugt wird. Deshalb kann das Reformierverhältnis erhöht werden und die Menge der aus dem Abgas wiedergewonnenen Wärme kann erhöht werden. Dementsprechend erhöht sich die Abgabeleistung der Turbine 5 und die Effizienz des Gasturbinensystems kann verbessert werden.

Weil die Ausführungsform dazu in der Lage ist, das Reformierverhältnis durch eine Erhöhung der Temperatur des Abgases zu erhöhen, kann die Effizienz verbessert werden.

Ausführungsform 1-5

Fig. 5 zeigt ein Gasturbinensystem des Beispiels 1-5 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gasturbinensystem umfaßt einen Kompressor 2, der komprimierte Luft 34 durch Komprimieren von z. B. Luft 1 des atmosphärischen Drucks auf einen Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis etwa 1.800 kPA zur Verfügung stellt, eine Brennervorrichtung 3, die die komprimierte Luft 34 von dem Kompressor 2 erhält und ein hochtemperiertes Verbrennungsgas 4 dadurch herstellt, daß der in der komprimierten Luft 34 enthaltene Sauerstoff und ein reformiertes Brenngas 6 miteinander reagiert werden, eine Turbine 5, die aus der Energie des hochtemperierten Verbrennungsgases 4 Leistung erzeugt und eine Gasverdichtungsvorrichtung 11, die ein Brenngas 12 verdichtet und das verdichtete Brenngas 12 einer Reformiervorrichtung 9 zuführt. Die Reformiervorrichtung 9 gewinnt die Wärme von einem hochtemperierten Abgas 7 wieder, das von der Turbine 5 ausgestoßen wird, und erzeugt ein reformiertes Gas 6, das einen hohen Brennwert aufweist, wie z. B. Wasserstoffgas, indem dafür gesorgt wird, daß das Brenngas 10 und der reformierende Dampf 13 miteinander reagieren. Eine Druckwasservorrichtung 17 beaufschlagt ein Wasser 18 mit Druck, um Druckwasser 14 zu erzeugen. Ein Dampfgenerator 16 verdampft durch die Verwendung der Wärme eines Abgases, das von der Reformiervorrichtung 9 ausgestoßen wird, das Druckwasser 14, um Dampf zu erzeugen.

Diese Ausführungsform ist in der Lage, intern einen Dampf sogar dann zu erzeugen, wenn die externe Zuführung von Dampf, die zum Reformieren des Brenngases erforderlich ist, nicht zur Verfügung steht.

Weil die Reformiervorrichtung 9 und der Dampfgenerator 16 in der Abgasleitung 7a so angeordnet sind, daß der Ausstoß des hochtemperierten Abgases 7, das aus der Turbine 5 ausgestoßen wird, der Reformiervorrichtung 9 und das Abgas 7 dem Dampfgenerator 16 zugeführt werden, nachdem die Wärme, die zum Reformieren des Brennstoffes erforderlich ist, durch die Reformiervorrichtung 9 von dem Abgas 7 wiedergewonnen worden ist, ist die Reformiertemperatur höher als wenn der Dampfgenerator 16 und die Reformiervorrichtung 9 bezüglich der Flußrichtung des Abgases 7 in dieser Reihenfolge angeordnet wären. Dementsprechend kann der Brennstoff mit einem höheren Reformierverhältnis reformiert werden, eine erhöhte Wärmemenge kann wiedergewonnen werden und die Effizienz des Systems kann verbessert werden.

Deshalb ist diese Ausführungsform in der Lage, intern einen Dampf auch dann zu erzeugen, wenn die externe Zuführung des Dampfes, der für das Reformieren des Brennstoffes erforderlich ist, nicht zur Verfügung steht.

Weil das hochtemperierte Abgas zum Reformieren des Brennstoffes verwendet werden kann, ist das Reformierverhältnis hoch und die Wärmemenge, die von dem Abgas wiedergewonnen wird, kann erhöht werden.

Ausführungsform 1-6

Fig. 6 zeigt ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 1-6 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gasturbinensystem umfaßt einen Kompressor 2, der komprimierte Luft 34 durch ein Komprimieren von z. B. Luft 1 aus dem atmosphärischen Druck bei einem Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis etwa 1.800 kPA zur Verfügung stellt, eine Brennervorrichtung 3, die die komprimierte Luft 34 von dem Kompressor 2 enthält und dafür sorgt, daß Sauerstoff, der in der komprimierten Luft 34 enthalten ist und ein reformiertes Brenngas 26 miteinander reagieren, um ein hochtemperiertes Verbrennungsgas 4 zu erzeugen, eine Turbine 5, die aus der Energie des hochtemperierten Verbrennungsgases 4 Leistung erzeugt, eine Reformiervorrichtung 9 und eine Gasverdichtungsvorrichtung 11, die ein Brenngas 12 verdichtet, und das verdichtete Brenngas 10 der Reformiervorrichtung 9 zuführt. Die Reformiervorrichtung 9 gewinnt Wärme von einem hochtemperierten Abgas 7 wieder, das aus der Turbine 5 ausgestoßen wird, und sorgt dafür, daß das Brenngas 10 und der Dampf 13 unter Verwendung der von dem Abgas 7 wiedergewonnenen Wärme reagiert, um ein reformiertes Gas 6 zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Brennwert aufweist, wie z. B. Wasserstoff. Eine Druckwasservorrichtung 17 beaufschlagt das Wasser 18 mit Druck, um einem Dampfgenerator 16 Druckwasser 14 zuzuführen. Der Dampfgenerator 16 erzeugt unter Verwendung der Wärme eines Abgases 15, das aus der Reformiervorrichtung 9 ausgestoßen wird, Dampf. Der Dampf 19, d. h. ein Teil des Dampfes, der von dem Dampfgenerator 16 erzeugt wird, wird durch ein Flußsteuerungsventil 20 der Brennervorrichtung 3 zugeführt.

Die Flußrate des Verbrennungsgases 4, das durch die Turbine 5 fließt, kann durch das Wiedergewinnen der Wärme aus dem Abgas 15 und durch eine Abgabe des Dampfes 21 an die Brennervorrichtung 3 mit einer Flußrate, die durch das Strombegrenzungsventil 20 gesteuert wird, erhöht werden. Deshalb kann eine erhöhte Leistung erzeugt werden und die Effizienz des Gasturbinensystems kann verbessert werden. Das Gasturbinensystem, das in Fig. 6 gezeigt ist, ist in der Lage, das Wasser zu verdampfen, nachdem dieses mittels der Druckwasservorrichtung 17, wie z. B. einer Pumpe, mit einem Druck beaufschlagt wird, der dem des Brenngases 10 entspricht, anstatt daß der reformierende Dampf 13 geringer Dichte verdichtet wird. Deshalb kann die Leistung zum Verdichten bzw. Druckbeaufschlagen vermindert werden.

Das Gasturbinensystem, das in Fig. 6 gezeigt ist, kann die Druckvorrichtung 17 verwenden, die eine hohe Druckleistung aufweist. Da die Verdampfungstemperatur durch ein Erhöhen des Drucks des Wassers 14 erhöht werden kann, kann der hochtemperierte Dampf der Brennervorrichtung 3 zugeführt werden, der zur Verfügung stehende Energieverlust, der durch den Wärmeaustausch zwischen dem Abgas 15, das von der Reformiervorrichtung 9 ausgestoßen wird, und dem Druckwasser 14 kann vermindert werden und dementsprechend kann die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert werden.

Da Wärme, die nicht durch das Reformieren des Brennstoffs wiedergewonnen worden ist, wiedergewonnen werden kann, wird die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert und die maximale Abgabeleistung des Gasturbinensystems kann verbessert werden.

Dieses Gasturbinensystem braucht eine relativ niedrige Leistung für die Zuführung des Dampfes.

Da die Verdampfungstemperatur hoch ist, kann der zur Verfügung stehende Energieverlust in der zurückgewonnenen Wärme reduziert werden.

Ausführungsform 1-7

Fig. 7 zeigt ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 1-7 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gasturbinensystem umfaßt einen Kompressor 2, der z. B. Luft 1 bei atmosphärischem Druck auf etwa 1.800 kPA komprimiert, um komprimierte Luft 34 zur Verfügung zu stellen, eine Brennervorrichtung 3, die die komprimierte Luft 34 von dem Kompressor 2 erhält und dafür sorgt, daß der Sauerstoff, der in der komprimierten Luft 34 enthalten ist, und ein reformiertes Brenngas 6 miteinander reagieren, um ein hochtemperiertes Verbrennungsgas 4 zu erzeugen, eine Turbine 5, die aus der Energie des hochtemperierten Verbrennungsgases 4 Leistung erzeugt, eine Reformiervorrichtung 9, eine Gasverdichtungsvorrichtung 11 zum Verdichten eines Brenngases 12, um das verdichtete Brenngas der Reformiervorrichtung 9 zuzuführen und eine Verdichtungsvorrichtung 38 für das reformierte Gas, die das reformierte Gas 6 verdichtet. Die Reformiervorrichtung 9 gewinnt Wärme von einem Abgas 7 wieder, das aus der Turbine 5 ausgestoßen wird und sorgt dafür, daß ein verdichtetes Brenngas 10 und ein reformierender Dampf 13 miteinander reagieren, um das reformierende Gas zu erzeugen, das einen hohen Brennwert aufweist, wie z. B. Wasserstoff. Der Druck des verdichteten Brenngases 10 liegt bei 700 kPA oder darüber.

Die Summe der Menge der Energie zum Verdichten des Gases, die von der Gasverdichtungsvorrichtung 11 benötigt wird und der Menge der Energie, die zum Verdichten des reformierten Gases durch die Verdichtungsvorrichtung 38 für das reformierte Gas benötigt wird, ist abhängig von dem Druck des verdichteten Brenngases 10 zwischen dem Druck des Brenngases 12 und dem Druck des Verbrennungsgases 4, das von der Brennervorrichtung 3 erzeugt wird.

Fig. 8 ist ein Graph, der die Abhängigkeit der Summe der Menge der Brennstoffverdichtungsleistung und der Menge der Verdichtungsleistung des reformierten Brennstoffes über den Druck des verdichteten Brenngases 10 darstellt, bei der der Druck des verdichteten Brenngases 10 auf der horizontalen Achse dargestellt ist und der dimensionslose Wert der Summe der Menge der Verdichtungsleistung des reformierten Brennstoffs und der Menge der erforderlichen Verdichtungsleistung für den reformierten Brennstoff, normalisiert über die gesamte Abgabeleistung des Gasturbinensystems, auf der vertikalen Achse aufgetragen ist.

Fig. 9 zeigt die Abhängigkeit des Verhältnisses des dimensionslosen Wertes der gesamten Abgabeleistung über den Druck des verdichteten Brenngases. Wie aus den Fig. 8 und 9 deutlich wird, wird die Leistung zum Verdichten umso geringer, je höher der Druck des verdichteten Brenngases 10 ist, und die Geschwindigkeit der Variation der Leistung zum Verdichten mit dem Druck des verdichteten Brenngases sinkt in einem Druckbereich des verdichteten Brenngases unterhalb von 700 kPA. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, steigt die Druckleistung stark mit der Abnahme des Drucks des verdichteten Brenngases in einem Druckbereich des verdichteten Brenngases unterhalb von 700 kPA. Wenn der Druck des verdichteten Brenngases 10 nicht geringer ist als 700 kPA, kann die Druckleistung auf einen niedrigen Wert begrenzt werden und die Druckleistung variiert in einem schmalen Bereich mit der Änderung des Drucks des verdichteten Brenngases 10. Wenn der Druck des verdichteten Brenngases 10 bei 700 kPA oder höher liegt, ist lediglich eine geringe Leistung zum Verdichten des reformierten Gases 6 erforderlich und die Druckleistung variiert in einem schmalen Bereich, wenn der Druck des verdichteten Brenngases 10 variiert. Dementsprechend wird die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert und die Kontrollierbarkeit kann erhöht werden.

Deshalb kann Wärme mit einem hohen Wiedergewinnungsgrad von dem Abgas wiedergewonnen werden und die Gesamteffizienz des Gasturbinensystems kann verbessert werden.

Zweite Ausführungsform Ausführungsform 2-1

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt. Fig. 10 zeigt ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 2-1 gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bezugnehmend auf die Fig. 10 umfaßt das Gasturbinensystem einen Kompressor 102, der ein Fluid, das Verbrennungssauerstoff enthält, wie z. B. Luft 110 eines atmosphärischen Drucks, auf einen Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis etwa 1.800 kPA komprimiert, um eine komprimierte Luft 120 bereitzustellen, eine Reformiervorrichtung 109, die ein Brenngas 110, wie z. B. Methan, chemisch reformiert, um ein reformiertes Gas 106 bereitzustellen, was einen hohen Brennwert aufweist, wie z. B. Wasserstoff, eine Brennervorrichtung 103, die das reformierte Gas 106, das dieses durch eine Zuführleitung 106a für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung 109 unter Verwendung der komprimierten Luft 120, die von dem Kompressor 102 zugeführt wird, verbrennt, und eine Turbine 105, die die Energie des Verbrennungsgases 104, das durch die Brennervorrichtung 103 erzeugt wird, in Leistung umwandelt.

