NO179298B - Methods and facilities for providing mechanical energy - Google Patents
Methods and facilities for providing mechanical energy Download PDFInfo
- Publication number
- NO179298B NO179298B NO923011A NO923011A NO179298B NO 179298 B NO179298 B NO 179298B NO 923011 A NO923011 A NO 923011A NO 923011 A NO923011 A NO 923011A NO 179298 B NO179298 B NO 179298B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- steam
- gas
- fuel
- gas turbine
- exhaust gas
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 174
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 106
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 103
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 49
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 44
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 17
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000002680 soil gas Substances 0.000 claims 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 11
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 10
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 3
- -1 CE4) Chemical compound 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000010849 combustible waste Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004230 steam cracking Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
- F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
- C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
- C01B2203/0827—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel at least part of the fuel being a recycle stream
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1205—Composition of the feed
- C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1235—Hydrocarbons
- C01B2203/1241—Natural gas or methane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for tilveiebringelse av mekanisk energi som angitt i innledningen til patentkrav 1, og vedrører også en innretning for gjennomføring av fremgangsmåten som angitt i krav 13. The invention relates to a method for providing mechanical energy as stated in the introduction to patent claim 1, and also relates to a device for carrying out the method as stated in claim 13.
I de fleste termiske kraftverk blir det for fremstilling av elektrisk energi først tilveiebragt overhetet damp ved forbrenning av fossile brennstoffer i kjelanlegg. Denne damp avspennes i dampturbiner og omsettes til mekanisk energi. Dampturbinene er koplet med elektriske generatorer, slik at denne mekaniske energi omdannes til elektrisk energi. Denne sistnevnte omdanning skjer med en virkningsgrad på markert over 90Sé. Virkningsgraden for omsettingen av den i det benyttede brennstoff kjemisk bundne energi til mekanisk energi er imidlertid meget beskjeden, idet turbinvirkningsgraden selv ved store turbiner maksimalt ligger på rundt 37% og man også må regne med tap i kjelen. I mange tilfeller kan man derfor bare utnytte omtrent 35% av den varme som frigis under forbrenningen, for effektiv fremstilling av elektrisitet, mens altså rundt 65% går tapt som avvarme og bare kan benyttes for rene varmeformål. In most thermal power plants, for the production of electrical energy, superheated steam is first provided by burning fossil fuels in boiler plants. This steam is released in steam turbines and converted into mechanical energy. The steam turbines are connected to electrical generators, so that this mechanical energy is converted into electrical energy. This latter transformation takes place with an efficiency of well over 90Sé. However, the efficiency for the conversion of the chemically bound energy in the fuel used into mechanical energy is very modest, as the turbine efficiency, even with large turbines, is a maximum of around 37% and you also have to take into account losses in the boiler. In many cases, you can therefore only use approximately 35% of the heat released during combustion, for the efficient production of electricity, while around 65% is lost as waste heat and can only be used for pure heating purposes.
Man har i den senere tid kunnet oppnå en betydelig øking av totalvirkningsgraden, derved at man for omsetting av varmeenergien til mekanisk energi har benyttet en kombinasjon av gassturbiner og dampturbiner. De hete forbrenningsgassene avspennes først i gassturbiner og varmen i avgassen fra disse gassturbiner benyttes for tilveiebringelse av damp for dampturbinene. Ytterligere forbedringsmuligheter består i at man fører den fra en dampturbin utstrømmende avspente damp tilbake til brennkammeret i den forkoplede gassturbin og således tilveiebringer en større volumstrøm for drift av gassturbinen. Disse tiltak har muliggjort en totalvirkningsgrad for omvandlingen av termisk energi til mekanisk energi i større anlegg (over 50 MW) i størrelsesordenen rundt 48 til 5056. In recent times, it has been possible to achieve a significant increase in the overall efficiency, whereby a combination of gas turbines and steam turbines has been used to convert the heat energy into mechanical energy. The hot combustion gases are first released in gas turbines and the heat in the exhaust gas from these gas turbines is used to provide steam for the steam turbines. Further possibilities for improvement consist in leading the de-stressed steam flowing out of a steam turbine back to the combustion chamber in the upstream gas turbine and thus providing a larger volume flow for operation of the gas turbine. These measures have enabled a total efficiency for the conversion of thermal energy to mechanical energy in larger plants (over 50 MW) in the order of magnitude of around 48 to 5056.
En slik kombinert gass/dampturbinprosess er eksempelvis kjent fra DE 33 31 153 Al. For tilveiebringelse av de nødvendige hete forbrenningsgasser for gassturbinen benyttes vanlige "strømmende" brennstoffer, dvs. flytende eller gassformede kullvannstoffer. For i stor grad å kunne unngå dannelsen av kvelstoffoksyder senkes brennkammertemperaturen ved at en del av den med varmen i gassturbinavgassen tilveiebragte damp føres inn i brennkammer et. Ved en totalytelse på 300 MW kan man i denne prosess oppnå en virkningsgrad på 48%. Such a combined gas/steam turbine process is known, for example, from DE 33 31 153 Al. To provide the necessary hot combustion gases for the gas turbine, ordinary "flowing" fuels are used, i.e. liquid or gaseous coal water substances. In order to largely avoid the formation of nitrogen oxides, the combustion chamber temperature is lowered by a part of the steam provided with the heat in the gas turbine exhaust gas being fed into the combustion chamber. With a total output of 300 MW, an efficiency of 48% can be achieved in this process.
I tidsskriftet VGB Kraf twerkstechnik 68 (nr. 5, mai 1988, side 461-468) beskrives en kombinert gass/dampturbinprosess i forbindelse med en kullforgassing. Den ved kullforgassingen tilveiebragte brennbare gass blir etter rensing delvis forbrent med komprimert luft i et første brennkammer. De derved tilveiebragte hete forbrenningsgasser benyttes først for overheting av vanndamp for kullforgassingen og for oppvarming av den alloterme kullforgassing, før den avspennes i en første gassturbin, som på sin side driver en kompressor for den nødvendige forbrenningsluft. Den andre delen av den under kullforgassingen frembragte brennbare gass brennes i et andre brennkammer og avspennes deretter i en andre gassturbin, som er koplet med en ytterligere kompressor for den i det andre brennkammer nødvendige forbrenningsluft og med en elektrisk generator for tilveiebringelse av elektrisk energi. Den avspente turbinavgass fra den andre gassturbin blir før den går ut i atmosfæren utnyttet sammen med den avspente gass fra den første gassturbin (kompressor-drivturbin) for dampfremstilling. Denne damp avspennes i en dampturbin, som likeledes er koplet med en generator, for fremstilling av elektrisk energi. En del av dampen tas ut fra dampturbinen etter en delvis avspenning og anvendes så for kullforgassingen etter den allerede nevnte overheting med forbrenningsgassene i det første brennkammer. In the journal VGB Kraft twerkstechnik 68 (No. 5, May 1988, pages 461-468) a combined gas/steam turbine process is described in connection with a coal gasification. The combustible gas provided by the coal gasification is, after cleaning, partially combusted with compressed air in a first combustion chamber. The thereby provided hot combustion gases are first used for superheating water vapor for the coal gasification and for heating the allothermal coal gasification, before it is released in a first gas turbine, which in turn drives a compressor for the necessary combustion air. The other part of the combustible gas produced during the coal gasification is burned in a second combustion chamber and is then de-stressed in a second gas turbine, which is connected to a further compressor for the combustion air required in the second combustion chamber and to an electric generator for the provision of electrical energy. The de-stressed turbine exhaust gas from the second gas turbine is used together with the de-stressed gas from the first gas turbine (compressor-drive turbine) for steam production before it goes out into the atmosphere. This steam is released in a steam turbine, which is also connected to a generator, for the production of electrical energy. A part of the steam is taken out from the steam turbine after a partial relaxation and is then used for the coal gasification after the already mentioned overheating with the combustion gases in the first combustion chamber.
I dette kjente anlegg benyttes kull som utgangsbrensel. Kullene gjøres først anvendbare for en gassturbinprosess ved at de først forgasses. Denne omdannelse er i teknisk hense-ende tvingende nødvendig på grunn av de under forbrenningen oppstående askeandeler, som vil virke ødeleggende på en gassturbin. Brennstoffer på basis av kull-vannstoff-forbindelser har derimot flytende form eller gassform, inneholder ingen aske og kan derfor uten videre benyttes direkte i en kombinert gass/dampturbinprosess. Et kjennetegn for disse kjente anlegg er det at forbrenningsgassene først føres i to helt uavhengige delstrømmer i ulike delprosesser, før de ved slutten av prosessen sammen benyttes for dampfremstilling. Nettovirkningsgraden til dette anlegg er angitt til rundt 42%, med et internt energibehov for prosessføringen på rundt 7,5%. In this well-known plant, coal is used as the starting fuel. The coals are first made usable for a gas turbine process by first gasifying them. From a technical point of view, this transformation is absolutely necessary because of the ash content arising during combustion, which will have a destructive effect on a gas turbine. Fuels based on coal-hydrogen compounds, on the other hand, are in liquid or gaseous form, contain no ash and can therefore be used directly in a combined gas/steam turbine process. A characteristic of these known plants is that the combustion gases are first fed in two completely independent sub-streams in different sub-processes, before they are used together for steam production at the end of the process. The net efficiency of this plant is stated at around 42%, with an internal energy requirement for the process management of around 7.5%.
