NO325049B1 - Fremgangsmate for a oke energi- og kostnadseffektivitet i et gasskraftverk eller kraftferk; et varmekraftverk for samme og et brennkammer for bruk i tilknytning til slike verk. - Google Patents

Fremgangsmate for a oke energi- og kostnadseffektivitet i et gasskraftverk eller kraftferk; et varmekraftverk for samme og et brennkammer for bruk i tilknytning til slike verk. Download PDF

Info

Publication number
NO325049B1
NO325049B1 NO20062879A NO20062879A NO325049B1 NO 325049 B1 NO325049 B1 NO 325049B1 NO 20062879 A NO20062879 A NO 20062879A NO 20062879 A NO20062879 A NO 20062879A NO 325049 B1 NO325049 B1 NO 325049B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
gas
combustion chamber
flue gas
flame tube
combustion
Prior art date
Application number
NO20062879A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20062879L (no
Inventor
Arne Lynghjem
Original Assignee
Statoil Asa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Statoil Asa filed Critical Statoil Asa
Priority to NO20062879A priority Critical patent/NO325049B1/no
Priority to PCT/NO2007/000198 priority patent/WO2008023986A1/en
Publication of NO20062879L publication Critical patent/NO20062879L/no
Publication of NO325049B1 publication Critical patent/NO325049B1/no