Das Brenngas 110, das der Reformiervorrichtung 109 zugeführt werden muß, wird durch Entschwefeln eines Brenngases 112 mittels eines Entschwefelungsvorrichtung 111 bereitgestellt, der auf der Einlaßseite der Reformiervorrichtung 109 angeordnet ist. Die Entschwefelungsvorrichtung 111 adsorbiert und entfernt Schwefelkomponenten, die in dem Brenngas 112 enthalten sind.

Ein Abgas 107, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, wird durch eine Abgasleitung 107a der Reformiervorrichtung 109 zugeführt. Die Reformiervorrichtung 109 sorgt dafür, daß das entschwefelte Brenngas 110 und der Dampf 113, der von dem Dampfgenerator 116 erzeugt wird und dieser durch eine Dampfzuführleitung 113a zugeführt wird, miteinander unter Verwendung der Wärme reagieren, die von dem Abgas 107 wiedergewonnen wird, um das reformierte Gas 106 zu erzeugen, das einen hohen Brennwert aufweist. Ein Abgas 115 der Reformiervorrichtung, das von der Reformiervorrichtung 109 ausgestoßen wird, wird dem Dampfgenerator 116 zugeführt. Der Dampfgenerator 116 erhitzt das Wasser 114, das diesem zugeführt wird, mittels der Wärme des Abgases 115 der Reformiervorrichtung, um Dampf zu erzeugen. Der Dampf, der von dem Dampfgenerator 116 erzeugt wird, wird durch die Dampfzuführleitung 113a der Reformiervorrichtung 109 und durch eine zusätzliche Dampfzuführleitung 119 der Brennervorrichtung 103 zugeführt. Der Dampf, der durch den Dampfgenerator 116 erzeugt wird, wird durch eine Zuführleitung 118 für den Nutzdampf Einrichtungen zugeführt.

Der Betrieb des Gasturbinensystems der Ausführungsform 2-1 wird beschrieben werden.

Verdichtete Luft 120, die durch Verdichten der Luft 101 auf atmosphärischem Druck durch den Kompressor 102 erzeugt wird, wird der Brennervorrichtung 103 zugeführt. Die Brennervorrichtung 103 verbrennt unter Verwendung des verdichteten Gases 120 das reformierte Gas 106, das von der Reformiervorrichtung 109 zur Verfügung gestellt wird. Das Verbrennungsgas 104, das von der Brennervorrichtung 103 ausgestoßen wird, treibt die Turbine 105 an, um Leistung zu erzeugen, und wird als Abgas 107 ausgestoßen.

Die Entschwefelungsvorrichtung 111 entschwefelt das Brenngas 112, um das entschwefelte Brenngas 110 zu erzeugen und führt das entschwefelte Brenngas 110 der Reformiervorrichtung 109 zu. Die Reformiervorrichtung 109 läßt das entschwefelte Brenngas 110 und den Dampf 113 durch AufWärmen derselben durch die Wärme des Abgases 107, das durch die Abgasleitung 107a von der Turbine 105 zugeführt wird, miteinander reagieren, um das reformierte Gas 106 durch Reformieren des entschwefelten Brenngases 110 zu erzeugen. Der Dampfgenerator 116 erhitzt das Wasser 114 durch die Wärme des Abgases 115 der Reformiervorrichtung, um Dampf 113 zu erzeugen. Der Dampf 113 wird durch die Dampfzuführleitung 113 der Reformiervorrichtung 109 und durch die zusätzliche Dampfzufühleitung 119 der Brennervorrichtung 103 zugeführt. Der Rest des Dampfes wird an die Nutzdampf- Zufühleitung 118 abgegeben.

Das Gasturbinensystem dieser Ausführungsform adsorbiert und entfernt durch die Entschwefelungsvorrichtung 111 die vorher in dem Brenngas enthaltenen Schwefelkomponenten. Aus diesem Grund wird die Reformierfähigkeit des auf Nickel basierenden Reformierkatalysators, der in der Reformiervorrichtung 109 eingesetzt wird, nicht durch eine Verunreinigung durch die Schwefelkomponenten reduziert werden. Dementsprechend kann die Abgaswärme effektiv wiedergewonnen werden und deshalb kann die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert werden. Da die Ablagerung von Kohlenstoff in der Reformiervorrichtung 109 verhindert werden kann, kann die Zunahme eines Druckverlustes in der Reformiervorrichtung verhindert werden.

Der Fluß des Verbrennungsgases 104, der der Turbine 105 zugeführt wird, nimmt zu, wenn der Dampf 113 der Reformiervorrichtung 109 und der Brennervorrichtung 103 mit einer erhöhten Rate zugeführt wird, so daß die Abgabeleistung der Turbine 105 erhöht werden kann. Der Fluß des Verbrennungsgases 104, der der Turbine 105 zugeführt wird, nimmt ab, wenn der Dampf 113 der Reformiervorrichtung 109 und der Brennervorrichtung 103 mit einer verminderten Rate zugeführt wird, so daß die Abgabeleistung der Turbine 105 vermindert werden kann. Deshalb kann die Abgabeleistung der Turbine 105 eingestellt werden.

Wenn der Dampf 113 der Reformiervorrichtung 109 mit einer erhöhten Rate zugeführt wird, nimmt die Reformiergeschwindigkeit der Reformiervorrichtung 109 zu. Dementsprechend nimmt die Wärmemenge, die von dem Abgas 107, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, zu, und die Abgabeleistung der Turbine 105 kann erhöht werden. Wenn der Dampf 113 der Reformiervorrichtung 109 mit einer verminderten Rate zugeführt wird, nimmt die Reformierrate der Reformiervorrichtung 109 ab. Dementsprechend kann die Wärmemenge, die von dem Abgas 107 wiedergewonnen werden kann, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, abnehmen und die Abgabeleistung der Turbine 105 kann vermindert werden. Die Abgabeleistung der Turbine 105 kann deshalb eingestellt werden.

Die Entschwefelungsvorrichtung 111 kann als Material zum Adsorbieren von Schwefelkomponenten aktivierten Kohlenstoff oder ein molekulares Sieb verwenden.

Ausführungsform 2-2

Ein Gasturbinensystem gemäß Ausführungsform 2-2 gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. Fig. 11 zeigt die Ausführungsform 2-2.

Bezugnehmend auf Fig. 11 umfaßt das Gasturbinensystem einen Kompressor 102, der ein Fluid, das Verbrennungssauerstoff enthält, wie Luft 101 auf atmosphärischen Druck, auf einen Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis etwa 1.800 kPA komprimiert, um verdichtete Luft 120 zur Verfügung zu stellen, eine Reformiervorrichtung 109, die ein Teibgas 110, wie z. B. Methan, chemisch reformiert, um ein reformiertes Gas 106 zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Brennwert aufweist wie z. B. Wasserstoff, eine Brennervorrichtung 103, die das reformierte Gas, das dieser über eine Zuführleitung 106 für das reformierte Gas von der Reformiervorrichtung 109 unter Verwendung der verdichteten Luft 120, die von dem Kompressor 102 zugeführt wird, zugeführt wird, verbrennt, und eine Turbine 105, die die Energie des Verbrennungsgases 104, das von der Brennervorrichtung 103 hergestellt wird, umwandelt.

Das Brenngas 110, das der Reformiervorrichtung 109 zugeführt werden soll, wird durch Entschwefeln eines Brenngases 112 durch eine Entschwefelungsvorrichtung 111 erhalten, die an der Einlaßseite der Reformiervorrichtung 109 angeordnet ist.

Das Abgas 115 der Reformiervorrichtung, das von der Reformiervorrichtung 109 ausgestoßen wird, wird der Entschwefelungsvorrichtung 111 zugeführt. Die Entschwefelungsvorrichtung 111 hydriert die Schwefelkomponenten, die in dem Brenngas 112 enthalten sind, unter Verwendung der Wärme des Abgases 115 der Reformiervorrichtung in Anwesenheit eines uf Kobalt-Molybden basierenden Hydrierkatalysators, um die Schwefelkomponenten in Schwefelwasserstoff umzuwandeln. Der Schwefelwasserstoff durchläuft eine chemische Reaktion, die durch folgende Formel ausgedrückt wird:



ZnO + H2S → ZnS + H2O



und wird in Zinksulfid (ZnS) umgewandelt. Das dadurch hergestellte Zinksulfid wird durch die Entschwefelungsvorrichtung 111 entfernt.

Das Abgas 125 der Entschwefelungsvorrichtung, das von der Entschwefelungsvorrichtung 111 ausgestoßen wird, wird dem Dampfgenerator 116 zugeführt. Der Dampfgenerator 116 erzeugt unter Verwendung der Wärme des Abgases 125 der Entschwefelungsvorrichtung Dampf. Ein Teil 122 des reformierten Gases 106, das einer Zuführleitung 106a für reformiertes Gas zugeführt wird, wird durch eine Rückführleitung 124, die mit einem Gebläse 123 ausgestattet ist, der Entschwefelungsvorrichtung 111 zugeführt und wird für das Hydrieren der Schwefelkomponenten verwendet. Der Rest 121 des reformierten Gases 106 wird der Brennervorrichtung 103 zugeführt.

Bei dieser Ausführungsform wird der Dampf 113, der durch den Dampfgenerator 116 erzeugt wird, an eine Dampfzuführleitung 113, eine Dampfzuführleitung 118 zum Zuführen von Dampf an Einrichtungen und eine zusätzliche Dampfzuführleitung 119 verteilt.

Das Gasturbinensystem dieser Ausführungsform entfernt mittels der Entschwefelungsvorrichtung 111 die vorher in dem Brenngas 112 enthaltene Schwefelkomponenten. Aus diesem Grund wird die Reformierfähigkeit eines auf Nickel basierenden Reformierkatalysators, der in der Reformiervorrichtung 109 eingesetzt wird, nicht durch eine Verunreinigung durch Schwefelkomponenten vermindert. Dementsprechend kann die Abgaswärme effektiv wiedergewonnen werden und deshalb kann die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert werden. Da die Ablagerung von Kohlenstoff in der Reformiervorrichtung 109 verhindert werden kann, kann eine Zunahme des Druckverlustes in der Reformiervorrichtung 109 verhindert werden.

Falls das Brenngas 112 Propan, Butan und ähnliches enthält, tritt eine konkurrierende Adsorption von Propan, Butan und ähnlichem und den Schwefelkomponenten auf, die ein Entfernen der Schwefelkomponente verhindert. Bei dieser Ausführungsform werden die Schwefelkomponenten zuerst durch die Entschwefelungsvorrichtung 111 in Schwefelwasserstoff umgewandelt und dann wird der Schwefelwasserstoff einer Festphasenreaktion mit Zinkoxiden ausgesetzt, um den Schwefelwasserstoff zu entfernen. Deshalb erzeugen Propan, Butan und ähnliches, die in dem Brenngas 112 enthalten sind, keine Schwierigkeiten. Darüber hinaus wird Schwefel, der von dem Brenngas aufgrund des Wechsels der Betriebsbedingungen separiert wird, niemals in das Brenngas abgegeben.

Ausführungsform 2-3

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 2-3 gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. Fig. 12 zeigt die Ausführungsform 2-3.

Bezugnehmend auf die Fig. 12 umfaßt das Gasturbinensystem einen Kompressor 102, der ein Fluid, das Verbrennungssauerstoff enthält, wie z. B. Luft 101 bei atmosphärischem Druck, auf einen Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis etwa 1.800 kPA verdichtet, um verdichtete Luft 120 zur Verfügung zu stellen, eine Reformiervorrichtung 109, die ein Brenngas 110, wie z. B. Methan, chemisch reformiert, um ein reformiertes Gas 106 zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Brennwert aufweist, wie z. B. Wasserstoff, eine Brennervorrichtung 103, die das reformierte Gas 106, das dieser über eine Zuführleitung 106a für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung 109 unter Verwendung der verdichteten Luft 120, die von dem Kompressor 102 zugeführt wird, zuführt, verbrennt und eine Turbine 105, die die Energie des Verbrennungsgases 104, das von der Brennervorrichtung 103 erzeugt wird, in Leistung umwandelt.

Das Brenngas 110, das der Reformiervorrichtung 109 zugeführt werden soll, wird durch ein Entschwefeln eines Brenngases 112 mittels einer Entschwefelungsvorrichtung 111 erhalten, die an der Einlaßseite der Reformiervorrichtung 109 angeordnet ist.

Das Abgas 115 der Reformiervorrichtung, das von der Reformiervorrichtung 109 ausgestoßen wird, wird der Entschwefelungsvorrichtung 111 zugeführt. Die Entschwefelungsvorrichtung 111 hydriert die Schwefelkomponenten, die in dem Brenngas 112 enthalten sind, mittels Verwendung der Wärme des Abgases 115 der Reformiervorrichtung in Anwesenheit eines auf Kobalt-Molybden basierenden Hydrierkatalysators, um die Schwefelkomponenten in Schwefelwasserstoff umzuwandeln. Der Schwefelwasserstoff durchläuft eine chemische Reaktion, die durch folgende Formel ausgedrückt wird:



ZnO + H2S → ZnS + H2O



und wird in Zinklsulfid (ZnS) umgewandelt. Das dadurch erzeugte Zinklsulfid wird von der Entschwefelungsvorrichtung 111 entfernt. Das Abgas 125 der Entschwefelungsvorrichtung, das von der Entschwefelungsvorrichtung 111 ausgestoßen wird, wird einem Dampfgenerator 116 zugeführt. Der Dampfgenerator 116 erzeugt Dampf unter Verwendung der Wärme des Abgases 125 der Entschwefelungsvorrichtung. Ein Teil 122 des reformierten Gases 106, das an eine Zuführleitung für reformiertes Gas abgegeben wird, wird über eine Rückführleitung 124 der Entschwefelungsvorrichtung 111 zugeführt und wird für die Hydrierung der Schwefelkomponenten verwendet. Der Rest 121 des reformierten Gases 106 wird der Brennervorrichtung 103 zugeführt. Bei dieser Ausführungsform wird der Dampf 113, der von dem Dampfgenerator 116 erzeugt wird, an eine Dampfzuführleitung 113, eine Dampfzuführleitung 118 zur Zuführung von Dampf an Einrichtungen und an eine zusätzliche Dampfzuführleitung 119 verteilt.

