WERKWIJZE VOOR HET BEDRIJVEN VAN EEN GASTURBINEMETHOD FOR OPERATING A GAS TURBINE
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bedrijven van een gasturbine die is uitgelegd en bestemd voor normaal bedrijf op een laagcalorisch stookgas, zoals hoogovengas.The invention relates to a method for operating a gas turbine which has been explained and is intended for normal operation on a low-calorific fuel gas, such as blast furnace gas.
Een dergelijke werkwijze is bekend uit de praktijk en wordt 5 uitgevoerd met het oog op opwekking van elektriciteit door met de gasturbine een generator aan te drijven. Daartoe wordt in het onderhavige geval een laagcalorisch stookgas, bijvoorbeeld van een hoogoven afkomstig hoogovengas, aangevoerd en gecomprimeerd en met gecomprimeerde omgevingslucht samengevoegd tot een brandbaar mengsel 10 dat in een gasturbine wordt verbrand. Het afgas wordt door een warmtewisselaar geleid om het zijn warmte af te doen staan en wordt vervolgens afgevoerd via een schoorsteen. De gasturbine is mechanisch gekoppeld met een generator, welke generator elektrisch vermogen levert aan het elektrische net waar deze op is aangesloten. 15 Een bekend probleem bij het bedrijven van de bekende werkwijze is erin gelegen dat het aanbod van het laagcalorische gas, bijvoorbeeld het hoogovengas, weleens stagneert en regelmatig fluctueert. De bekende oplossing voor dit probleem wordt gegeven door het installeren van een in het algemeen gesproken multifuel-machine, in 20 het bijzonder vaak een dual-fuel machine: een machine die kan worden bedreven op verschillende brandstoffen, hierna te noemen stookgassen. Bekend is bijvoorbeeld een installatie die óf op aardgas óf op hoogovengas wordt bedreven waarbij voor elke bedrijfsvariant een aanpassing van de luchtcompressor nodig is en 25 verschillende brandersystemen operationeel moeten zijn. De bekende oplossing heeft als nadeel dat niet vliegend kan worden overgeschakeld van het ene stookgas naar het andere en verder dat het niet mogelijk is de machine gelijktijdig te bedrijven op een stookgasmengsel samengesteld uit elk van de stookgassen waarvoor de 30 machine is uitgelegd.Such a method is known from practice and is carried out with a view to generating electricity by driving a generator with the gas turbine. For this purpose, in the present case, a low-calorific fuel gas, for example blast furnace gas originating from a blast furnace, is supplied and compressed and combined with compressed ambient air into a flammable mixture which is burned in a gas turbine. The waste gas is passed through a heat exchanger to transfer its heat and is then removed via a chimney. The gas turbine is mechanically coupled to a generator, which generator supplies electrical power to the electrical network to which it is connected. A known problem in operating the known method is that the supply of the low-calorific gas, for example the blast furnace gas, sometimes stagnates and fluctuates regularly. The known solution to this problem is provided by installing a generally speaking multi-fuel machine, in particular often a dual-fuel machine: a machine that can be operated on various fuels, hereinafter referred to as fuel gases. It is known, for example, an installation that is operated either on natural gas or on blast furnace gas, for which every operating variant requires an adjustment of the air compressor and 25 different burner systems must be operational. The known solution has the drawback that it is not possible to switch from one fuel gas to another in a flying manner and furthermore that it is not possible to operate the machine simultaneously on a fuel gas mixture composed of each of the fuel gases for which the machine has been explained.
De bezwaren van de bekende oplossing worden weggenomen indien 1005 439 -2 - volgens de uitvinding te werk wordt gegaan. Daartoe wordt volgens de uitvinding, wanneer de aanvoer van het stookgas stagneert of voor normaal bedrijf tekortschiet het bedrijven voortgezet door het laag-calorische stookgas aan te vullen met of te vervangen door een laag-5 calorisch substituutgas dat wordt samengesteld uit een hoogcalorisch gas en een afgas afkomstig van een verbrandingsproces.The drawbacks of the known solution are eliminated if 1005 439-2 is carried out according to the invention. To this end, according to the invention, when the supply of the fuel gas stagnates or falls short for normal operation, the operation is continued by supplementing or replacing the low-calorific fuel gas with a low-5 caloric substitute gas composed of a high-calorific gas and a waste gas from a combustion process.
