BRPI0419062B1 - Sistema de reformação de gás - Google Patents

Description

"SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS" A presente patente de privilégio de invenção refere-se a um sistema de reformaçao de gás. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um sistema de reformaçao de gás configurado para ajustar os componentes de gás ou calorias de gás de um gás de combustível através da mistura de um gás reformado em um gás de baixa caloria {p.ex., gás de alto-forno (BFG) e outros gases de subproduto da fabricação de ferro, de modo que a combustão estável continue, com o gás de baixa caloria sendo utilizado como combustível de uma turbina a gás.

Convencionalmente, como exemplos para utilizar gases de baixa caloria, um gás de subproduto, tais como, BFG nas indústrias de fabricação de ferro, tem sido utilizado de modo crescente em uma turbina a gás para gerar energia elétrica. Entretanto, as calorias de BFG, que é um gás de exaustão de processo, têm diminuído a cada ano devido à eficiência de energia no alto-forno ter aumentado. Em um caso em que tal gás de alto-forno de baixa caloria for utilizado como o combustível, a chama tende a desaparecer na turbina a gás, e a turbina a gás é interrompida subitamente no caso de desaparecimento da chama. No caso do BFG contendo menos hidrogênio, a chama tem a probabilidade de desaparecer, pois a ignição não ocorre facilmente e a chama não é bem mantida. Além disso, existem alguns gases de baixa caloria cujas características, calorias, quantias de geração e outras oscilam.

Para resolver tal problema, foi proposto que o BFG de baixa caloria seja misturado com um gás de forno de coque (COG) ou um gás natural (NG) para aumentar as calorias e a quantia de gás e seja combustado (vide documento de patente 1 e documento de patente 2 listado abaixo). 0 motivo pelo qual o COG é utilizado é primeiramente que o COG de um gás de caloria média é facilmente misturado com o gás de baixa caloria, pois a diferença de caloria entre eles é pequena, e, em segundo lugar, que o COG aumenta um teor de hidrogênio no gás de baixa caloria através da mistura com o mesmo, pois o COG contém hidrogênio como um componente principal, de modo que a ignição ocorre facilmente e a chama de combustão é bem mantida.

Entretanto, o COG não é facilmente disponível em qualquer local. Além disso, o COG contém amônia, cianeto de hidrogênio e outros teores em grande quantidade, e gera óxido de nitrogênio nocivo quando é combustado. Além disso, o óxido de nitrogênio e hidrocarboneto insaturado, tais como, o butadieno ciclopentadieno, e outros contidos no COG são copolimerizados para produzir a substância de goma de polímero (também denominada como NO-Gum), que pode causar problemas em uma válvula de controle do combustível, um bocal de turbina a gás e outros. Com a finalidade de resolver esses problemas, um sistema de pré-tratamento de COG em larga escala (mecanismo para remover a amônia, cianeto de hidrogênio e hidrogênio de adição) é necessário.

Considerando que o COG contém sulfito de hidrogênio (H2S) em grande quantidade, um dispositivo de dessulfuração para redução de uma concentração de dióxido de sulfito em um gás de exaustão após a combustão também é necessário. Deste modo, 0 custo de investimento do sistema significativamente aumenta, e ainda, os encargos de manutenção aumentam desse modo.

Quando 0 NG não contendo nenhum hidrogênio é misturado com 0 gás de baixa caloria, um gás de combustível (gás de mistura) é determinado para possuir altas calorias de modo a manter a estabilidade de combustão conforme comparado com um caso em que COG é misturado com 0 gás de baixa caloria. Como resultado, durante a combustão, a quantia de NO térmico nocivo aumenta.

Também, a maioria de um componente inflamável contido no NG é o hidrocarboneto contendo metano como um componente principal. Caso 0 NG for misturado com 0 gás de baixa caloria, então uma composição de gás de baixa caloria pode significativamente mudar, 0 NG é um gás de alta caloria (aproximadamente 40MJ/m3N) e possui uma grande diferença de caloria com as calorias do gás de baixa caloria (aproximadamente 12MJ/m3N ou menos). Por este motivo, 0 NG significativamente aumenta as calorias do gás de mistura, e desse modo, uma proporção de mistura do NG com relação ao gás de baixa caloria para aumentar as calorias deve ser ajustado para baixo. Isto torna difícil atingir uma mistura uniforme de NG com 0 gás de baixa caloria. Caso um desvio na não-uniformidade do gás de mistura for grande, uma temperatura de combustão durante a combustão na turbina a gás torna-se não-uniforme e instável. Caso a não- uniformidade da temperatura de combustão for extrema, então um combustor e peças da turbina da turbina a gás podem ser danificados.

Documento de Patente 1: Publicação de Pedido de Patente Exposta do Japão Ns 2002-155762.

Documento de Patente 1: Publicação de Pedido de Patente Exposta do Japão Ne Hei. 9-317499.

Os inventores descobriram que, com a finalidade de combustar de modo estável o gás de baixa caloria, tal como o BFG como o gás de combustível, é eficaz aumentar o teor de hidrogênio no gás de baixa caloria até um nível exigido para a combustão estável, além de um método para atingir a combustão estável através da mistura do gás de alta caloria para o gás de baixa caloria de modo a aumentar as calorias de um gás de mistura. Isto é devido ao gás hidrogênio inflamar-se e manter bem a chama de combustão, e esta característica do gás hidrogênio é utilizada.

Os inventores descobriram que, em um caso em que a operação estável de uma turbina a gás torna-se difícil devido ao aumento da quantia de suprimento do gás de baixa caloria a um combustor, por exemplo, a saída da turbina a gás que é um tipo de combustor deve ser diminuída ou a operação de carregamento parcial da turbina a gás deve ser realizada, um gás de caloria média (gás com calorias de aproximadamente 20MJ/m3N) é primeiramente de forma adicional produzido em um mecanismo de produção de gás reformado e, em segundo lugar, misturado com o gás de baixa caloria, de modo que as calorias do gás de baixa caloria possam ser aumentadas e, deste modo, a operação contínua da turbina a gás pode ser realizada. Isto é devido ao gás de alta caloria, tal como o gás natural, torna-se difícil atingir a mistura uniforme com o gás de baixa caloria, pois a proporção de mistura do gás de alta caloria com o gás de baixa caloria é pequena quando utilizada para aumentar as calorias da proporção de mistura, considerando que o gás de caloria média possibilita aumentar a proporção de mistura, para atingir a mistura uniforme de gás mais facilmente, devido à pequena diferença de caloria entre os dois gases, e para aumentar a quantia de gás hidrogênio que se inflama facilmente e mantém bem a chama de combustão. A presente invenção foi desenvolvida sob as circunstâncias, e um objeto da presente invenção é o de fornecer um sistema de reformação de gás (sistema de melhoria das características de gás), que pode fornecer um gás reformado a um gás de baixa caloria de características instáveis sendo utilizado como um combustível de turbina a gás com a finalidade de melhorar as características de gás do gás de baixa caloria, conseqüentemente, atingindo a estabilidade de combustão.