En ytterligere kombinert gass/dampturbinprosess for tilveiebringelse av elektrisk energi, hvor det først gjennomføres en kullforgassing, er kjent fra US-PS 4.478.039. Der brennes den tilveiebragte gass under overtrykk i et brennkammer. De oppstående hete forbrenningsgasser avspennes så i en gassturbin, som driver en elektrisk generator og en kompressor for komprimeringen av forbrenningsluften. Den avspente turbinavgass benyttes deretter for oppvarming av kullforgass-ingsanlegget og for dampfremstilling for dampturbinprosessen. Dampturbinen driver likeledes en elektrisk generator. Det sies i patentskriftet intet om utnyttelse av utgangsbrenn-stoffer på basis av kullvannstoff-forbindelser. A further combined gas/steam turbine process for the provision of electrical energy, where coal gasification is first carried out, is known from US-PS 4,478,039. There, the provided gas is burned under excess pressure in a combustion chamber. The resulting hot combustion gases are then released in a gas turbine, which drives an electric generator and a compressor for the compression of the combustion air. The decompressed turbine exhaust gas is then used for heating the coal gasification plant and for producing steam for the steam turbine process. The steam turbine also drives an electric generator. Nothing is said in the patent document about the utilization of starting fuels based on coal-hydrogen compounds.
Videre er det fra DE 37 40 865 Al kjent en fremgangsmåte og en innretning for utvinning av vannstoff, idet et gassformet utgangsbrennstoff, altså en kullvannstoff-forbindelse, i en dampreformering omsettes til en vannstoffrik gass med en sammenlignet med utgangsbrennstoffets mengdestrøm øket absolutt varmeverdi. Furthermore, from DE 37 40 865 Al, a method and a device for the extraction of hydrogen is known, in that a gaseous starting fuel, i.e. a coal-hydrogen compound, is converted in a steam reforming into a hydrogen-rich gas with an increased absolute heat value compared to the flow rate of the starting fuel.
Med "absolutt varmeverdi" skal her ikke som vanlig forstås en på en vektenhet beregnet varmeverdi. Tvert imot mener man hermed den totale mengde av forbrenningsvarme som inneholdes i en bestemt mengde av utgangsbrennstoffet henholdsvis i en mengde av det omdannede brennstoff, og som er fremkommet ved den endoterme omsetting av samme mengde utgangsbrennstoff. I en dampreformering blir nemlig totalmengden til det omsatte brennstoff øket betydelig sammenlignet med den opprinnelige mengde utgangsbrennstoff, som følge av den under omsettingen tilsatte vanndampandel, slik at den med hensyn på vekten beregnede varmeverdi vil være mindre enn opprinnelig, selv om den under forbrenningen av det omsatte brennstoff frigibare varmemengde er blitt større. By "absolute heating value" here, as usual, is not to be understood a heating value calculated on a unit of weight. On the contrary, this means the total amount of heat of combustion that is contained in a specific quantity of the starting fuel or in a quantity of the converted fuel, and which is produced by the endothermic conversion of the same amount of starting fuel. In a steam reforming, the total amount of the converted fuel is increased significantly compared to the original amount of starting fuel, as a result of the water vapor portion added during the conversion, so that the calorific value calculated with regard to the weight will be less than originally, even though during the combustion of the converted fuel releasable amount of heat has become greater.
Den i denne prosess ifølge DE 37 40 865 Ål tilveiebragte rågass blir for utvinning av ren vannstoffgass behandlet i et rensetrinn (eksempelvis et trykkvekselabsorbsjonsanlegg), hvor forurensninger (eksempelvis CO, COg, HgO, ikke omdannede kullvannstoffer) skilles ut og føres bort som avgass. Denne brennbare avgass, som nødvendigvis også inneholder visse restandeler av vannstoffgass, blir etter komprimering i en kompressor til et høyere trykk enn brenngassen eksempelvis forbrent med komprimert luft i oppvarmingsrommet til den indirekte oppvarmede dampreformator. Som følge av den vidtgående utskilling av vannstoffet fra rågassen vil avgasstrømmens absolutte varmeverdi i rensetrinnet synke betydelig i forhold til rågassens absolutte varmeverdi og vil ligge under varmeverdien til det benyttede utgangsbrennstoff. Det er derfor ofte nødvendig å sørge for en direkte medfor-brenning av en delstrøm av utgangsbrennstoffet under oppvarmingen av dampreformatoren. Forbrenningsavgassen blir etter oppvarmingen av dampreformatoren ført som moderatorgass for temperatursenking i et brennkammer, hvor en delstrøm av utgangsbrennstoffet forbrennes med komprimert luft. Den fra dette brennkammer utgående strøm av forbrenningsavgasser avspennes så i en gassturbin. Gassturbinen vil gi den i prosessen nødvendige kompressordrivenergi og muliggjør dessuten også fremstilling av elektrisk energi ved hjelp av en tilknyttet generator. The raw gas provided in this process according to DE 37 40 865 Ål is processed in a purification step (for example a pressure exchange absorption plant) for the extraction of pure hydrogen gas, where pollutants (for example CO, COg, HgO, unconverted coal water substances) are separated and carried away as waste gas. This combustible waste gas, which necessarily also contains certain residual proportions of hydrogen gas, is after compression in a compressor to a higher pressure than the fuel gas, for example burned with compressed air in the heating chamber of the indirectly heated steam reformer. As a result of the extensive separation of the water substance from the raw gas, the absolute heating value of the exhaust gas stream in the purification stage will drop significantly in relation to the absolute heating value of the raw gas and will be below the heating value of the starting fuel used. It is therefore often necessary to provide direct co-combustion of a partial stream of the output fuel during the heating of the steam reformer. After the heating of the steam reformer, the combustion exhaust gas is fed as a moderator gas for lowering the temperature in a combustion chamber, where a partial flow of the output fuel is combusted with compressed air. The stream of combustion exhaust gases leaving this combustion chamber is then de-stressed in a gas turbine. The gas turbine will provide the necessary compressor drive energy in the process and also enables the production of electrical energy with the help of an associated generator.
Ved denne kjente fremgangsmåte skjer omdannelsen av utgangsbrennstof fet i og for seg bare fordi man tar sikte på å tilveiebringe vannstoffgass, som er nødvendig for vilkårlige anvendelser utenfor prosessen. Det finnes i DE 37 40 865 Al intet som tilsier at en slik endoterm brennstoffomdannelse også skulle være fordelaktig når det omdannede brennstoff deretter skal forbrennes, for å tilveiebringe mekanisk energi. Den i denne kjente prosess benyttede forbrenning av det omdannede brennstoff gjennomføres nemlig bare for å kunne utnytte et sideprodukt. Det er vesentlig å være klar over at under forbrenningen vil bare en del av de opprinnelig i det omdannede brennstoff forhåndenværende brennbare komponenter være tilstede, fordi jo vannstoffandelen, som utgjør den overveiende andel av den absolutte varmeverdi, i sterk grad allerede er utskilt. Av denne grunn er derfor også det rent utregnbare forhold mellom den tilveiebragte utnyttbare mekaniske/elektriske energi og mengden av den i det benyttede utgangsbrennstoff inneholdte, kjemisk bundne energi meget liten i denne prosess - mindre enn 10%. In this known method, the conversion of the starting fuel is fat in and of itself only because the aim is to provide hydrogen gas, which is necessary for arbitrary applications outside the process. There is nothing in DE 37 40 865 Al to indicate that such an endothermic fuel conversion would also be advantageous when the converted fuel is then to be burned, in order to provide mechanical energy. The combustion of the converted fuel used in this known process is only carried out in order to be able to utilize a side product. It is important to be aware that during combustion only a portion of the combustible components originally present in the converted fuel will be present, because the hydrogen portion, which makes up the majority of the absolute heating value, has already been separated to a large extent. For this reason, the purely calculable ratio between the usable mechanical/electrical energy provided and the amount of chemically bound energy contained in the used starting fuel is very small in this process - less than 10%.
Fra EP 0 318 122 A2 er det kjent en fremgangsmåte og et anlegg for tilveiebringelse av mekanisk energi fra gassformede brennstoffer, hvor den eksempelvis for strømfremstilling utnyttbare mekaniske energi utelukkende leveres fra en gassturbin. Denne gassturbin, som særlig er beregnet for et område på fra 50 til 3000 kW, vil med hensyn på den anvendte termiske energi (nedre varmeverdi) ha en virkningsgrad på ca. 42%. Det er en forutsetning at f orbrenningsluf t først komprimeres i en kompressor. Denne komprimerte forbrennings-luf t varmes så opp i en avgassvarmeveksler, avspennes delvis i en første gassturbin, som bare driver kompressoren, og føres så til et brennkammer, hvor brennstoff forbrennes med denne forbrenningsluft. Den under forbrenningen oppstående hete avgass driver en andre gassturbin, som leverer den egentlige utnyttbare mekaniske energi. Den fra den andre gassturbin utstrømmende, ennå hete avgass benyttes til drift av avgassvarmeveksleren for oppvarmingen av den komprimerte forbrenningsluft. From EP 0 318 122 A2, a method and a plant for providing mechanical energy from gaseous fuels is known, where the mechanical energy usable, for example for power production, is exclusively supplied from a gas turbine. This gas turbine, which is particularly designed for an area of 50 to 3000 kW, will have an efficiency of approx. 42%. It is a prerequisite that combustion air is first compressed in a compressor. This compressed combustion air is then heated in an exhaust gas heat exchanger, partially de-stressed in a first gas turbine, which only drives the compressor, and then led to a combustion chamber, where fuel is burned with this combustion air. The hot exhaust gas produced during combustion drives a second gas turbine, which supplies the actual usable mechanical energy. The still hot exhaust gas flowing out of the second gas turbine is used to operate the exhaust gas heat exchanger for heating the compressed combustion air.