Die Dampfzuführleitung 113 ist mit einer Ejektorpumpe 126 versehen, die das Brenngas 110, das durch das Entschwefeln des Brenngases 112 durch die Entschwefelungsvorrichtung 111 erzeugt wird, absaugt und das Brenngas 110 der Reformiervorrichtung 109 zuführt.

Das Gasturbinensystem dieser Ausführungsform entfernt mittels der Entschwefelungsvorrichtung 111 die vorher in dem Brenngas 112 enthaltenen Schwefelkomponenten. Deshalb wird die Reformierfähigkeit des auf Nickel basierenden Reformierkatalysators, der in der Reformiervorrichtung 109 eingesetzt wird, nicht durch eine Verunreinigung von Schwefelkomponenten reduziert. Dementsprechend kann die Abgaswärme effektiv wiedergewonnen werden und deshalb kann die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert werden. Da die Ablagerung von Kohlenstoff in der Reformiervorrichtung 109 verhindert werden kann, kann eine Zunahme eines Druckverlustes in der Reformiervorrichtung 109 verhindert werden.

Falls das Brenngas 112 Propan, Butan und ähnliches enthält, findet eine konkurrierende Adsorption von Propan, Butan und ähnlichem und den Schwefelkomponenten statt, welches ein Entfernen der Schwefelkomponenten verhindert. Bei dieser Ausführungsform werden die Schwefelkomponenten zuerst durch die Entschwefelungsvorrichtung 111 in Schwefelwasserstoff umgewandelt und dann werden die Schwefelwasserstoffe einer Festphasenreaktion mit Zinkoxid ausgesetzt, um den Schwefelwasserstoff zu entfernen. Deshalb führen Propan, Butan und ähnliches, die in dem Brenngas 112 enthalten sind, nicht zu Schwierigkeiten. Darüber hinaus wird Schwefel, der aufgrund von Veränderungen der Betriebsbedingungen von dem Brenngas 112 separiert wird, niemals an das Brenngas abgegeben.

Da das entschwefelte Brenngas 110 durch die Ejektorpumpe 126 abgesaugt wird, kann der Ausgabedruck der Entschwefelungsvorrichtung 111 geringer sein als der Ausgabedruck der Reformiervorrichtung, das reformierte Gas 106 kann über die Rückführleitung 124, die nicht mit einem Gebläse versehen ist, der Entschwefelungsvorrichtung 111 zugeführt werden.

Ausführungsform 2-4

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 2-4 gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. Fig. 13 zeigt die Ausführungsform 2-4.

Bezugnehmend auf die Fig. 13 umfaßt das Gasturbinensystem einen Kompressor 102, der ein Fluid, das Verbrennungssauerstoff enthält, wie z. B. Luft 101 bei atmosphärischem Druck, auf einen Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis etwa 1.800 kPA komprimiert, und eine verdichtete Luft 120 zur Verfügung zu stellen, um eine Reformiervorrichtung 109, die ein Brenngas 110, wie z. B. Methan, chemisch reformiert, um ein reformiertes Gas 106 zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Brennwert aufweist, wie z. B. Wasserstoff, eine Brennervorrichtung 103, die das reformierte Gas 106, das dieser von der Reformiervorrichtung 109 über eine Zuführleitung 106a reformiertes Gas unter Verwendung der verdichteten Luft 120 zugeführt wird, die von dem Kompressor 102 zugeführt wird, verbrennt und eine Turbine 105, die die Energie des Verbrennungsgases 104, das von der Brennervorrichtung 103 erzeugt wird, in Leistung umwandelt.

Das Brenngas 110, das der Reformiervorrichtung 109 zugeführt werden soll, wird durch Entschwefeln eines Brenngases 112 durch eine Entschwefelungsvorrichtung 111 enthalten, die auf der Einlaßseite der Reformiervorrichtung 109 angeordnet ist.

Ein Abgas 115 der Reformiervorrichtung, das von der Reformiervorrichtung 109 ausgestoßen wird, wird einem Dampfgenerator 116 zugeführt. Der Dampfgenerator erzeugt unter Verwendung der Wärme des Abgases 115 der Reformiervorrichtung Dampf 113. Der Dampf 113, der durch den Dampfgenerator 116 erzeugt wird, wird an eine Dampfzuführleitung 113a, eine Dampfzuführleitung 118 zum Zuführen von Dampf an Vorrichtungen und an eine zusätzliche Dampfzuführleitung 119 verteilt. Eine Entschwefelungsvorrichtung 111 entfernt durch Adsorption die Schwefelkomponenten, die in dem Brenngas 112 enthalten sind.

Wenn das Gasturbinensystem, das in Fig. 13 gezeigt ist, gestartet wird, werden zuerst der Kompressor 102 und die Turbine 105 für eine Rotation in einer Nennrotationsgeschwindigkeit angetrieben, ein Ventil 128 für reformiertes Gas, das in der Zuführleitung 106a für reformiertes Gas angeordnet ist, wird geöffnet, das Brenngas 112 wird über die Entschwefelungsvorrichtung 111 und die Reformiervorrichtung 109 mit einer niedrigen Rate der Brennervorrichtung 103 zugeführt, und die Brennervorrichtung 103 erzeugt das Verbrennungsgas 104.

Das Verbrennungsgas 104, das von der Brennervorrichtung 103 erzeugt wird, wird der Turbine 105 zugeführt. Wenigstens ein Teil eines Abgases 107, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, wird dem Dampfgenerator 116 als eine Wärmequelle zugeführt, um den Dampf 113 zu erzeugen. Ein Dampfventil 131, das in der Dampfzuführleitung 113 angeordnet ist, wird geöffnet, um einen Teil des Dampfs 113 der Reformiervorrichtung 109 zuzuführen. Das reformierte Gas 106, das von der Reformiervorrichtung 109 erzeugt wird, wird mit einer niedrigen Durchflußrate bzw. Flußrate der Brennervorrichtung 103 zugeführt.

Wenn das Gasturbinensystem angehalten wird, wird die Flußrate des Brenngases 112 von der Nennflußrate auf eine Nullast-Flußrate heruntergefahren, das Dampfventil 131 wird geschlossen, um das Zuführen von Dampf 113 an die Reformiervorrichtung 109 bei einem Abfall der Temperatur der Reformiervorrichtung 109 auf eine vorbestimmte erste Temperatur in einem Bereich von 200° bis 400°C zu unterbrechen, und das Ventil 128 für das reformierte Gas wird geschlossen, um die Zuführ des reformierten Gases 106 zu der Brennervorrichtung 103 bei einem Abfall der Temperatur der Reformiervorrichtung auf eine vorbestimmte zweite Temperatur (die Temperatur des Abgases, das von der Turbine 105 in einem Nullast-Betriebszustand ausgestoßen wird), die geringer ist als die erste Temperatur, zu unterbrechen.

Das Gasturbinensystem dieser Ausführungsform entschwefelt das Brenngas 112 zu allen Zeiten, erzeugt den Dampf 113 unter Verwendung der Wärme des Abgases 107, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, und führt einen Startbetrieb durch Anheben der Temperatur der Reformiervorrichtung 109 durch, während das Brenngas 110 reformiert wird. Deshalb ist das Gasturbinensystem, das die Reformiervorrichtung 109 umfaßt, in der Lage, sicher zu starten, ohne eine Ablagerung von Kohlenstoff, eine Verunreinigung von Schwefel und Oxidation nach sich zu ziehen.

Das Gasturbinensystem dieser Ausführungsform entschwefelt das Brenngas 112 zu allen Zeiten, erzeugt den Dampf 113 unter Verwendung der Wärme des Abgases 107, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, und vermindert die Temperatur der Reformiervorrichtung 109, indem graduell die Zuführung des Brenngases vermindert wird, während das Brenngas 110 reformiert wird. Weil die Brenngaszuführung bei einer ausreichend niedrigen Temperatur nach dem Anhalten der Zuführung des Dampfes unter einer Bedingung, die die Reformierreaktion verhindert, unterbrochen wird, ist das Gasturbinensystem, das die Reformiervorrichtung umfaßt, in der Lage, sicher anzuhalten, ohne eine Ablagerung von Kohlenstoff, eine Verunreinigung von Schwefel, Oxidation oder eine Befeuchtung nach sich zu ziehen.

Ausführungsform 2-5

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 2-5 gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. Fig. 14 zeigt die Ausführungsform 2-5.

Bezugnehmend auf die Fig. 14 umfaßt das Gasturbinensystem einen Kompressor 102, der ein Fluid, das Verbrennungssauerstoff enthält, wie z. B. Luft 101 bei atmosphärischem Druck, auf einen Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis etwa 1.800 kPA komprimiert, um eine verdichtete Luft 120 zur Verfügung zu stellen, um eine Reformiervorrichtung 109, die ein Brenngas 110, wie z. B. Methan, chemisch reformiert, um ein reformiertes Gas 106 zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Brennwert aufweist, wie z. B. Wasserstoff, eine Brennervorrichtung 103, die das reformierte Gas 106, das dieser von der Reformiervorrichtung 109 über eine Zuführleitung 106a reformiertes Gas unter Verwendung der verdichteten Luft 120zugeführt wird, die von dem Kompressor 102 zugeführt wird, verbrennt und eine Turbine 105, die die Energie des Verbrennungsgases 104, das von der Brennervorrichtung 103 erzeugt wird, in Leistung umwandelt.

Das Brenngas 110, das der Reformiervorrichtung 109 zugeführt werden soll, wird durch Entschwefeln eines Brenngases 112 durch eine Entschwefelungsvorrichtung 111 enthalten, die auf der Einlaßseite der Reformiervorrichtung 109 angeordnet ist.

Ein Abgas 115 der Reformiervorrichtung, das von der Reformiervorrichtung 109 ausgestoßen wird, wird der Entschwefelungsvorrichtung 111 zugeführt. Die Entschwefelungsvorrichtung 111 hydriert die Schwefelkomponenten, die in dem Brenngas 112 enthalten sind, unter Verwendung der Wärme des Abgases 115 der Reformiervorrichtung in Anwesenheit eines auf Kobalt-Molybden basierenden Hydrierkatalysators, um die Schwefelkomponenten in Schwefelwasserstoff umzuwandeln. Der Schwefelwasserstoff durchläuft eine chemische Reaktion, die durch folgende Formel ausgedrückt wird:



ZnO + H2S → ZnS + H2O



und wird in Zinklsulfid (ZnS) umgewandelt. Das so erzeugte Zinksulfid wird durch die Entschwefelungsvorrichtung 111 entfernt. Ein Abgas 125 der Entschwefelungsvorrichtung, das von der Entschwefelungsvorrichtung 111 ausgestoßen wird, wird einem Dampfgenerator 116 zugeführt. Der Dampfgenerator 116 erzeugt bei Nutzung der Wärme des Abgases 125 der Entschwefelungsvorrichtung Dampf. Ein Teil 122 des reformierten Gases 106, das an eine Zuführleitung 106a für reformiertes Gas abgegeben wird, wird über eine Rückführleitung 124, die mit einem Gebläse 123 versehen ist, der Entschwefelungsvorrichtung 111 zugeführt und wird für das Hydrieren der Schwefelkomponenten verwendet.

Bei dieser Ausführungsform wird der Dampf 113 an eine Dampfzuführleitung 113a, eine Dampfzuführleitung 116 zum Zuführen von Dampf an Einrichtungen und an eine zusätzliche Dampfzuführleitung 119 verteilt.

Beim Starten des Gasturbinensystems, das in Fig. 14 gezeigt ist, werden zuerst der Kompressor 102 und die Turbine 105 für eine Rotation mit einer Nennrotationsgeschwindigkeit angetrieben, ein Ventil 128 für das reformierte Gas, das in der Zuführleitung 106a für das reformierte Gas angeordnet ist, wird geöffnet, das Brenngas wird mit einer niedrigen Rate durch die Entschwefelungsvorrichtung 111 und in die Reformiervorrichtung 109 der Brennervorrichtung 103 zugeführt, und die Brennervorrichtung 103 erzeugt das Verbrennungsgas 104. Das Verbrennungsgas 104, das von der Brennervorrichtung 103 hergestellt ist, wird der Turbine 105 zugeführt. Wenigstens ein Teil eines Abgases 107, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, wird dem Dampfgenerator 116 als Wärmequelle zugeführt, um den Dampf 113 zu erzeugen.

