WO2003104629A1

WO2003104629A1 - Gas turbine group

Info

Publication number: WO2003104629A1
Application number: PCT/EP2003/050181
Authority: WO
Inventors: Hans Ulrich Frutschi; Hans Wettstein
Original assignee: Alstom (Switzerland) Ltd
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2003-12-18
Also published as: AU2003238526A1

Abstract

The invention relates to a gas turbine group in which the process liquid is pre-heated by solar power. Process liquid (12) compressed in a compressor (1) flows through a process liquid heat exchanger (31) on the secondary side, before flowing into a combustion chamber (2a) at an increased temperature. The process liquid heat exchanger is integrated into a separate pre-heating circuit on the primary side. In the pre-heating circuit, a circulation blower (35) or a pump transports a heat-transporting liquid to a solar heat coupling means (32). The heat-transporting liquid is pre-heated and flows back to the process liquid heat exchanger (31), wherein the heat is transferred to the compressed process liquid (12). Another heat exchanger (38) in the pre-heating circuit enables the coupling of non-solar heat from additional combustion (41) in the pre-heating circuit. In connection with suitable regulation of the pre-heating circuit and the additional combustion, said additional heating enables the temperature of the pre-heated compressed process liquid (13) to be maintained at a constantly high level independently of the available solar heat coupling potential, enabling the use of a self-igniting combustion chamber as a high-pressure combustion chamber (2a).

Description

Gasturbogruppe Gas turbine group

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft eine Gasturbogruppe gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Nutzleistung in einer erfindungsgemässen Gasturbogruppe.The invention relates to a gas turbine group according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for generating useful power in a gas turbine group according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Eine Gasturbogruppe der eingangs genannten Art, mit Vorwärmung der verdichteten Verbrennungsluft mittels Solarwärmeeinkopplung, ist aus dem Artikel von Bück et al.: "Solar-Hybrid Gas Turbine-based Power Tower Systems (REFOS)", Proceedings of Solar Forum 2001 , Solar Energy: The Power to Choose, April 21-25, 2001 , Washington, DC, bekanntgeworden. Bei der aus dem Stand der Technik bekanntgewordenen Gasturbogruppe mit Solarvorwärmung muss der gesamte Verbrennungsluftmassenstrom den Solarwärmetauscher durchströmen, was mit erheblichen Druckverlusten verbunden ist, und zwar auch in Zeiten, in denen der Solarwärmetauscher keinen Beitrag zur Heissgaserzeugung leisten kann. Darstellung der ErfindungA gas turbine group of the type mentioned at the outset, with preheating of the compressed combustion air by means of solar heat coupling, is from the article by Bück et al .: "Solar-Hybrid Gas Turbine-based Power Tower Systems (REFOS)", Proceedings of Solar Forum 2001, Solar Energy: The Power to Choose, April 21-25, 2001, Washington, DC. In the gas turbine group with solar preheating that has become known from the prior art, the entire combustion air mass flow must flow through the solar heat exchanger, which is associated with considerable pressure losses, even in times when the solar heat exchanger cannot make any contribution to hot gas generation. Presentation of the invention

Hier greift die vorliegende Erfindung. Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom oben genannten Stand der Technik, eine Gasturbogruppe anzugeben, welche die Nachteile des genannten Standes der Technik zu vermeiden vermag, und insbesondere eine effiziente und verlustarme Einkopplung von Solarwärme ermöglicht. Weiterhin sollen besonders günstige Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemässen Gasturbogruppe angegeben werden.This is where the present invention comes into play. The object of the invention is, based on the above-mentioned state of the art, to specify a gas turbine group which can avoid the disadvantages of the state of the art mentioned, and in particular enables efficient and low-loss coupling of solar heat. Furthermore, particularly favorable methods for operating a gas turbine group according to the invention are to be specified.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung mit den Merkmalen desThis object is achieved with the device with the features of

Anspruchs 1 und bezüglich des Betriebsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.Claim 1 and with respect to the operating method with the features of claim 7 solved.

Kern der Erfindung ist es also, ein Solarwärmeeinkopplungsmittel, insbesondere einen Sonnenkollektor, in einem vom Prozessgas derThe essence of the invention is therefore a solar heat coupling means, in particular a solar collector, in one of the process gases

Gasturbogruppe getrennten geschlossenen Vorwärmkreislauf anzuordnen, wobei in dem Vorwärmkreislauf ein Wärmetransportfluid zirkuliert, das die eingekoppelte Solarwärme vom Solarwärmeeinkooplungsmittel zur einem Prozessfluid-Vorwärmer transportiert, in welchem die Wärme vom Wärmetransportfluid auf das gasförmige Prozessfluid der Gasturbogruppe, bei einer luftatmenden Gasturbogruppe also verdichtete Luft, übertragen wird. Das Solarwärmeeinkopplungsmittel ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Sonnenkollektor; es kann sich aber auch um einen weiteren Wärmetauscher handeln, der sekundärseitig vom Wärmetransportfluid und primärseitig von einem weiteren, solar erwärmten Fluid durchströmt wird. Die Anordnung der Solarwärmeeinkopplungsmittel in einem eigenen Vormärmkreislauf ermöglicht eine freie Wahl des Wärmetransportfluides. Durch eine geeignete Wahl kann die spezifische Wärmetransportdichte gross gewählt werden, derart, dass wesentlich geringere Volumenströme durch die Solarwärmeeinkopplungsmittel strömen müssen, als dies der Fall wäre, wenn dieTo arrange gas turbine group separate closed preheating circuit, wherein a heat transport fluid circulates in the preheating circuit, which transports the coupled solar heat from the solar heat coupling-in means to a process fluid preheater, in which the heat is transferred from the heat transport fluid to the gaseous process fluid of the gas turbine group, with an air breathing gas , In a preferred embodiment, the solar heat coupling means is a solar collector; however, it can also be a further heat exchanger which is flowed through on the secondary side by the heat transport fluid and on the primary side by another, solar-heated fluid. The arrangement of the solar heat coupling means in a separate preheating circuit enables a free choice of the heat transfer fluid. Through a suitable choice, the specific heat transport density can be chosen to be large, such that significantly lower volume flows have to flow through the solar heat coupling means than would be the case if the

Solarwärmeeinkopplungsmittel unmittelbar vom Prozessfluid durchströmt würden. Die Anordnung eines getrennten Kreislaufes für die Solarwärmeeinkopplung ermöglicht weiterhin eine weitgehend freie Wahl der Zustände der Wärmetransportfluides. So kann durch die Wahl eines hohen Druckes der Volumenstrom eines gasförmigen oder überkritischen Fluides weiter reduziert werden. Als Wärmetransportfluide erweisen sich unter anderem Wasser/Dampf, wo gleichzeitig Kondensation und Verdampfung zur Verbesserung der Wärmeübertragung nutzbar sind, oder Öle, insbesondere synthetische Öle, als geeignet. Weiterhin ist auch Helium geeignet, da in einem Heliumkreislauf gute Wärmeübergangszahlen realisierbar sind, und weil Helium eine hohe Wärmekapazität besitzt, wodurch der notwendige Volumenstrom klein gehalten wird. Daraus resultiert, auch in Verbindung mit der hohen Schallgeschwindigkeit von Helium, ein geringer Druckverlust beimSolar heat coupling agent would be flowed through directly by the process fluid. The arrangement of a separate circuit for the solar heat coupling further enables a largely free choice of States of the heat transfer fluids. By choosing a high pressure, the volume flow of a gaseous or supercritical fluid can be further reduced. Water / steam, where condensation and evaporation can simultaneously be used to improve heat transfer, or oils, in particular synthetic oils, have proven to be suitable as heat transfer fluids. Furthermore, helium is also suitable because good heat transfer coefficients can be achieved in a helium circuit and because helium has a high heat capacity, as a result of which the necessary volume flow is kept small. This results in a low pressure drop during the process, also in connection with the high speed of sound of helium

Durchströmen des Solarwärmeeinkopplungsmittels. Insbesondere, wenn ein Sonnenkollektor als Solarwärmeeinkopplungsmittel unmittelbar vom Wärmetransportfluid durchströmt wird, ist in dem Sonnenkollektor mit einem hohen Druckverlustbeiwert zu rechnen, weshalb der durchzusetzende Volumenstrom durchaus bedeutsam ist.Flow through the solar heat coupling agent. In particular, if a solar collector as a solar heat coupling medium is flowed through directly by the heat transport fluid, a high pressure loss coefficient can be expected in the solar collector, which is why the volume flow to be implemented is quite significant.