Para atingir os objetos acima mencionados, um sistema de reformação de gás da presente invenção compreende um mecanismo de produção de gás reformado, incluindo uma linha de suprimento de gás natural e uma linha de suprimento de ar, e um recipiente de reação em que um gás natural e ar são misturados e são reformados através da reação química para produzir um gás reformado contendo um gás hidrogênio; um mecanismo de mistura que mistura um gás de baixa caloria com o gás reformado, o qual é provido a partir do mecanismo de produção de gás reformado, para produzir um gás de combustível a ser provido ao mecanismo de turbina a gás; uma passagem de suprimento de gás reformado através da qual o gás reformado é provido a partir do mecanismo de produção do gás reformado ao mecanismo de mistura; uma passagem de suprimento de gás de combustível através da qual o gás de combustível é provido a partir do mecanismo de mistura ao mecanismo de turbina a gás; e um controlador que controla uma operação do mecanismo de produção do gás reformado e uma operação do mecanismo de mistura. O gás de baixa caloria inclui, por exemplo, o gás de alto-forno (BFG), gases de subprodutos produzidos através de um processo direto de redução de ferro ou um processo de redução de ferro de fusão, gás de forno de coque (COG), gás de recipiente conversor (LDG), gás de mina de carvão (CMG) contido em leitos fluidizados, gás residual produzido no processo de GTL (gás para líquido}, gás de subproduto produzido a partir do processo de refinação de petróleo e areia oleaginosa, gás resultante da incineração de resíduos através da utilização de plasma, gás metano (gás de aterro sanitário) produzido em um processo em que os resíduos gerais, incluindo sobras brutas, são fermentados e decompostos em aterros sanitários, outros gases de subproduto semelhantes através de elevada reação química térmica de um material e outros. A presente invenção é aplicável aos casos em que os gases são utilizados como um único gás ou um gás de mistura de dois ou mais tipos de gases, por exemplo, um gás de mistura de BFG e COG. 0 gás natural inclui um gás natural liquefeito. É preferível que o mecanismo de produção de gás reformado ainda inclua uma linha de suprimento de vapor, e forneça, ao mecanismo de mistura, um gás reformado que é produzido através da adição de vapor a um gás de mistura do gás natural e ar e através da reformação do gás de mistura e vapor através da reação química. Isto é devido à concentração de hidrogênio do gás reformado ser ainda aumentado pela mistura do vapor. É preferível que o sistema de reformação de gás ainda compreenda um detector de concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento de gás, da passagem de suprimento do gás reformado e a passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para controlar uma quantia do gás reformado que é provida a partir do mecanismo de produção do gás reformado ao mecanismo de mistura, com base no resultado detectado do detector de concentração de hidrogênio. É preferível que o sistema de reformação de gás ainda compreenda um detector de concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural e o ar no mecanismo de produção do gás reformado com base no resultado detectado a partir do detector de concentração de hidrogênio para ajustar a concentração de hidrogênio do gás reformado. É preferível que o sistema de reformação de gás em que o mecanismo de produção de gás reformado inclua a linha de suprimento de vapor, ainda compreenda um detector de concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos uma passagem de suprimento de gás de combustível, da passagem de suprimento de gás reformado e passagem de suprimento de gás combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural, o ar e o vapor no mecanismo de produção do gás reformado para ajustar a concentração de hidrogênio do gás reformado. Isto é devido a uma faixa de ajuste da concentração de hidrogênio do gás reformado ser aumentada pela mistura do vapor. É preferível que o sistema de reformação de gás ainda compreenda um detector de concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento de gás de combustível, da passagem de suprimento de gás reformado e passagem de suprimento de gás de combustível; e um dispositivo de suprimento de gás de diluição que é provido dentro do mecanismo de mistura para diluir o gás de combustível com um gás de diluição; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para misturar o gás de diluição que é provido a partir do dispositivo de suprimento de gás de diluição com o gás de combustível, com base no resultado detectado a partir do detector de concentração de hidrogênio. Ξ preferível que o sistema de reformação de gás ainda compreenda um detector de concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento de gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento de gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural e o ar no mecanismo de produção do gás reformado com base no resultado detectado a partir do detector de concentração de hidrogênio para ajustar as calorias do gás reformado. É preferível que o sistema de reformação de gás em que o mecanismo de produção do gás reformado inclua a linha de suprimento de vapor, incluindo ainda um detector de concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento de gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento de gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural, o ar e o vapor no mecanismo de produção do gás reformado com base no resultado detectado a partir do detector de concentração de hidrogênio para ajustar as calorias do gás reformado. É preferível que o sistema de reformação de gás ainda compreenda um meio de medição de caloria que é provido a pelo menos a passagem de suprimento de gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento de gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para controlar uma quantia do gás reformado que é provido a partir do mecanismo de produção do gás reformado ao mecanismo de mistura, com base no resultado detectado a partir do meio de medição de caloria. É preferível que o sistema de reformação de gás ainda compreenda um meio de medição de caloria que é provido a pelo menos a passagem de suprimento de gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento de gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural e o ar no mecanismo de produção do gás reformado, com base no resultado detectado a partir do meio de medição de caloria para ajustar as calorias do gás reformado. É preferível que o sistema de reformação de gás em que o mecanismo de produção do gás reformado inclua a linha de suprimento de vapor, incluindo ainda um meio de medição de caloria que é provido a pelo menos a passagem de suprimento de gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento de gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural, ar e o vapor no mecanismo de produção do gás reformado, com base no resultado detectado a partir do meio de medição de caloria para ajustar as calorias do gás reformado. É preferível que o sistema de reformação de gás ainda compreenda um meio de medição de pressão que é provido à passagem de suprimento do gás de combustível para medir uma pressão interna da passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para controlar uma quantia do gás reformado que é provido a partir do mecanismo de produção do gás reformado ao mecanismo de mistura, com base no resultado detectado a partir do meio de medição de pressão. É preferível que o sistema de reformação de gás ainda compreenda um meio de medição de caloria que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível·; um dispositivo de suprimento de gás de diluição que é provido ao mecanismo de mistura para diluir o gás de combustível com um gás de diluição; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para misturar o gás de diluição que é provido a partir do dispositivo de suprimento do gás de diluição com o gás de combustível, com base no resultado detectado a partir do meio de medição de caloria. É preferível que no sistema de reformação de gás, o mecanismo de produção do gás reformado inclua uma linha de suprimento de vapor de aquecimento que fornece vapor de aquecimento a partir do mecanismo de turbina a gás, com a finalidade de promover a reação química no recipiente de reação. É preferível que no sistema de reformação de gás, o mecanismo de produção do gás reformado ainda inclua, além da linha de suprimento de vapor de aquecimento, uma linha de extração que extraia o ar comprimido de alta temperatura a partir do mecanismo de turbina a gás e forneça o ar extraído ao recipiente de reação para aquecimento, com a finalidade de promover a reação química no recipiente de reação, e seja configurado para fornecer de modo seletivo o vapor ou o ar extraído de alta temperatura. Isto é devido, mesmo em um período em que a reação química comece a ocorrer no recipiente de reação e o vapor não for gerado no mecanismo de turbina a gás, uma fonte de calor exigida para acelerar a reação é obtida. É preferível que o mecanismo de produção do gás reformado inclua o meio de troca de calor na passagem de suprimento do gás reformado, sendo o meio de troca de calor configurado para trocar o calor entre o gás de mistura do gás natural e o ar que é provido ao recipiente de reação e o gás reformado que é provido ao dispositivo de ajuste de mistura. Isto é devido ao gás reformado de alta temperatura ser resfriado até a temperatura adequada e o gás de mistura ser pré-aquecído antes da reação química. É preferível que a passagem de suprimento do gás reformado seja provida com um meio de resfriamento que resfria o gás reformado que é provido ao mecanismo de mistura. É preferível que o meio de resfriamento seja provido a jusante do meio de troca de calor na passagem de suprimento do gás reformado e seja configurado para condensar e remover o líquido no gás reformado. É preferível que a passagem de suprimento do gás reformado seja provida com um reservatório de compensação que é adaptado para absorver uma flutuação na taxa de fluxo do gás reformado para estabilizar uma pressão do gás reformado que é provido ao mecanismo de mistura. Isto é devido ao gás reformado ser misturado de modo uniforme com o gás de baixa caloria no mecanismo de mistura.

Em conformidade com a presente invenção, o NG que é substancialmente livre de impurezas é reformado para produzir um gás hidrogênio, e um gás reformado limpo contendo o gás hidrogênio pode ser utilizado como um gás para alterar uma característica do gás de baixa caloria, tal como o BFG. Como resultado, o teor de hidrogênio do gás de baixa caloria pode ser estabilizado, e, conseqüentemente, o gás de baixa caloria pode ser utilizado como um combustível estável.