Ein Dampfventil 131, das in der Dampfzuführleitung 113a angeordnet ist, wird geöffnet, um einen Teil des Dampfs 113 der Reformiervorrichtung 109 zuzuführen. Ein Ventil 132 für entschwefeltes reformiertes Gas und ein Ventil 133 für ein entschwefeltes reformiertes Hochdruckgas werden geöffnet, um einen Teil 122 des reformiertes Gases 106, das von der Reformiervorrichtung 109 hergestellt worden ist, mittels eines Gebläses 123 der Entschwefelungsvorrichtung 111 zum Entschwefeln zuzuführen.

Der Rest 121 des reformierten Gases 106 wird mit einer Nennflußrate der Brennervorrichtung 103 zugeführt.

Beim Anhalten des Gasturbinensystems wird die Flußrate des Brenngases von der Nennflußrate auf eine Nullast-Flußrate vermindert, das Dampfventil 131 wird geschlossen, um die Zufuhr des Dampfs 113 zu der Reformiervorrichtung 109 beim Abfall der Temperatur der Reformiervorrichtung 109 auf eine vorbestimmte erste Temperatur in einem Bereich von 200° bis 400°C zu unterbrechen, und zur selben Zeit, werden das Ventil 132 für das entschwefelte reformierte Gas und das Ventil 133 für das entschwefelte reformierte Hochdruckgas geschlossen, um die Zufuhr des reformierten Gases 122 von der Reformiervorrichtung 109 zu der Entschwefelungsvorrichtung 111 zu unterbrechen. Das Ventil 128 für reformiertes Gas, das in der Zuführleitung 106a für reformiertes Gas angeordnet ist, wird geschlossen, um die Zufuhr des reformierten Gases bei einem Abfall der Temperatur der Reformiervorrichtung 109 auf eine vorbestimmte zweite Temperatur (die Temperatur des Abgases, das von der Turbine 105 bei Nullast-Betriebsbedingungen ausgestoßen wird), die geringer ist als die erste Temperatur, zu unterbrechen.

Das Gasturbinensystem in dieser Ausführungsform entschwefelt das Brenngas 112 mittels der Entschwefelungsvorrichtung 111 bei einer Temperatur, bei der der Entschwefelungskatalysator nicht mit Schwefel verunrenigt ist, erzeugt unter Verwendung der Wärme des Abgases 107, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, Dampf und senkt die Temperatur der Reformiervorrichtung 109 durch ein graduelles Absenken der Brenngaszufuhr, während das Brenngas entschwefelt und reformiert wird. Weil die Brenngaszufuhr bei einer ausreichend geringen Temperatur nach dem Unterbrechen der Zuführung des Dampfes unter einer Bedingung gestoppt wird, die die Reformierreaktion verhindert, ist das Gasturbinensystem, das die Reformiervorrichtung umfaßt, in der Lage, sicher anzuhalten, ohne eine Ablagerung von Kohlenstoff, eine Verunreinigung durch Schwefel, Oxidation und Befeuchtung nach sich zu ziehen.

Ausführungsform 2-6

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 2-6 gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. Fig. 15 zeigt die Ausführungsform 2-6.

Bezugnehmend auf die Fig. 15 umfaßt das Gasturbinensystem einen Kompressor 102, der ein Fluid, das Verbrennungssauerstoff enthält, wie z. B. Luft 101 bei atmosphärischem Druck, auf einen Druck in einem Bereich von etwa 1.600 bis etwa 1.800 kPA komprimiert, um eine verdichtete Luft 120 zur Verfügung zu stellen, um eine Reformiervorrichtung 109, die ein Brenngas 110, wie z. B. Methan, chemisch reformiert, um ein reformiertes Gas 106 zur Verfügung zu stellen, das einen hohen Brennwert aufweist, wie z. B. Wasserstoff, eine Brennervorrichtung 103, die das reformierte G as 106, das dieser von der Reformiervorrichtung 109 über eine Zuführleitung 106a reformiertes Gas unter Verwendung der verdichteten Luft 120 zugeführt wird, die von dem Kompressor 102 zugeführt wird, verbrennt und eine Turbine 105, die die Energie des Verbrennungsgases 104, das von der Brennervorrichtung 103 erzeugt wird, in Leistung umwandelt.

Das Brenngas 110, das der Reformiervorrichtung 109 zugeführt werden soll, wird durch Entschwefeln eines Brenngases 112 durch eine Entschwefelungsvorrichtung 111 erhalten, die auf der Einlaßseite der Reformiervorrichtung 109 angeordnet ist.

Ein Abgas 115 der Reformiervorrichtung, das von der Reformiervorrichtung 109 ausgestoßen wird, wird der Entschwefelungsvorrichtung 111 zugeführt. Die Entschwefelungsvorrichtung 111 hydriert die Schwefelkomponenten, die in dem Brenngas 112 enthalten sind, unter Verwendung der Wärme des Abgases 115 der Reformiervorrichtung in Anwesenheit eines auf Kobalt-Molybden basierenden Hydrierkatalysators, um die Schwefelkomponenten in Schwefelwasserstoff umzuwandeln. Der Schwefelwasserstoff durchläuft eine chemische Reaktion, die durch die folgende Formel ausgedrückt wird:



ZnO + H2S → ZnS + H2O



und wird in Zinklsulfid (ZnS) umgewandelt. Das so erzeugte Zinksulfid wird durch die Entschwefelungsvorrichtung 111 entfernt. Ein Abgas 125 der Entschwefelungsvorrichtung, das von der Entschwefelungsvorrichtung 111 ausgestoßen wird, wird einem Dampfgenerator 116 zugeführt. Der Dampfgenerator 116 erzeugt bei Nutzung der Wärme des Abgases 125 der Entschwefelungsvorrichtung Dampf. Ein Teil 122 des reformierten Gases 106, das an eine Gaszuführleitung 106a für reformiertes Gas abgegeben wird, wird über eine Rückführleitung 124 der Entschwefelungsvorrichtung 111 zugeführt und wird für das Hydrieren der Schwefelkomponenten verwendet. Der Rest 121 des reformierten Gases 106 wird der Brennervorrichtung 103 zugeführt. Bei dieser Ausführungsform wird der Dampf 113 an eine Dampfzuführleitung 113a, eine Dampfzuführleitung 118 zum Zuführen des Dampfes an Einrichtungen und an eine zusätzliche Dampfzuführleitung 119 verteilt.

Die Dampfzuführungsleitung 113a ist mit einer Ejektorpumpe 126 versehen, die das Brenngas 12, das von der Entschwefelungsvorrichtung 11 verarbeitet wird, absaugt und das Brenngas 112 der Reformiervorrichtung 109 zuführt.

Beim Starten des Gasturbinensystems, das in Fig. 15 gezeigt ist, wird zuerst der Kompressor 102 und die Turbine 105 für eine Rotation bei einer Nennrotationsgeschwindigkeit angetrieben, ein Ventil 128 für reformiertes Gas, das in der Zuführleitung 106a für reformiertes Gas angeordnet ist, wird geöffnet, das Brenngas wird mit einer niedrigen Rate durch die Entschwefelungsvorrichtung 111, die Ejektorpumpe 126 und die Reformiervorrichtung 109 der Brennervorrichtung 103 zugeführt, und die Brennervorrichtung 103 erzeugt das Verbrennungsgas 104. Das Verbrennungsgas 104, das von der Brennervorrichtung 103 erzeugt worden ist, wird der Turbine 105 zugeführt. Wenigstens ein Teil eines Abgases, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, wird als Wärmequelle dem Dampfgenerator 116 zugeführt, um Dampf 113 zu erzeugen. Ein Dampfventil 131, das in der Dampfzuführleitung 113a angeordnet ist, wird geöffnet, um einen Teil des Dampfes 113 durch die Ejektorpumpe 126 der Reformiervorrichtung 109 zuzuführen. Ein Ventil 132 für entschwefeltes reformiertes Gas wird geöffnet, um einen Teil 122 des reformierten Gases 106, das von der Reformiervorrichtung 109 zur Verfügung gestellt wird, der Entschwefelungsvorrichtung 111 zum Entschwefeln zuzuführen und der Rest 121 des reformierten Gases 106 wird der Brennervorrichtung 103 mit einer Nennflußrate zugeführt.

Beim Anhalten des Gasturbinensystems wird die Flußrate des Brenngases von der Nennflußrate auf eine Nullast-Flußrate vermindert, das Dampfventil 131 wird geschlossen, um die Zufuhr des Dampfes 113 an die Reformiervorrichtung 109 bei einem Abfall der Temperatur der Reformiervorrichtung 109 auf eine vorbestimmte erste Temperatur in einem Bereich von 200 bis 400°C zu unterbrechen. Zur gleichen Zeit wird das Ventil 132 für das entschwefelte reformierte Gas geschlossen, um die Zufuhr des reformierten Gases 106 von der Reformiervorrichtung 109 zu der Entschwefelungsvorrichtung 111 zu unterbrechen und das Ventil 128 für das reformierte Gas wird geschlossen, um die Zufuhr des Brenngases bei einem Abfall der Temperatur der Reformiervorrichtung 109 auf eine vorbestimmte zweite Temperatur (die Temperatur des Abgases, das von der Turbine 105 in einer Nullast-Betriebsbedingung ausgestoßen wird), die geringer ist als die erste Temperatur, zu unterbrechen.

Das Gasturbinensystem dieser Ausführungsform entschwefelt das Brenngas mit der Entschwefelungsvorrichtung 111 bei einer Temperatur, bei der der Entschwefelungskatalysator nicht durch Schwefel verunreinigt wird, der in dem Brenngas enthalten ist, und führt durch Anheben der Temperatur der Reformiervorrichtung 109 einen Startbetrieb durch, während der Dampf erzeugt wird, und das Brenngas wird unter Verwendung der Wärme des Abgases, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, entschwefelt und reformiert. Deshalb ist das Gasturbinensystem, das die Reformiervorrichtung 109 umfaßt, in der Lage, sicher zu starten, ohne eine Ablagerung von Kohlenstoff, eine Verunreinigung durch Schwefel und Oxidation nach sich zu ziehen.

Das Gasturbinensystem in dieser Ausführungsform entschwefelt das Brenngas mittels der Entschwefelungsvorrichtung 111 bei einer Temperatur, bei der der Entschwefelungskatalysator nicht durch den Schwefel, der in dem Brenngas enthalten ist, verunreinigt wird, und vermindert die Temperatur der Reformiervorrichtung 109 durch graduelles Absenken der Zufuhr des Brenngases, während der Dampf unter Einsatz der Wärme des Abgases 107, das von der Turbine 105 ausgestoßen wird, erzeugt wird und das Brenngas durch die Verwendung des Dampfes entschwefelt und reformiert wird. Weil die Brenngaszufuhr bei einer ausreichend geringen Temperatur nach dem Anhalten der Zufuhr des Dampfes unter einer Bedingung, die die Reformierreaktion verhindert, unterbrochen wird, ist das Gasturbinensystem, das die Reformiervorrichtung umfaßt, in der Lage, sicher anzuhalten, ohne eine Ablagerung von Kohlenstoff, eine Verunreinigung durch Schwefel, eine Oxidation und eine Befeuchtung nach sich zu ziehen.

Aus der vorhergehenden Beschreibung wird deutlich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung der auf Nickel basierende Reformierkatalysator, der in der Reformiervorrichtung eingesetzt wird, nicht von Schwefelkomponenten verunreinigt wird, die in dem Brenngas enthalten sind, und die Reformierfähigkeit nicht gesenkt wird, weil die Schwefelkomponenten, die in dem Brenngas enthalten sind, durch Adsorption mittels der Entschwefelungsvorrichtung entfernt werden. Da die Abgaswärme effektiv wiedergewonnen werden kann, kann die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert werden. Weil die Ablagerung von Kohlenstoff in der Reformiervorrichtung verhindert werden kann, kann eine Erhöhung des Druckabfalls in der Reformiervorrichtung verhindert werden.

Dritte Ausführungsform Ausführungsform 3-1

Gasturbinensysteme einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 16 zeigt ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung. Wie in Fig. 16 gezeigt ist, umfaßt das Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-1 einen Kompressor 201 zum Verdichten eines Fluids, das Verbrennungssauerstoff enthält, wobei dieses in dieser Ausführungsform Luft ist. Der Kompressor 201 ist ein einstufiger Zentrifugalkompressor.

Das Gasturbinensystem umfaßt eine Reformiervorrichtung 209, die einen Brennstoff ( Brenngas) reformiert. Die Reformiervorrichtung 209 verwendet als Wärmequelle für das chemische Reformieren des Brennstoffes ein Abgas, das von einer Turbine 203 ausgestoßen wird, um ein reformiertes Gas zu erzeugen.

Eine Brennervorrichtung 202 ist mit dem Kompressor 201 und der Reformiervorrichtung 209 verbunden. Die Brennervorrichtung 202 verbrennt einen reformierten Brennstoff, der von der Reformiervorrichtung 209 unter Verwendung der verdichteten Luft, die von dem Kompressor 201 zur Verfügung gestellt wird, erzeugt wird. Die Brennervorrichtung 202 erzeugt ein hochtemperiertes Hochdruck-Verbrennungsgas.

Die Turbine 203, die mit der Brennervorrichtung 202 verbunden ist, wandelt die Energie des Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung 202 erzeugt wird, in Leistung um. Bei dieser Ausführungsform ist die Turbine 203 eine einstufige Radialturbine.

Die Leistung, die von der Turbine 203 erzeugt wird, wird für einen Antrieb des Kompressors 201 und für einen Antrieb eines Leistungsgenerators 204 verwendet, der mit der Turbine 203 zur Erzeugung elektrischer Leistung verbunden ist. Ein Abgas, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, wird der Reformiervorrichtung 209 als Wärmequelle zugeführt.