Als sehr vorteilhaft erweist es sich, zwischen der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung des Vorwärmkreislaufs eine drossel- und/oder absperrbare Nebenschlussleitung anzuordnen, und in diesem Zusammenhang ist auch ein Drossel- und/oder Absperrorgan vorteilhaft, mit dem eine Fluidtrennung des Sonnenkollektors vom restlichen Vorwärmkreislauf realisiert werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Solarwärmeeinkopplungsmittel aus meteorologischen Gründen oder bei Nacht keinen Beitrag zum Betrieb der Gasturbogruppe zu liefern vermag, oder dieser gar Wärme entziehen würde. Es werden durch Überbrücken des Solarwärmeeinkopplungsmittels einerseits dessen Druckverluste eingespart, und andererseits wird gerade bei Nacht die Abstrahlung von Wärme vermieden. Es ist diesbezüglich nämlich davon auszugehen, dass die Temperatur des Prozessfluides nach dem Verdichter bereits einige 100 °C, unter Volllast beispielsweise 400°C bis über 500°C beträgt. Das Wärmetransportfluid, welches über die Rücklaufleitung strömt, nimmt in dem Prozessfluid-Vorwärmer in etwa diese Temperatur an. Wenn das Wärmetransportfluid mit dieser Temperatur beispielsweise in einen Sonnenkollektor einströmt, kann dies in kalten Nächten oder auch bei dichter Bewölkung zu erheblichen Wärmeverlusten führen, welche vermieden werden, wenn das Wärmetransportfluid statt durch die Solarwärmeeinkopplungsmittel durch die parallelgeschaltete Nebenschlussleitung strömt.It has proven to be very advantageous to arrange a throttling and / or shut-off shunt line between the feed line and the return line of the preheating circuit, and in this context a throttling and / or shut-off device is also advantageous, with which fluid separation of the solar collector from the rest of the preheating circuit is realized can be. This is particularly advantageous if, for meteorological reasons or at night, the solar heat coupling means is unable to make a contribution to the operation of the gas turbine group, or would even remove heat from it. By bridging the solar heat coupling means, on the one hand, its pressure losses are saved, and on the other hand, the radiation of heat is avoided, especially at night. In this regard, it can be assumed that the temperature of the process fluid after the compressor is already some 100 ° C, for example 400 ° C to over 500 ° C under full load. The heat transport fluid, which flows over the return line, assumes approximately this temperature in the process fluid preheater. If the heat transport fluid flows into a solar collector at this temperature, for example, this can be the case on cold nights or on denser days Cloud cover lead to considerable heat losses, which are avoided if the heat transport fluid flows through the parallel shunt line instead of through the solar heat coupling means.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst derIn a preferred embodiment of the invention, the

Vorwärmkreislauf Mittel zur Variation des umgewälzten Wärmetransportfluid- Massenstroms. Dies kann beispielsweise ein Fördergebläse oder eine Förderpumpe mit variabler Drehzahl sein.Preheating circuit Means for varying the circulating heat transfer fluid mass flow. This can be, for example, a delivery blower or a delivery pump with a variable speed.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Vorwärmkreislauf in der Rücklaufleitung, im Strömungsweg vom Solarwärmeeinkopplungsmittel respektive von der Nebenschlussleitung zum Prozessfluid-Vorwärmer, einen weiteren Wärmetauscher auf, welcher sekundärseitig vom Wärmetransportfluid durchströmt wird, und der primärseitig mit einer nichtsolaren Wärmequelle, insbesondere einer fossil befeuerten Feuerungseinrichtung, in Verbindung steht. Im Rahmen dieser Anmeldung wird dabei die Seite eines Wärmetauschers, von der aus die Wärme übertragen wird, als Primärseite bezeichnet, und die Seite, an die die Wärme übertragen wird, als Sekundärseite. Die Anordnung dieses zusätzlichen Wärmetauschers, über den Wärme von einer nichtsolaren Wärmequelle in den Vorwärmkreislauf einkoppelbar ist, ermöglicht es, eine Vorwärmung des Prozessfluides auf ein höheres Temperaturniveau vorzunehmen, als dies mit der Solarwärmeeinkopplung alleine möglich wäre. Die nichtsolare Zusatzvorwärmung ermöglicht weiterhin einen Betrieb der Gasturbogruppe mit Vorwärmung in Zeiten, in denen keine solare Vorwärmmöglichkeit besteht. Damit unterliegt der Hauptprozess der Gasturbogruppe wesentlich geringeren tageszeit- und wetterabhängigen Variationen als dies ohne eine zusätzliche nichtsolare Wärmequelle der Fall wäre. Die zusätzliche Vorwärmung mittels einer nichtsolaren Wärmequelle ermöglicht es weiterhin, unabhängig vom aktuell zur Verfügung stehenden Solarwärmepotenzial, das Prozessfluid beispielsweise immer soweit vorzuwärmen, dass der Einsatz einer Brennkammer mit Selbstzündung möglich ist, wie sie beispielsweise aus der EP 669 500 bekannt ist. Hierzu muss die in die Brennkammer eintretende Verbrennungsluft im Prozessfluid-Vorwärmer auf eine hinreichend hohe Temperatur, beispielsweise 900°C und mehr, vorgewärmt werden, um eine spontane Selbstzündung des in die Brennkammer eingebrachten Brennstoffs zu gewährleisten. Es lassen sich auf diese Weise sehr niedrige Schadstoffemissionen erreichen.In a further preferred embodiment, the preheating circuit in the return line, in the flow path from the solar heat coupling means or from the shunt line to the process fluid preheater, has a further heat exchanger through which the heat transport fluid flows on the secondary side and the primary side with a non-solar heat source, in particular a fossil-fired firing device , communicates. In the context of this application, the side of a heat exchanger from which the heat is transferred is referred to as the primary side and the side to which the heat is transferred is referred to as the secondary side. The arrangement of this additional heat exchanger, via which heat from a non-solar heat source can be coupled into the preheating circuit, makes it possible to preheat the process fluid to a higher temperature level than would be possible with the solar heat coupling alone. The non-solar additional preheating also enables the gas turbine group to be operated with preheating at times when there is no solar preheating option. This means that the main process of the gas turbine group is subject to far fewer variations depending on the time of day and weather than would be the case without an additional non-solar heat source. The additional preheating by means of a non-solar heat source also makes it possible, regardless of the currently available solar heat potential, to preheat the process fluid, for example, to such an extent that the use of a combustion chamber with auto-ignition is possible, as is known, for example, from EP 669 500. To do this, the one entering the combustion chamber Combustion air in the process fluid preheater are preheated to a sufficiently high temperature, for example 900 ° C. and more, in order to ensure spontaneous self-ignition of the fuel introduced into the combustion chamber. In this way, very low pollutant emissions can be achieved.

