NO168724B - Fremgangsmaate og utstyr for varmegjenvinning fra en gassturbinprosess. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte samt et utstyr for varmegjenvinning fra en gassturbinprosess hvor fuktig varm gass tilføres turbinen.

Dampinnsprøytede gassturbinprosesser har vært satt

inn ved elektrisitetsproduksjon da det letter reduksjonen av NO avgivelse og turbinens kapasitet kan forbedres.

Brennstoffet for en slik prosess er vanligvis naturgass (f.eks. metan). Prosessen er beskrevet nærmere i artikke-len "Steam-Injected Gas Turbines" av Larson, E.D. & Williams, R.H. publisert i "Journal of Engineering for Gas Turbines and Power", referater fra ASME 86-GT-47. En prosess av denne type

i hvilken naturgass forbrennes og ved hvilken også damp inn-sprøytes, produserer meget fuktige avgasser.

Vanligvis er temperaturene på avgassene som blåses ut fra turbinen 350 - 700° C. Varmen i avgassen anvendes vanligvis i produksjonen av lavtrykkdamp eller til fjernvarme. Ved anvendelse til fjernvarme er sluttemperaturen meget lav,

f.eks. 80 - 70°C da det ikke er noe problem med syrekondensa-sjonspunkt for brenningen av naturgass.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å til-veiebringe en fremgangsmåte for gjenvinning av varmeenergi mer effektivt enn det som er mulig med konvensjonelle fremgangsmåter.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved å redusere det relative fuktighetsinnhold i gassen som blåses ut fra turbinen ved adiabatisk absorpsjon ved hjelp av en absorberende væske hvis eneste fordampningskomponent er vann, hvorved kondensasjonsvarmen fra den fuktige damp kondensert ved absorpsjonen transporteres i en stor utstrekning til gassen fra hvilken varmen gjenvinnes ved kjente fremgangsmåter.

US-patent 4 290 208 viser en fremgangsmåte for fjerning av fuktighet fra gass ved adiabatisk absorpsjon ved hjelp av en absorberende væske såsom natrium og/eller &åliumacetat hvis eneste fordampende komponent er vann. Denne fremgangsmåte anvendes i prosessen i den foreliggende oppfinnelse. Ved å anordne den fuktige gass til å komme i kontakt med fordampende væske, hvis damptrykk er lavere enn gassens trykk, kan gassens vanninnhold reduseres. Den absorberende væske absorberer på den annen side vann fra gassen og fortynnes. Den fortynnede absorberende væske regenereres til prosessen. En energimengde som svarer til kondensasjonsvarmen for den fuktige damp transporteres til gassen som hever sin temperatur.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel og under henvisning til tegningen, der fig. 1 viser skjematisk en gassturbinprosess ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 viser skjematisk et absorpsjonsutstyr anvendt i prosessen.

Henvisningstallet 1 i systemet vist på fig. 1 er en luftkompressor som tilfører trykkluft 2 til et forbrenningskammer 3 inn i hvilket det også tilføres brennstoff 4 såsom naturgass og damp 5. Den resulterende fuktige og varme forbrennings-produktgass med overtrykk innføres via ledningen 6 i turbinen 7 som driver en elektrisk generator 8. Gass som avgis fra turbinen 7 med redusert temperatur og trykk ledes via ledningen 9

til en første varmegjenvinningsenhet 10 i hvilken gassens temperatur reduseres for eksempel fra 650° til 80° C. Fra den første varmegjenvinningsenhet strømmer gassen til et adiabatisk absorpsjonsutstyr 11 hvor fuktighet fjernes fra denne og sam-tidig stiger dens temperatur etter hvert som kondensasjonsvarmen av den fuktige damp transporteres til denne. Dette er

fordi varme fremdeles kan gjenvinnes fra gassen i en andre varmegjenvinningsenhet 12 etter absorpsjonsutstyret. Varmeenergien gjenvunnet i den første gjenvinningsenhet 10 kan for eksempel brukes for regenerering av den absorberende væske, for produk-sjon av innsprøytningsdampen eller lavtrykkdamp, eller for fjernvarme. Dampen generert i konsentrasjonen av den absorberende væske kan resirkuleres til forbrenningskammeret 3. Den gjenvunne varme i den andre gjenvinningsenhet kan meget pas-sende anvendes for fjernvarme.