Der Brennstoff oder Brennstoff kann einer von vielen geeigneten Brennstoffen sein, einschließlich Erdgas oder Stadtgas. Bei dieser Ausführungsform ist der Brennstoff Methan als eine grundsätzliche Komponente von Erdgas.

Methan wird durch einen Kompressor 220, der von einem Motor 219 angetrieben wird, auf einen Druck verdichtet, der geeignet ist, das Methan (verdichtete Methan) der Brennervorrichtung 202 zuzuführen.

Wenigstens ein Teil des Abgases, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, wird als Wärmequelle von einem Dampfgenerator 211 genutzt, um Dampf zu erzeugen. Wenigstens ein Teil des Dampfes wird der Reformiervorrichtung 209 zugeführt.

Der Dampfgenerator 211 ist nach (auf der Downstream-Seite, der nachfolgenden Verfahrensstufe) der Reformiervorrichtung 209 in Bezug auf die Flußrichtung des Abgases angeordnet, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, um das Abgas, das von der Reformiervorrichtung 209 ausgestoßen wird, als Wärmequelle zu nutzen.

Wasser wird durch eine Pumpe 214 unter Druck gesetzt und mit einem Druck versehen, der geeignet ist, das Wasser der Brennervorrichtung 202 zuzuführen, und wird dem Dampfgenerator 211 zugeführt. Der Dampfgenerator 211 erhitzt das unter Druck stehende Wasser mittels des Abgases, um Dampf zu erzeugen.

Ein Teil des Dampfes wird mit dem verdichteten Methan gemischt und der Reformiervorrichtung 209 zugeführt. Der Rest des Dampfes wird als Nutzdampf an verschiedene Einrichtungen geleitet, was nicht gezeigt ist.

Die Reformiervorrichtung 209 ist mit einem Reformierkatalysator zum Reformieren des Brennstoffes versehen, wie z. B. einem auf Nickel basierenden Katalysator, einem Ruthenium- Katalysator, einem Palladium-Katalysator, einem Platin-Katalysator, einem Chrom- Katalysator, einem Kobalt-Katalysator oder einem Kupfer-Katalysator.

Der Betrieb des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-1 wird beschrieben werden.

Die Pumpe 214 setzt das Wasser einem Druck aus, der geeignet ist, das Wasser der Brennervorrichtung 202 zuzuführen und führt das Wasser dem Dampfgenerator 211 zu. Der Dampfgenerator 211 erzeugt Dampf durch ein ErWärmen des unter Druck stehenden Wassers durch die Wärme des Abgases.

Methan, d. h.. Brennstoff, wird durch den Kompressor 220, der von dem Motor 219 angetrieben wird, bis zu einem Druck verdichtet, der geeignet ist, das Methan der Brennervorrichtung 202 zuzuführen.

Ein Teil des Dampfes wird als Dampf zum Reformieren des Brennstoffs verwendet; der Dampf wird mit dem verdichteten Methan gemischt und wird zusammen mit dem verdichteten Methan der Reformiervorrichtung 209 zugeführt. Der Rest des Dampfes wird als Nutzdampf genutzt, d. h. als Nutzwärmequelle.

Die Reformiervorrichtung 219 setzt eine Mischung aus verdichtetem Methan, d. h. dem Brennstoff, und dem reformierenden Dampf, der von dem Dampfgenerator 211 erzeugt ist, einer Dampfreformierreaktion aus, die durch die Formel (1), die unten gezeigt ist, ausgedrückt wird. Die Dampfreformierreaktion reformiert das Methan chemisch, um ein reformiertes Gas zu erzeugen, d. h. einem Brennstoff, der einen hohen Brennwert aufweist. Das reformierte Gas wird der Brennervorrichtung 202 zugeführt.



CH4 + H2O → 3H2 + CO (1)

Diese methanreformierende Reaktion ist eine endotherme Reaktion. Deshalb wird die Wärme eines Abgases, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, für die methanreformierende Reaktion verwendet.

Eine Erhöhung der chemischen Energie in dem reformierten Brennstoff entspricht der Abnahme der thermischen Energie in dem Abgas. Genauer kann ein wasserstoffreicher reformierter Brennstoff, der eine chemische Energie aufweist, die höher ist als die des Methans, erzielt werden. Der reformierte Brennstoff wird durch die Brennervorrichtung 202 verbrannt und verbessert die thermische Effizienz und die Abgabeleistung des Gasturbinensystems. Dementsprechend kann aus dem Abgas effektiv Abwärme wiedergewonnen werden.

Die Leistung, die durch die Turbine 203 erzeugt wird, wird für einen Antrieb des Kompressors 201 und auch für den Antrieb des Generators 204 verwendet, der mit der Turbine 203 zur Erzeugung elektrischer Leistung verbunden ist. Das Abgas, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, wird als Wärmequelle von der Reformiervorrichtung 209 und dem Dampfgenerator 211 verwendet.

Bei dieser Ausführungsform ist der Kompressor 201 zum Verdichten der Luft ein einstufiger Kompressor und die Turbine 203, die die Energie des Verbrennungsgases verwendet, ist eine einstufige Radialturbine, und die entsprechenden Druckverhältnisse des Kompressors 201 und der Turbine 203 liegen bei etwa 10 oder darunter, im allgemeinen in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 7. Deshalb liegt der Druck des reformierten Brennstoffes, der der Brennervorrichtung 202 zugeführt werden soll, d. h. der Reformierdruck der Reformiervorrichtung 209, in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 8 ata (etwa, 03 bis etwa 0,8 MPa).

Das Druckverhältnis der Turbine 203 ist geringer als das einer mehrstufigen axialen Flußturbine, wie z. B. einer großen Gasturbine, die in einer Stromerzeugungsanlage eingesetzt wird. Deshalb ist die Temperatur des Abgases von der Turbine 203 höher als das eines Abgases einer großen Gasturbine. In den meisten Fällen liegt die Temperatur des Abgases von der Turbine 203 bei 600° Celsius oder darüber. Deshalb wird daraus gefolgert, daß die Reformiertemperatur, die eine Temperaturmarge für einen Wärmeaustausch mit dem Abgas in der Reformiervorrichtung 209 berücksichtigt, bei etwa 600°C liegt.

Fig. 17 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen dem berechneten Methanreformierverhältnis und dem Reformierdruck für mehrere Reformiertemperaturen als Parameter darstellt. Der Term "Reformierverhältnis" kennzeichnet die molare Menge des Methans, die in Wasserstoff und Kohlenmonoxid durch die Reaktion, die durch die Formel (1) ausgedrückt wird, aus einem mol Methan zersetzt wird. Je höher das Reformierverhältnis ist, umso höher ist die Effizienz der Zersetzung des Methans in Wasserstoff und Kohlenmonoxid.

Wie aus Fig. 17 deutlich wird, wird das Reformierverhältnis umso höher, je höher die Temperatur ist, und das Reformierverhältnis wird umso höher, je niedriger der Druck ist.

Das Reformierverhältnis steigt mit einem Anstieg der Temperatur, weil die Reaktion, die durch die Formel (1) ausgedrückt wird, eine endotherme Reaktion ist.

Das Reformierverhältnis steigt mit einer Abnahme des Drucks, weil die Anzahl der Mole des Materials, das mit der Formel (1) verbunden ist, zunimmt, z. B. von 2 auf 4, wenn die Reaktion fortschreitet.

Wie oben bereits angemerkt, beträgt die Reformiertemperatur etwa 600°C und der Reformierdruck liegt in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 8 ata in dieser Ausführungsform. Bei solchen Bedingungen liegt das Reaktionsverhältnis auf einem hohen Wert in einem Bereich von etwa 0,4 bis etwa 0,6 und die Reformierreaktion kann in ausreichend zufriedenstellendem Maße durchgeführt werden. Abgaswärme kann zufriedenstellend wiedergewonnen werden und dementsprechend können die thermische Effizienz und die Abgabeleistung des Gasturbinensystems deutlich verbessert werden.

Im allgemeinen liegt die Flußrate des Methans, d. h. des Brennstoffes, wesentlich niedriger als die der Luft und das Verhältnis der Flußrate des Methans zu der der Luft liegt in einem Bereich von etwa 1/50 bis 1/150 in dem Gasturbinensystem dieser Ausführung. Deshalb ist die Größe der Reformiervorrichtung 20 deutlich geringer als die eines Regenerators, der im Stand der Technik eingesetzt wird, um verdichtete Luft vorzuheizen.

Die Reformiervorrichtung 209 ist keine kostenintensive Vorrichtung und ist nicht so kompliziert wie der konventionelle Regenerator in Plattenform. Zum Beispiel kann die Reformiervorrichtung 209 eine einfache, preiswerte Reformiervorrichtung in Röhrenform sein, die mit Röhren ausgestattet ist, die mit einem Katalysator versehen sind, wobei sie einen Brennstoff dadurch reformiert, daß der Brennstoff die Röhren durchläuft.

Bei dieser Ausführungsform kann das Reformierverhältnis des Methans durch ein Einstellen der Flußrate des Reformierdampfes eingestellt werden, der der Reformiervorrichtung 209 zugeführt wird. Wenn z. B. die Zuführflußrate des Reformierdampfes Null wird, wird Methan nicht reformiert und wird nach einem Wärmeaustausch mit dem Abgas in der Reformiervorrichtung 209 der Brennervorrichtung 202 zugeführt. In diesem Fall sinkt die Wiedergewinnungsrate der Abwärme, mit der Wärme von dem Abgas wiedergewonnen wird, die Leistungsmenge, die durch das Gasturbinensystem erzeugt wird, die die Menge der erzeugten elektrischen Leistung bestimmt, nimmt ab, die Menge des Nutzdampfes nimmt zu und die Menge des Dampfes zur thermischen Verwendung nimmt zu. Deshalb ist das Gasturbinensystem dieser Ausführungsform ein variables leistungs- und wärmeerzeugendes System, das in der Lage ist, das Verhältnis zwischen zu erzeugender Leistung (elektrischer Leistung) und zu erzeugendem Dampf (Wärme) gemäß den gewünschten Zwecken einzustellen.

Gleichwohl die Brennervorrichtung 202 in dieser Ausführungsform Luft zum Verbrennen des reformierten Brennstoffes verwendet, kann die Brennervorrichtung 202 jede Art eines Fluids verwenden, das eine geeignete Zusammensetzung aufweist, die anders ist als die von Luft, wie z. B. ein Fluid, das Sauerstoff und Kohlendioxyd enthält, ein Fluid, das Sauerstoff und Argon enthält oder ein Fluid, das Sauerstoff und Helium enthält.

Bei dieser Ausführungsform wird Methan durch den Kompressor 220 auf einen Druck verdichtet, der geeignet ist, das Methan der Brennervorrichtung 202 zuzuführen. Falls eine Gaszuführungsleitung, die geeignet ist, ausreichend verdichtetes Methan zuzuführen, zur Verfügung steht, kann auf den Kompressor 220 und die zugehörigen Komponenten verzichtet werden.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Teil des erzeugten Dampfes, der nach einer Verwendung eines Teils des erzeugten Dampfes zum Reformieren des Brennstoffes verblieben ist, als Nutzdampf verwendet. Falls ein Nutzdampf nicht erforderlich ist, kann auch nur der Dampf erzeugt werden, der erforderlich ist, den Brennstoff zu reformieren, um die Größe des Dampfgenerators 211 weiter zu reduzieren.

Da diese Ausführungsform den einstufigen Zentrifugalkompressor 201 und die einstufige Radialturbine 203 einsetzt, ist die Reformiervorrichtung 209 in der Lage, Methan durch Erhöhen der Reformiertemperatur und Reduzieren des Reformierdruckes mit einem hohen Reformierverhältnis zu reformieren. Das Gasturbinensystem braucht im Vergleich mit konventionellen Gasturbinensystemen, die einen Regenerator einsetzen, weniger Stellfläche und weniger Fläche für die Installation und kann zu geringeren Kosten hergestellt werden, und die thermische Effizienz und die Ausgangsleistung des Gasturbinensystems können deutlich verbessert werden. Darüber hinaus kann das Gasturbinensystem als ein variables Wärme und Leistung erzeugendes System verwendet werden.

Ausführungsform 3-2

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-2 gemäß der vorliegenden Erfindung wird bezugnehmend auf die Fig. 18, die das Gasturbinensystem in einer schematischen Darstellung zeigt, beschrieben werden.

Wie in Fig. 18 gezeigt, ist das Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-2 im wesentlichen dem Gasturbinensystem nach der Ausführungsform 3-1, die in Fig. 16 gezeigt ist, ähnlich, mit der Ausnahme, daß die erste einen Teil des Dampfes, der von einem Dampfgenerator erzeugt wird, einer Brennervorrichtung 202 als Brennerdampf, d. h. als Dampf zuführt, der der Brennervorrichtung 202 zuzuführen ist. In Fig. 18, die das Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-2 zeigt, sind Teile, die identisch mit denen des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-1, die in Fig. 16 gezeigt ist, sind oder diesen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen und deshalb wird auf eine Beschreibung dieser Elemente verzichtet.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Verbrennungsgas mit einer erhöhten Flußrate der Radialturbine 203 zugeführt und die Abgabeleistung der Radialturbine 203 erhöht. Dementsprechend sind die thermische Effizienz und die Abgabeleistung des Gasturbinensystems höher als die des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-1.