Além disso, mesmo quando a quantia de suprimento do gás de baixa caloria diminui, a operação do sistema de geração de energia pode ser continuada de modo estável através do aumento das calorias do gás de baixa caloria pela mistura do gás reformado contendo o gás hidrogênio, que possui uma alta capacidade de mistura com o gás de baixa caloria, sendo facilmente inflamável e mantendo bem a chama de combustão, a figura 1 é um diagrama de bloco mostrando de modo esquemático um sistema de reformação de gás de acordo com uma configuração da presente invenção; a figura 2 é um diagrama de bloco mostrando um exemplo de um mecanismo de produção do gás reformado no sistema de reformação de gás da figura 1; a figura 3 é um diagrama de bloco mostrando um exemplo de uma linha de suprimento de um gás de combustível que é provido a um sistema de geração de energia da turbina a gás no sistema de reformação de gás da figura 1; a figura 4 é um diagrama de bloco mostrando um exemplo do sistema de geração de energia da turbina a gás no sistema de reformação de gás da Fig. 1; a figura 5 é um gráfico mostrando as calorias de um gás de mistura com relação a uma proporção de mistura do ar relacionada ao NG que se presume conter apenas CH4; a figura 6 é um gráfico mostrando uma proporção de volume de um componente de combustão principal de um gás reformado com relação a uma proporção de mistura do ar relacionada ao NG que se presume conter apenas CH4; a figura 7 é um diagrama de bloco mostrando outro exemplo da parte A no mecanismo de produção do gás reformado da figura 2; a figura 8 é um diagrama de bloco mostrando um exemplo adicional da parte A no mecanismo de produção do gás reformado da figura 2; e a figura 9 é um diagrama de bloco mostrando outra configuração do sistema de geração de energia da turbina a gás no sistema de reformação do gás da figura 1 e a linha de suprimento do gás de combustível que fornece um gás de combustível a este sistema de geração de energia.

Agora, as configurações de um sistema de reformação de gás da presente invenção serão descritas com referência aos desenhos. A figura 1 é um diagrama de bloco mostrando um sistema de reformação de gás (doravante simplesmente denominado como sistema) de acordo com uma configuração da presente invenção. 0 sistema compreende a tubulação de suprimento do gás de combustível 2 através da qual um gás de combustível principalmente contendo um gás de baixa caloria (representado pelo BFG na configuração) é provido a um sistema de geração de energia de turbina a gás 1, um mecanismo de produção do gás reformado 3 que produz um gás reformado, tubulação de suprimento do gás reformado 4 através da qual o gás reformado é provido a partir do mecanismo de produção do gás reformado 3 à tubulação de suprimento do gás de combustível 2, e um mecanismo de mistura 5 que é provido em um ponto cruzado em que a tubulação de suprimento do gás de combustível 2 cruza a tubulação de suprimento do gás reformado 4 e mistura o BFG e o gás reformado para ajustar o gás de combustível. 0 sistema de geração de energia da turbina a gás 1 é provido com o mecanismo auxiliar 6 que efetivamente utiliza o calor de escape. A tubulação de suprimento do NG 7, tubulação de suprimento de ar 8 e a tubulação de vapor 91 que fornecem o NG, ar e vapor, que são matérias-primas do gás reformado, sendo conectadas ao mecanismo de produção do gás reformado 3, respectivamente. Além disso, a tubulação de suprimento do vapor de aquecimento 9 que aquece o NG para oxidação parcial e a tubulação de extração da turbina a gás (doravante simplesmente denominada como tubulação de extração) 92 são conectadas ao mecanismo de produção do gás reformado 3. Um controlador 10 é provido ao mecanismo 1 para controlar a produção do gás reformado, fornecimento do gás reformado e controlar a mistura e ajuste do BFG e do gás reformado.

No mecanismo de produção do gás reformado 3, o NG é misturado com o ar para ser parcialmente oxidado para decompor um gás metano (CH4) no NG para, deste modo, produzir um gás hidrogênio (H2) , monóxido de carbono (CO) , dióxido de carbono (C02) e água (H20) . A água condensada é descarregada como dreno, e as outras substâncias são misturadas com o BFG, na forma do gás reformado. Deste modo, o NG é somente decomposto e o hidrogênio puro não é retirado, o mecanismo de pré- tratamento para dessulfuração, removendo alcatrão e naftalina, e outros, não é necessário. Além disso, o CH4, H2 e CO são obtidos como componentes inflamáveis. Ao ajustar uma proporção de mistura entre 0 NG e o ar, uma proporção desses componentes inflamáveis pode ser ajustada. Portanto, a proporção dos componentes inflamáveis pode ser ajustada ao alterar a proporção de mistura de acordo com os componentes do gás de baixa caloria selecionado como 0 gás de combustível. A disposição da tubulação difere dependendo se 0 NG a ser utilizado possui uma baixa pressão ou uma alta pressão, porém são ilustradas conjuntamente na figura 1. Por exemplo, a tubulação de suprimento do gás reformado 4 difere dependendo se o NG possui uma baixa pressão ou uma alta pressão, porém a tubulação de suprimento de gás reformado de baixa pressão 4a e a tubulação de suprimento de gás reformado de alta pressão 4b são ilustradas conjuntamente na figura 1. 0 NG com baixa pressão indica que 0 NG provido ao mecanismo de produção do gás reformado 3 possui uma pressão menor do que a pressão desejada do combustível provido à turbina a gás. 0 NG com alta pressão indica que 0 NG possui uma pressão maior do que a pressão desejada do combustível provido à turbina a gás, por exemplo, um gás natural evaporado obtido ao evaporar o gás natural liquefeito em um local fechado. 0 gás reformado obtido pela utilização do NG de baixa pressão possui uma baixa pressão.

Neste caso, o gás reformado é provido ao mecanismo de mistura 5 através da tubulação de suprimento do gás reformado de baixa pressão 4a, e é misturado com o BFG na mesma. 0 mecanismo de mistura 5 ajusta a quantia do gás reformado que é provido a partir da tubulação de suprimento do gás reformado de baixa pressão 4a ao BFG e fornece o gás de diluição ao BFG conforme exigido, de modo que o teor do gás hidrogênio no gás de combustível fique dentro de uma faixa predeterminada. No sistema de geração de energia da turbina a gás 1, a turbina a gás é operada pela utilização da mistura de BFG reformada como o combustível para gerar energia elétrica. Conforme descrito posteriormente, no mecanismo auxiliar 6, uma caldeira de recuperação de calor 41 que utiliza o calor de escape da turbina a gás 36 e uma turbina a vapor 42 são instaladas.

Quando o NG de alta pressão é utilizado, a tubulação de suprimento de ar de alta pressão 8 é utilizada conforme descrito posteriormente, diferentemente da configuração em que o NG de baixa pressão é utilizado. 0 gás reformado obtido pela utilização do NG de alta pressão possui alta pressão. 0 gás reformado de alta pressão não é alimentado ao mecanismo de mistura 5, porém é diretamente alimentado à tubulação de suprimento do gás de combustível 2 no sistema de geração de energia da turbina a gás 4b e é misturado com o BFG na mesma.

Com referências às figuras 2 a 3, a tubulação e mecanismos 2, 3, 5 e 6 serão descritos.

Primeiramente, a utilização do NG de baixa pressão será descrita; e após isso, a utilização do NG de alta pressão será descrita.