Beim Betrieb einer erfindungsgemässen Gasturbogruppe wird ein gasförmiges Prozessfluid, bei einer offenen Gasturbogruppe also Luft, in wenigstens einem Verdichter verdichtet. Nachgängig der Verdichtung durchströmt das Prozessfluid die Sekundärseite eines als Prozessfluid-Vorwärmer geschalteten Wärmetauschers, welcher primärseitig in einen Vorwärmkreislauf integriert ist. Beim Durchströmen des Prozessfluid-Vorwärmers wird das Prozessfluid vorgewärmt, und strömt dann in wenigstens eine Brennkammer ein. Dort wird Brennstoff zugemischt, und durch Verbrennung des Brennstoffs ein Heissgas erzeugt, das in einer Turbine arbeitsleistend entspannt wird. Selbstverständlich kann sich nach einer ersten Entspannung eine Nacherhitzung von teilentspanntem Heissgas und weitere Entspannungsschritte, jeweils unter Abgabe von mechanischer Leistung, anschliessen, wie es aus EP 620 362 bekanntgeworden ist. Ebenso können im Verdichtungsprozess Zwischenkühlungsschritte integriert sein werden. In dem Vorwärmkreislauf wird ein Wärmetransportfluid umgewälzt. Dieses nimmt in den Solarwärmeeinkopplungsmittel und/oder in einem zweiten nichtsolar beheizbaren Wärmetauscher Wärme auf, und gibt diese beim Durchströmen der Primärseite des Prozessfluid-Vorwärmers an das dort sekundärseitig strömende Prozessfluid ab. In einer bevorzugten Ausführungsform desWhen operating a gas turbine group according to the invention, a gaseous process fluid, that is to say air in the case of an open gas turbine group, is compressed in at least one compressor. After the compression, the process fluid flows through the secondary side of a heat exchanger connected as a process fluid preheater, which is integrated on the primary side into a preheating circuit. When flowing through the process fluid preheater, the process fluid is preheated and then flows into at least one combustion chamber. Fuel is mixed in there, and combustion of the fuel generates a hot gas, which is expanded in a turbine to perform work. Of course, after a first expansion, a reheating of partially expanded hot gas and further expansion steps, each with the release of mechanical power, can follow, as has become known from EP 620 362. Intercooling steps can also be integrated in the compression process. A heat transfer fluid is circulated in the preheating circuit. This absorbs heat in the solar heat coupling-in means and / or in a second non-solar heat exchanger, and transfers it to the process fluid flowing there on the secondary side when it flows through the primary side of the process fluid preheater. In a preferred embodiment of the

Verfahrens wird die Temperatur des Prozessfluides stromab des Prozessfluid- Vorwärmers oder, alternativ oder ergänzend, die Temperatur des Wärmetransportfluides in der Vorlaufleitung, stromauf des Prozessfluid- Vorwärmers, gemessen. Bei Unterschreiten eines Grenzwertes der gemessenen Temperatur erfolgt dann eine zusätzliche Wärmezufuhr zum Wärmetransportfluid über den zweiten Wärmetauscher, es wird also insbesondere eine dort angeordnete zusätzliche Feuerung auf eine Einhaltung einer Mindesttemperatur des vorgewärmten Prozessgases der Gasturbogruppe geregelt. Im Falle, dass die Brennkammer der Gasturbogruppe eine selbstzündende Brennkammer ist, wird eine in Wirkverbindung mit dem Vorwärmkreislauf angeordnete Zusatzfeuerung also so betrieben, dass die Temperatur des Prozessfluides beim Eintritt in die Brennkammer eine erforderliche Mindesttemperatur von beispielsweise 900°C nicht unterschreitet.The method measures the temperature of the process fluid downstream of the process fluid preheater or, alternatively or additionally, the temperature of the heat transport fluid in the feed line upstream of the process fluid preheater. If the temperature falls below a limit value, then an additional heat supply to the heat transport fluid takes place via the second heat exchanger, so there is in particular an additional firing arranged there to maintain a minimum temperature of the preheated process gas of the gas turbine group regulated. In the event that the combustion chamber of the gas turbine group is a self-igniting combustion chamber, an additional firing arranged in operative connection with the preheating circuit is operated in such a way that the temperature of the process fluid when it enters the combustion chamber does not fall below a required minimum temperature of, for example, 900 ° C.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur des Prozessfluides stromab des Prozessfluid-Vorwärmers gemessen, und der im Vorwärmkreislauf umgewälzte Massenstrom des Wärmetransportfluides in Abhängigkeit von dieser Temperatur geregelt, derart, dass der Massenstrom des Wärmetransportfluides bei steigender Temperatur des Prozuessfluides reduziert und bei sinkender Temperatur des Prozessfluides erhöht wird. Diese Massnahme erweist sich besonders in Verbindung mit dem Betrieb einer wie oben beschrieben in Wirkverbindung mit dem Vorwärmkreislauf betriebenen Zusatzfeuerung als sehr vorteilhaft. Dabei wird falls notwendig mit Hilfe der Zusatzfeuerung ein Sollwert der Temperatur des Wärmetransportfluides beim Eintritt in den Prozessfluid-Vorwärmer eingestellt, und die Temperatur des Prozessfluides wird mittels der Massenstromregelung des Wärmetransportfluides auf einem Mindestwert gehalten. Die Kombination der beiden Regelungsmechanismen gewährleistet eine möglichst effiziente Betriebsweise der Vorwärmung gerade auch bei unzureichendem Solarwärmeeinkopplungspotenzial.In a further preferred embodiment, the temperature of the process fluid is measured downstream of the process fluid preheater, and the mass flow of the heat transport fluid circulated in the preheating circuit is regulated as a function of this temperature, such that the mass flow of the heat transport fluid is reduced as the temperature of the process fluid increases and as the temperature of the process fluid falls Process fluid is increased. This measure proves to be very advantageous, in particular in connection with the operation of an auxiliary firing, as described above in operative connection with the preheating circuit. If necessary, a setpoint of the temperature of the heat transport fluid when entering the process fluid preheater is set with the aid of the additional firing, and the temperature of the process fluid is kept to a minimum value by means of the mass flow control of the heat transport fluid. The combination of the two control mechanisms ensures that the preheating operation is as efficient as possible, especially when there is insufficient solar heat coupling potential.

Hinsichtlich der Solarwärmeeinkopplungspotenziale erweist sich eine Betriebsweise als höchst vorteilhaft, bei der die Temperatur desWith regard to the solar heat coupling potential, an operating mode in which the temperature of the

Wärmetransportfluides stromab der Solarwärmeeinkopplungsmittel oder die Temperatur eines Sonnenkollektors oder eine Temperaturerhöhung des Wärmetransportfluides über die Solarwärmeeinkopplungsmittel gemessen wird, und bei Unterschreiten eines Grenzwertes dieses Messwertes die Strömung des Wärmetransportfluides durch die Solarwärmeeinkopplungsmittel gedrosselt oder ganz abgesperrt wird. Vorteilhaft wird dann wenigstens ein Teilstrom des Wärmetransportfluides über die Nebenschlussleitung geführt, und dem Wärmetransportfluid wird in dem zweiten Wärmetauscher Wärme zugeführt. Eine erfindungsgemässe Gasturbogruppe, oder eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren betriebene Gasturbogruppe, erweist sich als besonders geeignet für den Einsatz in einer Kombianlage, wobei der Gasturbogruppe auf dem Fachmann an sich bekannte Weise ein vom Abgas der Gasturbogruppe durchströmter Abhitzedampferzeuger nachgeschaltet ist, und mit dem in dem Abhitzedampferzeuger erzeugten Dampf eine Dampfturbogruppe angetrieben wird. Dabei kann die Gasturbogruppe unabhängig von der erfindungsgemässen Einkopplung von Solarwärme auch als Gasturbogruppe mit sequentieller Verbrennung nach Art der aus EP 620 362 bekannten Bauart ausgeführt sein.Heat transport fluids downstream of the solar heat coupling means or the temperature of a solar collector or an increase in temperature of the heat transport fluid via the solar heat coupling means is measured, and if the temperature falls below a limit of this measured value, the flow of the heat transport fluid through the solar heat coupling means is throttled or completely shut off. At least a partial flow of the heat transport fluid is then advantageously conducted via the shunt line, and heat is supplied to the heat transport fluid in the second heat exchanger. A gas turbine group according to the invention, or a gas turbine group operated according to the method according to the invention, proves to be particularly suitable for use in a combination system, the gas turbine group being connected in a manner known per se to a person skilled in the art to be followed by a waste heat steam generator through which the exhaust gas of the gas turbine group flows, and with which Heat recovery steam generators generated steam is driven by a steam turbine group. The gas turbine group can also be designed as a gas turbine group with sequential combustion of the type known from EP 620 362, regardless of the coupling of solar heat according to the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Die Erfindnung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Figur 1 zeigt eine Kombianlage mit einer Gasturbogruppe gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung; die Gasturbogruppe ist als Gasturbogruppe mit sequentiellerThe invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing. Figure 1 shows a combination system with a gas turbine group according to a particularly advantageous embodiment of the invention; the gas turbine group is a gas turbine group with sequential