Die Abgabeleistung des Gasturbinensystems erhöht sich, wenn der Nutzdampf reduziert wird und die Flußrate des Brennerdampfes erhöht wird. Umgekehrt kann die Flußrate des Brennerdampfes reduziert werden, welches die Abgabeleistung des Gasturbinensystems vermindert, und der Nutzdampf kann erhöht werden. Deshalb kann das Gasturbinensystem durch Regulieren der Flußrate des Brennerdampfes als variables Leistung und Wärme erzeugendes System verwendet werden.

Ausführungsform 3-3

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-3 gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 19 beschrieben, die das Gasturbinensystem in einer schematischen Darstellung zeigt.

Das Gasturbinensystem, das in Fig. 19 gezeigt ist, ist im wesentlichen dem Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-1, die in Fig. 16 gezeigt ist, ähnlich, mit der Ausnahme, daß das erste System Stadtgas als Brennstoff verwendet und mit einer Entschwefelungsvorrichtung 224 versehen ist, die den Brennstoff entschwefelt und den entschwefelten Brennstoff einer Reformiervorrichtung 209 zuführt. Teile des in Fig. 19 gezeigten Gasturbinensystems, die identisch mit denen des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-1, das in Fig. 16 gezeigt ist, sind oder diesen entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es wird daher auf deren Beschreibung verzichtet.

Bei dieser Ausführungsform wird der Entschwefelungsvorrichtung 224, die mit einem adsorbierenden Material gefüllt ist, wie z. B. aktiviertem Kohlenstoff, einem molekularen Sieb, Zeolith oder Diatomeenerde, Stadtgas als Brennstoff zugeführt. Das adsorbierende Material adsorbiert und entfernt Schwefelkomponenten, die im Stadtgas enthalten sind. Das auf diese Weise entschwefelte Stadtgas wird dem Kompressor 220 zugeführt.

Methan ist eine grundlegende Komponente des Stadtgases. Stadtgas umfaßt eine Schwefelkomponente als Duftstoff zum Nachweis von Leckagen wie z. B. Merkaptan in einer Konzentration von etwa 5,5 ppm.

Wenn ein Brennstoff, der Schwefelkomponenten enthält, der Reformiervorrichtung 209 zugeführt wird, wird ein Reformierkatalysator, wie z. B. ein auf Nickel basierender Katalysator, verunreingt bzw. kontaminiert. Dementsprechend wird die Reformierfähigkeit der Reformiervorrichtung 209 reduziert, die Menge der thermischen Energie, die durch das Reformieren wiedergewonnen werden kann, wird vermindert und es wird verhindert, daß sich die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert. Kohlenstoff lagert sich in der Reformiervorrichtung 209 ab, falls die Reformierfähigkeit des Reformierkatalysators vermindert wird, was zu einem Druckverlust im Stadtgas in der Reformiervorrichtung 209 und gegebenenfalls dazu führt, daß der Brennstoff nicht in der Lage ist, durch die Reformiervorrichtung 209 zu fließen.

Das Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-3 entfernt vor der Adsorption Schwefelkomponenten von dem Stadtgas. Deshalb wird der Reformierkatalysator, wie z. B. ein auf Nickel basierender Katalysator, der in der Reformiervorrichtung 209 enthalten ist, niemals durch Schwefelkomponenten verunreingt, wenn der Brennstoff der Reformiervorrichtung 209 zugeführt wird. Dementsprechend wird die Reformierfähigkeit nicht vermindert, die thermische Energie kann von dem Abgas auf effektive Weise wiedergewonnen werden und die thermische Effizienz und die Abgabeleistung des Gasturbinensystems kann verbessert werden. Darüber hinaus kann eine Zunahme des Druckverlustes des Stadtgases in der Reformiervorrichtung 209 verhindert werden, weil die Ablagerung von Kohlenstoff in der Reformiervorrichtung 209 verhindert werden kann.

Obwohl die Entschwefelungsvorrichtung 224, die in dem Gasturbinensystem in dieser Ausführungsform enthalten ist, in Bezug auf die Flußrichtung des Stadtgases vor bzw. oberhalb des Kompressors 220 angeordnet ist, kann die Entschwefelungsvorrichtung 222 zwischen dem Kompressor 220 und der Reformiervorrichtung 209 angeordnet sein. Wenn die Entschwefelungsvorrichtung 224 zwischen dem Kompressor 220 und der Reformiervorrichtung 209 angeordnet ist, wird das verdichtete Stadtgas der Entschwefelungsvorrichtung 224 zugeführt. Dementsprechend werden die Volumenflußrate und die Geschwindigkeit des Stadtgases in der Entschwefelungsvorrichtung 224 reduziert, was das Adsorbieren der Schwefelkomponenten und die entfernende Wirkung der Entschwefelungsvorrichtung 224 verbessert.

Obwohl diese Ausführungsform Stadtgas als Brennstoff verwendet, kann Erdgas, das einen Duftstoff enthält und direkt von einer LNG (Liquid Natural Gas, flüssiges Erdgas) Basis zugeführt wird, verwendet werden. Die Verwendung solch eines Gases ist geeignet für einen Einsatz des Gasturbinensystems als verteilte Leistungsquelle.

Ausführungsform 3-4

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-4 wird bezugnehmend auf die Fig. 20, die das Gasturbinensystem in einer schematischen Darstellung zeigt, beschrieben.

Das Gasturbinensystem, das in Fig. 20 gezeigt ist, entspricht im wesentlichen dem Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-1, das in Fig. 16 gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß die erste einen Regenerator 226 zum Vorheizen der verdichteten Luft aufweist, die durch einen Kompressor 201 unter Verwendung der Wärme eines Abgases zur Verfügung stellt, das von einer Turbine 203 ausgestoßen wird, bevor die verdichtete Luft einer Brennervorrichtung 202 zugeführt wird. Der Regenerator 226 ist in Bezug auf die Flußrichtung des Abgases nach bzw. unterhalb einer Reformiervorrichtung 209 angeordnet. Teile des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-4, die mit denen des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-1, die in Fig. 16 gezeigt ist, identisch sind oder diesen entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es wird deshalb auf deren Beschreibung verzichtet.

Der Regenerator 226 ist mit Bezug auf die Flußrichtung des Abgases, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, nach bzw. unterhalb der Reformiervorrichtung 209 und vor bzw. oberhalb des Dampfgenerator 211 angeordnet.

Die verdichtete Luft wird von dem Regenerator 226 vorgeheizt, um die Wärme von dem Abgas, welches durch die Reformiervorrichtung 209 läuft, wiederzugewinnen, was die thermische Effizienz und die Abgabeleistung des Gasturbinensystems deutlich erhöht.

Weil die Reformiervorrichtung Wärme von dem Abgas wiedergewinnt, kann die Größe von dem Regenerator 226 deutlich geringer sein als die des Regenerators eines konventionellen Gasturbinensystems.

Weil der Regenerator 226 mit Bezug auf die Flußrichtung des Abgases, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, nach der Reformiervorrichtung 209 und vor dem Dampfgenerator 211 angeordnet ist, ist die Reformiervorrichtung 209 in der Lage, das hochtemperierte Abgas, das gerade aus der Radialturbine 203 ausgestoßen worden ist, zu verwenden, erhöht sich die Temperatur des Abgases auf passende Weise, wenn das Abgas durch die Reformiervorrichtung 209, den Regenerator 226 und den Dampfgenerator 211 in dieser Reihenfolge fließt und deshalb kann die Abwärme effektiv wiedergewonnen werden.

Ausführungsform 3-5

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-5 wird mit Bezugnahme auf die Fig. 21, die das Gasturbinensystem in einer schematischen Darstellung zeigt, beschrieben.

Das Gasturbinensystem, das in Fig. 21 gezeigt ist, entspricht im wesentlichen dem Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-4, das in Fig. 20 gezeigt ist, mit der Ausnahme, daß das erste einen Teil des Dampfes, der von einem Dampfgenerator 211 als Brennerdampf erzeugt wird, einer Brennervorrichtung 202 zuführt. Teile des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-5, die mit denen des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-4, die in Fig. 20 gezeigt ist, identisch sind oder diesen entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deshalb wird auf deren Beschreibung verzichtet.

Bei dieser Ausführungsform wird das Verbrennungsgas der Radialturbine 203 mit einer erhöhten Flußrate zugeleitet, wobei die Abgabeleistung der Radialturbine 203 erhöht wird. Die thermische Effizienz und die Abgabeleistung des Gasturbinensystems sind noch höher als die des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-4.

Zum Beispiel kann die Abgabeleistung des Gasturbinensystems durch eine Verminderung des Nutzdampfes und eine Erhöhung der Flußrate des Brennerdampfes erhöht werden. Umgekehrt kann der Nutzdampf vermehrt werden, indem die Flußrate des Brennerdampfes reduziert wird (wodurch die Abgabeleistung des Gasturbinensystems sinkt). Deshalb kann das Gasturbinensystem durch eine Einstellung der Flußrate des Brennerdampfes als ein variables Leistung und Wärme erzeugendes System verwendet werden.

Ausführungsform 3-6

Ein Gasturbinensystem der Ausführung 3-6 wird mit Bezugnahme auf die Fig. 22, die das Gasturbinensystem in einer schematischen Darstellung zeigt, beschrieben.

Das Gasturbinensystem, das in Fig. 22 gezeigt ist, entspricht im wesentlichen dem Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-4, das in Fig. 20 gezeigt ist mit der Ausnahme, daß das erste System ein Stadtgas als Brennstoff verwendet und eine Entschwefelungsvorrichtung 230 aufweist, die den Brennstoff bzw. Brennstoff nach dem Entschwefeln einer Reformiervorrichtung 209 zuführt. Teile des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-6, die identisch mit denen des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-4, die in Fig. 20 gezeigt sind, oder diesen entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und deshalb wird auf die Beschreibung dieser verzichtet.

Stadtgas als Brennstoff wird der Entschwefelungsvorrichtung 230 zugeführt, die mit einem adsorbierenden Material, wie z. B. aktiviertem Kohlenstoff, einem molekularen Sieb, Zeolith oder Diatomeenerde gefüllt ist. Das adsorbierende Material adsorbiert und entfernt Schwefelkomponenten, die in dem Stadtgas enthalten sind. Das auf diese Weise entschwefelte Stadtgas wird dem Kompressor 220 zugeführt.

Methan ist eine grundlegende Komponente des Stadtgases. Stadtgas umfaßt eine Schwefelkomponente als Duftstoff zum Nachweis von Leckagen wie z. B. Merkaptan in einer Konzentration von etwa 5,5 ppm.

Wenn ein Brennstoff, der Schwefelkomponenten enthält, der Reformiervorrichtung 209 zugeführt wird, wird ein Reformierkatalysator, wie z. B. ein auf Nickel basierender Katalysator, verunreingt bzw. kontaminiert. Dementsprechend wird die Reformierfähigkeit der Reformiervorrichtung 209 reduziert, die Menge der thermischen Energie, die durch das Reformieren wiedergewonnen werden kann, wird vermindert und es wird verhindert, daß sich die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert. Kohlenstoff lagert sich in der Reformiervorrichtung 209 ab, falls die Reformierfähigkeit des Reformierkatalysators vermindert wird, was zu einem Druckverlust im Stadtgas in der Reformiervorrichtung 209 und gegebenenfalls dazu führt, daß der Brennstoff nicht in der Lage ist, durch die Reformiervorrichtung 209 zu fließen.

Das Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-6 entfernt durch Adsorption vorweg Schwefelkomponenten von dem Stadtgas. Deshalb wird der Reformierkatalysator, wie z. B. ein auf Nickel basierender Katalysator, der in der Reformiervorrichtung 209 enthalten ist, niemals durch Schwefelkomponenten verunreingt, wenn der Brennstoff der Reformiervorrichtung 209 zugeführt wird. Dementsprechend wird die Reformierfähigkeit nicht vermindert, die thermische Energie kann von dem Abgas auf effektive Weise wiedergewonnen werden und die thermische Effizienz und die Abgabeleistung des Gasturbinensystems kann verbessert werden. Darüber hinaus kann eine Zunahme des Druckverlustes des Stadtgases in der Reformiervorrichtung 209 verhindert werden, weil die Ablagerung von Kohlenstoff in der Reformiervorrichtung 209 verhindert werden kann.

Obwohl die Entschwefelungsvorrichtung 230, die in dem Gasturbinensystem in dieser Ausführungsform enthalten ist, in Bezug auf die Flußrichtung des Stadtgases vor bzw. oberhalb des Kompressors 220 angeordnet ist, kann die Entschwefelungsvorrichtung 230 zwischen dem Kompressor 220 und der Reformiervorrichtung 209 angeordnet sein. Wenn die Entschwefelungsvorrichtung 230 zwischen dem Kompressor 220 und der Reformiervorrichtung 209 angeordnet ist, wird das verdichtete Stadtgas der Entschwefelungsvorrichtung 230 zugeführt. Dementsprechend werden die Volumenflußrate und die Geschwindigkeit des Stadtgases in der Entschwefelungsvorrichtung 230 reduziert, was das Adsorbieren der Schwefelkomponenten und die entfernende Wirkung der Entschwefelungsvorrichtung 230 verbessert.