Construção do Mecanismo de Produção do Gás Reformado de Baixa Pressão 3. A figura 2 é uma visão esquemática dos dispositivos e disposição da tubulação do mecanismo de produção do gás reformado 3. Na disposição real, a quantidade de dispositivos, o layout da tubulação e outros, podem ser alterados. Deve ser observado que não somente os dispositivos auxiliares, equipamento auxiliar, dispositivos de manutenção, dispositivos de monitoramento, melhoria de função, melhoria de precisão, melhoria de estabilidade, simplificação e outros, porém também partes detalhadas podem ser, em alguns casos, alterados dentro de um escopo da presente invenção dependendo de um projetista ou um usuário do sistema. 0 mecanismo de produção do gás reformado 3 inclui um primeiro misturador 11 que mistura o NG com o ar, um recipiente de reação 12 que aquece um gás de mistura para oxidação parcial, e um dispositivo de troca de calor 13 que troca o calor entre o gás de mistura a ser provido ao recipiente de reação 12 e a saída de gás quente aquecido através de um processo de reação. Com a finalidade de aquecer o recipiente de reação 12 até uma temperatura exigida para uma reação química do gás de mistura, o vapor é provido a partir da tubulação de suprimento do vapor de aquecimento 9 conectada ao recipiente de reação 12, ou o ar comprimido de alta temperatura extraído é provido através de uma válvula de controle de fluxo 103 a partir de um compressor de ar de turbina a gás 38a (figura 4) pela tubulação de extração 92 conectada ao recipiente de reação 12. Um termômetro 89 é provido à tubulação de extração 89.

No caso em que o ar comprimido de alta temperatura a partir do compressor de ar da turbina a gás 38a não possa ser utilizado, o vapor a partir da tubulação de suprimento de vapor de aquecimento 9 é utilizado por sua vez. 0 vapor ou ar comprimido de alta temperatura é somente provido no momento do início da operação do recipiente de reação 12, e a reação continua pelo calor de reação a partir do próprio gás de mistura assim que a reação se iniciar.

Diversos instrumentos e válvulas de controle de fluxo são providos às respectivas tubulações do mecanismo de produção do gás reformado 3. Os mesmos serão descritos ao longo do fluxo do fluido.

Primeiramente, o HG é provido através da tubulação de suprimento de NG 7 e a válvula de controle de fluxo 51 a um separador de nevoa 14 que remove a umidade do mesmo. Um manômetro 61 e um fluxímetro 71 são providos à tubulação 7 estendendo-se ao primeiro misturador 11 do mecanismo de produção do gás reformado 3. Um manômetro 63 é provido ao primeiro misturador 11, O filtro 15 remove a poeira do ar provido através da tubulação de suprimento de ar 8.

Então, o ventilador de reforço 16 alimenta o ar com uma pressão ao primeiro misturador 11 através das válvulas de controle de fluxo 52a e 52b. No primeiro misturador 11, o ar é misturado com o NG. Um manômetro 62 e um fluxímetro 72 são providos à tubulação de suprimento de ar 8 a jusante da válvula de controle de fluxo 52a. A tubulação de passagem lateral 16a que passa lateralmente ao ventilador de reforço 16 é acoplada à tubulação de suprimento de ar 8. A válvula de controle de fluxo 53 é provida à tubulação de passagem lateral 16a. A tubulação de passagem lateral 16a atua para obter uma taxa de fluxo mínima que permitirá a operação contínua do ventilador de reforço 16.

Enquanto isso, o vapor é provido através da tubulação de vapor 91 e a válvula de controle de fluxo 93 a um terceiro misturador 94 em que o vapor é misturado com o gás de mistura do NG e ar. 0 número de referência 76 designa um fluxímetro.

No mecanismo de produção do gás reformado 3, após o primeiro misturador 11 misturar o ar e o NG e o dispositivo de troca de calor 13 aumentar a temperatura do gás de mistura, o gás de mistura resultante é provido ao recipiente de reação 12. Os termômetros 81 e 82 são providos à tubulação de suprimento do gás de mistura 17 a jusante e a montante do dispositivo de troca de calor 13, respectivamente. Os termômetros 83 e 84 são providos ao recipiente de reação 12 e à tubulação de suprimento do vapor de aquecimento 9, respectivamente. No recipiente de reação 12, o NG é parcialmente oxidado para decompor o CH4 em H2, CO, CO2 e H20. Esses componentes não são separados entre si, porém são providos como o gás reformado à tubulação de suprimento do gás reformado 4. 0 gás reformado na tubulação de suprimento do gás reformado 4 é resfriado pelo gás de mistura do NG e ar no dispositivo de troca de calor 13. Um manômetro 64 e um termômetro 85 são providos a uma porção da tubulação de suprimento do gás reformado 4 entre o recipiente de reação 12 e o dispositivo de troca de calor 13. A tubulação de suprimento do gás reformado 4 estende-se a partir do mecanismo de produção do gás reformado 3 ao segundo misturador 18 do mecanismo de mistura 5. Um dispositivo de resfriamento 19 e um reservatório de compensação 20 são providos a uma porção da tubulação de suprimento do gás reformado 4 que se estende a partir do mecanismo de produção do gás reformado 3. 0 reservatório de compensação 20 atua para absorver uma flutuação na taxa de fluxo do gás reformado. 0 gás reformado é resfriado no dispositivo de resfriamento 19, e o líquido condensado é descarregado como dreno. Após isso, o gás reformado é provido ao segundo misturador 18, enquanto sua taxa de fluxo está sendo controlada pela válvula de controle de fluxo 54 através do reservatório de compensação 21 em que o gás reformado é preenchido. A taxa de fluxo do gás reformado que é controlada pela válvula de controle de fluxo 54 é detectada por um fluxímetro 73 que é provido a jusante da válvula de controle de fluxo 54.

Um termômetro 86, um medidor da concentração de H2 21, um medidor da concentração de O2 22, um medidor da concentração de CO 23 e um medidor da concentração de CH4 24 são providos a uma porção da tubulação de suprimento do gás reformado 4 entre o dispositivo de resfriamento 19 e o reservatório de compensação 20 nesta ordem, em direção ao lado a jusante no fluxo do gás reformado. Um manômetro 64 é provido ao reservatório de compensação 20. A tubulação de passagem lateral 25 que passa lateralmente ao reservatório de compensação 20 é acoplada à tubulação de suprimento do gás reformado 4.

Construção do mecanismo de Mistura 5 Com referência à figura 3, o mecanismo de mistura 5 será descrito. A tubulação de suprimento de BFG 26 é conectada ao mecanismo de mistura 5.

Um termômetro 87, um reservatório de compensação 27 e um manômetro 65 são providos à tubulação de suprimento de BFG 26. O reservatório de compensação 27 atua para suprimir uma flutuação na pressão devido à flutuação da taxa de fluxo ou outros eventos do BFG.

Um medidor da concentração de CH4 111, um medidor da concentração de CO 28, um medidor da concentração de H2 29, 0 segundo misturador 18 e um dispositivo de diluição 30 são providos nesta ordem à tubulação de suprimento do BFG 26 no mecanismo de mistura 5 em direção ao lado a jusante. Esta disposição de dispositivo é ilustrativa, porém não restritiva. 0 BFG e 0 gás reformado (H2, CO, C02, H20 e outros) são misturados no segundo misturador 18 para produzir um gás de mistura (gás de combustível) que é provido a um compressor de combustível 35 (vide figura 4) no sistema de geração de energia da turbina a gás 1 através da tubulação de suprimento do gás de combustível 2, 0 dispositivo de diluição 30 atua para misturar o gás nitrogênio (¾) no gás de combustível, e outros para diminuir a concentração de H2 quando a concentração de H2 do gás de combustível exceder uma faixa predeterminada. A tubulação de suprimento 31 é conectada ao dispositivo de diluição 30 para fornecer o gás N2 ou outros gases como gás de diluição a partir de uma fonte de suprimento (não mostrada). Uma válvula de controle de fluxo 55 e um fluxímetro 74 são providos à tubulação de suprimento do gás de diluição 31.