Verbrennung, mit zwei Brennkammern und zwei Turbinen, ausgeführt. Figur 2 zeigt eine im Wesentlichen identische Kraftwerksanlage, bei der die Gasturbogruppe mit nur einer Brennkammer und einer Turbine ausgeführt ist.Combustion, with two combustion chambers and two turbines. FIG. 2 shows an essentially identical power plant, in which the gas turbine group is designed with only one combustion chamber and one turbine.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

Figur 1 zeigt ein Beispiel einer Kombianlage, welche eine erfindungsgemässe Gasturbogruppe umfasst. Die Gasturbogruppe umfasst einen Verdichter 1 , Brennkammern 2a, 2b, und Turbinen 3a, 3b. Der Verdichter saugt Luft 11 aus der Umgebung an. Der Massenstrom der angesaugten Luft wird dabei neben dem Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur massgeblich durch die Stellung der verstellbaren Vorleitreihe 101 des Verdichters beeinflusst. Die Steuerung der Vorleitreihenstellung erfolgt im Kombianlagenbetrieb der Gasturbogruppe auf an sich bekannte und nicht erfindungswesentliche Weise. Die im Verdichter 1 verdichtete Luft 12 strömt in einen Prozessfluid-Vorwärmer 31 , in dem die verdichtete Luft vorzugsweise mittels Solarwärme vorgewärmt wird, was unten noch detailliert erläutert wird. Die vorgewärmte Luft 13 strömt in die Brennkammer 2a ein. Dort wird eine erste Brennstoffmenge 19 zugemischt und verbrannt. Dabei entstehendes Heissgas 14 wird in einer ersten Turbine 3a teilentspannt, typischerweise mit einem Druckverhältnis von etwa 2. Das teilentspannte Heissgas 15 weist immer noch eine hohe Temperatur und einen hohen Restsauerstoffgehalt auf. Diesem teilentspannten Rauchgas wird in der zweiten Brennkammer 2b eine weitere Brennstoffmenge 20 zugemischt, und durch dessen Verbrennung wird das teilentspannte Gas nacherhitzt, bevor das nacherhitzte Gas 16 in eine zweite Turbine 3b einströmt, und dort in etwa auf Umgebungsdruck entspannt wird. Bei der Entspannung des Heissgases in den Turbinen 3a, 3b wird eine mechanische Leistung erzeugt, welche zum Antrieb des Verdichters 1 und eines Generators 5 dient. Das entspannte Prozessfluid 17 weist immer noch eine hohe Temperatur auf, die bei einer Gasturbogruppe der dargestellten Bauart bei Vollast durchaus im Bereich von 550°C bis über 600°C liegt. Zur Nutzung der hohen Abwärmepotenziale ist der letzten Turbine 3a ein vom entspannten Prozessfluid 17 durchströmter Abhitzedampferzeuger 4 nachgeschaltet. In dem Abhitzedampferzeuger wird aus einer Speisewassermenge 21 Dampf erzeugt; dabei wird dem entspannten Prozessfluid 17 Wärme entzogen, und es strömt schliesslich als Abgas 18 in die Atmosphäre ab. Der nachfolgend beschriebene Wasser-Dampf-Kreislauf ist stark vereinfacht und schematisiert dargestellt. Eine Speisepumpe 9 fördert Speisewasser zunächst in einen Vorwärmer 401 des Abhitzedampferzeugers 4, wo das Speisewasser 21 idealerweise bis wenig unterhalb der Siedetemperatur vorgewärmt wird. Dieses Wasser strömt in eine Dampftrommel 402 ein. Im Dampferzeuger 403 wird Sattwasser umgewälzt. Sattdampf strömt aus der Trommel 402 in den Überhitzer 404 ein, von wo aus überhitzter Dampf 22 zur Hochdruckdampfturbine 6 strömt, und dort arbeitsleistend bis auf einen Zwischendruck entspannt wird. Der teilentspannte Dampf 23 strömt in einen Zwischenüberhitzer 405 ein, und wird wieder auf Frischdampftemperatur erhitzt. Zwischen überhitzter Mitteldruckdampf 24 strömt zur zweiflutigen Mittel/Niederdruck-Dampfturbine 7, und wird dort arbeitsleistend ins Vakuum entspannt. Entspannter Dampf 25 strömt aus den Abdampffluten der Mittel/Niederdruckturbine 7 in den Kondensator 8 ein; der Dampf wird dort kondensiert, und das entstehende Kondensat wird von der Speisepumpe 9 wieder in den Kessel gefördert. Die Dampfturbinen sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, und treiben über eine selbsttätig wirkende Kupplung 10 zusammen mit der Gasturbogruppe einen gemeinsamen Generator 5 an. Der Prozessfluid-Vorwärmer 31 dient der Einkopplung von Solarwärme in den Arbeitsprozess der Gasturbogruppe. Indem das verdichtete Prozessfluid 12 vorgewärmt wird, muss in der Brennkammer 2a weniger Brennstoff zugeführt werden, um eine bestimmte Temperatur des Heissgases 14 am Eintritt in die Turbine 3a zu erreichen. Würde nun, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, das Prozessfluid mit einem Massenstrom von beispielsweise 500 kg/s unmittelbar durch einen Sonnenkollektor geleitet, so wäre mit erheblichen Druckverlusten zu rechnen, die keineswegs tolerierbar sind. Der Prozessfluid-Vorwärmer 31 ist daher als Kreuz-Gegenstrom- Wärmeübertrager ausgeführt, der sekundärseitig von dem wärmeaufnehmenden Prozessfluid 12 und primärseitig von einem Wärmetransportfluid, welches die einzukoppelnde Wärme, bevorzugt Solarwärme, heranführt, durchströmt wird. Global gesprochen, wird das Wärmetransportfluid in einem Kreislauf geführt, wobei es in einem Sonnenkollektor 32 Wärme aufnimmt, und diese im Prozessfluidvorwärmer 31 in den Gasturbinenprozess einkoppelt. Wie einleitend dargelegt, ermöglicht die geschlossene Führung des Wärmetransportfluides eine an sich freie Auswahl eines geeigneten Mediums. Beispielswiese könnte der gesamte Vorwärmkreislauf, welcher wenigstens den Prozessfluid-Vorwärmer 31 , Solarwärmeeinkopplungsmittel 32 - im Beispiel einen Sonnenkollektor -, eine Vorlaufleitung 34 für die Führung des Wärmetransportfluides vom Solarwärmeeinkopplungsmittel 32 zum Prozessfluidvorwärmer 31 , sowie eine Rücklaufleitung 33 für die Führung des Wärmetransportfluides vom Prozessfluidvorwärmer 31 zum Solarwärmeeinkopplungsmittel 32 umfasst, als Zweiphasenkreislauf ausgeführt sein, dergestalt, dass die Einkopplung von Solarwärme in den Vorwärmkreislauf durch die Verdampfung des Wärmetransportfluides unterstützt wird, während der Wärmeübergang zum Prozessfluid im Prozessfluid-Vorwärmer 31 durch die Kondensation des Wärmetransportfluides intensiviert wird. Es müssen hierbei auch die herrschenden Temperaturniveaus berücksichtigt werden. Bei einem Druckverhältnis der Gasturbogruppe von 30, und ohne Zwischenkühlung im Verdichter 1 , beträgt die Temperatur verdichteter Luft 12 beim Eintritt in den Prozessfluid-Vorwärmer 31 bereits rund 500 °C, was gleichzeitig die niedrigste Temperatur im Vorwärmkreislauf darstellt. Falls der Vorwärmkreislauf also als Wasser-Dampf-Kreislauf ausgeführt werden soll, muss dieser im Grunde überkritisch betrieben werden. Die Temperatur des vorgewärmten Prozessfluides 13 sollte in diesem Fall vorzugsweise wenigstens 800°C betragen, um die Vorwärmung technisch und wirtschaftlich sinnvoll einzusetzen; Temperaturen über 900°C sind aus unten noch dargelegten Gründen zu bevorzugen. Denkbar ist beispielsweise auch die Verwendung nicht näher spezifizierter Öle, auch synthetischer Öle, als reine Flüssigkeiten oder mit Phasenwechsel innerhalb des Vorwärmkreislaufs. Im vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass ein gasförmiges Medium, beispielsweise unter Druck befindliches Helium, als Wärmetransportfluid im Vorwärmkreislauf zirkuliert. Die Vorzüge von Helium für diesen Einsatz wurden oben erläutert. Das Wärmetransportfluid wird von einem Umwälzgebläse 35 im Vorwärmkreislauf zirkuliert. Das Umwälzgebläse 35 wird von einem Motor 36 angetrieben; durch eine Regelung der Drehzahl des Motors kann der Massenstrom des umgewälzten Mediums variiert werden. Der Vorwärmkreislauf umfasst neben dem Prozessfluid-Vorwärmer 31 , dem Solarwärmeeinkopplungsmittel 32, dem Gebläse 35, der Vorlaufleitung 34, und der Rücklaufleitung 33 weiterhin eine strömungstechnisch parallel zum Solarwärmeeinkopplungsmittel angeordnete Nebenschlussleitung 37, welche eine unmittelbare Verbindung zwischen Vorlaufleitung und Rücklaufleitung unter Umgehung des Solarwärmeeinkopplungsmittels herzustellen vermag, sowie einen zweiten Wärmetauscher 38. Die Strömung durch das Solarwärmeeinkopplungsmittel 32 und die Nebenschlussleitung 37 ist durch Absperr- und/oder Drosselorgane 39, 40 absperr- und/oder drosselbar. Im Vorwärmkreislauf ist weiterhin ein zweiter Wärmetauscher innerhalb der vom Sonnenkollektor 32 zum Prozessfluidvorwärmer 31 führenden Vorlaufleitung 34 angeordnet, der sekundärseitig vom Wärmetransportfluid durchströmt wird. Über den zweiten Wärmetauscher 38 kann bedarfsweise Wärme von eine nichtsolaren Wärmequelle 41 , hier einer fossil befeuerten Feuerungseinrichtung, in den Vorwärmkreislauf eingekoppelt werden. Die Brennkammer 41 wird von einem Frischluftgebläse 42 mit Brennluft versorgt. Über das Stellorgan 43 wird eine entsprechende Brennstoffmenge zugemessen. Das Frischluftgebläse 42 wird von einem drehzahlvariablen Motor 44 angetrieben. Auf dem Weg über eine Variation der Drehzahl kann der Massenstrom der vom Gebläse 42 geförderten Luft dem Bedarf der Feuerungseinrichtung angepasst werden. Die vom Gebläse 42 geförderte Brennluft 46 durchströmt einen Luftvorwärmer 45, der weiterhin auch vomFIG. 