Fra US 3.167.913 er det dessuten kjent et anlegg med ett eneste brennkammer, foran kompressorturbinen, dvs. høytrykks-delen, i turbinanlegget. Slike høytrykksanlegg krever at brennkammeret dimensjoneres for høye trykk. From US 3,167,913 there is also known a plant with a single combustion chamber, in front of the compressor turbine, i.e. the high-pressure part, in the turbine plant. Such high-pressure systems require that the combustion chamber be dimensioned for high pressures.
For å øke turbinvirkningsgraden tilstrebes høye forbrennings-temperaturer, hvorved det oppstår mere skadelige stoffer. Som følge av den høye komprimering av forbrenningsluften vil denne få en høy temperatur, noe som det også må tas hensyn til under utformingen av avgassvarmeveksleren. Derved øker ikke bare anleggskostnadene, men totalvirkningsgraden blir også dårligere. In order to increase turbine efficiency, high combustion temperatures are sought, whereby more harmful substances are produced. As a result of the high compression of the combustion air, it will have a high temperature, which must also be taken into account during the design of the exhaust gas heat exchanger. This not only increases the construction costs, but the overall efficiency also deteriorates.
Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å videreutvikle en fremgangsmåte og et anlegg av denne type på en slik måte at virkningsgraden for omsettingen av den i et brennstoff på basis av C-H-forbindelser inneholdte energi (nedre varmeverdi) til mekanisk energi utgjør over 50% for mindre anlegg (50 til 3000 kW) og minst 55% i større anlegg. Under virkningsgrad skal i det følgende alltid forstås den "mekaniske" virkningsgrad, dvs. forholdet mellom den tilveiebragte utnyttbare mekaniske energi i turbinen og den innført energi i utgangsbrennstoffet (på basis av den nedre varmeverdi Hu). The purpose of the present invention is to further develop a method and a plant of this type in such a way that the efficiency for the conversion of the energy contained in a fuel based on C-H compounds (lower calorific value) into mechanical energy amounts to over 50% for smaller plants (50 to 3000 kW) and at least 55% in larger plants. In the following, efficiency shall always mean the "mechanical" efficiency, i.e. the ratio between the usable mechanical energy provided in the turbine and the energy introduced in the output fuel (on the basis of the lower heating value Hu).
Denne hensikt oppnås med de kjennetegnede trekk som er angitt i patentkrav 1. Fordelaktige videreutviklinger av denne fremgangsmåte er angitt i de uselvstendige krav 2-12. Et anlegg ifølge oppfinnelsen, for gjennomføring av fremgangsmåten, er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i karakteristikken i patentkrav 13, og fordelaktige videreutviklinger av anlegget er angitt i de uselvstendige krav 14-19. This purpose is achieved with the characteristic features stated in patent claim 1. Advantageous further developments of this method are stated in the independent claims 2-12. A plant according to the invention, for carrying out the method, is characterized by the features indicated in the characteristic in patent claim 13, and advantageous further developments of the plant are indicated in the independent claims 14-19.
Et vesentlig inventivt trekk ligger i at den fra EP 0 318 122 A2 kjente anleggsutførelse utbygges med en reaktor for en endrotherm kjemisk rekasjon, hvor det benyttede brennstoff (utgangsbrennstoff) omsettes til et høyereverdig brennstoff, som så forbrennes med komprimert luft fra kompressoren. A significant inventive feature is that the plant design known from EP 0 318 122 A2 is expanded with a reactor for an endothermic chemical reaction, where the used fuel (output fuel) is converted into a higher value fuel, which is then combusted with compressed air from the compressor.
Herunder blir varmeenergien for drift av reaktoren fortrinnsvis tatt fra avgassvarmen til de fra gassturbinen, hvor den utnyttbare mekaniske energi tilveiebringes, utstrømmende avgasser. For oppvarming av reaktoren kan man imidlertid også benytte andre prosess-hetgasstrømmer. I tilfelle av en avgassvarme-utnyttelse for reaktoren kan denne avkjølte avgass eksempelvis dessuten benyttes i en avgassvarmeveksler for oppvarming av den komprimerte forbrenningsluft. Here, the heat energy for operating the reactor is preferably taken from the exhaust gas heat to those from the gas turbine, where the usable mechanical energy is provided, flowing exhaust gases. However, other hot process gas streams can also be used for heating the reactor. In the case of exhaust gas heat utilization for the reactor, this cooled exhaust gas can for example also be used in an exhaust gas heat exchanger for heating the compressed combustion air.
Med omsettingen av utgangsbrennstoffet oppnår man at på samme måte som i en varmepumpe varme fra avgassen i gassturbinen eller en annen varmestrøm løftes til et høyere "potensielt temperaturnivå", slik at denne varme blir bedre teknisk utnyttbar enn varme med lavere temperatur. Denne "løfting" av temperaturnivået skjer i form av en øket absolutt varmeverdi for det under omsettingen i reaktoren av det opprinnelige brennstoff (eksempelvis jordgass) dannede nye brennstoff (eksempelvis E2 og CO). With the conversion of the output fuel, it is achieved that, in the same way as in a heat pump, heat from the exhaust gas in the gas turbine or another heat flow is raised to a higher "potential temperature level", so that this heat becomes better technically usable than heat with a lower temperature. This "raising" of the temperature level takes place in the form of an increased absolute heat value for the new fuel (for example E2 and CO) formed during the reaction in the reactor of the original fuel (for example natural gas).
Fremgangsmåten og anlegget ifølge oppfinnelsen gjør det mulig systematisk å fange opp og på effektiv måte utnytte den avvarme som oppstår i prosessen. Det er herunder en ganske spesiell fordel at den endoterme reaksjon for tilveiebringelse av det høyereverdige brennstoff, hvilken reaksjon særlig kan gjennomføres som en dampreformering, eksempelvis av jordgass, kan gjennomføres ved forholdsmessig lave temperaturer. Vanligvis gjennomføres en slik dampreformering i stor teknisk målestokk bare ved temperaturer i området 780 til 900°C. Ifølge oppfinnelsen skal hensiktsmessig en øvre temperaturgrense på 780°C eller enda bedre 700 eller sågar 650°C, ikke overskrides. The method and the plant according to the invention make it possible to systematically capture and efficiently utilize the waste heat that occurs in the process. There is a rather special advantage in that the endothermic reaction for providing the higher value fuel, which reaction can be carried out in particular as a steam reforming, for example of natural gas, can be carried out at relatively low temperatures. Usually such steam reforming is carried out on a large technical scale only at temperatures in the range of 780 to 900°C. According to the invention, an upper temperature limit of 780°C or even better 700 or even 650°C should not be exceeded.
Den ulempe, at man med den lavere temperatur må regne med en dårligere omsettingshastighet for det opprinnelige brennstoff, altså en øking av andelen ikke omdannede brennstoffer, blir mer enn opphevet av den fordel som ligger i en bedret utnyttelse av avvarmen fra gassturbinen eller varmen i en annen prosess-hetgasstrøm ved reaktoroppvarmingen, og en redusering av temperaturen til den for den endoterme reaksjon nødvendige friskdamp. Det reduserte temperaturnivå medfører også fordeler med hensyn til kostnadene for et anlegg ifølge oppfinnelsen, fordi de termiske påkjenninger på de anvendte materialer blir lavere enn i den hittil kjente teknikk. The disadvantage, that with the lower temperature you have to count on a poorer conversion rate for the original fuel, i.e. an increase in the proportion of unconverted fuels, is more than canceled out by the advantage that lies in a better utilization of the waste heat from the gas turbine or the heat in a different process hot gas flow during the reactor heating, and a reduction of the temperature to the fresh steam required for the endothermic reaction. The reduced temperature level also entails advantages with regard to the costs of a plant according to the invention, because the thermal stresses on the materials used are lower than in the previously known technique.
Av særlig avgjørende betydning er også det forhold at brennstoff-forbrenningen eksempelvis ved dyselevering av vann eller vanndamp i brennkammeret eller- kammerne i anlegget kan påvirkes slik at kvelstoffoksyder ikke oppstår eller eventuelt bare oppstår i mindre mengder. Herunder begrenses flammetemperaturen til verdier på maksimalt 1700°C (adiabatisk flammetemperatur) og innløpstemperaturen i gassturbinen begrenses til maksimalt 1250°C, slik at således gjennomføringen av den nye fremgangsmåte muliggjøres på en usedvanlig miljøvennlig måte, uten behov for et dyrt kvelstoff-fjerningsanlegg. Alt dette muliggjøres som følge av den inventive integrering av brennstoffomdannelse og frem-stillingen av den mekaniske energi fra den ved brennstoff-forbrenningen frigjorte varme. Derved muliggjøres det en så effektiv utnyttelse av varme strømmer at man kan oppnå hittil ikke som realiserbare ansette virkningsgrader. Typiske verdier ligger i området 50 til 70%, idet små anlegg vil ligge i det nedre område, mens større anlegg vil ligge i det øvre område. De nye anlegg egner seg særlig godt for desentralisert, forbrukernær fremstilling av elektrisitet og byr dermed på den ekstra fordel at tap i energitransporten over større strekninger og/eller som følge av strømtrans-formering unngås i sterk grad. Disse tap ligger for store kraftverk erfaringsmessig på omtrent 10% av den tilveiebragte elektriske energi. Of particular decisive importance is also the fact that the fuel combustion, for example by nozzle delivery of water or steam in the combustion chamber or chambers in the plant, can be affected so that nitrogen oxides do not occur or possibly only occur in smaller quantities. Here, the flame temperature is limited to values of a maximum of 1700°C (adiabatic flame temperature) and the inlet temperature in the gas turbine is limited to a maximum of 1250°C, so that the implementation of the new method is made possible in an exceptionally environmentally friendly way, without the need for an expensive nitrogen removal plant. All this is made possible as a result of the inventive integration of fuel conversion and the production of mechanical energy from the heat released by fuel combustion. This enables such efficient utilization of heat flows that it is possible to achieve previously unattainable efficiencies. Typical values are in the range 50 to 70%, as small plants will be in the lower range, while larger plants will be in the upper range. The new facilities are particularly well suited for decentralised, consumer-close production of electricity and thus offer the additional advantage that losses in energy transport over larger distances and/or as a result of power transformation are largely avoided. Experience shows that these losses for large power plants amount to approximately 10% of the electrical energy provided.