Verrassenderwijs blijkt de turbine die is uitgelegd om te worden bedreven op een laagcalorisch stookgas, uitstekend bedreven te kunnen worden op een substituutgas dat een mengsel is van een 10 hoog-calorisch gas, bijvoorbeeld aardgas, en bijvoorbeeld een rookgas. Het is hierbij heel goed mogelijk dat het rookgas afgas is dat bijvoorbeeld afkomstig is van de gasturbine. Een dergelijk rookgas of afgas wordt bij voorkeur eerst gekoeld en vervolgens enigszins verdicht alvorens het wordt benut als component om 15 substituutgas te maken. Bij voorkeur wordt de gasturbine volgens de uitvinding afwisselend op het laagcalorische stookgas en op het substituutgas bedreven, meer bij voorkeur wordt daarbij zonder bedrijfsonderbreking overgeschakeld van bedrijf op het stookgas naar bedrijf op het substituutgas. Aangezien het substituutgas dat wordt 20 samengesteld uit een hoogcalorisch gas en afgas eigenschappen heeft die sterk lijken op die van het laagcalorische stookgas waarop de gasturbine is ontworpen, is het nu mogelijk de aandelen stookgas en substituutgas in een mengsel van stookgas en substituutgas waarop de gasturbine wordt bedreven, te variëren.Surprisingly, the turbine laid out to operate on a low-calorific fuel gas proves to be excellent at a substitute gas which is a mixture of a high-calorific gas, for example natural gas, and for example a flue gas. It is quite possible that the flue gas is flue gas that comes from the gas turbine, for example. Such a flue gas or waste gas is preferably first cooled and then slightly compacted before it is used as a component to make substitute gas. The gas turbine according to the invention is preferably operated alternately on the low-calorific fuel gas and on the substitute gas, more preferably switching from operation on the fuel gas to operation on the substitute gas without interruption of operation. Since the substitute gas which is composed of a high-calorific gas and waste gas has properties very similar to those of the low-calorific fuel gas on which the gas turbine is designed, it is now possible to use the shares of fuel gas and substitute gas in a mixture of fuel gas and substitute gas on which the gas turbine is skilled, to vary.
25 De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van een processchema dat is weergegeven in Fig. 1.The invention will now be further elucidated with reference to a process diagram shown in FIG. 1.
Hoogovengas 17 wordt via een regelbare klep 1 toegevoerd aan een gascompressor 9. Met behulp van luchtcompressor 10 wordt lucht gecomprimeerd en toegevoerd aan branderkamer 21, waar naar toe ook 30 het gecomprimeerde hoogovengas wordt aangevoerd in een juiste mengverhouding. De verbrandingsgassen uit de branderkamer 21 worden naar de gasturbine 11 gevoerd. Een stogiometrisch juist mengsel van hoogovengas en verbrandingslucht wordt van menger 21 naar de gasturbine 11 vervoerd. De bewegingsenergie van gasturbine 11 wordt 35 met behulp van generator 12 in elektrische energie omgezet. Het afgas van de gasturbine 11 wordt door een afgassenketel 13 gevoerd en verlaat bij bedrijf op alleen hoogovengas het systeem via schoorsteen 15. Koeler 13 wordt bijvoorbeeld gevoed met A-water 20. Het hete afgas uit de gasturbine 11 kan middels de afgassenketel 13 40 worden benut voor bijvoorbeeld de productie van stoom uit 1005439 - 3 - ketelvoedingswater 20. Volgens de uitvinding is het nu mogelijk bij stagnerende aanvoer van hoogovengas 17 een substituutgas samen te stellen uit een hoogcalorisch gas, bijvoorbeeld aardgas 18, en een afgas, bijvoorbeeld een deel van het afgas van de gasturbine 11 door 5 kleppen 6 en 7 in onderlinge afhankelijkheid een bepaalde doorstroom te doen hebben. Het resulterende gas