Um removedor de poeira 32, um medidor da concentração de CO 112, um medidor da concentração de H2 33, um medidor da concentração de CH4 113, um manômetro 66, um termômetro 88 e um medidor de caloria (p.ex., analisador a gás) 34 são providos à tubulação de suprimento de gás de combustível 2 estendendo- se a partir do mecanismo de mistura 5 ao sistema de geração de energia da turbina a gás 1, nesta ordem, em direção ao lado a jusante.

Construção do Sistema de Geração de Energia da Turbina a Gás 1 Com referência à figura 4, 0 compressor de combustível 35 que é acionado por um motor M é provido a tubulação de suprimento de gás de combustível 2 no sistema de geração de energia da turbina a gás 1. O compressor de combustível 35 alimenta 0 gás de combustível com uma pressão a um combustor 37 da turbina a gás 36 através da tubulação de suprimento do gás de combustível 2.

Um fluxímetro 7 5 e uma válvula de controle de fluxo 56 são providos a uma porção da tubulação de suprimento do gás de combustível 2 entre o compressor de combustível 35 e o combustor 37. Um gerador de eletricidade 38 é conectado à turbina a gás 36. 0 símbolo de referência 38 designa um compressor de ar para a turbina a gás. A tubulação de passagem lateral 39 que passa lateralmente ao compressor de combustível 35 é acoplada à tubulação de suprimento do gás de combustível 2. A tubulação de passagem lateral 39 atua para controlar uma pressão do gás de combustível em uma saída do compressor 38a para uma pressão predeterminada, e é provida com uma válvula de controle de fluxo 57 e um dispositivo de resfriamento 40. 0 mecanismo auxiliar 6 provido ao sistema de geração de energia da turbina a gás 1 inclui uma caldeira de recuperação de calor 41, uma turbina a vapor 42 para gerar energia elétrica pela utilização de vapor a partir da caldeira de recuperação de calor 41 e uma chaminé 43 para liberar o gás de escape da turbina a gás. Um gerador de eletricidade 44 é conectado à turbina de vapor 42. A tubulação de suprimento de vapor 45 é provida ao mecanismo auxiliar 6 para fornecer o vapor a partir da caldeira de recuperação de calor 41 para um ponto SUPERIOR desejado de usuário. Uma válvula de controle de fluxo 58 é provida à tubulação de suprimento de vapor 45. A tubulação de suprimento do vapor 45 pode fornecer vapor de aquecimento ao recipiente de reação 12. A operação do sistema de reformação de gás descrito acima é controlada pelo controlador 10. O controlador 10 controla o mecanismo de mistura 5 para melhorar a característica do BFG pela mistura da quantia exigida do gás reformado ou o gás de diluição com o BFG e controla o mecanismo de produção do gás reformado 3 para produzir um gás reformado desejado a partir do gás de mistura do NG e o ar em resposta a um comando de solicitação a partir do mecanismo de controle de mistura 5 conforme descrito abaixo.

Controle do mecanismo de produção do gás reformado 3 O gás reformado que é produzido através da reação química do NG contém teor de hidrogênio e calorias muito maiores do que aqueles do BFG.

Portanto, o mecanismo de produção do gás reformado 3 visa controlar a quantia de produção do gás reformado, a quantia de suprimento do gás reformado ao mecanismo de mistura 5, o teor de hidrogênio do gás reformado e as calorias do gás reformado com a finalidade de estar em conformidade com os valores numéricos desejados. Para atingir esses objetivos, as quantias do NG, ar e vapor que são supridas ao mecanismo de produção do gás reformado 3 e as proporções de mistura dos mesmos são controladas. A proporção de mistura entre o NG e o ar é predeterminada com base em tais fatores conforme a concentração de hidrogênio desejada no gás de combustível exigido por uma turbina a gás, concentração de hidrogênio pré-medída no BFG, capacidade de produção do gás reformado do mecanismo de produção do gás reformado 3, quantia do consumo de combustível durante uma operação de carga completa da turbina a gás e outros. A proporção de mistura predeterminada (proporção de mistura de referência) pode ser em alguns casos alterado conforme a necessidade.

As quantias de suprimento do NG e ar, e a proporção de mistura desses são ajustadas pelo controle dos graus de abertura das válvulas de controle de fluxo 51, 52a e 52b da tubulação 7 e a tubulação 8. A proporção de mistura entre o NG e o ar é controlada por realimentação de modo a atender a proporção de referência descrita acima, com base nas informações medidas a partir dos fluxímetros 71 e 72 da tubulação de suprimento 7 e tubulação 8. A quantia de produção do gás reformado e a quantia de suprimento do gás reformado ao mecanismo de mistura 5 são ajustadas pelo controle da taxa de fluxo do NG pela válvula de controle de fluxo 51 de modo que a pressão interna do primeiro misturador 11 ou a pressão interna do reservatório de compensação 20 na tubulação de suprimento do gás reformado 4, respectivamente, fique dentro das faixas predeterminadas. Caso a taxa de fluxo de NG (medida pelo fluxímetro 71) seja determinada pela válvula de controle de fluxo 51, então um grau de abertura da válvula de controle de fluxo 52 a da tubulação de suprimento de ar 8 é automaticamente decidido, e a taxa de fluxo de ar (medida pelo fluxímetro 72) é controlada pela válvula de controle de fluxo 52b, devido à proporção de mistura do NG e do ar ser fixa. A válvula de controle de fluxo 52a é uma válvula de grau de abertura fixo que automaticamente determina um grau de abertura com base na proporção de mistura entre o NG e ar, A válvula de controle de fluxo 52b opera como uma válvula de controle automático que controla um grau de abertura. A proporção de taxa de fluxo dessas válvulas de controle de fluxo 52a e 52b pode ser ajustada conforme desejado.

Conforme mostrado na figura 5, a caloria do gás reformado é máxima quando uma proporção de volume de ar a ser misturado com o NG (presumindo-se que o CH4 é 100) é zero, e diminui conforme a proporção de volume do ar aumenta. Em contraste, a concentração de hidrogênio no gás reformado é zero quando a proporção de volume do ar com relação ao NG for zero e continuar a aumentar conforme a proporção de volume do ar aumenta até aproximadamente 20 a 35 (%), e então diminui conforme a proporção de volume do ar aumenta. A figura 5 é um gráfico mostrando as calorias do gás de mistura com relação à proporção de mistura do ar com relação ao NG, que se presume conter somente CH4, A Fig. 6 é um gráfico mostrando uma proporção de volume de um componente de combustão principal do gás reformado após ser produzido, com relação à proporção de mistura do ar com relação ao NG, que se presume conter somente CH4. Já que 0 vapor pode aumentar a concentração de hidrogênio no gás reformado quando a proporção de mistura entre o NG e 0 ar é igual, 0 vapor é provido quando o gás reformado que possui concentração de hidrogênio maior do que a produzida pelo controle da proporção de mistura entre o NG e o ar é necessário. As calorias do gás reformado mudam de acordo com a alteração na concentração de hidrogênio, e, conseqüentemente, a concentração de vapor pode ser controlada com a finalidade de controlar as calorias.

Durante a produção do gás reformado, a concentração de oxigênio no gás reformado é controlada de modo a ser um valor predeterminado (p.ex., 1 volume %) ou menos por motivos de segurança. Por este motivo, com base em um resultado detectado do medidor da concentração de O2 22, a válvula de controle de fluxo 52b realiza 0 controle de realimentação de modo a diminuir a proporção de mistura do ar. Além disso, o controlador 10 calcula as calorias do gás reformado com base no resultado detectado a partir do medidor da concentração de Hj 21, 0 medidor da concentração de CO 23, 0 medidor de CH4 24, 0 manômetro 64 e o termômetro 86, com a finalidade de controlar as calorias do gás de combustível. Isto é devido aos componentes inflamáveis no gás reformado obtido pela utilização do NG serem principalmente 0 gás H2, 0 gás CO e 0 gás CH4. Com base nas calorias calculadas, a proporção de mistura do ar é ajustada pela utilização da válvula de controle de fluxo 52b para atingir as calorias desejadas. Quando as calorias são calculadas, a temperatura detectada e a pressão detectada são utilizadas, para corrigir a pressão parcial do vapor.