1 shows an example of a combination system which comprises a gas turbine group according to the invention. The gas turbine group comprises a compressor 1, combustion chambers 2a, 2b, and turbines 3a, 3b. The compressor sucks in air 11 from the environment. The mass flow of the intake air is next to the ambient pressure and the ambient temperature are significantly influenced by the position of the adjustable inlet line 101 of the compressor. In the combined plant operation of the gas turbine group, the pilot series position is controlled in a manner known per se and not essential to the invention. The air 12 compressed in the compressor 1 flows into a process fluid preheater 31, in which the compressed air is preferably preheated by means of solar heat, which will be explained in detail below. The preheated air 13 flows into the combustion chamber 2a. A first amount of fuel 19 is mixed in there and burned. The resulting hot gas 14 is partially expanded in a first turbine 3a, typically with a pressure ratio of approximately 2. The partially expanded hot gas 15 is still at a high temperature and a high residual oxygen content. A further quantity of fuel 20 is admixed to this partially expanded flue gas in the second combustion chamber 2b, and the partially expanded gas is reheated by its combustion before the post-heated gas 16 flows into a second turbine 3b, where it is expanded to approximately ambient pressure. When the hot gas in the turbines 3a, 3b is expanded, a mechanical power is generated which is used to drive the compressor 1 and a generator 5. The relaxed process fluid 17 is still at a high temperature, which in a gas turbine group of the type shown at full load is in the range from 550 ° C. to over 600 ° C. To utilize the high waste heat potential, the last turbine 3a is followed by a heat recovery steam generator 4 through which the relaxed process fluid 17 flows. In the waste heat steam generator 21 steam is generated from a quantity of feed water; heat is removed from the relaxed process fluid 17 and it finally flows out into the atmosphere as exhaust gas 18. The water-steam cycle described below is very simplified and shown schematically. A feed pump 9 first feeds feed water into a preheater 401 of the heat recovery steam generator 4, where the feed water 21 is ideally preheated to a little below the boiling temperature. This water flows into a steam drum 402. Saturated water is circulated in the steam generator 403. Saturated steam flows from drum 402 into superheater 404, from where superheated steam 22 flows to high-pressure steam turbine 6, and there work-relieving down to an intermediate pressure. The partially expanded steam 23 flows into an intermediate superheater 405 and is heated again to the fresh steam temperature. Between superheated medium-pressure steam 24 flows to the double-flow medium / low-pressure steam turbine 7, where it is expanded into a vacuum to perform work. Relaxed steam 25 flows from the evaporative floods of the medium / low-pressure turbine 7 into the condenser 8; The steam is condensed there and the resulting condensate is conveyed back into the boiler by the feed pump 9. The steam turbines are arranged on a common shaft and, together with the gas turbine group, drive a common generator 5 via an automatically acting clutch 10. The process fluid preheater 31 is used to couple solar heat into the working process of the gas turbine group. By preheating the compressed process fluid 12, less fuel has to be supplied in the combustion chamber 2a in order to reach a certain temperature of the hot gas 14 at the entry into the turbine 3a. If, as is known from the prior art, the process fluid was passed directly through a solar collector with a mass flow of, for example, 500 kg / s, then considerable pressure losses would have to be expected, which are in no way tolerable. The process fluid preheater 31 is therefore designed as a cross-countercurrent heat exchanger which is flowed through on the secondary side by the heat-absorbing process fluid 12 and on the primary side by a heat transport fluid which brings the heat to be coupled in, preferably solar heat. Globally speaking, the heat transport fluid is conducted in a circuit, whereby it absorbs heat in a solar collector 32 and couples it into the gas turbine process in the process fluid preheater 31. As explained in the introduction, the closed routing of the heat transfer fluid allows a free choice of a suitable medium. For example, the entire preheating circuit, which includes at least the process fluid preheater 31, solar heat coupling means 32 - in the example, a solar collector -, a flow line 34 for guiding the heat transport fluid from the solar heat coupling means 32 to the process fluid preheater 31, and a return line 33 for guiding the heat transport fluid from Process fluid preheater 31 to the solar heat coupling means 32, designed as a two-phase circuit, is such that the coupling of solar heat into the preheating circuit is supported by the evaporation of the heat transport fluid, while the heat transfer to the process fluid in the process fluid preheater 31 is intensified by the condensation of the heat transport fluid. The prevailing temperature levels must also be taken into account. With a pressure ratio of the gas turbine group of 30, and without intermediate cooling in the compressor 1, the temperature of compressed air 12 when it enters the process fluid preheater 31 is already around 500 ° C., which at the same time represents the lowest temperature in the preheating circuit. If the preheating circuit is to be designed as a water-steam circuit, it must basically be operated supercritically. In this case, the temperature of the preheated process fluid 13 should preferably be at least 800 ° C. in order to use the preheating in a technically and economically sensible manner; Temperatures above 900 ° C are preferred for the reasons set out below. It is also conceivable, for example, to use unspecified oils, including synthetic oils, as pure liquids or with a phase change within the preheating circuit. In the present example it is assumed that a gaseous medium, for example helium under pressure, circulates in the preheating circuit as the heat transport fluid. The advantages of helium for this application have been explained above. The heat transfer fluid is circulated by a circulation fan 35 in the preheating circuit. The circulation fan 35 is driven by a motor 36; The mass flow of the circulated medium can be varied by regulating the speed of the motor. In addition to the process fluid preheater 31, the solar heat coupling means 32, the blower 35, the flow line 34, and the return line 33, the preheating circuit also includes a shunt line 37, which is arranged in terms of flow in parallel with the solar heat coupling means and which creates a direct connection between the flow line and the return line bypassing the solar heat coupling means , and a second heat exchanger 38. The flow through the Solar heat coupling means 32 and the shunt line 37 can be shut off and / or throttled by shut-off and / or throttling elements 39, 40. In the preheating circuit, a second heat exchanger is also arranged within the flow line 34 leading from the solar collector 32 to the process fluid preheater 31, through which the heat transport fluid flows on the secondary side. If necessary, heat from a non-solar heat source 41, here a fossil-fired combustion device, can be coupled into the preheating circuit via the second heat exchanger 38. The combustion chamber 41 is supplied with combustion air by a fresh air blower 42. A corresponding amount of fuel is metered via the actuator 43. The fresh air blower 42 is driven by a variable-speed motor 44. The mass flow of the air conveyed by the blower 42 can be adapted to the needs of the firing device on the way by varying the speed. The combustion air 46 conveyed by the blower 42 flows through an air preheater 45, which also continues from

