FI107283B - Menetelmä polttoprosessia käyttävän saasteettoman voimalaitoksen konstruoimiseksi kaasuturbiinivoimalaitoksesta - Google Patents

Description

107283

Menetelmä polttoprosessia käyttävän saasteettoman voimalaitoksen konstruoimiseksi kaasuturbiinivoimalaitoksesta

Keksinnön kohteena on menetelmä polttoprosessia käyttävän saasteettoman 5 voimalaitoksen konstruoimiseksi kaasuturbiinivoimalaitoksesta, jossa menetelmässä voimalaitoksen savukaasu paineistetaan kompressoriosassa, jossa paineisesta savukaasusta poistetaan hiilidioksidi tätä painetta hyväksikäyttäen kuten nesteyttämällä ja palotilan jälkeisistä savukaasuista, ennen niiden paineistamista, otetaan lämpöä talteen lämmönvaihtimessa.

10 Käytännössä tunnettuja menetelmiä polttoprosessilla toimivien voimalaitosten konstruoimiseksi siten, että saadaan energiaa (sähkö + lämpö) kohtuulliseen hintaan ja että voimala ei päästä ilmaan käytännöllisesti katsoen mitään saasteita ei ole esitetty. Suurimpana nykyongelmana on hiilidioksidin pääsy ilmake-15 hään, joka edelleen aiheuttaa kasvihuoneilmiötä, ja eräät voimalaitosten muut päästöt kuten dityppioksidi aiheuttaa yläilmakehään otsonikatoa. Useiden tutkimusten mukaan näistä aiheutuvat ilmaston muutokset ovat suurin uhka ihmiskunnalle.

20 Alussa mainittua tyyppiä oleva menetelmä tunnetaan patenttijulkaisusta US- 5,321,946. Tässä tunnetussa menetelmässä kattilasta tuleva kaasu nesteyte- : tään sen jälkeen, kun kaasu on suodatettu ja jäähdytetty esilämmittämällä • · » • ·' palamiseen tarvittavaa ilmaa. Savukaasujen lämpöenergian hyväksikäyttöaste jää vähäiseksi ja ongelmaksi muodostuvat kompressoriosassa poistamattomat • « *···’ 25 savukaasukomponentit.

• · · • · · • · • ·· • · · , *** ' Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan parannettu menetelmä, jossa läm- ... mön talteenottoa savukaasuista voidaan tehostaa ja kompressoriosassa poistu- • ♦ mattomat savukaasukomponentit voidaan käyttää energiatalouden parantami-30 seen samalla, kun niiden haitta-ainepitoisuus vähenee.

* «

Keksinnön tarkoitus saavutetaan menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä •«· v · on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

• · • · # • · · • · 2 107283

Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön edullisia sovelli-tusmuotoja.

Keksinnössä on kehitetty menetelmä käytännössä saasteettoman voimalaito<-5 sen konstruoimiseksi. Voimalassa voi käyttää periaatteessa mitä tahansa po t-toainetta ja tuottaa siitä hyvällä hyötysuhteella sähköä ja kaukolämpöä tai lämpöä muuhun tarkoitukseen. Käyttölämmön ja sähkön tuotannon suhdetta voi tietyissä rajoissa säädellä.

10 Keksityn menetelmän toteuttamiseksi on konstruoitu polttotekniikkaa käyttävä voimalaitos siten, että käytännöllisesti katsoen kaikki saasteet kuten lentotuh-ka, hiilidioksidi, typen ja rikin oksidit poistetaan kokonaan savukaasuista. Prosessi toimii siten, että sähkön ja lämmön tuotantokustannukset eivät sanottavasti nouse, koska konstruktion mukainen laitos tuottaa huomattavasti pareni-15 maila hyötysuhteella energiaa vaikka onkin sitä kalliimpi. Konstruktion hyvän hyötysuhteen lähteenä on monipolttoaineinen kaasukombivoimala, jonka kai i-sunkäsittelyosaan on yhdistetty hiilidioksidin ja muiden saastuttavien kaasujen nesteytys (rikin oksidit ja typen oksidit nesteytyvät hiilidioksidin joukkoon ja voidaan haluttaessa tislata erilleen toisistaan) sekä lämpöpumppu, joka tuottaa 20 kaukolämmön kompressorien tuottamasta puristuslämmöstä.

: Seuraavassa keksintöä selostetaan lähemmin suoritusesimerkin avulla.

• · e • · · • · • ·

Kuva 1 esittää keksityn energiantuottomenetelmän konstruktiota laitekaaviora. 25 • 1 • · · ‘lm\ Seuraavaksi selvitetään kuvan 1 avulla voimalaitoskonstruktio. Polttoaine poi- • · · ’1' 1 tetaan kattilassa 1, josta savukaasut johdetaan hiukkaserottimen 15 (esimerl· ik- ... si sähkösuodatin) kautta lämmönvaihtimeen 2, jossa sen lämpö vaihdetaan • · « « takaisin savukaasuun, kun se on tullut kompressoriyksiköistä 5 ja menee kor- < 30 keapaineturbiiniin 8. Kompressoriyksiköt on tehty monivaiheisiksi ja usein on « • ·««1 ’ ' myös taloudellista valita ne siten, että niiden painesuhde on vakio. Kompresso rien välijäähdytyksistä 6 otetaan talteen lämpöenergia 7, joka käytetään esi- « « · v : merkiksi kaukolämpönä. Viimeisen kompressorin jälkeen paine on nostettu n in «« I « 3 107283 korkeaksi, että hiilidioksidi nesteytyy paineastiaan 13, josta se voidaan laskea pois nesteenä esimerkiksi meren syvänteeseen tai ottaa käyttöön raaka-aineeksi. Kompressorisysteemi toimii myös lämpöpumppuna pumpaten energiaa alemmasta lämpötilasta (lauhdevesi) korkeampaan lämpötilaan eli käytettäväk-5 si 7 mekaanisen työn avulla.