Controle do mecanismo de Mistura 5 0 controle do mecanismo de mistura 5 visa atingir a concentração de hidrogênio desejada do gás de mistura (gás de combustível) pelo ajuste da quantia do gás de mistura a ser misturado com o BFG a ser provido à turbina a gás 36, pelo envio de um comando para alterar a concentração de hidrogênio para o mecanismo de produção do gás reformado 3, ou pela mistura do gás de diluição com o BFG. Além disso, pelo envio de um comando para alterar as calorias do gás reformado para o mecanismo de produção do gás reformado 3, as calorias do gás de combustível podem ser controladas. Considerando que a quantia do gás de combustível a ser consumido na turbina a gás 36 flutua de acordo com um carregamento da turbina a gás, a quantia do gás reformado, a quantia do gás de diluição e a proporção de mistura entre elas são controladas em associação com o controle de operação da turbina a gás 36. 0 controle do teor de hidrogênio do gás de combustível será descrito. Conforme o gás hidrogênio é combustado em uma velocidade extremamente alta, facilmente inflamável e mantém bem a chama de combustão, o mesmo contribui para a manutenção de combustão estável do BFG de baixa caloria. Portanto, o controlador 10 executa o controle, de modo que a concentração de hidrogênio no gás de combustível seja mantida em um valor predeterminado (p.ex., 4 volume %) com relação ao gás de baixa caloria contendo baixo teor de hidrogênio. Isto é devido, na turbina a gás, a chama de combustão provavelmente desaparece caso o teor de hidrogênio do BFG for 2 volume % ou menor. Uma proporção de mistura projetada e uma proporção de mistura máxima entre o BFG e o gás reformado de acordo com o controle da concentração de hidrogênio pode ser ajustada conforme desejado através de entrada manual. A proporção de mistura projetada e a proporção de mistura máxima serão descritas posteriormente.

Se o valor da concentração de hidrogênio estiver abaixo de um valor predeterminado, mesmo se a quantia de suprimento do gás reformado tiver sido ajustada (aumentada), o controlador 10 envia um alarme (baixo alarme), bem como o comando de aumento da concentração de hidrogênio para o mecanismo de produção do gás reformado 3. Ao receber o comando, o mecanismo de produção do gás reformado 3 altera a proporção de mistura do ar com relação ao NG para, deste modo, aumentar a concentração de hidrogênio no gás reformado. Considerando que a concentração de hidrogênio no gás reformado é máxima quando a proporção de mistura do ar com relação ao NG é de aproximadamente 30 volume %, o vapor é adicionalmente misturado em uma proporção de mistura fixa entre o NG e o ar, se for necessário para aumentar adicionalmente a concentração de hidrogênio no gás reformado. Considerando que as calorias aumentam com o aumento na concentração de hidrogênio, as calorias podem ser controladas pela alteração da proporção de mistura do vapor. Presume-se que o valor máximo da quantia de mistura do vapor é uma pressão saturada ou menos sob uma condição de concentração do terceiro misturador 94.

Se a concentração de hidrogênio do gás reformado estiver sob um valor predeterminado mesmo se a concentração de hidrogênio tiver aumentado ao máximo, o controlador 10 envia o alarme (alarme baixo-baixo} e troca do controle da concentração de hidrogênio para o controle de caloria. Para ser específico, o controlador 10 envia um comando ao mecanismo de produção do gás reformado 3, de modo a aumentar as calorias do gás reformado. Ao receber o comando, o mecanismo de produção do gás reformado 3 altera a proporção de mistura do ar com relação ao NG para, deste modo, aumentar a concentração de hidrogênio no gás reformado. Para ser específico, as calorias do gás reformado são aumentadas pela diminuição da proporção de mistura do ar com relação ao NG.

Se a concentração de hidrogênio estiver acima de um valor predeterminado, mesmo se a quantia de suprimento do gás reformado tiver sido ajustada (diminuída), o controlador 10 envia um alarme (alarme alto), assim como um comando de diminuição da concentração de hidrogênio ao mecanismo de produção do gás reformado 3. Ao receber o comando, o mecanismo de produção do gás reformado 3 altera a proporção de mistura do ar com relação ao NG para, deste modo, aumentar a concentração de hidrogênio no gás reformado.

Se a concentração de hidrogênio estiver acima do valor predeterminado, mesmo se a concentração de hidrogênio do gás reformado tiver sido diminuída ao mínimo, o controlador 10 envia um alarme (alarme alto-alto) e controla a válvula de controle de fluxo 55 na tubulação de suprimento do gás de diluição 31 para atingir uma taxa de fluxo desejada (detectada pelo fluxímetro 74) do gás de diluição a ser provido ao dispositivo de diluição 30, de modo que o valor da concentração de hidrogênio atenda um valor predeterminado.

Como o gás de diluição, ο N2 é normalmente utilizado, porém não limitado com relação a isso. O controle acima é executado para manter a concentração de hidrogênio no BFG utilizado como o gás de combustível em um valor predeterminado.

Existem gases de subproduto de baixa caloria em que a concentração de hidrogênio é suficiente e estável (5 volume % ou mais). Entretanto, mesmo nesses gases de subproduto de baixa caloria, as calorias (calorias do gás) podem por vezes flutuar dependendo da alteração de uma condição de operação em um processo de operação principal. Para lidar com tal flutuação de caloria, 0 controle (controle de caloria) para manter uma operação para a estabilização das calorias do gás de combustível pode ser executado.

Para ser específico, com base nos resultados detectados a partir dos fluxímetros 73, 74 e 75 providos à tubulação de suprimento do gás reformado 4 e a tubulação de suprimento do gás de combustível 2, e os resultados detectados a partir do medidor da concentração de H2 29, 0 medidor da concentração de CO 28, 0 medidor da concentração de CH4 111, 0 manômetro 65 e o termômetro 87, que são providos à tubulação de suprimento do gás de combustível 2, as calorias do BFG são calculadas. Além disso, com base nos resultados detectados a partir do fluxímetro 73, o medidor da concentração de H2, o medidor da concentração de CO 23, 0 medidor da concentração de CH4 24, 0 manômetro 64 e 0 termômetro 86 que são providos à tubulação de suprimento do gás reformado 4, as calorias do gás reformado são calculadas. Este controle é executado para aumentar as calorias do gás de combustível até valores desejados pelo suprimento do gás reformado com maiores calorias a partir da tubulação de suprimento do gás reformado 4 quando as calorias totais das calorias do BFG e as calorias do gás reformado estão sob as calorias exigidas para operar a turbina a gás 36. A quantia de suprimento do gás reformado é controlada pela válvula de controle de fluxo 54. Quando as calorias são calculadas, as temperaturas detectadas e as pressões detectadas são utilizadas para corrigir a pressão parcial do vapor.

Os medidores da concentração 21, 23, 24, 28, 29 e 111 para os gases de componente são utilizados para detectar a concentração para cálculo das calorias, pois suas velocidades de detecção são altas e, portanto, são adequados para controle de processo. Em contraste, 0 medidor da caloria 34 é utilizado para monitorar uma alteração das características do gás de combustível, pois sua velocidade de detecção é lenta, porém é capaz de medir precisamente o componente de gás. Portanto, o medidor de caloria 34 mede um componente inflamável do gás de combustível obtido pela mistura do gás reformado com o BFG e realimenta o componente inflamável para o controlador 10.