Obwohl diese Ausführungsform Stadtgas als Brennstoff verwendet, kann Erdgas, das einen Duftstoff enthält und direkt von einer LNG (Liquid Natural Gas, flüssiges Erdgas) Basis zugeführt wird, verwendet werden.

Ausführungsform 3-7

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-7 gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 23, die das Gasturbinensystem in einer schematischen Darstellung zeigt, beschrieben.

Wie in Fig. 23 gezeigt ist, ist das Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-7 im wesentlichen dem Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-1, die in Fig. 16 gezeigt ist, ähnlich mit der Ausnahme, daß das erste System einen Regenerator 235 aufweist, der parallel zu einer Reformiervorrichtung 209 angeordnet ist, um verdichtete Luft vorzuheizen, die unter Verwendung der Wärme wenigstens eines Teils eines Abgases, das von einer Turbine 203 ausgestoßen wird, durch einen Kompressor 201 zur Verfügung gestellt wird. In Fig. 23, die das Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-7 zeigt, sind Teile, die mit solchen des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-1, die in Fig. 16 gezeigt ist, identisch sind oder diesen entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen und deshalb wird auf deren Beschreibung verzichtet.

Der Regenerator 235 ist parallel zu der Reformiervorrichtung 209 in Bezug auf die Flußrichtung des Abgases, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, vor dem Dampfgenerator 211 angeordnet. Das Abgas, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, wird durch eine Flußregulierungsklappe 232 geteilt, wobei ein Teil des Abgases dem Regenerator 209 und ein Teil des Abgases der Reformiervorrichtung zugeführt werden sollen.

Weil der Regenerator 235 die verdichteten Luft vorheizt, werden die Wärme, die von dem Abgas, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, wiedergewonnen wird, die thermische Effizienz und die Abgabeleistung des Gasturbinensystems deutlich verbessert.

Weil sowohl der Regenerator 235 als auch die Reformiervorrichtung 209 Wärme von dem Abgas wiedergewinnen, ist die Größe des Regenerators wesentlich geringer als die eines Generators, der in einem konventionellen Gasturbinensystem enthalten ist.

Weil der Regenerator 235 parallel zu der Reformiervorrichtung 209 in Bezug auf die Flußrichtung des Abgases, das von der Turbine 203 ausgestoßen wird, vor dem Dampfgenerator 211 angeordnet ist, sind sowohl die Reformiervorrichtung 209 als auch der Regenerator 235 in der Lage, das Abgas einer hohen Temperatur von 600° Celsius zum verwenden, das gerade von der Radialturbine 203 ausgestoßen worden ist. Dementsprechend können sowohl das Reformieren des Brennstoffes als auch das Vorheizen der verdichteten Luft auf effektive Weise erreicht werden.

Ausführungsform 3-8

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-8 gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 24 beschrieben, die das Gasturbinensystem in einer schematischen Darstellung zeigt.

Wie in Fig. 24 gezeigt ist, ist das Gasturbinensystem in der Ausführungsform 3-8 im wesentlichen dem Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-7, das in Fig. 23 gezeigt ist, ähnlich mit der Ausnahme, daß das erste einen Teil des Dampfes, der von einem Dampfgenerator 211als Brennerdampf erzeugt wird, einer Brennervorrichtung 202 zuführt. In Fig. 24, die das Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-8 zeigt, sind Teile, die identisch mit denen des Gasturbinensystmes der Ausführungsform 3-7, das in Fig. 23 gezeigt ist, sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deshalb wird auf deren Beschreibung verzichtet.

Bei dieser Ausführungsform wird die Flußrate des Brennergases, das der Radialturbine 203 zugeführt wird, erhöht und deshalb steigt die Abgabeleistung der Radialturbine. Deshalb ist die thermische Effizienz und die Abgabeleistung des Gasturbinensystems noch höher als die des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-7.

Die Abgabeleistung des Gasturbinensystems erhöht sich, wenn der Nutzdampf reduziert wird und die Flußrate des Brennerdampfes erhöht wird. Umgekehrt kann die Flußrate des Brennerdampfes reduziert werden, was die Abgabeleistung des Gasturbinensystems vermindert und der Nutzdampf kann erhöht werden. Deshalb kann das Gasturbinensystem durch eine Einstellung der Flußrate des Brennerdampfes als variables Leistung und Wärme erzeugendes System verwendet werden.

Ausführungsform 3-9

Ein Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-9 gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 25, die das Gasturbinensystem in einer schematischen Darstellung zeigt, beschrieben.

Wie in Fig. 25 gezeigt, ist das Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-8 dem Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-7, die in Fig. 23 gezeigt ist, im wesentlichen ähnlich, mit der Ausnahme, daß das erste Stadtgas als Brennstoff verwendet und eine Entschwefelungsvorrichtung 239 aufweist, die den Brennstoff entschwefelt und den entschwefelten Brennstoff einer Reformiervorrichtung 209 zuführt. In Fig. 25, die das Gasturbinensystem in der Ausführungsform 3-9 zeigt, sind Teile, die identisch mit denen des Gasturbinensystems der Ausführungsform 3-7, die in Fig. 23 gezeigt ist, sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deshalb wird auf deren Beschreibung verzichtet.

Bei dieser Ausführungsform wird das Stadtgas als Brennstoff der Entschwefelungsvorrichtung 239 zugeführt, die mit einem adsorbierenden Material, wie z. B. aktiviertem Kohlenstoff, einem molekularen Sieb, Zeolith oder Diatomeenerde gefüllt ist. Das adsorbierende Material adsorbiert und entfernt die Schwefelkomponenten, die in dem Stadtgas enthalten sind. Das auf diese Weise entschwefelte Stadtgas wird dann dem Kompressor 220 zugeführt.

Methan ist eine grundlegende Komponente des Stadtgases. Stadtgas umfaßt eine Schwefelkomponente als Duftstoff zum Nachweis von Leckagen wie z. B. Merkaptan in einer Konzentration von etwa 5,5 ppm.

Wenn ein Brennstoff, der Schwefelkomponenten enthält, der Reformiervorrichtung 209 zugeführt wird, wird ein Reformierkatalysator, wie z. B. ein auf Nickel basierender Katalysator, verunreingt bzw. kontaminiert. Dementsprechend wird die Reformierfähigkeit der Reformiervorrichtung 209 reduziert, die Menge der thermischen Energie, die durch das Reformieren wiedergewonnen werden kann, wird vermindert und es wird verhindert, daß sich die Effizienz des Gasturbinensystems verbessert. Kohlenstoff lagert sich in der Reformiervorrichtung 209 ab, falls die Reformierfähigkeit des Reformierkatalysators vermindert wird, was zu einem Druckverlust im Stadtgas in der Reformiervorrichtung 209 und gegebenenfalls dazu führt, daß der Brennstoff nicht in der Lage ist, durch die Reformiervorrichtung 209 zu fließen.

Das Gasturbinensystem der Ausführungsform 3-9 entfernt durch Adsorption vorab Schwefelkomponenten von dem Stadtgas. Deshalb wird der Reformierkatalysator, wie z. B. ein auf Nickel basierender Katalysator, der in der Reformiervorrichtung 209 enthalten ist, niemals durch Schwefelkomponenten verunreingt, wenn der Brennstoff der Reformiervorrichtung 209 zugeführt wird. Dementsprechend wird die Reformierfähigkeit nicht vermindert, die thermische Energie kann von dem Abgas auf effektive Weise wiedergewonnen werden und die thermische Effizienz und die Abgabeleistung des Gasturbinensystems können verbessert werden. Darüber hinaus kann eine Zunahme des Druckverlustes des Stadtgases in der Reformiervorrichtung 209 verhindert werden, weil die Ablagerung von Kohlenstoff in der Reformiervorrichtung 209 verhindert werden kann.

Obwohl die Entschwefelungsvorrichtung 239, die in dem Gasturbinensystem in dieser Ausführungsform enthalten ist, in Bezug auf die Flußrichtung des Stadtgases vor bzw. oberhalb des Kompressors 220 angeordnet ist, kann die Entschwefelungsvorrichtung 239 zwischen dem Kompressor 220 und der Reformiervorrichtung 209 angeordnet sein. Wenn die Entschwefelungsvorrichtung 239 zwischen dem Kompressor 220 und der Reformiervorrichtung 209 angeordnet ist, wird das verdichtete Stadtgas der Entschwefelungsvorrichtung 239 zugeführt. Dementsprechend werden die Volumenflußrate und die Geschwindigkeit des Stadtgases in der Entschwefelungsvorrichtung 239 reduziert, was das Adsorbieren der Schwefelkomponenten und die entfernende Wirkung der Entschwefelungsvorrichtung 239 verbessert.

Obwohl diese Ausführungsform Stadtgas als Brennstoff verwendet, kann Erdgas, das einen Duftstoff enthält und direkt von einer LNG (Liquid Natural Gas, flüssiges Erdgas) Basis zugeführt wird, verwendet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird thermische Energie des Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, durch die Reformiervorrichtung, die den Brennstoff chemisch reformiert, wiedergewonnen. Deshalb ist die vorliegende Erfindung in der Lage, die thermische Energie effizienter zu gewinnen als das konventionelle Gasturbinensystem, das den Regenerator zur Wiedergewinnung der thermischen Energie einsetzt. Im allgemeinen kann die Größe der Reformiervorrichtung kleiner sein als die eines Regenerators. Deshalb kann ein Gasturbinensystem, das die Reformiervorrichtung einsetzt, in einer relativ geringen Größe hergestellt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Gasturbinensystem, das umfaßt:

    einen Kompressor zum Komprimieren eines Fluids, welches Verbrennungssauerstoff enthält;

    eine Reformiervorrichtung zum Herstellen eines reformierten Gases durch chemisches Reformieren eines Brenngases;

    eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformierten Gases, das dieser durch eine Zuführleitung für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung unter Verwendung des Fluids zugeführt wird, das von dem Kompressor zugeführt wird; und

    eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung hergestellt wird;

    wobei ein Abgas, das von der Turbine ausgestoßen wird, der Reformiervorrichtung durch eine Abgasleitung zugeführt wird, um dieselbe als eine Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden, und

    wobei ein Druck des Brenngases in der Reformiervorrichtung gleich hoch oder höher ist als der des reformierten Gases in der Brennervorrichtung.
  2. 2. Gasturbinensystem nach Anspruch 1, wobei der Druck des Brenngases in der Reformiervorrichtung gleich dem des reformierten Gases in der Brennervorrichtung ist.
  3. 3. Gasturbinensystem nach Anspruch 1, wobei eine Druckvorrichtung zum Verdichten des Brenngases auf einer Einlaßseite der Reformiervorrichtung angeordnet ist.
  4. 4. Gasturbinensystem nach Anspruch 3, wobei die Druckvorrichtung ein Kompressor ist.
  5. 5. Gasturbinensystem nach Anspruch 1, wobei eine Dampfzuführleitung zum Zuführen von Dampf mit der Reformiervorrichtung verbunden ist und ein Flußsteuerungsventil in der Dampfzuführleitung eingesetzt ist.
  6. 6. Gasturbinensystem nach Anspruch 1, wobei die Abgasleitung, die sich zwischen der Turbine und der Reformiervorrichtung erstreckt, mit einer zusätzlichen Verbrennungsvorrichtung zum Aufheizen des Abgases versehen ist, welches von der Turbine ausgestoßen wird.
  7. 7. Gasturbinensystem nach Anspruch 1, wobei eine Dampfzuführleitung zum Zuführen von Dampf mit der Reformiervorrichtung verbunden ist, und ein Dampfgenerator zum Verdampfen von Wasser, das durch eine Wasserzuführleitung zugeführt wird, mittels Hitze des Abgases, das durch die Abgasleitung fließt, die mit der Turbine verbunden ist, an der Dampfzuführleitung vorgesehen ist.
  8. 8. Gasturbinensystem nach Anspruch 7, wobei sich eine zusätzliche Dampfzuführleitung zum Zuführen von Dampf von dem Dampfgenerator zu der Brennervorrichtung zwischen dem Dampfgenerator und der Brennervorrichtung erstreckt.
  9. 9. Gasturbinensystem nach Anspruch 7, wobei die Reformiervorrichtung relativ zu dem Dampfgenerator auf einer Seite der Turbine in der Abgasleitung angeordnet ist.
  10. 10. Gasturbinensystem nach Anspruch 8, wobei ein Druck zum Zuführen von Wasser zum Dampfgenerator gleich hoch oder höher ist als der Druck des Dampfes, der der Reformiervorrichtung zugeführt wird.
  11. 11. Gasturbinensystem nach Anspruch 8, wobei die Wasserzuführleitung zum Zuführen von Wasser zu dem Dampfgenerator mit einer Druckvorrichtung versehen ist.
  12. 12. Gasturbinensystem, das umfaßt:

    einen Kompressor zum Komprimieren eines Fluids, welches Verbrennungssauerstoff enthält;

    eine Reformiervorrichtung zum Herstellen eines reformierten Gases durch chemisches Reformieren eines Brenngases;

    eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformierten Gases, das dieser durch eine Zuführleitung für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung unter Verwendung des Fluids zugeführt wird, das von dem Kompressor zugeführt wird; und

    eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung hergestellt wird;

    wobei ein Abgas, das von der Turbine ausgestoßen wird, durch eine Abgasleitung der Reformiervorrichtung zugeführt wird, um dieselbe als eine Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden, und