Rauchgas 47 der Feuerungseinrichtung durchströmt wird. Im Luftvorwärmer 45 wird die Brennluft 46 im Wärmetausch mit dem Rauchgas 47 vorgewärmt, was eine beste Brennstoffausnutzung gewährleistet. Zum Betrieb des beispielhaft dargestellten Vorwärmkreislaufs ist Folgendes zu sagen: Eine Temperaturmessstelle 48 bestimmt die Temperatur des vorgewärmtenFlue gas 47 flows through the firing device. In the air preheater 45, the combustion air 46 is preheated in the heat exchange with the flue gas 47, which ensures the best use of fuel. The following can be said about the operation of the preheating circuit shown as an example: A temperature measuring point 48 determines the temperature of the preheated one

Prozessfluides 13 der Gasturbogruppe. Diese Temperatur wird auf oder über einem bestimmten Mindestwert, beispielsweise 900°C oder 1000°C, gehalten. Dies ermöglicht es, die Brennkammer 2a als Brennkammer einer selbstzündenden Bauart auszuführen, wie sie aus EP 669 500 bekannt ist, welche Schrift im Übrigen einen integrierenden Bestandteil dieserProcess fluids 13 of the gas turbine group. This temperature is kept at or above a certain minimum value, for example 900 ° C or 1000 ° C. This makes it possible to design the combustion chamber 2a as a combustion chamber of a self-igniting type, as is known from EP 669 500, which document also an integral part of this

Beschreibung darstellt. Aufgrund der bereits hohen Zuströmtemperatur zur Brennkammer kann diese bereits bei sehr geringen Brennstoff-Luft- Verhältnissen stabil betrieben werden. Die thermische Leistungsdichte innerhalb der Brennkammer ist ebenfalls vergleichsweise gering, was insgesamt in niedrigen Stickoxidemissionen resultiert; aufgrund der hohen Anströmtemperatur ist auch ohne Weiteres ein stets guter Ausbrand gewährleistet. Diese Aussage kann auch für die Niederdruck-Brennkammer 2b getroffen werden, womit insgesamt ein sehr niedriges Emissionsniveau der eigentlichen Gasturbogruppe erreichbar ist. Die Zusatzfeuerung 41 kann ebenfalls auf bekannte Weise für einen schadstoffarmen Betrieb optimiert werden, beispielsweise als Wirbelschichtfeuerung und dergleichen. Somit kann ein insgesamt sehr emissionsarmes Kraftwerk ohne aufwändige Abgasreinigungsmassnahmen realisiert werden. Beim Unterschreiten des Temperaturgrenzwertes wird die Drehzahl des Motors 36 und damit der vom Umwälzgebläse 35 geförderte Massenstrom erhöht. Umgekehrt kann die Drehzahl gegebenenfalls wieder reduziert werden. Damit kann der Massenstrom des umgewälzten Wärmetransportfluides dem aufgrund der verstellbaren Vorleitreihe 101 stark variablen Prozessfluidmassenstrom angepasst werden. Ein zweiter Temperatursensor 49 ist in der Vorlaufleitung 34 zwischen dem zweiten Wärmetauscher 38 und dem Prozessfluid- Vorwärmer 31 angeordnet, und ermittelt die Temperatur des Wärmetransportfluides unmittelbar stromauf des Prozessfluidvorwärmers. Diese Temperatur wird bevorzugt auf einen Mindestwert eingestellt, der beispielsweise um 20°C über dem Mindestwert der Temperatur des vorgewärmten Prozessfluides liegt. Wird diese Mindesttemperatur unterschritten, wird die Feuerung 41 in Betrieb genommen. Dabei werden die Drehzahl des Antriebsmotors 44 des Brennluftgebläses 42 und die Stellung des Stellorgans 43 so geregelt, dass die Feuerung das Wärmetransportfluid auf diesen Temperatursollwert erhitzt. Bei Unterschreiten des Temperatursollwertes wird die Drehzahl des Brennluftgebläses erhöht, und das Stellorgan 43 geöffnet, womit mehr Luft und Brennstoff in die Feuerungseinrichtung 41 einströmen, und die Feuerungsleistung erhöht wird. Bei Überschreiten des Temperatursollwertes wird umgekehrt die Drehzahl verringert und das Brennstoff-Stellorgan 43 der Feuerungseinrichtung weiter geschlossen. Damit ist sichergestellt, dass auch bei ungenügender Sonneneinstrahlung eine Vorwärmung des Prozessfluides auf die für die Selbstzündung des Brennstoffes in der Brennkammer 2a erforderliche Mindesttemperatur erfolgen kann. Eine weitere Temperaturmessstelle 50 ist am Sonnenkollektor 32 angeordnet. Diese Temperaturmessstelle könnte auch an einer stromab des Sonnenkollektors gelegenen Stelle angeordnet sein. Über die Temperaturmessstelle 50 wird ein Mass für die im Sonnenkollektor eingebrachte Wärme bestimmt. Wenn diese Temperatur einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, beispielsweise die Temperatur des Wärmetransportfluides in der Rücklaufleitung 33, wird das Drossel- und Absperrorgan 39 des Sonnenkollektors geschlossen und das Drossel- und Absperrorgan 40 der Nebenschlussleitung 37 geöffnet. DasRepresents description. Due to the already high inflow temperature to the combustion chamber, it can be operated stably even with very low fuel-air ratios. The thermal power density within the combustion chamber is also comparatively low, which overall results in low nitrogen oxide emissions; Due to the high inflow temperature, a good burnout is always guaranteed. This statement can also be made for the low-pressure combustion chamber 2b, which means that the overall emission level is very low actual gas turbine group is accessible. The additional firing 41 can also be optimized in a known manner for low-pollutant operation, for example as a fluidized bed firing and the like. This means that an overall very low-emission power plant can be implemented without complex exhaust gas cleaning measures. If the temperature falls below the temperature limit, the speed of the motor 36 and thus the mass flow conveyed by the circulation fan 35 is increased. Conversely, the speed can be reduced again if necessary. The mass flow of the circulated heat transport fluid can thus be adapted to the process fluid mass flow, which is highly variable due to the adjustable preliminary line 101. A second temperature sensor 49 is arranged in the flow line 34 between the second heat exchanger 38 and the process fluid preheater 31 and determines the temperature of the heat transport fluid immediately upstream of the process fluid preheater. This temperature is preferably set to a minimum value which is, for example, 20 ° C. above the minimum value of the temperature of the preheated process fluid. If the temperature falls below this minimum, the furnace 41 is put into operation. The speed of the drive motor 44 of the combustion air blower 42 and the position of the actuator 43 are regulated so that the furnace heats the heat transfer fluid to this temperature setpoint. If the temperature falls below the temperature setpoint, the speed of the combustion air blower is increased and the actuator 43 is opened, with which more air and fuel flow into the firing device 41 and the firing performance is increased. Conversely, if the temperature setpoint is exceeded, the speed is reduced and the fuel actuator 43 of the firing device is closed further. This ensures that the process fluid can be preheated to the minimum temperature required for the auto-ignition of the fuel in the combustion chamber 2a even in the event of insufficient solar radiation. Another temperature measuring point 50 is arranged on the solar collector 32. This temperature measuring point could also be arranged at a point downstream of the solar collector. The temperature measuring point 50 is a measure of that in the solar collector heat introduced determined. If this temperature falls below a certain limit value, for example the temperature of the heat transport fluid in the return line 33, the throttle and shut-off element 39 of the solar collector is closed and the throttle and shut-off element 40 of the shunt line 37 is opened. The

