DK172216B1 - Fremgangsmåde ved overføring af den frie varme fra en varm, forurenet gasstrøm til en koldere, ren gasstrøm - Google Patents

Description

i DK 172216 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde ved overføring af den frie varme fra en varm, forurenet rågas, som fremkommer ved forgasning af brændstoffer med oxy-genholdige gasser, til den kolde rengas, som skal til-5 føres gasturbinen i et GUD- (gas- og dampturbine-) kraftværk.

En sådan fremgangsmåde kendes fra EP-A-0 185 841.

Ved forgasningen af navnlig faste brændstoffer 10 drejer det sig om at overføre den ved forgasningen opstående, til den forurenede rågas bundne, frie varme til den kolde rensede rengas, når den rene gas skal foreligge på et af den videre anvendelse krævet højere temperaturniveau. Det tilstræbes derfor til optimering 15 af den samlede virkningsgrad at påtrykke mest mulig varme gennem denne spildvarmeudnyttelse af rågasfrem-bringelsen på den rene gas til den videre udnyttelse i gasturbinen.

Til forøgelse af massestrømmen til gasturbinen 20 bliver den rene gas iblandet nitrogen. På grund af faren for selvantændelse ved iblanding af oxygenholdigt 0 nitrogen, kan den rene gas kun opvarmes til 360 C i varmeveksleren. Deraf følger en høj udgangstemperatur for rågassen, medens der til opnåelsen af en høj ter-25 misk virkningsgrad i spildvarmeudnyttelsen på rågassi-den tilstræbes en lav udløbstemperatur.

Ved en kendt udformning, en såkaldt "quenchlo-sen Konzeption", har rågassen og rengassen omtrent samme volumenstrøm og derfor bliver rågas/rengas-varme-30 veksleren ved tilstræbt lav rågasudløbstemperatur et bekosteligt element på grund af den store varmevekslingsflade.

Rågas/rengas-varmeveksleren er i reglen koblet foran en bag forgasseren koblet spildvarmekedel, hvis 35 udløbstemperatur ved stor spildvarmeudnyttelse ligeledes må tilstræbes at være lav, hvorved også dette ele- DK 172216 Bl 2 ment som følge af dets store volumen ved lave udløbstemperaturer bliver bekosteligt.

Heraf følger, at ved god udnyttelse af den frie varme i forgasningsrågassen forårsager spildvarmekedel· 5 og rågas/rengas-varmeveksler meget høje anlægsomkostninger .

Formålet med opfindelsen er derfor, at forbedre fremgangsmåden af den indledningsvist beskrevne art i den retning, at anlægsomkostningerne ved samme høje 10 termiske udnyttelsesgrad kan formindskes væsentligt.

Da varmeovergangsforholdene i det væsentlige er forudgivet fysisk, kan dette mål kun nås gennem ændring af gradienterne, dvs. temperaturforskellene mellem det varmeafgivende og det varmeoptagende medium.

15 Formålet opfyldes ved hjælp af det i krav 1 an givne .

Til løsning af den nævnte opgave foreslås det ifølge opfindelsen, at der indsprøjtes vand i den koldere gasstrøm. Denne indsprøjtning kan ske i ét trin.

20 Ifølge et yderligere kendetegn ved opfindelsen kan indsprøjtningen af vand dog også ske i flere trin. I alle fald må det naturligvis herved påses, at der ikke optræder nogen dugpunktsunderskridelser på rågassiden.

Ved hjælp af indsprøjtningen af vand forøges 25 gradienten i varmeveksleren. Endvidere forøges den overførte varmestrøm gennem forøgelsen af den køligere gasmassestrøm efter vandindsprøjtningen.

Ved forgasningsanlægget med tilknyttet GUD-kraftværk kan, som følge af den opfindelsesmæssige for-30 holdsregel, det efter forgasningen anbragte spildvarmeudnyttelsesanlæg mindskes.

Den som regel efter spildvarmekedlens strålingsdel anbragte konvektionsdel bliver meget lille eller kan bortfalde. Efter strålingskedlen følger umiddelbart 35 rågas/rengas-varmeveksleren. Således bliver summen af de installerede varmeflader og dermed anlægsomkostningerne minimeret.

DK 172216 B1 3

Det er endvidere fordelagtigt at rengassens udløbstemperatur kan påvirkes gennem regulering af den indsprøjtede vandmængde, og på denne måde kan indvirkningen af en tilsmudsning på rågassiden modvirkes ved 5 hjælp af påvirkningen på rengassens udløbstemperatur.

Vand- eller vanddampindholdet i rengassen bevirker, ud over en stigning i varme- og massestrøm, som bidrager til ydelsesstigningen for den efterfølgende gasturbine, en gunstig indflydelse på NOx-emissionen i 10 gasturbinens brændkammer og dermed på NOx-indholdet i udstødsgassen, hvilket er et krav ud fra miljøteknisk synspunkt. Det ventes ligeledes, at rengastemperaturen i kraft af vanddampindholdet kan hæves til over den hidtil sædvanlige temperatur da selvantændelsestempera-15 turen bliver forskudt opad.

Opfindelsen vil i det følgende blive forklaret nærmere ved hjælp af et udførelseseksempel med henvisning til den skematiske tegning, hvis eneste figur viser en udførelsesform for opfindelsen.

20 Rågassen løber i en mængdestrøm på 108.216

Nm^/h Qg ve(3 en temperatur på 700°C ind i rågas/ren- 0

gas-varmeveksleren ved 1 og ud ved 2 ved 300 C. I

modstrøm strømmer den ligeså store rengasstrøm ved 3 ind med ca. 40°C i en dampopvarmet forvarmer, som den 0 25 forlader med 150 C, for ved 4 at løbe ind i det første trin af rågas/rengas-varmeveksleren. Opvarmet til 0 250 C tages rengassen ud og afkøles ved 5 med 7 t/h vand til 158°C. Ved 6 løber 116.922 Nm3/h blandet rengas/vanddamp ind i det andet trin og bliver opvarmet 30 til 250°C, udtages og afkøles ved 7 med 7,5 t/h vand til 170°C. Ved 8 løber 126.251 NmVh rengas og vanddamp ind i det 3. trin, som forlades med sluttemperatu-ren 360°C.

Rågassen køles i det 3. trin til 486°C og i det 35 2. trin til 400eC. I alt overføres 14,54 Mio. kcal/h i modsætning til 7,4 Mio kcal/h ved et sammenligningstil-

Claims (2)

1. Fremgangsmåde ved overføring af den frie var-20 me fra en varm, forurenet rågas, som fremkommer ved forgasning af brændstoffer med oxygenholdige gasser, til den kolde rengas, som skal tilføres gasturbinen i et GUD-kraftværk, under anvendelse af en rågas/rengas-varmeveksler, kendetegnet ved, at der i 25 rengasstrømmen i et eller flere trin indsprøjtes vand, hvorved rengassen med henblik på vandindsprøjtning tages ud af varmeveksleren og efterfølgende ledes ind i den igen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav l, kende-30 tegnet ved, at vandindsprøjtningen i rengasstrømmen sker, såsnart denne i varmeveksleren har opnået en temperatur på 250eC.