For den nye fremgangsmåte er det to hovedvarianter som anses som særlig foretrukne. I den første hovedvariant blir, som allerede nevnt, den komprimerte forbrenningsluft oppvarmet i en avgassvarmeveksler før den føres inn i brennkammeret, idet avgassvarmeveksleren tilføres avgass fra den gassturbin som leverer den utnyttbare mekaniske energi. Avvassvarmeveksleren er fortrinnsvis utformet som en rekuperator. For the new method, there are two main variants which are considered particularly preferred. In the first main variant, as already mentioned, the compressed combustion air is heated in an exhaust gas heat exchanger before it is introduced into the combustion chamber, the exhaust gas heat exchanger being supplied with exhaust gas from the gas turbine which supplies the usable mechanical energy. The wastewater heat exchanger is preferably designed as a recuperator.
Jo større den i denne rekuperator utvekslede varmemengde pr. tidsenhet er, desto sterkere vokser byggevolumet til dette varmeveksleraggregat. I større anlegg av den inventive type (i området fra ca. 50 til 80 MW) vil rekuperatoren bli meget stor og tilsvarende dyr i sammenligning med de øvrige anleggsdeler. For større anlegg anbefales derfor den andre hovedvariant, hvor man helt gir avkall på en rekuperator. The greater the amount of heat exchanged in this recuperator per time unit is, the stronger the building volume of this heat exchanger unit grows. In larger plants of the inventive type (in the range from approx. 50 to 80 MW), the recuperator will be very large and correspondingly expensive in comparison with the other plant parts. For larger installations, the second main variant is therefore recommended, where a recuperator is completely dispensed with.
I den andre hovedvariant blir gassturbinens avgass (eventuelt etter oppvarming av reaktoren for brennstoffomsetningen) benyttet for dampfremstilling. Denne damp overhetes ved hjelp av en i prosessen forhåndenværende hetgasstrøm og avspennes så i en dampturbin for tilveiebringelse av ekstra mekanisk energi, slik det er kjent fra de såkalte "Combined-Cycle"-kraftverk. Prosessens virkningsgrad vil riktignok være noe lavere ved slike store anlegg enn det i prinsippet vil være mulig å oppnå i et anlegg ifølge den første hovedvariant, men anleggsomkostningene er til gjengjeld betydelig lavere. In the second main variant, the gas turbine's exhaust gas (possibly after heating the reactor for the fuel conversion) is used for steam production. This steam is superheated by means of a hot gas flow present in the process and is then de-stressed in a steam turbine for the provision of additional mechanical energy, as is known from the so-called "Combined-Cycle" power plants. The efficiency of the process will admittedly be somewhat lower in such large plants than it will in principle be possible to achieve in a plant according to the first main variant, but the plant costs are in return significantly lower.
Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningsfigurene, hvor: Fig. 1 viser et anlegg med rekuperator, og fig. 2 viser et anlegg med dampturbin. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows a plant with a recuperator, and fig. 2 shows a plant with a steam turbine.
I den i fig. 1 viste utførelsesform av oppfinnelsen suges forbrenningsluft inn gjennom en rørledning 9 ved hjelp av en kompressor 3a i en kompressorenhet 3, som dessuten også inneholder en andre kompressor 3b. Den komprimerte for-brenningsluf t mellomkjøles i en kjøler 4 og blir så i den andre kompressor 3b komprimert opp til et enda høyere trykk. Begge kompressorer 3a og 3b er mekanisk koplet med en kompressordriv-gassturbinenhet 2 ved hjelp av akslene 24,25. Gjennom en rørledning 10 går den komprimerte forbrenningsluft fra den andre kompressor 3b til en som rekuperator utformet avgassvarmeveksler 8 og blir der etter indirekte oppvarming ført til et første brennkammer 5 gjennom en rørledning 11. In the one in fig. 1 embodiment of the invention, combustion air is sucked in through a pipeline 9 by means of a compressor 3a in a compressor unit 3, which also contains a second compressor 3b. The compressed combustion air is intermediately cooled in a cooler 4 and is then compressed to an even higher pressure in the second compressor 3b. Both compressors 3a and 3b are mechanically connected to a compressor drive gas turbine unit 2 by means of shafts 24,25. Through a pipeline 10, the compressed combustion air from the second compressor 3b goes to an exhaust gas heat exchanger 8 designed as a recuperator and is there after indirect heating to a first combustion chamber 5 through a pipeline 11.
I brennkammeret 5 føres det gjennom en brennstoffledning 20 inn en del av et brennstoff, som er tilveiebragt i en reaktor 7 som følge av en endoterm reaksjon av et utgangsbrennstoff, og denne brennstoffandel brennes i brennkammeret 5. Den dannede hete gassblanding, som i tillegg til forbrennings-produktene også inneholder overskytende forbrenningsluft, føres gjennom hetgassledningen 12 til kompressordrivgass-turbinenheten 2 og blir der under avgivelse av den for kompressorenheten 3 nødvendige drivenergi delvis avspent og derved noe avkjølt. Into the combustion chamber 5, a portion of a fuel, which is provided in a reactor 7 as a result of an endothermic reaction of an output fuel, is introduced through a fuel line 20, and this portion of fuel is burned in the combustion chamber 5. The hot gas mixture formed, which in addition to the combustion products also contain excess combustion air, are passed through the hot gas line 12 to the compressor propellant gas turbine unit 2 and are there partially relaxed and thereby somewhat cooled while releasing the drive energy required for the compressor unit 3.
Denne fremdeles varme gassblanding går så gjennom hetgassledningen 13 inn i et andre brennkammer 6, hvor det likeledes innføres brennstoff fra brennstoffledningen 20. I dette andre brennkammer 6 skjer det en forbrenning med luftoverskudd, slik at avgassen totalt sett igjen bringes opp på en høyere temperatur. This still hot gas mixture then passes through the hot gas line 13 into a second combustion chamber 6, where fuel is likewise introduced from the fuel line 20. In this second combustion chamber 6, combustion takes place with excess air, so that the exhaust gas is again brought up to a higher temperature overall.
Den under denne forbrenning oppstående hete avgass føres gjennom en hetgassledning 14 til en gassturbin 1, som tilveiebringer den utnyttbare mekaniske energi, og fra gassturbinen går hetgassen etter avspenning ut gjennom avgassledningen 15. Kompressordriv-gassturbinenheten 2 og gassturbinen 1 kan være anordnet på en og samme aksel og kan til og med for forenkling av hele anlegget være utformet som et eneste turbinaggregat. Det er også mulig ved flere kompressortrinn å la disse delvis drives av gassturbinen 1. Det kan da foretas en optimal avstemming av kompressorer og turbiner. The hot exhaust gas produced during this combustion is led through a hot gas line 14 to a gas turbine 1, which provides the usable mechanical energy, and from the gas turbine the hot gas exits after relaxation through the exhaust line 15. The compressor drive gas turbine unit 2 and the gas turbine 1 can be arranged on one and the same shaft and can even be designed as a single turbine unit to simplify the entire plant. It is also possible with several compressor stages to have these partially driven by the gas turbine 1. An optimal coordination of compressors and turbines can then be carried out.
Ved dyseinnføring av eksempelvis vann eller vanndamp i brennkammerne 5 og 6 kan den adiabatiske flammetemperatur begrenses til under 1700°C og inngangstemperaturen i gassturbinen 1 begrenses til ca. 1250°C, i mange tilfeller til og med til enda lavere verdier på ned til 800° C, ved hvilke temperaturer det ikke oppstår nevneverdige mengder kvelstoffoksyder. I denne sammenheng er det en stor fordel ved oppfinnelsen at dannelsen av kvelstoffoksyder så allikevel reduseres vesentlig derved at det i sterk grad istedenfor utgangsbrennstoffet forbrennes i den endoterme reaksjon oppståtte omdannede brennstoffer med høyere absolutt varmeverdi. Dette vil nemlig i seg selv (alt etter luft-overskuddet) gi en adiabatisk flammetemperatur som ligger 300-550°C lavere enn den adiabatiske flammetemperatur ved en forbrenning av utgangsbrennstoffet. By nozzle introduction of, for example, water or water vapor into the combustion chambers 5 and 6, the adiabatic flame temperature can be limited to below 1700°C and the inlet temperature in the gas turbine 1 can be limited to approx. 1250°C, in many cases even to even lower values of down to 800°C, at which temperatures significant amounts of nitrogen oxides do not occur. In this context, it is a great advantage of the invention that the formation of nitrogen oxides is nevertheless significantly reduced by the fact that converted fuels with a higher absolute heating value produced in the endothermic reaction are burned to a large extent instead of the starting fuel. This will in itself (depending on the excess air) give an adiabatic flame temperature that is 300-550°C lower than the adiabatic flame temperature when burning the starting fuel.