Para melhorar a receptividade pelo aumento da velocidade de detecção do valor calorífico (concentração do componente inflamável) do gás de combustível, o valor calorífico a ser calculado pela utilização das concentrações dos componentes inflamáveis que foi detectado pelo medidor da concentração de CO 112, o medidor da concentração de H2 33 e o medidor da concentração de CH4 113, que é provido à tubulação de suprimento do gás de combustível 2, pode ser corrigido com base em um teor de água calculado a partir da pressão e temperatura medidas pelo manômetro 66 e 0 termômetro 88, respectivamente. Se as calorias do gás de combustível após a mistura estiverem acima de um valor de limite superior de uma largura de flutuação de caloria permissível da turbina a gás, o gás de diluição, tal como, 0 gás N2, e outros, é provido a partir da tubulação de suprimento do gás de diluição 31 para reduzir as calorias.

Uma proporção de mistura projetada, uma proporção de mistura mínima e uma proporção de mistura máxima do gás reformado ao BFG neste controle de caloria podem ser adequadamente ajustadas conforme desejado através da entrada manual. Isto é devido às composições do BFG variarem para cada alto-forno e para cada condição de operação e, portanto, a composição associada do gás reformado inevitavelmente varia. Conforme descrito acima, alguns gases de subproduto de baixa caloria contêm hidrogênio com alta concentração de 5 volume % ou mais, considerando que alguns gases de subproduto de baixa caloria, por exemplo, o BFG, contêm hidrogênio com baixa concentração. Em tais gases, também é desejável manter uma concentração de hidrogênio predeterminada mesmo também durante o controle de caloria. Isto é devido ao gás hidrogênio facilmente inflamar-se e ser necessário para a combustão estável para manter bem a chama de combustão. A proporção de mistura projetada acima mencionada é uma proporção de mistura do gás reformado com uma concentração de hidrogênio projetada com relação ao BFG possuindo uma determinada concentração de hidrogênio, e é uma proporção obtida pelo cálculo em uma etapa projetada. Através da obtenção da proporção de mistura projetada em uma etapa projetada, a receptividade do controle de caloria para a alteração de concentração de hidrogênio no BFG é deste modo melhorada. 0 ajuste ideal da proporção de mistura é realizado pelo controle de realimentação com base no resultado detectado a partir do medidor da concentração de H2 da tubulação de suprimento do gás de combustível 2. A proporção de mistura máxima é um valor de limite superior da proporção de mistura que é predeterminada com a finalidade de impedir a mistura excessiva do gás reformado, que pode ser provocada por sinais de erro dos instrumentos. Da mesma forma, a proporção de mistura mínima é um valor de limite inferior da proporção de mistura que é predeterminada para impedir a deficiência de mistura (deficiência de caloria) do gás reformado, que pode ser provocada por sinais de erro dos instrumentos.

Abaixo, o controle de caloria específico será descrito. Se as calorias do gás de combustível estiverem sob uma faixa predeterminada durante a operação normal, então o controlador 10 aumenta o grau de abertura da válvula de controle de fluxo 54 da tubulação de suprimento do gás reformado 4 para aumentar a taxa de fluxo (detectada pelo fluxímetro 73) do gás reformado que é provido ao segundo misturador 18, de modo que as calorias do gás de combustível atinjam um valor predeterminado.

Se as calorias do gás de combustível estiverem sob o valor ajustado, mesmo se a taxa de fluxo do gás reformado tiver sido aumentada, então o controlador 10 envia um alarme (alarme baixo), bem como um comando de aumento de caloria ao mecanismo de produção do gás reformado 3. Ao receber o comando, o mecanismo de produção do gás reformado 3 altera a proporção de mistura do ar com relação ao NG para, deste modo, aumentar as calorias do gás reformado. A quantia de ajuste da proporção de mistura do ar com relação ao NG é determinada para estar em conformidade com a tendência do gráfico da figura 5. Além disso, pela alteração da proporção de mistura do vapor, conforme desejado, as calorias do gás reformado são aumentadas.

Se as calorias do gás de combustível estiverem sob um valor predeterminado, mesmo se as calorias do gás reformado tiverem aumentado ao máximo, o controlador 10 envia um alarme (alarme baixo-baixo) . Em resposta a isso, um operador toma uma medida adequada.

Por outro lado, se as calorias estiverem acima do valor de limite superior predeterminado, mesmo se a quantia de suprimento do gás reformado tiver sido ajustada (diminuída), então o controlador 10 envia um alarme (alarme alto), bem como um comando de diminuição de caloria ao mecanismo de produção do gás reformado 3. Ao receber o comando, o mecanismo de produção do gás reformado 3 altera a proporção de mistura do ar com relação ao NG para, deste modo, diminuir as calorias do gás reformado.

Se as calorias do gás de combustível estiverem acima de um valor de limite superior predeterminado, mesmo se as calorias do gás reformado tiverem sido diminuídas ao mínimo, então o controlador 10 envia um alarme (alarme alto-alto) e controle a válvula de controle de fluxo 55 da tubulação de suprimento do gás de diluição 31, com a finalidade de atingir uma taxa de fluxo desejada (detectada pelo fluxímetro 74} do gás de diluição a ser provido ao dispositivo de diluição 30. É desejável alterar a proporção de mistura entre o NG e o ar em consideração ao atraso de tempo que ocorre devido ao procedimento de mistura durante o controle da concentração de hidrogênio e controle da caloria. O controle de caloria acima mencionado do gás de combustível é executado para diretamente aumentar e diminuir as calorias através do suprimento do gás reformado ou gás de diluição enquanto detecta as calorias do gás de combustível.

Em seguida, com referências às figuras 7 a 9, a distinção no mecanismo pela utilização do NG de alta pressão ao invés do NG de baixa pressão acima mencionado será descrita.

Quando o NG de alta pressão é utilizado, é necessário suprir ar de alta pressão. Com referência às figuras 7 e 8, dois tipos de tubulação de suprimento de ar de alta pressão 8 serão descritos. Na figura 7, a tubulação na faixa indicada pelas duas linhas pontilhadas para a aplicação de alta pressão substitui a parte A da tubulação de suprimento do ar de baixa pressão 8 cercada pela linha dupla pontilhada na figura 2. 0 ar de alta temperatura e alta pressão, extraídos através da tubulação de extração 92 acoplada a um compressor de ar 38a em uma turbina a gás descrita posteriormente, é guiado à tubulação de suprimento do ar 8 da figura 7, enquanto sua taxa de fluxo é controlada pela válvula de controle de fluxo 103. Um compressor de ar de aumento de pressão 95 é provido à tubulação de suprimento do ar 8 a jusante das válvulas de controle de fluxo acima mencionadas 52a e 52b. A tubulação de passagem lateral 95 que passa lateralmente ao compressor 95 é acoplada à tubulação de suprimento do ar 8. Um dispositivo de resfriamento do ar 97 e uma válvula de controle de fluxo 98 para impedir a sobretensão do compressor 95 são providos à tubulação de passagem lateral 96. Desta forma, o ar de alta temperatura e alta pressão a partir do compressor de ar 38a na turbina a gás pode ser utilizado.