Korkeapaineturbiini 8 pyörittää yleensä kompressoreita ja sen ulostulokaasu pyörittää usein tulistuksen 14 jälkeen matalapainekaasuturbiinia 9, joka antaa nettotehoa sähkögeneraattorille 12. Matalapaineturbiinin kuumat kaasut vie-10 dään jätelämpöhöyrykattilaan 3, jonka jälkeen ne osittain kaukolämmön saannin tehostamiseksi kierrätetään 4 takaisin lämmönvaihtimen 2 kautta prosessiin. Savukaasut sisältävät uloslaskettaessa käytännössä vain typpeä, ylimäärä-hapen ja jalokaasut. Höyrykattilan höyryt voidaan myös haluttaessa tulistaa varsinaisen kattilan 1 tulistimessa 14 energeettisistä ja lämpötilan säätö syistä. 15 Höyrykattilan jälkeen on normaali höyryvoimaprosessi höyryturbiineineen 10 ja lauhduttimineen 11. Höyryturbiinin 10 energia taas muutetaan sähköenergiaksi generaattorilla 12.

Voimalaitoksessa säädetään kaukolämmön lämpötilaa, kaukolämmön tuotantoa : '·· 20 ja hiilidioksidin erotusastetta karkeasti seuraavilla keinoilla: • · · : *.·’ 1. Kaukolämmön lämpötila säädetään suoraan kompressorien lukumäärällä eli « kun kompressorien lukumäärää nostetaan lähenee adiabaattinen puristus- • ·· prosessi isotermista ja "hukkalämpöä" tulee vähemmän.

• · *W 2. Kaukolämmön määrää säädetään savukaasujen kierrätyssuhteella (4) eli «»· ** 25 annetaan kompressorisysteemin (5) toimia enemmän lämpöpumppuna.

3. Hiilidioksidin erotusaste määritetään nesteytymispaineen ylipaineen avulla, - *φ>* joka tietysti vähentää kasvaessaan hiilidioksidin höyrynpainetta, joka aiheuttaa • · *:** jäämän poistettavaan savukaasuun.

( C C

« « « f « :: 30 Laskennallisena energiantuotantona normaaleille polttoaineille saadaan neljäl- : Y: lä kompressorilla esimerkiksi • · • · · • ♦ ♦ • · 4 107283

Kierrätys O 1 Sähkö 48 % 43 %

Kaukolämpö (130 °C) 19% 38% 5 Laskuesimerkissä nollakierrätykseilä kattilan 1 energiasta osa on siirretty suoraan höyrykattilaan 3, jottei savukaasu ole liian kuumaa korkeapaineturbiinillei 8. Lauhdelämpötilat ovat aina pidettävä mahdollisimman matalina (5 -15 °C).

Keksintöä ei rajata esitettyyn sovellukseen vaan sitä voidaan muunnella patent-10 tivaatimusten puitteissa.

• · · • · · • · · • · • · • · ··· • · • · ·· · • · • · · • · « • · • · · • 1 · • · · ·«··· • · ··· • · • · · • t C ( < < e • « « « « * t • · • « t « • · • · · • · « • · · • · · • « · • ·

Claims (6)

5 107283

1. Menetelmä polttoprosessia käyttävän saasteettoman voimalaitoksen konstruoimiseksi kaasuturbiinivoimalaitoksesta, jossa menetelmässä voimalaitoksen 5 savukaasu paineistetaan kompressoriosassa (5), jossa paineisesta savukaasusta poistetaan hiilidioksidi tätä painetta hyväksikäyttäen kuten nesteyttä-mällä ja palotilan jälkeisistä savukaasuista, ennen niiden paineistamista, otetaan lämpöä talteen lämmönvaihtimessa (2), tunnettu siitä, että lämmönvaihti-messa (2) siirretään lämpöä takaisin painostuksen jälkeiseen kaasuun, joka 10 muodostuu kompressoriosassa (5) poistumattomista savukaasukomponenteis-ta, jotka lämmönvaihtimessa (2) kuumennuksen jälkeen toimivat voimalan ajoai-neena pyörittäen kaasuturbiinia (8, 9).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompresso-15 riosassa (5) olevien kompressorien puristusprosessien lämpöenergia otetaan käyttöön, kuten kaukolämpönä (7).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että komp-ressoriosan (5) kompressoreista saadun lämpöenergian lämpötilaa säädetään : *·· 20 välijäähdytteisten kompressorien lukumäärällä ja määrää säädetään kierrättä- • · I : *.·' mällä (4) savukaasua takaisin lisäämään kompressoriosan (5) kompressorien « puristamaa kaasumäärää.

• · · • · • * • · · • · *·*.* 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • · · • · · 25 kaasuturbiinikoneikon (8) jälkeen viedään savukaasut jätelämpöhöyrykattilan (3) kautta ulos tai kierrätykseen, ja että jätelämpöhöyrykattilan (3) höyryllä käytetään höyryvoimalaitosta (10,11), joka muodostaa kaasuturbiinin (8, 9) • · *:** kanssa ns. kaasukombivoimalaitoksen. cc c * < c C « < < · ·

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että savukaasut puhdistetaan mekaanisesti hiukkasista ennen kompressorivaihetta • · :.*·· hiukkasten poistolaitteella (15) kuten sähkösuodattimella.

6 107283