    wobei der Druck des Brenngases in der Reformiervorrichtung bei 700 kPa oder darüber liegt.
  13. 13. Gasturbinensystem, das umfaßt:

    einen Kompressor zum Komprimieren eines Fluids, welches Verbrennungssauerstoff enthält;

    eine Reformiervorrichtung zum Herstellen eines reformierten Gases durch chemisches Reformieren eines Brenngases;

    eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformierten Gases, das dieser durch eine Zuführleitung für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung unter Verwendung des Fluids zugeführt wird, das von dem Kompressor zugeführt wird; und

    eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung hergestellt wird;

    wobei ein Abgas, das von der Turbine ausgestoßen wird, der Reformiervorrichtung durch eine Abgasleitung zugeführt wird, um dieselbe als eine Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden, und

    wobei eine Entschwefelungsvorrichtung auf einer Einlaßseite der Reformiervorrichtung angeordnet ist, um das Brenngas nach dem Entschwefeln derselben zuzuführen.
  14. 14. Gasturbinensystem nach Anspruch 13, wobei die Entschwefelungsvorrichtung Schwefelkomponenten, die in dem Brenngas enthalten sind, zur Entschwefelung adsorbiert und entfernt.
  15. 15. Gasturbinensystem nach Anspruch 13, wobei die Entschwefelungsvorrichtung die Schwefelkomponenten, die in dem Brenngas enthalten sind, hydriert, um dieselben in Schwefelwasserstoff umzuwandeln und den Schwefelwasserstoff in der Form von festen Sulfiden zu entfernen.
  16. 16. Gasturbinensystem nach Anspruch 13, wobei die Zuführleitung für das reformierte Gas mit einer Einlaßseite der Entschwefelungsvorrichtung mittels einer Rückführleitung verbunden ist, um das reformierte Gas der Entschwefelungsvorrichtung zuzuführen.
  17. 17. Gasturbinensystem nach Anspruch 16, wobei die Rückführleitung mit einem Gebläse versehen ist.
  18. 18. Gasturbinensystem nach Anspruch 13, wobei eine Dampfzuführleitung mit der Reformiervorrichtung verbunden ist, um der Reformiervorrichtung Dampf zuzuführen, und ein Dampfgenerator zum Verdampfen von Wasser, das durch eine Wasserzuführleitung zugeführt wird, mittels Wärme des Abgases, das durch die Abgasleitung fließt, die mit der Turbine verbunden ist, mit der Dampfzuführleitung verbunden ist.
  19. 19. Gasturbinensystem nach Anspruch 18, wobei sich eine zusätzliche Dampfzuführleitung zwischen dem Dampfgenerator und der Brennervorrichtung erstreckt, um Dampf, der von dem Dampfgenerator erzeugt wird, der Brennervorrichtung zuzuführen.
  20. 20. Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinensystems, welches umfaßt:

    einen Kompressor zum Komprimieren eines Fluids, welches Verbrennungssauerstoff enthält,

    eine Reformiervorrichtung zum Erzeugen eines reformierten Gases durch chemisches Reformieren eines Brenngases,

    eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformieren Gases, das dieser durch eine Zuführleitung für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung unter Verwendung des Fluids zugeführt wird, das von dem Kompressor zugeführt wird, und

    eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung erzeugt wird;

    wobei ein Abgas, das von der Turbine ausgestoßen wird, durch eine Abgasleitung der Reformiervorrichtung zugeführt wird, um dieselbe als eine Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden;

    eine Entschwefelungsvorrichtung, die auf einer Einlaßseite der Reformiervorrichtung angeordnet ist, um das Brenngas zu entschwefeln und ein entschwefeltes Gas der Reformiervorrichtung zuzuführen, und die Zuführleitung für das reformierte Gas, die mit einer Einlaßseite der Entschwefelungsvorrichtung mittels einer Rückführleitung verbunden ist, um das reformierte Gas der Entschwefelungsvorrichtung zuzuführen;

    wobei das Verfahren zu Beginn des Betriebes die folgenden Schritte umfaßt:

    Betreiben des Kompressors und der Turbine mit ihren Nennrotationsgeschwindigkeiten;

    Zuführen eines Brenngases durch die Entschwefelungsvorrichtung und die Reformiervorrichtung zur Brennervorrichtung;

    Erzeugen eines Verbrennungsgases durch die Brennervorrichtung;

    Zuführen des Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung hergestellt worden ist, zu der Turbine und Zuführen eines Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, zu der Reformiervorichtung; und

    Zuführen des Brenngases mit einer Nennflußrate, während ein reformiertes Brenngas, das von der Reformiervorrichtung reformiert worden ist, zu der Brennervorrichtung und der Entschwefelungsvorrichtung zugeführt wird.
  21. 21. Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinensystems zum Ende des Betriebes, wobei das Gasturbinensystem umfaßt:

    einen Kompressor zum Komprimieren eines Fluids, welches Verbrennungssauerstoff enthält,

    eine Reformiervorrichtung zum Erzeugen eines reformierten Gases durch chemisches Reformieren eines Brenngases,

    eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformierten Gases, das dieser durch eine Zuführleitung für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung unter Verwendung des Fluids zugeführt wird, das von dem Kompressor zugeführt wird, und

    eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung erzeugt wird;

    wobei ein Abgas, das von der Turbine ausgestoßen wird, der Reformiervorrichtung durch eine Abgasleitung zugeführt wird, um dieselbe als eine Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden;

    eine Entschwefelungsvorrichtung, die auf einer Einlaßseite der Reformiervorrichtung angeordnet ist, um das Brenngas zu entschwefeln und ein entschwefeltes Gas der Reformiervorrichtung zuzuführen, und die Zuführleitung für das reformierte Gas, die mit einer Einlaßseite der Entschwefelungsvorrichtung mittels einer Rückführleitung verbunden ist, um das reformierte Gas der Entschwefelungsvorrichtung zuzuführen;

    wobei das Verfahren umfaßt:

    Reduzieren der Brenngaszuführrate von einer Nennflußrate auf eine Nulllast-Rate;

    Unterbrechen der Zufuhr des reformierten Gases von der Reformiervorrichtung zu der Entschwefelungsvorrichtung zu einem Stadium, an dem die Temperatur der Reformiervorrichtung auf oder unter eine vorbestimmte erste Temperatur gefallen ist; und

    Unterbrechen der Zufuhr des reformierten Gases zu der Brennervorrichtung zu einem Stadium, bei dem die Temperatur der Reformiervorrichtung auf oder unter eine vorbestimmte zweite Temperatur gefallen ist, die niedriger ist als die vorbestimmte erste Temperatur.
  22. 22. Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinensystems zum Beginn des Betriebes, wobei das Gasturbinensystem umfaßt:

    einen Kompressor zum Komprimieren eines Fluids, welches Verbrennungssauerstoff enthält,

    eine Reformiervorrichtung zum Erzeugen eines reformierten Gases durch chemisches Reformieren eines Brenngases,

    eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformierten Gases, das dieser durch eine Zuführleitung für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung unter Verwendung des Fluids zugeführt wird, das von dem Kompressor zugeführt wird, und

    eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung erzeugt wird;

    wobei ein Abgas, das von der Turbine ausgestoßen wird, durch eine Abgasleitung der Reformiervorrichtung zugeführt wird, um dieselbe als eine Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden;

    eine Entschwefelungsvorrichtung, die auf einer Einlaßseite der Reformiervorrichtung angeordnet ist, um das Brenngas zu entschwefeln und ein entschwefeltes Gas der Reformiervorrichtung zuzuführen;

    eine Dampfzuführleitung, die mit der Reformiervorrichtung verbunden ist, um der Reformiervorrichtung Dampf zuzuführen, und

    ein Dampfgenerator, der Wasser durch die Hitze des Abgases verdampft, das von der Turbine ausgestoßen wird und durch die Abgasleitung fließt, die mit der Dampfzuführleitung verbunden ist;

    wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

    Betreiben des Kompressors und der Turbine mit ihren Nennrotationsgeschwindigkeiten;

    Zuführen eines Brenngases durch die Entschwefelungsvorrichtung und die Reformiervorrichtung zur Brennervorrichtung;

    Erzeugen eines Verbrennungsgases durch die Brennervorrichtung;

    Zuführen des Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung hergestellt worden ist, zu der Turbine und Zuführen eines Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, zu der Reformiervorichtung, und Erzeugen eines Dampfes durch den Dampfgenerator; und

    Zuführen des Brenngases mit einer Nennflußrate, während der Dampf, der von dem Dampfgenerator erzeugt wird, der Reformiervorrichtung zugeführt wird und das reformierte Gas, das von der Reformiervorrichtung zur Verfügung gestellt wird, der Brennervorrichtung zugeführt wird.
  23. 23. Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinensystems zum Ende des Betriebes, wobei das Gasturbinensystem umfaßt:

    einen Kompressor zum Komprimieren eines Fluids, welches Verbrennungssauerstoff enthält,

    eine Reformiervorrichtung zum Erzeugen eines reformierten Gases durch chemisches Reformieren eines Brenngases,

    eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformieren Gases, das dieser durch eine Zuführleitung für reformiertes Gas von der Reformiervorrichtung unter Verwendung des Fluids zugeführt wird, das von dem Kompressor zugeführt wird, und

    eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung erzeugt wird;

    wobei ein Abgas, das von der Turbine ausgestoßen wird, durch eine Abgasleitung der Reformiervorrichtung zugeführt wird, um dieselbe als eine Wärmequelle zum Reformieren des Brenngases zu verwenden;

    eine Entschwefelungsvorrichtung, die auf einer Einlaßseite der Reformiervorrichtung angeordnet ist, um das Brenngas zu entschwefeln und ein entschwefeltes Gas der Reformiervorrichtung zuzuführen,

    eine Dampfzuführleitung, die mit der Reformiervorrichtung verbunden ist, um der Reformiervorrichtung Dampf zuzuführen, und ein Dampfgenerator, der durch die Wärme des Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird und das durch die Abgasleitung fließt, die mit der Dampfzuführleitung verbunden ist, Wasser verdampft, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

    Reduzieren der Brenngaszuführrate von einer Nennflußrate zu einer Nulllast-Flußrate; Unterbrechen der Zufuhr des Dampfes zu der Reformiervorrichtung zu einem Stadium, an dem die Temperatur der Reformiervorrichtung auf oder unter eine vorbestimmte erste Temperatur gefallen ist; und

    Unterbrechen der Zufuhr des reformierten Gases zu der Brennervorrichtung zu einem Stadium, an dem die Temperatur der Reformiervorrichtung auf oder unter eine vorbestimmte zweite Temperatur gefallen ist, die niedriger ist als die vorbestimmte erste Temperatur.
  24. 24. Gasturbinensystem, das umfaßt:

    einen Kompressor zum Komprimieren eines Fluids, das Verbrennungssauerstoff enthält;

    eine Reformiervorrichtung zum Erzeugen eines reformierten Gases durch chemisches Reformieren eines Brenngases;

    eine Brennervorrichtung zum Verbrennen des reformierten Gases, das dieser von der Reformiervorrichtung unter Verwendung des Fluids zugeführt wird, das von dem Kompressor zugeführt wird; und

    eine Turbine zum Erzeugen von Leistung aus der Energie eines Verbrennungsgases, das von der Brennervorrichtung erzeugt wird;

    wobei die Reformiervorrichtung wenigstens einen Teil eines Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, als Wärmequelle zum chemischen Reformieren des Brenngases verwendet.
  25. 25. Gasturbinensystem nach Anspruch 24, wobei der Kompressor ein Zentrifugalkompressor ist, der wenigstens eine Stufe umfaßt.
  26. 26. Gasturbinensystem nach Anspruch 24, wobei die Turbine eine Radialturbine ist, die wenigstens eine Stufe umfaßt.
  27. 27. Gasturbinensystem nach Anspruch 24, das ferner einen Dampfgenerator umfaßt, der wenigstens einen Teil des Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, als Wärmequelle zum Verdampfen des Wassers verwendet, um Dampf zu erzeugen, und wenigstens einen Teil des Dampfes der Reformiervorrichtung oder der Brennervorrichtung zuführt.
  28. 28. Gasturbinensystem nach Anspruch 27, wobei der Dampfgenerator bezogen auf die Flußrichtung des Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, auf der nachgelagerten Seite (downstream Seite) der Reformiervorrichtung angeordnet ist.
  29. 29. Gasturbinensystem nach Anspruch 24, das ferner eine Entschwefelungsvorrichtung umfaßt, die einen Brennstoff entschwefelt und einen entschwefelten Brennstoff der Reformiervorrichtung zuführt.
  30. 30. Gasturbinensystem nach Anspruch 24, das ferner einen Regenerator umfaßt, der das verdichtete Fluid, das von dem Kompressor zur Verfügung gestellt wird, vorheizt, bevor das verdichtete Fluid der Brennervorrichtung unter Verwendung wenigstens eines Teils des Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, zugeführt wird.
  31. 31. Gasturbinensystem nach Anspruch 30, wobei der Regenerator bezüglich einer Flußrichtung des Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, auf einer nachgelagerten Seite (downstream Seite) der Reformiervorrichtung angeordnet ist.
  32. 32. Gasturbinensystem nach Anspruch 30, wobei die Reformiervorrichtung und der Regenerator bezogen auf eine Flußrichtung des Abgases, das von der Turbine ausgestoßen wird, in einer parallelen Anordnung angeordnet sind.






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