Det er også mulig å gjennomføre forbrenningen av det tilførte brennstoff i et eneste brennkammer 5, slik at altså brennkammeret 6 kan bortfalle. Ved anvendelse av to brennkamre kan tiltakene for bevisst senking av flammetemperaturen også begrenses til det andre brennkammer 6, fordi de i det første brennkammer 5 dannede kvelstoffoksyder i sterk grad dekompon-eres som følge av varmepåvirkningen under den etterfølgende andre forbrenning. Det betyr at man under den første forbrenning kan arbeide med høye avgasstemperaturer og således med gunstige betingelser for kompressordriv-gassturbinen med henblikk på oppnåelse av en mest mulig høy turbinvirkningsgrad, uten at dette vil føre til høyere N0X-innhold. Den kontrollerte temperaturstyring er altså i første rekke av særlig betydning for det siste forbrenningstrinn. It is also possible to carry out the combustion of the supplied fuel in a single combustion chamber 5, so that the combustion chamber 6 can be omitted. When using two combustion chambers, the measures for deliberately lowering the flame temperature can also be limited to the second combustion chamber 6, because the nitrogen oxides formed in the first combustion chamber 5 are largely decomposed as a result of the heat effect during the subsequent second combustion. This means that during the first combustion one can work with high exhaust gas temperatures and thus with favorable conditions for the compressor drive gas turbine with a view to achieving the highest possible turbine efficiency, without this leading to a higher NOX content. The controlled temperature control is therefore primarily of particular importance for the last combustion stage.
Den ved avspenningen i turbinen 1 tilveiebragte mekaniske energi kan utnyttes med den utgående aksel 26 og kan eksempelvis benyttes for drift av en generator G for tilveiebringelse av elektrisk strøm. Den under avspenningen riktignok noe avkjølte, men stadig hete avgass vil gjennom avgassledningen 15 gå inn i oppvarmingsområdet til den indirekte oppvarmede reaktor 7 for den endoterme reaksjon. The mechanical energy provided by the relaxation in the turbine 1 can be utilized with the output shaft 26 and can, for example, be used to operate a generator G for the provision of electric current. The exhaust gas, although somewhat cooled during the relaxation, but still hot, will go through the exhaust gas line 15 into the heating area of the indirectly heated reactor 7 for the endothermic reaction.
Ved hjelp av denne endoterme reaksjon, som eksempelvis kan skje som dampreformering, blir det av utgangsbrennstoffet, som har en bestemt absolutt varmeverdi, dannet et nytt brennstoff med høyere absolutt varmeverdi. Dreier det seg om dampreformering av jordgass, som eksempelvis tilføres gjennom brennstoffledningen 18, så benyttes i tillegg en dampledning 19 for innføring av damp i reaktorens 7 reaksjonsrom. With the help of this endothermic reaction, which can for example take place as steam reforming, a new fuel with a higher absolute heating value is formed from the starting fuel, which has a specific absolute heating value. If it concerns steam reforming of natural gas, which is, for example, supplied through the fuel line 18, then a steam line 19 is also used for the introduction of steam into the reactor's 7 reaction space.
Som regel vil det være hensiktsmessig å blande dampen med brennstoffet på forhånd. Det tilveiebragte nye brennstoff, som består av en blanding av Etø, CO, COg , ikke-omdannet CH4 og vanndamp, føres gjennom tilløpsledningen 20 fra reaksjonsrommet til brennkammerne 5 og 6 og forbrennes der som beskrevet foran. Det er selvfølgelig også mulig, for optimalisering av forbrenningsprosessene (temperatur, massestrøm) i brennkammerne 5 og 6, å tilsette det høyereverdige brennstoff en andel av utgangsbrennstoffet og først så gjennomføre forbrenningen. Det benyttes da hensiktsmessig en blanding med en andel på minst 50%, fortrinnsvis til og med mer enn 80% av det omdannede brennstoff. Jo mindre omdannet brennstoff som er tilstede, desto mer tendensielt blir virkningsgraden påvirket. Prinsippet om at det forbrente brennstoff totalt skal ha en høyere varmeverdi enn utgangsbrennstoffet, bibeholdes i alle tilfeller. En del av det høyereverdige brennstoff kan selvfølgelig også sjaltes ut av prosessen og benyttes i andre prosesser. As a rule, it will be appropriate to mix the steam with the fuel in advance. The provided new fuel, which consists of a mixture of Etø, CO, COg, unconverted CH4 and water vapour, is fed through the supply line 20 from the reaction space to the combustion chambers 5 and 6 and is burned there as described above. It is of course also possible, for optimization of the combustion processes (temperature, mass flow) in the combustion chambers 5 and 6, to add a proportion of the starting fuel to the higher value fuel and only then carry out the combustion. A mixture is then suitably used with a proportion of at least 50%, preferably even more than 80% of the converted fuel. The less converted fuel is present, the more tendentially the efficiency is affected. The principle that the fuel burned in total must have a higher calorific value than the starting fuel is maintained in all cases. Part of the higher-quality fuel can of course also be removed from the process and used in other processes.
Ved den nevnte dampreformering av jordgass (i hovedsaken CE4) økes brennstoffets absolutte varmeverdi ca. 30%. I tilfelle av en hydrering av utgangsbrennstoffet toluol utgjør varmeverdi-økingen ca. 15$. Istedenfor en dampreformering kan den endoterme reaksjon eksempelvis også skje ved hjelp av en dehydrogenerering. Dette vil med etan som utgangsbrennstoff gi varmeverdi-økinger på ca. 10-20% og ved bruk av metanol sågar økninger på ca. 20 til 30%. Et ytterligere eksempel på en endoterm reaksjon er damp-cracking av vilkårlige kullvannstoff-forbindelser, (eksempelvis biogass, LPG, nafta, kerosin osv. ) . In the aforementioned steam reforming of natural gas (mainly CE4), the absolute heating value of the fuel is increased approx. 30%. In the case of a hydrogenation of the starting fuel toluene, the heating value increase amounts to approx. 15$. Instead of steam reforming, the endothermic reaction can, for example, also take place by means of dehydrogenation. With ethane as the starting fuel, this will give heating value increases of approx. 10-20% and when using methanol see increases of approx. 20 to 30%. A further example of an endothermic reaction is the steam cracking of arbitrary coal-hydrogen compounds, (for example biogas, LPG, naphtha, kerosene, etc.).
Nettopp denne sistnevnte mulighet er interessant, fordi den vil muliggjøre en vekslende utnyttelse av et stort antall ulike brennstoffer for tilveiebringelsen av den mekaniske energi, uten at gassturbinen må omstilles til det nye brennstoff ved veksling av bennstoffet. Precisely this latter possibility is interesting, because it will enable the alternating utilization of a large number of different fuels for the provision of the mechanical energy, without the gas turbine having to be converted to the new fuel by changing the fuel.
Den endoterme reaksjon gjennomføres mest mulig ved temperaturer under 780<*>C og best under 700°C. Den for oppvarmingen benyttede avgass forlater reaktorens 7 oppvarmingsområde gjennom avgassledningen 16 og har stadig en relativt høy temperatur. Ifølge oppfinnelsen benyttes den eksempelvis for oppvarming av avgassvarmeveksleren 8, hvor den komprimerte forbrenningsluft oppvarmes. Den avkjølte avgass går til slutt gjennom avgassledningen 17 ut fra avgass-varmeveksleren 8. The endothermic reaction is best carried out at temperatures below 780<*>C and best below 700°C. The exhaust gas used for heating leaves the heating area of the reactor 7 through the exhaust gas line 16 and still has a relatively high temperature. According to the invention, it is used, for example, for heating the exhaust gas heat exchanger 8, where the compressed combustion air is heated. The cooled exhaust gas finally passes through the exhaust gas line 17 out of the exhaust gas heat exchanger 8.
I tilfelle av en endoterm reaksjon hvor det er nødvendig med bruk av damp, kan den nye fremgangsmåte forsåvidt drives som et lukket system, idet dampen kan fremstilles under utnyttelse av den i de enkelte hete prosess-volumstrømmer forhåndenværende varme. For oppnåelse av enda høyere totalvirkningsgrad i prosessen kan i det minste en del av den nødvendige friskdamp også tilføres reaktoren utenfra, fra vilkårlige dampkilder. I anleggskjemaet er det fakultativt med stiplede linjer antydet aktuelle dampfremstillere 21,22,23, som kan drives alternativt eller også samtidig. Dampfremstilleren 21 er bygget inn i avgassledningen 17 ved slutten av anlegget og kan derfor bare gi damp med relativ lav temperatur. På dette sted kan det eventuelt anordnes en varmeveksler for forvarming av utgangsbrennstoffet (eller en brennstoff/dampblanding) eller for fødevannforvarming for dampf remst i11 ingen. In the case of an endothermic reaction where the use of steam is necessary, the new method can certainly be operated as a closed system, since the steam can be produced using the heat present in the individual hot process volume streams. To achieve an even higher overall efficiency in the process, at least part of the required fresh steam can also be supplied to the reactor from outside, from arbitrary steam sources. In the plant diagram, dashed lines optionally indicate relevant steam generators 21,22,23, which can be operated alternatively or simultaneously. The steam generator 21 is built into the exhaust gas line 17 at the end of the plant and can therefore only provide steam with a relatively low temperature. At this location, a heat exchanger can possibly be arranged for preheating the output fuel (or a fuel/steam mixture) or for feed water preheating for steam remst i11 ingen.