Fig. 2 viser nærmere absorpsjonsutstyret 11 og den andre varmegjenvinningsenhet 12 anvendt i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

I utførelse^seksemplet vist her omfatter absorpsjonsutstyret tre absorpsj.onstrinn 13, 14 og 15 forsynt med fyller. Den varme konsentrerte absorberende væske pumpes til det siste trinn 15 via røret 16> og den avgis fortynnet fra det første trinn via røret 17. Den fortynnede absorberende væske regenereres ved hjelp av en fremgangsmåte kjent i seg selv ved fordampning for gjenbruk, f.eks. ved å anordne den i indirekte varmevekslingskontakt med de avgitte gasser fra turbinen under varmegjenvinning før absorpsjonstrinnet. Gassen tilføres utstyret via innløpsrøret 18 og avgis fra den andre ende av utstyret via utløpet 19. Når gassen passerer gjennom absorpsjonsutstyret 11, vil den først berøre den fortynnede absorberende væske i absorpsjonstrinnet 13 og til sist den konsentrerte absorpsjonsvæske i trinn 15. En del av den absorberende væske som har passert gjennom absorpsjonstrinnet og har absorbert vann, og følgelig har økt i volum, resirkuleres til det samme absorpsjonstrinn og strømmer delvis til det neste trinn. Det absolutte fuktighetsinnhold i gassen reduseres når den strømmer gjennom utstyret. Etter hvert absorpsjonstrinn gjenvinnes varme ved å la gassen komme i kontakt med varmeoverflater 12a, 12b og 12c tilveiebragt i absorpsjonsutstyret. Gassens temperatur stiger når den strøm-mer gjennom absorpsjonstrinnet, men avtar igjen til det tid-ligere nivå før det neste absorpsjonstrinn på grunn av varme-gjenvinningen .

Eksempel

Eksemplet er basert på beregninger med de følgende utgangsverdier:

Gasstubinen suger fuktighet fra luften i en mengde på 470 g/sek av fuktighet fra 3 g/kg (som svarer til Tuten<d>ørs = 5° C; fuktighet på 60 %).

Videre genereres fuktighet i forbrenningen ifølge reaksjonen CH^ + 02 >» 2H20: Fuktighetsinnholdet i avgassen er følgelig

Dersom fuktighetsinnholdet i avgassen etter absorpsjonsutstyret 11 er 20 % (relativ fuktighet) kan volumet av vannet som skal kondenseres og kondensasjonsenergien beregnes ved forskjellige temperaturer.

Den elektriske ytelse i det nominelle punkt for gass-turbinen er i eksemplet omtrent 30 MW. Ved dampinnsprøyting kan ytelsen økes til omtrent 50 MW. Sammenlignet med disse virkningsgrader er den oppnåelige varmevirkningsgradøkning 50 til 100 %.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for varmegjenvinning fra en gassturbinprosess hvor fuktig varmgass tilføres turbinen (7), KARAKTERISERT VED at den relative fuktighet i gass som avgis fra turbinen (7) reduseres ved at det benyttes en i og for seg kjent adiabatisk absorpsjon ved hjelp av en absorberende væske hvis eneste fordampningskomponent er vann, hvorved kondensasjonsvarmen fra den fuktige damp kondensert ved absorpsjonen transporteres i en stor utstrekning til gassen og gjenvinnes ved hjelp av kjente metoder.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den absorberende væske som har absorbert vann fra gassen, konsentreres ved å anordne den absorberende væske i et varme-gjenvinningstrinn (10) før absorpsjonstrinnet (11) i indirekte varmevekslingskontakt med gassen som avgis fra turbinen (7).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at i det minste en del av dampen generert i konsentrasjonen til-føres et forbrenningskammer (3) som genererer den varme gass.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at varmen gjenvunnet etter absorpsjonstrinnet (11) nyttes til fjernvarme.

5. Gassturbinutstyr med varmeenergigjenvinningsmidler omfattende midler (6) for tilførsel av fuktig varmgass, en turbin (7) for opptak av fuktig varmgass fra tilførselsmid-lene og varmegjenvinningsmidler (10, 12), KARAKTERISERT VED at det omfatter et adiabatisk absorpsjonsutstyr (11) for fjerning av fuktighet fra gassen, og med en absorberende væske hvis eneste fordampningskomponent er vann.