Assim como na tubulação de suprimento do ar de baixa pressão 8 da figura 2, o ar de baixa pressão é provido à tubulação de suprimento do ar 8 da Fig. 8. Um compressor de ar de alta pressão 99 é provido à tubulação de suprimento do ar de alta pressão 8 ao invés do ventilador de reforço 16 na tubulação de suprimento do ar de baixa pressão 8 da figura 2. A tubulação de passagem lateral 100 que passa lateralmente ao compressor de ar 99 é acoplada à tubulação de suprimento do ar 8. Um dispositivo de resfriamento de ar 101 e uma válvula de controle de fluxo 103 para impedir a sobretensao do compressor de aumento da pressão 99 são providos à tubulação de passagem lateral 100. A figura 9 mostra uma disposição da tubulação do sistema de geração de energia da turbina a gás 1 utilizando o gás reformado de alta pressão produzido a partir do NG de alta pressão, que corresponde à disposição da tubulação do gás reformado de baixa pressão mostrado nas figuras 3 e 4. Aqui, o mecanismo de mistura 5 para ajustar a mistura do gás reformado com o NG não é disposto de modo integrado diferente daquele disposto na figura 3. Para ser mais específico, conforme mostrado, o manômetro 65, o medidor da concentração de CO 28 e o medidor da concentração de H2 29 do mecanismo de ajuste de mistura 5 são separadamente providos a montante do compressor de combustível 35, e um quarto misturador 104 para misturar o gás reformado com o BFG, e a tubulação de suprimento do gás de diluição 31 em que a válvula de controle de fluxo 55, o fluxímetro 74 e o dispositivo de diluição 30 são providos a jusante do compressor de combustível 35. Desta forma, os componentes do mecanismo de ajuste de mistura 5 são separadamente providos a montante e a jusante do compressor de combustível 35. Isto é devido ao fato de que o gás reformado possui uma alta pressão e não existe a necessidade de aumentar a pressão do gás reformado pela utilização do compressor de combustível 35, e, portanto, a tubulação de suprimento do gás reformado 4 é acoplada ao lado a jusante do compressor de combustível 35. A tubulação de extração 92 é conectada ao compressor de ar 38a na turbina a gás 36. 0 ar de alta temperatura e alta pressão é alimentado a partir do compressor de ar 38a para a tubulação de suprimento do ar 8 estendendo-se ao mecanismo de produção do gás reformado 3 através da tubulação de extração 92. A configuração acima descrita é diferente daquela disposição da tubulação para o gás reformado de baixa pressão das figuras 3 e 4.

Em conformidade com a presente invenção, o NG que é substancialmente livre de impurezas é decomposto para produzir um gás limpo contendo um gás hidrogênio com uma concentração desejada, e o gás limpo é habilmente misturado com o gás de baixa caloria com características instáveis, conseqüentemente realizando a combustão estável contínua da turbina a gás sem o equipamento de pré-tratamento do combustível de gás em larga escala convencional.

Claims (19)

1. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", caracterizado pelo fato de compreender: um mecanismo de produção do gás reformado incluindo uma linha de suprimento do gás natural e uma linha de suprimento do ar, e um recipiente de reação em que um gás natural e ar são misturados e são reformados através de reação química para produzir um gás reformado contendo um gás hidrogênio; um mecanismo de mistura que mistura um gás de baixa caloria com o gás reformado que é provido a partir do mecanismo de produção do gás reformado para produzir um gás de combustível a ser provido ao mecanismo de turbina a gás; uma passagem de suprimento do gás reformado através da qual o gás reformado é provido a partir do mecanismo de produção do gás reformado ao mecanismo de mistura; uma passagem de suprimento do gás de combustível em que o gás de combustível é provido a partir do mecanismo de mistura ao mecanismo de turbina a gás; e um controlador que controla a operação do mecanismo de produção do gás reformado e operação do mecanismo de mistura.

2. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de produção do gás reformado ainda inclui uma linha de suprimento de vapor, e provê, ao mecanismo de mistura, o gás reformado produzido pela adição de vapor a um gás de mistura do gás natural e ar pela reformação do gás de mistura e vapor através da reação química.

3. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, ainda compreendendo: um detector da concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para controlar uma quantia do gás reformado que é provido a partir do mecanismo de produção do gás reformado ao mecanismo de mistura, com base no resultado detectado do detector de concentração de hidrogênio.

4. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, ainda compreendendo: um detector da concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural e o ar no mecanismo de produção do gás reformado com base no resultado detectado a partir do detector da concentração de hidrogênio para alterar a concentração de hidrogênio do gás reformado.

5. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 2, ainda compreendendo: um detector da concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural, o ar e o vapor no mecanismo de produção do gás reformado com base no resultado detectado a partir do detector da concentração de hidrogênio para alterar a concentração de hidrogênio do gás reformado.

6. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, ainda compreendendo: um detector da concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; e um dispositivo de suprimento do gás de diluição que é provido ao mecanismo de mistura para diluir o gás de combustível com um gás de diluição; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para misturar o gás de diluição que é provido a partir do dispositivo de suprimento do gás de diluição com o gás de combustível, com base no resultado detectado a partir do detector da concentração de hidrogênio.

7. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, ainda compreendendo: um detector da concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural e o ar no mecanismo de produção do gás reformado, com base no resultado detectado a partir do detector da concentração de hidrogênio para ajustar as calorias do gás reformado.

8. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 2, ainda compreendendo: um detector da concentração de hidrogênio que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural, o ar e o vapor no mecanismo de produção do gás reformado, com base no resultado detectado a partir do detector da concentração de hidrogênio para ajustar as calorias do gás reformado.

9. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, ainda compreendendo: um meio de medição de caloria que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para controlar uma quantia do gás reformado que é provido a partir do mecanismo de produção do gás reformado para o mecanismo de mistura, com base no resultado detectado a partir do meio de medição de caloria.

10. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, ainda compreendendo: um meio de medição de caloria que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural no mecanismo de produção do gás reformado, com base no resultado detectado a partir do meio de medição de caloria para ajustar as calorias do gás reformado.

11. «SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 2, ainda compreendendo: um meio de medição de caloria que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para alterar uma proporção de mistura entre o gás natural, o ar e o vapor no mecanismo de produção do gás reformado, com base no resultado detectado a partir do meio de medição de caloria para ajustar as calorias do gás reformado.

12. «SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, ainda compreendendo: um meio de medição de caloria que é provido à passagem de suprimento do combustível para medir uma pressão interna da passagem de suprimento do gás de combustível; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para controlar uma quantia do gás reformado que é provido a partir do mecanismo de produção do gás reformado ao mecanismo de mistura, com base no resultado detectado a partir do meio de medição de pressão.

13. «SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1 ou 12, ainda compreendendo: um meio de medição de caloria que é provido a pelo menos a passagem de suprimento do gás de combustível, da passagem de suprimento do gás reformado e passagem de suprimento do gás de combustível; um dispositivo de suprimento do gás de diluição que é provido ao mecanismo de mistura para diluir o gás de combustível com um gás de diluição; caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para misturar o gás de diluição que é provido a partir do dispositivo de suprimento do gás de diluição com o gás de combustível, com base no resultado detectado a partir do meio de medição de caloria.

14. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de produção do gás reformado ainda inclui uma linha de suprimento do vapor de aquecimento que provê vapor d-e aquecimento a partir do mecanismo da turbina a gás com a finalidade de promover a reação química no recipiente de reação.

15. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 14, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de produção do gás reformado ainda inclui uma linha de extração que extrai ar comprimido de alta temperatura a partir do mecanismo de turbina a gás e provê o ar extraído ao recipiente de reação para aquecimento, com a finalidade de promover a reação química no recipiente de reação, e é configurado para prover de modo seletivo o vapor ou o ar extraído de alta temperatura.

16. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de produção do gás reformado inclui o meio de troca de calor na passagem de suprimento do gás reformado, o meio de troca de calor sendo configurado para trocar o calor entre o gás de mistura do gás natural e o ar que é provido ao recipiente de reação e gás reformado que é provido ao dispositivo de ajuste de mistura.

17. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS"', conforme o reivindicado em 1, caracterizado pelo fato de que a passagem de suprimento do gás reformado é provida com um meio de resfriamento que resfria o gás reformado que é provido ao mecanismo de mistura.

18. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 17, caracterizado pelo fato de que o meio de resfriamento é provido a jusante do meio de troca de calor na passagem de suprimento do gás reformado e é configurado para condensar e remover o líquido no gás reformado.

19. "SISTEMA DE REFORMAÇÃO DE GÁS", conforme o reivindicado em 1, caracterizado pelo fato de que a passagem de suprimento do gás reformado é provida com um tampão que é adaptado para absorver uma flutuação na taxa de fluxo do gás reformado para estabilizar uma pressão do gás reformado que é suprido ao mecanismo de mistura.