Et annet mulig sted for en dampfremstiller 22 er antydet mellom avgassvarmeveksleren 8 og reaktoren 7, i avgassledningen 16. Another possible location for a steam generator 22 is suggested between the exhaust gas heat exchanger 8 and the reactor 7, in the exhaust gas line 16.
En foretrukken plassering er den som er vist for dampfremstilleren 23, mellom kompressordriv-gassturbinenheten 2 og det andre brennkammer 6, da en slik plassering vil ha en positiv utvirkning med hensyn til redusering av forbrenningstemperaturen i brennkammeret 6. Er det anordnet flere samtidige dampfremstillere 21 til 23, så kan disse være koplet slik etter hverandre at man eksempelvis i den ene (21) kan fremstille damp med relativ lav temperatur og så overhete denne i en annen fremstiller (eksempelvis 22 og/eller 23) for oppnåelse av en høyere temperatur. I prinsippet kan også avvarmen fra en mellomkjøling under komprimeringen av forbrenningsluften (kjøleren 4) benyttes for dampfremstilling. A preferred location is that shown for the steam generator 23, between the compressor drive gas turbine unit 2 and the second combustion chamber 6, as such a location will have a positive effect with regard to reducing the combustion temperature in the combustion chamber 6. If several simultaneous steam generators 21 are arranged to 23, then these can be connected in such a way that, for example, one (21) can produce steam at a relatively low temperature and then superheat this in another producer (for example 22 and/or 23) to achieve a higher temperature. In principle, the heat from an intermediate cooling during the compression of the combustion air (cooler 4) can also be used for steam production.
I skjemaet i fig. 1 er reaktoren 7 koplet inn i avgass-ledningene 15,16 fra gassturbinen 1. Det er imidlertid også mulig å varme opp reaktoren med en tidligere i prosessen uttatt hetgass-strøm. Reaktoren 7 kan således i prinsippet også innkoples i ledningene 11,12,13 eller 14. En temperatursenking av hetgass-strømmen vil riktignok redusere turbinvirkningsgraden til turbinene 1 henholdsvis 2, men samtidig reduseres også NOx-dannelsen. Derfor må fremgangsmåteparameterne avstemmes innbyrdes med henblikk på oppnåelse av en mest mulig optimal virkning. In the form in fig. 1, the reactor 7 is connected to the exhaust gas lines 15, 16 from the gas turbine 1. However, it is also possible to heat the reactor with a hot gas stream taken out earlier in the process. The reactor 7 can thus in principle also be connected to the lines 11,12,13 or 14. A temperature reduction of the hot gas stream will indeed reduce the turbine efficiency of turbines 1 and 2 respectively, but at the same time NOx formation is also reduced. Therefore, the method parameters must be coordinated with each other with a view to achieving the most optimal effect possible.
For start av anlegget fra den kalde tilstand, hvor man hverken har en hetgasstrøm eller tilstrekkelig omdannet brennstoff til rådighet, kan det alternativt eller samtidig være sørget for at i det minste over en viss tidsperiode det opprinnelige brennstoff (eksempelvis jordgass) kan innledes og forbrennes i brennkammeret 5 og i oppvarmingsområdet i reaktoren 7. For starting the plant from the cold state, where there is neither a hot gas stream nor sufficient converted fuel available, it can alternatively or at the same time be ensured that at least over a certain period of time the original fuel (for example natural gas) can be introduced and burned in the combustion chamber 5 and in the heating area in the reactor 7.
De tilsvarende (her ikke inntegnede) særlige brennstoff-ledninger kan også tilkoples kortvarig når og hvis den til rådighet stående varme i disse aggregater midlertidig ikke skulle være tilstrekkelig. Anleggets totaldrift kan derved reguleres på en meget enkel måte. For oppnåelse av bedre regulering og en optimalisering av totalsystemet kan det i tillegg også være sørget for at en del av den i gassturbinen 2 for kompressordriften tilveiebragte energi avgis utad som utnyttbar mekanisk energi. The corresponding (not shown here) special fuel lines can also be connected for a short time when and if the heat available in these aggregates is temporarily insufficient. The plant's overall operation can thereby be regulated in a very simple way. In order to achieve better regulation and an optimization of the overall system, it can also be ensured that part of the energy provided in the gas turbine 2 for the compressor operation is emitted externally as usable mechanical energy.
I fig. 2 er den andre hovedvarianten til den nye fremgangsmåte vist skjematisk. Funksjonslike anleggsdeler har stort sett samme henvisningstall som i fig. 1. Det som er sagt foran i fig. 1 gjelder derfor tilsvarende for slike komponenter, og nedenfor skal derfor bare forskjellene omtales nærmere. In fig. 2, the second main variant of the new method is shown schematically. Functionally similar installation parts have largely the same reference number as in fig. 1. What has been said before in fig. 1 therefore applies accordingly to such components, and below only the differences will be described in more detail.
Den vesentlige forskjell i forhold til fig. 1 er at den som rekuperator for forbrenningsluft-forvarmingen benyttede avgass-varmeveksler 8 mangler og at man isteden har lagt inn et system for tilveiebringelse av overhetet damp, som utnyttes i en dampturbin 31 for tilveiebringelse av mekanisk energi. Dette dampfremstillingssystem består av en dampkjele 30 og en dampoverheter 29. The significant difference compared to fig. 1 is that the exhaust gas heat exchanger 8 used as a recuperator for the combustion air preheating is missing and that a system for providing superheated steam has been installed instead, which is utilized in a steam turbine 31 for providing mechanical energy. This steam production system consists of a steam boiler 30 and a steam superheater 29.
Dampkjelen 30 varmes opp med restvarmen i avgass fra gassturbinen 1, etter at denne avgass har gått gjennom reaktorens 7 oppvarmingsrom og har avgitt varme der. Den tilveiebragte damp går gjennom rørledning 37 til overheteren 29 og derfra gjennom rørledningen 38 til dampturbinens 31 dampinnløps-side. Den avspente damp føres fra dampturbinen 31 til en kondensator 32. Kondensatpumpen 33 bringer det kondenserte vann til en avgassingsinnretning 34. The steam boiler 30 is heated with the residual heat in waste gas from the gas turbine 1, after this waste gas has passed through the reactor's 7 heating room and has given off heat there. The supplied steam goes through pipeline 37 to the superheater 29 and from there through pipeline 38 to the steam inlet side of the steam turbine 31. The de-stressed steam is led from the steam turbine 31 to a condenser 32. The condensate pump 33 brings the condensed water to a degassing device 34.
Derfra går det oppberedede kjelevann ved hjelp av kjeleføde-pumpen 35 gjennom en rørledning til dampkjelen 30. Således representerer damp/vannsystemet et i hovedsaken lukket kretsløpsystem. Vanntap utlignes med en ikke vist vanntil-setting. From there, the prepared boiler water goes by means of the boiler feed pump 35 through a pipeline to the steam boiler 30. Thus, the steam/water system represents an essentially closed circuit system. Water loss is compensated with a water addition not shown.
Slike vanntap oppstår særlig når, slik det er antydet i fig. 2 med den stiplede ledning 36, damp tas ut etter dampturbinens 31 høytrykksdel og føres til brennkammerne 5 og 6 for temperaturregulering og massestrømøking der. Den likeledes som valgfri ansebare rørledning 19 kan på samme måte ta damp fra kretsløpsystemet og føre den inn i reaktorens 7 reaksjonsrom. Denne damp kan imidlertid også, slik det er nevnt foran i forbindelse med fig. 1, tilveiebringes på andre steder i anlegget eller tilføres utenfra. Det for fylling av damp/vannkretsløpet nødvendige vann kan tas fra kondensatet som skilles ut i avgassledningen 17. Such water losses occur in particular when, as indicated in fig. 2 with the dotted line 36, steam is taken out after the high-pressure part of the steam turbine 31 and is led to the combustion chambers 5 and 6 for temperature regulation and mass flow increase there. The pipeline 19, which can also be considered optional, can in the same way take steam from the circuit system and lead it into the reaction chamber of the reactor 7. However, this steam can also, as mentioned above in connection with fig. 1, is provided elsewhere in the facility or supplied from outside. The water required for filling the steam/water circuit can be taken from the condensate that is separated in the exhaust line 17.
Det skal dessuten også nevnes at tilføringen av komprimert f orbrenningsluf t til det første brennkammer 5 i fig. 2 er betegnet med henvisningstallet 27 og at hetgassledningen fra dampoverheteren 29 til det andre brennkammer 6 er betegnet med henvisningstallet 28. It should also be mentioned that the supply of compressed pre-combustion air to the first combustion chamber 5 in fig. 2 is denoted by the reference number 27 and that the hot gas line from the steam superheater 29 to the second combustion chamber 6 is denoted by the reference number 28.
I utgangspunktet gjelder det også for varianten i fig. 2 at reaktoren 7 kan plassers på et annet sted i hetgassledning-ene. En foretrukken løsning er en hvor plasseringene til reaktoren 7 og dampoverheteren 29 er byttet med hverandre. In principle, this also applies to the variant in fig. 2 that the reactor 7 can be placed in another place in the hot gas lines. A preferred solution is one where the locations of the reactor 7 and the steam superheater 29 are interchanged.