stroomt door een koeler 16 en eventueel een ventilator 14 om het gas enigszins te verdichten via regelbare klep 2 naar de ingang voor het stookgas aan de gascompressor 9. Door verschillende standen van kleppen 1 en 2 is 10 het ook mogelijk de aandelen hoogovengas en substituutgas in het ingaande stookgas voor gascompressor 9 te variëren. Alvorens over te schakelen op substituutgas dient dit substituutgas op een zekere mengverhouding tussen afgas en aardgas te worden gebracht middels een samenspel tussen kleppen 3 en 4. Na het bereiken van deze 15 mengverhouding sluiten de kleppen 3 en 4 en kan de feitelijke levering van het substituutgas via klep 2 plaatsvinden. Bij afschakelen van de substituutgaslevering wordt klep 2 gesloten en de aardgaslevering 18 via klep 7 gestaakt en worden kleppen 3 en 4 geopend voor het inertiseren van het substituutgasleidingsysteem. 20 Voor het inertiseren kan in een alternatieve uitvoeringsvorm gebruik worden gemaakt van het afgas via klep 6 of van een ander spoelgas zoals lucht of stikstof via klep 5. Een tweede aardgasdosering 19 middels klep 8 dient als fijnregeling voor het bereiken van de voor de turbine juiste stookgaskwaliteit bij inzet van substituutgas dan 25 wel mogelijk ook bij de inzet van hoogovengas.Blast furnace gas 17 is supplied via a controllable valve 1 to a gas compressor 9. With the aid of air compressor 10, air is compressed and supplied to burner chamber 21, to which the compressed blast furnace gas is also supplied in a correct mixing ratio. The combustion gases from the combustion chamber 21 are fed to the gas turbine 11. A stogiometrically correct mixture of blast furnace gas and combustion air is conveyed from mixer 21 to gas turbine 11. The kinetic energy of gas turbine 11 is converted into electrical energy with the aid of generator 12. The waste gas from the gas turbine 11 is passed through a waste gas boiler 13 and, when operating on blast furnace gas only, leaves the system via chimney 15. For example, cooler 13 is fed with A water 20. The hot waste gas from the gas turbine 11 can be supplied by means of the waste gas boiler 13 40 used for, for example, the production of steam from 1005439 - 3 - boiler feed water 20. According to the invention, it is now possible to compose a substitute gas from a high-calorific gas, for example natural gas 18, and a waste gas, for example, part of a stagnant supply of blast furnace gas 17. the exhaust gas from the gas turbine 11 through 5 valves 6 and 7 to cause a certain flow in mutual dependence. The resulting gas flows through a cooler 16 and possibly a fan 14 to slightly compact the gas via adjustable valve 2 to the fuel gas inlet at the gas compressor 9. Due to different positions of valves 1 and 2, it is also possible to use the blast furnace gas and vary substitute gas in the incoming fuel gas for gas compressor 9. Before switching to substitute gas, this substitute gas must be brought to a certain mixing ratio between waste gas and natural gas by means of an interplay between valves 3 and 4. After this mixing ratio has been reached, valves 3 and 4 close and the actual delivery of the substitute gas can take place via valve 2. When the substitute gas supply is switched off, valve 2 is closed and the natural gas supply 18 is stopped via valve 7 and valves 3 and 4 are opened to inert the substitute gas piping system. 20 For inerting, in an alternative embodiment, use can be made of the waste gas via valve 6 or of another purge gas such as air or nitrogen via valve 5. A second dose of natural gas 19 via valve 8 serves as fine adjustment for achieving the correct turbine fuel gas quality when using substitute gas or possibly also when using blast furnace gas.
10054391005439