Wärmetransportfluid wird dann ganz oder teilweise nicht durch den Sonnenkollektor sondern über die Nebenschlussleitung gefördert. Dies vermeidet insbesondere bei Nacht oder starker Bewölkung Wärmeverluste über den Sonnenkollektor. Da die Temperatur des vom Prozessfluidvorwärmer abströmenden Wärmetransportfluides typischerweise im Bereich von 350°C bis 550 °C liegt, je nach dem Druckverhältnis des Verdichters 1 , wären diese Verluste nämlich erheblich, und hätten damit eine stark negative Wirkung auf den gesamten Prozess.Heat transport fluid is then not wholly or partially conveyed through the solar collector but through the shunt line. This avoids heat loss through the solar panel, especially at night or when there is heavy cloud cover. Since the temperature of the heat transport fluid flowing out of the process fluid preheater is typically in the range from 350 ° C. to 550 ° C., depending on the pressure ratio of the compressor 1, these losses would be considerable and would therefore have a strongly negative effect on the entire process.

Die Feuerungseinrichtung 41 kann ohne weiteres auch mit für die direkte Feuerung von Gasturbinen nicht oder schlecht geeigneten Brennstoffen wie Kohle oder Schweröl betrieben werden. Eine schadstoffarme Auslegung dieser im wesentlichen atmosphärischen Feuerung ist dem Fachmann geläufig. Selbstverständlich wäre es auch möglich, den Vorwärmkreislauf vollkommen ohne die zusätzliche Feuerungseinrichtung 41 zu betreiben oder zu realisieren. Es ist dann aber nicht mehr möglich, die Brennkammer 2a als selbstzündende Brennkammer auszuführen, und diese muss dann einen wesentlich grösseren Leistungsbereich abdecken. Selbstverständlich bedingt umgekehrt das Vorhandensein der Feuerungseinrichtung 41 nicht, dass die Brennkammer dann unbedingt als in einer selbstzündenden Bauart ausgeführt sein muss; im Gegenteil kann die Brennkammer 2a dann beliebig "konventionell" oder selbstzündend ausgeführt sein.The firing device 41 can also be operated with fuels such as coal or heavy oil that are not or poorly suited for the direct firing of gas turbines. A person skilled in the art is familiar with a low-pollutant design of this essentially atmospheric furnace. Of course, it would also be possible to operate or implement the preheating circuit completely without the additional firing device 41. However, it is then no longer possible to design the combustion chamber 2a as a self-igniting combustion chamber, and this must then cover a much larger power range. Conversely, of course, the presence of the firing device 41 does not mean that the combustion chamber must then necessarily be of a self-igniting type; on the contrary, the combustion chamber 2a can then be designed as “conventional” or self-igniting.

Es ist festzustellen, dass die dargestellte Kombianlage mit einer Gasturbogruppe mit sequentieller Verbrennung bezüglich derIt should be noted that the combination system shown with a gas turbine group with sequential combustion with respect to

Solarwärmeausnutzung nicht unbedingt das Optimum darstellt. Wird im Folgenden unterstellt, dass die Hochdruckbrennkammer 2a und die Niederdruckbrennkammer 2b bei Volllast im Wesentlichen mit den gleichen Brennstoffmengen befeuert werden, dass die Temperatur der Luft 12 am Verdichteraustritt 500°C beträgt, dass die Temperatur des Heissgases 14 beim Eintritt in die Hochdruckturbine 3a etwa 1300°C beträgt, und dass nur mit Solarwärme eine Vorwärmung der verdichteten Luft im Prozessfluidvorwärmer bis auf 900 °C erzielt wird, so resultiert eine Brennstoffeinsparung von etwa 25%. Wird ein etwas idealisierter gesamter Kombi-Wirkungsgrad von zum Beispiel 60% unterstellt, resultiert, bezogen auf die Brennstoffmenge ein "Wirkungsgrad" von 80%. Wird hingegen die Annahme einer "herkömmlichen" Gasturbine mit nur einer einzigen Brennkammer getroffen, wird ein Druckverhältnis von nur 15 und damit eine Verdichterendtemperatur von nur 400 °C unterstellt, und ebenfalls eine Temperatur des Heissgases beim Turbineneintritt von 1300 °C und eine Solarvorwärmung der Verbrennungsluft auf 900°C, resultiert eine Brennstoffersparnis von rund 55%! Wird im Kombibetrieb ein Wirkungsgrad von ebenfalls etwa 55% unterstellt, so resultiert, bezogen auf den Brennstoffeinsatz, ein "Wirkungsgrad", besser: eine Stromausbeute, von gar mehr als 120%. In Figur 2 ist eine derartige Kombianlage dargestellt, bei der die Gasturbogruppe mit nur einer Brennkammer 2 und einer Turbine 3 ausgeführt ist. Die detaillierte Funktion erschliesst sich dem Fachmann im Lichte der oben gemachten Ausführungen ohne Weiteres, so, dass an dieser Stelle auf eine explizite Beschreibung der Figur 2 verzichtet wird. Gleichwohl bietet die in Figur 1 dargestellte Bauart betriebstechnische Vorteile; insbesondere können auch bei stark wechselnder Sonneneinstrahlung hohe Einheitenleistungen bei gesamthaft betrachtet hohem Wirkungsgrad und geringen Schadstoffemissionen erreicht werden.Solar heat utilization is not necessarily the optimum. It is assumed below that the high-pressure combustion chamber 2a and the low-pressure combustion chamber 2b are essentially the same at full load Amounts of fuel are fired, that the temperature of the air 12 at the compressor outlet is 500 ° C, that the temperature of the hot gas 14 when it enters the high-pressure turbine 3a is approximately 1300 ° C, and that the compressed air in the process fluid preheater can only be preheated to 900 with solar heat ° C is achieved, this results in a fuel saving of about 25%. Assuming a somewhat idealized overall combined efficiency of, for example, 60%, this results in an "efficiency" of 80% based on the amount of fuel. If, on the other hand, the assumption is made of a "conventional" gas turbine with only a single combustion chamber, a pressure ratio of only 15 and thus a compressor end temperature of only 400 ° C is assumed, as well as a temperature of the hot gas at the turbine inlet of 1300 ° C and solar preheating of the combustion air to 900 ° C, this results in fuel savings of around 55%! If an efficiency of about 55% is also assumed in combination operation, this results in an "efficiency", based on the fuel used, or better: an electricity yield of more than 120%. Such a combination system is shown in FIG. 2, in which the gas turbine group is designed with only one combustion chamber 2 and one turbine 3. The detailed function is readily apparent to the person skilled in the art in the light of the statements made above, so that an explicit description of FIG. 2 is omitted here. Nevertheless, the design shown in Figure 1 offers operational advantages; In particular, even with strongly changing solar radiation, high unit outputs can be achieved with overall high efficiency and low pollutant emissions.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Verdichter1 compressor