En ytterligere fordelaktig utforming ifølge oppfinnelsen, som ikke er vist i fig. 1 og 2, vedrører utnyttelsen av den i gassturbinen 1 avspente hete avgass. Denne avgass inneholder nemlig vanligvis fremdeles en betraktelig C^-andel, fordi forbrenningen foretas med C^-overskudd. Avgassen kan derfor eksempelvis utnyttes som katodegass for C^-forsyning av et brennstoffcellesystem, hvor det fremstilles elektrisk strøm. I slike brennstoffcellesystemer er det en fordel at katode-gassen tilføres omtrentlig med en temperatur som svarer til brennstoffcellenes driftstemperatur. Ålt etter brennstoffcellesystem-type vil driftstemperaturen ligge på et annet nivå. Derfor koples brennstoffcellesystemet inn på et egnet sted i avgassrørledningen 15,16,17, dvs. at avkjølingen av den avspente avgass, med oppvarming av andre i prosessen nødvendige mediestrømmer (luftforvarming, dampfremstilling, reformatoroppvarming) gjennomføres ned til omtrent den ønskede driftstemperatur, hvoretter avgasstrømmen eller en del av den føres inn i brennstoffcellesystemets katoderom. Forsyningen av brennstoffcellesystemet med brennstoff kan skje fra en vilkårlig E2-gasskilde (eksempelvis en rørledning eller en gassakkumulator). En delstrøm av en i reaktoren 7 tilveiebragt H2~rik gass kan også føres inn i brennstoffcellenes anoderom. A further advantageous design according to the invention, which is not shown in fig. 1 and 2, relate to the utilization of the hot exhaust gas released in the gas turbine 1. This exhaust gas usually still contains a considerable proportion of C^, because the combustion is carried out with an excess of C^. The exhaust gas can therefore, for example, be used as cathode gas for C2 supply of a fuel cell system, where electric current is produced. In such fuel cell systems, it is an advantage that the cathode gas is supplied approximately at a temperature that corresponds to the operating temperature of the fuel cells. Depending on the fuel cell system type, the operating temperature will be at a different level. Therefore, the fuel cell system is connected at a suitable place in the exhaust gas pipeline 15,16,17, i.e. the cooling of the de-stressed exhaust gas, with heating of other media flows necessary in the process (air preheating, steam production, reformer heating) is carried out down to approximately the desired operating temperature, after which the exhaust gas flow or part of it is fed into the cathode compartment of the fuel cell system. The fuel cell system can be supplied with fuel from any E2 gas source (for example, a pipeline or a gas accumulator). A partial flow of an H2-rich gas provided in the reactor 7 can also be fed into the anode compartment of the fuel cells.
Virkemåten til den nye fremgangsmåte skal nedenfor belyses nærmere i form av et utførelseseksempel. Det forutsettes et anlegg som vist i fig. 1. Varmeveksleren 21 benyttes for tilveiebringelse av vanndamp og for forvarming av jordgass, mens varmeveksleren 22 benyttes for overheting av vanndamp/- jordgass-blandingen, før denne blanding tilføres dampreformatoren 7. Den som utgangsbrennstoff anvendte jordgass har et ledningstrykk på 20 bar, og vannet har en temperatur på ca. 15°C. Damp/kullstoff-forholdet (mol/mol) er 2,0. Forøvrig er fremgangsmåteparameterne valgt i samsvar med den nedenfor angitte tabellariske oppstilling. I oppstillingen er det angitt henvisningstall hentet fra fig. 1. The way the new method works will be explained in more detail below in the form of an implementation example. A facility as shown in fig. 1. The heat exchanger 21 is used for providing water vapor and for preheating natural gas, while the heat exchanger 22 is used for superheating the water vapor/natural gas mixture, before this mixture is fed to the steam reformer 7. The natural gas used as output fuel has a line pressure of 20 bar, and the water has a temperature of approx. 15°C. The steam/carbon ratio (mol/mol) is 2.0. Otherwise, the method parameters have been selected in accordance with the tabular arrangement set out below. In the list, reference numbers taken from fig. 1.
Ved en dampreformering av den i hovedsaken av metan bestående jordgass ble ca. 12% av metan-andelen ikke omdannet og ble forbrent i brennkammerne 5 og 6 i den opprinnelige form. Med unntak av energien for komprimeringen av jordgassen, som forelå med tilstrekkelig ledningstrykk, ble hele energi-behovet i prosessen dekket av selve prosessen, slik at det ikke var nødvendig med noen energitilførsel utenfra. Den derved oppnådde totalvirkningsgrad, dvs. forholdet mellom den tilveiebragte elektriske energi og den anvendte energimengde av brennstoff på basis av den nedre varmeverdi utgjorde 65%, dvs. at virkningsgraden lå på et hittil ikke oppnådd størrelsesorden-nivå. Dessuten utmerket avgassen seg ved lavt kvelstoffoksyd-innhold, uten innsats av kvelstoff-fjerning-tiltak. During a steam reforming of the natural gas consisting mainly of methane, approx. 12% of the methane portion was not converted and was burned in combustion chambers 5 and 6 in its original form. With the exception of the energy for the compression of the natural gas, which was available with sufficient line pressure, the entire energy requirement in the process was covered by the process itself, so that no energy supply from outside was necessary. The thereby achieved total efficiency, i.e. the ratio between the electrical energy provided and the energy quantity of fuel used on the basis of the lower calorific value, was 65%, i.e. the efficiency was at a previously unachieved level of order of magnitude. In addition, the exhaust gas excelled at a low nitrogen oxide content, without the use of nitrogen removal measures.
Den store fordel som man oppnås med oppfinnelsen anses å være at det ikke bare muliggjøres en drastisk øking av virkningsgraden under en fremstilling av mekanisk energi med utgangs-punkt i brennstoffer på basis av kullvannstoff-forbindelser, men at denne virkningsgradøking samtidig kan oppnås med redusering av andelen av skadelige stoffer i avgassen. Hertil kommer at det nye anleggs særlige anvendbarhet i forbindelse med desentralisert elektrisitetsfremstilling gir en sterk reduksjon av de ved bruk av vanlig storkraftverk-teknikk oppstående tap som følge av strømtransport over større avstander og transformering av strømmen. The great advantage achieved with the invention is considered to be that it not only enables a drastic increase in the degree of efficiency during the production of mechanical energy with the starting point in fuels based on coal-hydrogen compounds, but that this increase in efficiency can be achieved at the same time with a reduction of the proportion of harmful substances in the exhaust gas. In addition, the new plant's special applicability in connection with decentralized electricity production results in a strong reduction of the losses arising from the use of conventional large-scale power plant technology as a result of electricity transport over greater distances and transformation of the electricity.