2 Brennkammer 2a Brennkammer, Hochdruckbrennkammer2 combustion chamber 2a combustion chamber, high pressure combustion chamber

2b Brennkammer, Niederdruckbrennkammer2b combustion chamber, low pressure combustion chamber

3 Turbine3 turbine

3a Turbine, Hochdruckturbine Turbine, Niederdruckturbine3a turbine, high pressure turbine Turbine, low pressure turbine

Abhitzedampferzeugerheat recovery steam generator

Generatorgenerator

HochdruckdampfturbineHigh pressure steam turbine

Mittel/NiederdruckdampfturbineMedium / low pressure steam turbine

Kondensatorcapacitor

KesselspeisepumpeBoiler feed pump

Kupplung angesaugte Luft, Prozessfluid verdichtete Luft, verdichtetes Prozessfluid vorgewärmte verdichtete Luft, vorgewärmtes verdichtetesCoupled air intake, process fluid compressed air, compressed process fluid preheated compressed air, preheated compressed air

Prozessfluidprocess fluid

Heissgas teilentspanntes Heissgas nacherhitztes Heissgas entspanntes ProzessfluidHot gas partially expanded hot gas reheated hot gas expanded process fluid

Abgasexhaust

Brennstoff, für HochdruckbrennkammerFuel, for high pressure combustion chamber

Brennstoff, für NiederdruckbrennkammerFuel, for low pressure combustion chamber

Speisewasser überhitzter Hochdruckdampf teilentspannter Dampf zwischenüberhitzter Dampf entspannter DampfFeed water superheated high pressure steam partially expanded steam reheated steam expanded steam

P rozessf 1 u i d - Vo rwä r m e rP rocessf 1 u i d - prewarming

Solarwärmeeinkopplungsmittel, SonnenkollektorSolar heat coupling agent, solar panel

Rücklaufleitung des VorwärmkreislaufsReturn line of the preheating circuit

Vorlaufleitung des VorwärmkreislaufsFlow line of the preheating circuit

Umwälzgebläsecirculating fan

Antriebsmotor für UmwälzgebläseDrive motor for circulation fans

NebenschlussleitungShunt line

Wärmetauscherheat exchangers

Absperr- und Drosselorgan Absperr- und Drosselorgan Zusatzfeuerung Brennluftgebläse Stellorgan Antriebsmotor für Brennluftgebläse Brennluftvorwärmer Brennluft Rauchgas Temperaturmessstelle zur Bestimmung der Temperatur des vorgewärmten Prozessfluides Temperaturmessstelle zur Bestimmung der Temperatur des Wärmetransportfluides stromauf des Prozessfluidvorwärmers Temperaturmessstelle zur Bestimmung der Temperatur des Solarwärmeeinkopplungsmittels verstellbare Vorleitreihe Speisewasservorwärmer Kesseltrommel Verdampfer Frischdampfüberhitzer Zwischenüberhitzer Shut-off and throttle device Shut-off and throttle device Additional combustion Combustion air blower Actuator Drive motor for combustion air blower Combustion air preheater Combustion air Flue gas Temperature measuring point for determining the temperature of the preheated process fluid

Claims

claims

1 . Gas turbine group, with at least one compressor (1), at least one combustion chamber (2a, 2b), and at least one turbine (3a, 3b), which gas turbine group downstream of a last compressor stage and upstream of a combustion chamber, a process fluid preheater (31) for preheating the compressed Process fluid (12) by solar heat, characterized in that the process fluid preheater (31) is a heat exchanger with a primary side through which a heat-emitting fluid can flow and a secondary side through which a heat-absorbing fluid can flow, the secondary side in the flow path of the compressed working medium (12) Gas turbine group is arranged, and the primary side is integrated in a preheating circuit through which a heat transport fluid can flow, which preheating circuit has a solar heat coupling means (32) through which the heat transport fluid can flow, in particular a solar collector, and a flow line (34) for heating fluid from the solar heat coupling means to the process fluid preheater and a return line (33) for fluid from the process fluid preheater to

Solarwärmeeinkopplungsmittel.

2. Gas turbine group according to claim 1, characterized in that a lockable shunt line (37) is arranged between the feed line (34) and the return line (33).

3. Gas turbine group according to one of claims 1 or 2, characterized in that a throttle and / or shut-off element (39) for fluid separation of the solar heat coupling means (32) from the preheating circuit is arranged in the preheating circuit.

4. Gas turbine group according to one of the preceding claims, characterized in that the preheating circuit has means (35, 36) for varying the circulated heat transport fluid.

5. Gas turbine group according to one of the preceding claims, characterized in that a second heat exchanger (38) is arranged in the flow line (34), through which the heat transfer fluid can flow on the secondary side and which is connected on the primary side to a non-solar heat source (41) stands.

6. Gas turbine group according to claim 5, characterized in that the non-solar heat source is a firing device.

7. Gas turbine group according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber (2a) is a self-igniting

Combustion chamber is.

8. A method for generating useful power in a gas turbine group according to one of the preceding claims, comprising the following steps: compression of a process fluid (1 1) in at least one compressor (1);

Preheating the process fluid (12) when flowing through the secondary side of the process fluid preheater (31); Introducing the preheated process fluid (13) into at least one combustion chamber (2a); Supplying a fuel (19) to the process fluid; Burn the fuel in the process fluid within the combustion chamber and thereby

Generating a hot gas (14) at a turbine inlet temperature; Introducing the hot gas into a turbine (3a); work-relaxing relaxation of the hot gas in the turbine, characterized in that a heat transport fluid is circulated in the preheating circuit, the heat transport fluid at least the solar heat coupling means

(32) or flows through the secondary side of a second heat exchanger (38) and thereby absorbs heat, and the heat transfer fluid then flows through the primary side of the process fluid preheater (31), thereby giving off heat to the process fluid (12).

9. The method according to claim 8, characterized in that the temperature of the process fluid (13) downstream of the process fluid preheater (31) and / or the temperature of the heat transport fluid in the flow line (34) upstream of the process fluid preheater (31) is measured, that in a first operating state there is no heat supply via the second heat exchanger (38), and that when the temperature falls below a limit value, the heat is supplied to the

Heat transport fluid takes place via the second heat exchanger, and that the heat supply to the heat transport fluid is regulated via the second heat exchanger as a function of the measured temperature.

10. The method according to any one of claims 8 or 9, characterized in that the temperature of the process fluid (13) is measured downstream of the process fluid preheater (31), and that the mass flow circulated in the preheating circuit as a function of the temperature measured downstream of the process fluid preheater is regulated in such a way that the mass flow increases with falling temperature and is reduced with increasing temperature.

11. The method according to claim 9, characterized in that the limit value is predetermined such that the inlet temperature of the process fluid (13) into the combustion chamber (2a) corresponds at least to the temperature required for self-ignition of the fuel (19) in the combustion chamber.

12. The method according to any one of claims 8 to 11, characterized in that at least one temperature of the solar collector or one

Temperature of the heat transfer fluid measured immediately downstream of the solar heat coupling means or an increase in temperature of the heat transport fluid via the solar heat coupling means and that when the temperature falls below a limit, the flow of the heat transfer fluid is throttled or shut off by the solar heat coupling means.

13. The method according to claim 12, characterized in that with throttled or blocked flow of the heat transport fluid through the solar heat coupling means at least a partial flow of the heat transport fluid is conducted via the shunt line (37), and that heat is supplied to the heat transport fluid in the second heat exchanger (38) ,

14. Combined system, comprising at least one gas turbine group according to one of claims 1 to 7, with a downstream waste heat steam generator (4), and a steam turbine group (6, 7) driven by the steam (22, 24) generated in the waste heat steam generator.

15. Combined system, comprising at least one gas turbine group operated according to one of claims 8 to 13, and a heat recovery steam generator (4) connected downstream of the gas turbine group, and one driven by the steam (22, 24) generated in the heat recovery steam generator

Steam turbine group (6, 7).