Claims (19)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4003210A DE4003210A1 (en) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING MECHANICAL ENERGY |
PCT/DE1991/000064 WO1991011597A1 (en) | 1990-02-01 | 1991-01-18 | Process and device for generating mechanical energy |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO923011D0 NO923011D0 (en) | 1992-07-30 |
NO923011L NO923011L (en) | 1992-09-23 |
NO179298B true NO179298B (en) | 1996-06-03 |
NO179298C NO179298C (en) | 1996-09-11 |
Family
ID=6399357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO923011A NO179298C (en) | 1990-02-01 | 1992-07-30 | Methods and facilities for providing mechanical energy |
Country Status (16)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0518868B1 (en) |
JP (1) | JPH05506290A (en) |
KR (1) | KR920701627A (en) |
CN (1) | CN1024212C (en) |
AT (1) | ATE103037T1 (en) |
CA (1) | CA2075290A1 (en) |
CZ (1) | CZ280982B6 (en) |
DE (2) | DE4003210A1 (en) |
DK (1) | DK0518868T3 (en) |
ES (1) | ES2051117T3 (en) |
HU (1) | HUT67416A (en) |
NO (1) | NO179298C (en) |
PL (1) | PL165321B1 (en) |
RU (1) | RU2085754C1 (en) |
SK (1) | SK278798B6 (en) |
WO (1) | WO1991011597A1 (en) |
Families Citing this family (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4032993C1 (en) * | 1990-10-15 | 1992-05-07 | Mannesmann Ag, 4000 Duesseldorf, De | |
DK171830B1 (en) * | 1995-01-20 | 1997-06-23 | Topsoe Haldor As | Method for generating electrical energy |
GB2299377A (en) * | 1995-03-29 | 1996-10-02 | Cyril Timmins | Gas turbine powere generation system |
DE19627189A1 (en) * | 1996-07-05 | 1998-01-15 | Siemens Ag | Coal or oil, natural-gas compound electric power generating station |
DE19719197A1 (en) * | 1997-05-09 | 1998-11-12 | Abb Research Ltd | Method and device for operating the combustion chamber of a gas turbine system with liquid fuel |
GB0025150D0 (en) † | 2000-10-13 | 2000-11-29 | Air Prod & Chem | A process and apparatus for the production of synthesis gas |
US6278169B1 (en) * | 1998-05-07 | 2001-08-21 | Analog Devices, Inc. | Image sensor shielding |
DE19952885A1 (en) * | 1999-11-03 | 2001-05-10 | Alstom Power Schweiz Ag Baden | Process and operation of a power plant |
FR2847620B1 (en) * | 2002-11-21 | 2006-06-16 | Jean Andre Bech | GAZOGENE TURBO-ENGINE AND WOOD GAS GENERATOR |
FR2900934B1 (en) * | 2006-05-09 | 2012-09-21 | Inst Francais Du Petrole | PROCESS FOR COPRODUCTION OF ELECTRICITY AND HYDROGEN-RICH GAS BY VAPOREFORMING HYDROCARBON CUTTING WITH CALORIES BY IN SITU HYDROGEN COMBUSTION |
JP2010532909A (en) * | 2007-03-06 | 2010-10-14 | セラムテック アクチエンゲゼルシャフト | Method for environmentally removing air / solvent mixtures in fuel cell systems and recovery units |
US20090241551A1 (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-01 | Air Liquide Process And Construction Inc. | Cogeneration of Hydrogen and Power |
US8701413B2 (en) | 2008-12-08 | 2014-04-22 | Ener-Core Power, Inc. | Oxidizing fuel in multiple operating modes |
MX2011007584A (en) * | 2009-01-15 | 2012-01-12 | Martin Hadlauer | Coupled gas/steam turbine. |
DE102009043499A1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-03-31 | Uhde Gmbh | Method of operating an IGCC power plant process with integrated CO2 separation |
RU2467187C2 (en) * | 2010-11-03 | 2012-11-20 | ООО "Центр КОРТЭС" | Method of operating gas turbine unit |
JP2013092053A (en) * | 2011-10-24 | 2013-05-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Liquefied gas processing system, control method thereof, liquefied gas carrying vessel including the same, and liquefied gas storage facility including the same |
US9273606B2 (en) * | 2011-11-04 | 2016-03-01 | Ener-Core Power, Inc. | Controls for multi-combustor turbine |
US9890706B2 (en) * | 2012-12-28 | 2018-02-13 | Phoenix Biopower Ab | Method and plant for transferring energy from biomass raw material to at least one energy user |
JP6483106B2 (en) | 2013-06-28 | 2019-03-13 | エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー | System and method utilizing an axial flow expander |
WO2014208777A1 (en) | 2013-06-28 | 2014-12-31 | Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation | Axial flow expander |
DE102013212871A1 (en) * | 2013-07-02 | 2015-01-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Thermal engineering of power plant, steam reformer and thermal water treatment |
RU2561755C2 (en) * | 2013-11-07 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Operating method and system of gas-turbine plant |
RU2599407C1 (en) * | 2015-06-09 | 2016-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method of continuous operation gas turbine plant action |
DE102015219398A1 (en) * | 2015-10-07 | 2017-04-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for operating a gas-and-steam combined cycle power plant and gas and steam combined cycle power plant |
CN107917433A (en) * | 2017-11-22 | 2018-04-17 | 苏州克兰茨环境科技有限公司 | A kind of Microturbine organic waste gas treatment device |
CN109268092A (en) * | 2018-08-02 | 2019-01-25 | 上海柯来浦能源科技有限公司 | A kind of hydrogen mixed working fluid dynamical system using air-energy |
WO2022156523A1 (en) * | 2021-01-25 | 2022-07-28 | 李华玉 | Dual-fuel gas-steam combined cycle power device |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1219732B (en) * | 1958-07-12 | 1966-06-23 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Method for operating an internal combustion engine with continuous combustion, for example a gas turbine |
NL302138A (en) * | 1963-02-19 | |||
DE1228856B (en) * | 1965-06-09 | 1966-11-17 | M A N Turbo G M B H | Internal combustion engine with continuous combustion, in particular a gas turbine system |
CH626976A5 (en) * | 1978-01-03 | 1981-12-15 | Rawyler Ernst Ehrat | |
US4478039A (en) * | 1980-12-29 | 1984-10-23 | United Technologies Corporation | Utilization of coal in a combined cycle powerplant |
JPS58162730A (en) * | 1982-03-22 | 1983-09-27 | Setsuo Yamamoto | Gas turbine apparatus |
DE3331153A1 (en) * | 1983-08-30 | 1985-03-14 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Gas turbine system for open process |
JPS62214235A (en) * | 1986-03-17 | 1987-09-21 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Gas turbine power generation system using methanol as fuel |
GB8629031D0 (en) * | 1986-12-04 | 1987-01-14 | Shell Int Research | Producing hydrogen |
NL8702834A (en) * | 1987-11-26 | 1989-06-16 | Turbo Consult Bv | PLANT FOR GENERATING MECHANICAL ENERGY AND METHOD FOR OPERATING SUCH PLANT. |
EP0351094B1 (en) * | 1988-04-05 | 1994-03-23 | Imperial Chemical Industries Plc | Gas turbines |
-
1990
- 1990-02-01 DE DE4003210A patent/DE4003210A1/en not_active Withdrawn
-
1991
- 1991-01-18 AT AT91902259T patent/ATE103037T1/en not_active IP Right Cessation
- 1991-01-18 ES ES91902259T patent/ES2051117T3/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-01-18 DK DK91902259.0T patent/DK0518868T3/en active
- 1991-01-18 JP JP91502379A patent/JPH05506290A/en active Pending
- 1991-01-18 WO PCT/DE1991/000064 patent/WO1991011597A1/en active IP Right Grant
- 1991-01-18 CA CA002075290A patent/CA2075290A1/en not_active Abandoned
- 1991-01-18 EP EP91902259A patent/EP0518868B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-01-18 RU SU915052977A patent/RU2085754C1/en active
- 1991-01-18 DE DE91902259T patent/DE59101211D1/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-01-18 KR KR1019910701034A patent/KR920701627A/en not_active Application Discontinuation
- 1991-01-18 HU HU9202499A patent/HUT67416A/en unknown
- 1991-01-30 PL PL91288895A patent/PL165321B1/en unknown
- 1991-02-01 SK SK243-91A patent/SK278798B6/en unknown
- 1991-02-01 CZ CS91243A patent/CZ280982B6/en unknown
- 1991-02-01 CN CN91101391A patent/CN1024212C/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-07-30 NO NO923011A patent/NO179298C/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05506290A (en) | 1993-09-16 |
CS9100243A2 (en) | 1991-08-13 |
CA2075290A1 (en) | 1991-08-02 |
DK0518868T3 (en) | 1994-05-09 |
NO923011D0 (en) | 1992-07-30 |
DE59101211D1 (en) | 1994-04-21 |
ES2051117T3 (en) | 1994-06-01 |
EP0518868B1 (en) | 1994-03-16 |
PL288895A1 (en) | 1991-10-21 |
NO923011L (en) | 1992-09-23 |
RU2085754C1 (en) | 1997-07-27 |
KR920701627A (en) | 1992-08-12 |
WO1991011597A1 (en) | 1991-08-08 |
EP0518868A1 (en) | 1992-12-23 |
DE4003210A1 (en) | 1991-08-14 |
CN1057315A (en) | 1991-12-25 |
ATE103037T1 (en) | 1994-04-15 |
SK278798B6 (en) | 1998-03-04 |
HUT67416A (en) | 1995-04-28 |
CZ280982B6 (en) | 1996-05-15 |
NO179298C (en) | 1996-09-11 |
PL165321B1 (en) | 1994-12-30 |
CN1024212C (en) | 1994-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO179298B (en) | Methods and facilities for providing mechanical energy | |
US5669216A (en) | Process and device for generating mechanical energy | |
AU2010320871B2 (en) | Thermal-chemical utilization of carbon-containing materials, in particular for the emission-free generation of energy | |
US8375725B2 (en) | Integrated pressurized steam hydrocarbon reformer and combined cycle process | |
EA023988B1 (en) | System and method for high efficiency power generation using a nitrogen gas working fluid | |
JP2015502479A (en) | Hybrid fossil fuel and solar supercritical carbon dioxide power generation system and method | |
EP4133034B1 (en) | Ultra-low emission ethylene plant | |
US8091369B2 (en) | Method and apparatus for generating electrical power | |
AU2012283712B2 (en) | Advanced combined cycle systems and methods based on methanol indirect combustion | |
Sun et al. | Thermodynamic analysis of a tri-generation system driven by biomass direct chemical looping combustion process | |
RU2471080C2 (en) | Method to operate power plant with integrated gasification, and also power plant | |
EP3844371B1 (en) | System for generating energy in a working fluid from hydrogen and oxygen and method of operating this system | |
US8733109B2 (en) | Combined fuel and air staged power generation system | |
US8118895B1 (en) | Method and apparatus for refueling existing natural gas combined cycle plant as a non-integrated gasification combined cycle plant | |
Darmawan et al. | Direct ammonia production via a combination of carbonization and thermochemical cycle from empty fruit bunch | |
JP2022137001A (en) | Supercritical co2 power cycle with dry reforming of methane | |
US20110113778A1 (en) | Apparatus and method for using solar power in existing power plants | |
Wu et al. | A distributed cogeneration system with a two-stage solar-driven biomass gasifier for heating, power and hydrogen in Northern China | |
RU67089U1 (en) | CONVERTER METANATOR | |
RU57422U1 (en) | POWER UNIT FOR UNDERGROUND COAL GASIFICATION | |
Jin et al. | Proposal of a novel multi-functional energy system for cogeneration of coke, hydrogen and power | |
Jin et al. | Multi-functional energy system (MES) with multi fossil fuels and multi products | |
JP2024513438A (en) | Generation of electrical energy from hydrogen and oxygen | |
AU2003204577B2 (en) | Retrofit Equipment for Reducing the Consumption of Fossil Fuel by a Power Plant Using Solar Insolation | |
Lamp et al. | The efficiency of heat and power production from combustion and gasification |