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants 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
    • F01K23/06Plants 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
    • F01K23/10Plants 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-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
    • F02C3/30Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/34Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid with recycling of part of the working fluid, i.e. semi-closed cycles with combustion products in the closed part of the cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/08Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for reducing temperature in combustion chamber, e.g. for protecting walls of combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04Air inlet arrangements
    • F23R3/06Arrangement of apertures along the flame tube
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/504Carbon dioxide
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32Direct CO2 mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å øke energi og kostnadseffektiviteten i et gasskraftverk eller kraftvarmeverk og for energi- og kostnadseffektiv C0-innfanging fra røykgass med oppkonsentrert C02-innhold. Anlegget omfattende fortrinnsvis to gassturbiner som omfatter i det minste en kompressor (13) og en turbin (14) og omfatter videre et brennkammer (10), idet røykgass fra brennkammeret (10) ekspanderes, kjøles ned og passerer gjennom en renseenhet (11) hvor i det minste vesentlige deler av C02- innholdet fra røykgassen fjernes. Resirkulert røykgass benyttes videre for kjøling av flammerøret (40) i brennkammeret (10), og oppkonsentrering av C02 -innholdet i røykgassen, idet tilførsel av friskluft til brennkammeret (10) sørger for nær støkiometrisk forbrenning. Oppfinnelsen omfatter ett forbedret brennkammersystem som medfører økning av gassturbinprosessens energieffektivitet og ytelse kan opprettholdes høyest mulig nivå. Oppfinnelsen vedrører også et kraftverk for utførelse av fremgangsmåten.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å øke energi- og kostnadseffektivitet i et gasskraftverk eller kraftvarmeverk og for energi- og kostnadseffektiv C02~innfanging. Gasskraftverket eller kraftvarmeverket omfatter gassturbinanlegg eller kombinert anlegg med damp- og gassturbinsyklus, fortrinnsvis utstyrt med minst to gassturbinanlegg med en kompressordel og en turbindel og omfattende videre brennkammer med flammerør, der nevnte brennkammer arbeider med i hovedsak to separate gasstrømmer hvor en gasstrøm utgjøres av luft som tilføres sammen med brennstoff sentralt innvendig i flammerøret, og hvor den andre gasstrømmen utgjøres av en kjølende gass som går på utsiden av nevnte flammerøret, idet røykgass fra nevnte brennkammer ekspanderes og kjøles ned og passerer gjennom en renseenhet hvor i det minste vesentlige deler av CC>2-innholdet fra røykgassen fjernes, før den rensede røykgassen slippes ut i atmosfæren.
Foreliggende oppfinnelse vedrører tilsvarende et gasskraftverk eller et kraftvarmeverk, samt brennkammer tilpasset slike verk.
Utslipp av karbondioksyd (C02) har økt vesentlig i de siste tiårene og representerer et globalt problem. Ut fra Kyoto avtalen og "føre-var" prinsippet er det derfor ønskelig å begrense utslippet av klimagasser som CO2 for å motvirke endringer i klimaet. Et tiltak er å sørge for innfanging av C02 i forbindelse med konvertering av energi fra fossilt brensel i gasskraftverk og/eller kraftvarmeverk. De ulike elementene i C02~verdikjeden inkluderer teknologi for innfanging, transport og videre sluttlagring eller bruk av C02 til for eksempel økt oljeutvinning i reservoarer (IOR).
Eksosgassrensing fra gasskraftverk (såkalt post-combustion type) finnes i dag i drift i mellomstor skala. Slik eksosgassrensing har også potensiale for kostnadsreduk-sjoner. Den eksisterende teknologi for eksosgassrensing er basert på absorpsjon av karbon etter at forbrenningen har funnet sted. Et gasskraftverk av denne typen er beskrevet i åpen litteratur, lærebøker og publikasjoner.
Eksosgassen fra et standard kombinert syklus gassturbinkraftverk inneholder ca. 3,5 volum % CO2 og eksosen må kjøles ned fra om lag 450-600 °C til normal driftstemperatur for aminvask som ligger rundt 40-55 °C. I det atmosfæriske absorpsjonstårnet overføres CO2 i gassen til væskefasen ved kjemisk absorpsjon i aminløsningen. Det er viktig å ha en stor kontaktflate mellom gass og væske, og tårnet vil bli høyt og kan komme opp i over 30 meter, og for ett 400 MW kraftverk ligger det nødvendige tverrsnittet i absorpsjons-kolonnen på 260-320 m<2>. Et standard gasskraftverk med denne type eksosgassrensning har derfor den ulempe at både investeringskostnadene og driftskostnadene blir svært høye i tillegg til at anlegget også er meget plasskrevende.
Det er kjent teknologier som kan gi mer kostnadseffektive innfangningsanlegg ved å øke CO2 innholdet i eksosgassen fra et gassturbinkraftverk til ca. 10 volum % CO2. Det kan oppnås ved hjelp av resirkulering av store mengder eksosgass. Men resirkulering av store mengder eksosgass resulterer i et annet problem, nemlig at oksygeninnholdet i brennkammeret blir for lavt for å opprettholde stabil forbrenning. Det er ikke mulig å resirkulere større mengder eksosgass enn det som tilsvarer ca. 6-7 volum % C02 uten å få problemer med utilstrekkelig oksygeninnhold for å opprettholde stabil forbrenning. Den foreliggende oppfinnelsen tar sikte på å oppnå ca. 10 volum % CO2 i eksosgassen uten å få problemer med utilstrekkelig oksygeninnhold ved anvendelse av et forbedret brennkammerarrangement og kraftverkskonsept.
Fra NO 318638 er det kjent en fremgangsmåte for å øke energi- og kostnadseffektiviteten i et gasskraftverk eller kraftvarmeverk og for energi- og kostnadseffektiv CO2-innfanging fra trykksatt røykgass med oppkonsentrert CO2-innhold. Anlegget omfatter en gassturbin som omfatter en kompressor og en turbin og omfatter videre et brennkammer, idet røykgass fra brennkammeret kjøles ned og passerer gjennom en trykksatt renseenhet hvor i det minste vesentlige deler av C02-innhyoldet fra røykgassen fjernes. Den rensede røykgass varmes opp igjen og sammen med tilførsel av en trykksatt damp, tilføres turbinen og en avgasskjel, før den rensede røykgassen slippes ut i atmosfæren. En delstrøm benyttes for varmeveksling i brennkammeret. Derved oppnås optimal oppvarming av denne delstrømmen i brennkammeret hvor varmenergien overføres med høyest mulig temperatur og delstrømmen deretter føres videre til turbinens innløp, slik at gassturbinprosessens energieffektivitet og ytelse kan opprettholdes på høyest mulig nivå.
Fra NO 3197 98 er det kjent en tilsvarende fremgangsmåte. Anlegget ifølge denne løsning omfatter fortrinnsvis to gassturbiner som omfatter i det minste en kompressor og en turbin og som videre omfatter et brennkammer. Røykgass fra brennkammeret ekspanderes, komprimeres og kjøles ned og passerer gjennom en trykksatt renseenhet hvor i det minste vesentlige deler av C02~innholdet fra røykgassen fjernes. Den rensede røykgassen varmes opp igjen og benyttes videre for varmeveksling i brennkammeret, og sammen med tilførsel av trykksatt damp tilføres turbinen og avgasskjelen før den rensede røykgassen slippes ut i atmosfæren.
Det er videre kjent at mer kostnadseffektive konsepter for CO2 innfangning finnes, for eksempel i WO 2004/072443, som beskriver innfangingsanlegg av lignende type for eksosgass med konsentrert CO2 og høyere trykk, men med en annen type brennkammerarrangement.
Videre er det velkjent at for å oppnå lavere NOx utslipp fra gassturbinanlegg og forbrenningsanlegg er det gunstig å resirkulere kjølt røykgass tilbake til brennkammeret.
Et formål ved oppfinnelsen er å legge grunnlaget for kraftverk hvor utslipp av klimagasser redusert til et minimum eller elimineres ved anvendelse av et standard gassturbinkraftverk med standard brennkammer med noen modifikasjoner.
Et annet formål er å finne mer energi- og kostnadseffektive løsninger og å redusere, fortrinnsvis halvere, både investeringskostnader og driftskostnader i forhold til eksisterende teknologi. Det er særlig av interesse å oppnå en energieffektiv løsning ved at temperaturen ved innløpet til turbindelen er holdes høyest mulig og helst uten avvik fra et standard gassturbinkraftverk.
Det er dessuten et formål å finne kostnadseffektive løsninger for gasskraftverk, hvor det kan anvendes nye kompakte innfangingsanlegg for eksosgass med oppkonsentrert C02.
Ifølge oppfinnelsen oppnår formålene ved fremgangsmåte og en et kraftverk som nærmere angitt i de medfølgende krav.
Ifølge oppfinnelsen oppnås et mer effektivt kraftverk hvor utslippene av CO2 kan reduseres med fortrinnsvis 85-90%, men kan også være lavere reduksjon, dvs. fra 0-90%.
Videre oppnås et anlegg som er enklere i oppbygging og som ikke krever så store områder i forhold til tradisjonelle anlegg for aminvask, dette særlig fordi en CO2-absorpsjondelen kan gjøres enklere. En effektiv utnyttelse av en slik C02~løsning for rensing av røykgass forutsetter at røykgassen har oppkonsentrert CO2.
En ytterligere fordel ved løsningen ifølge oppfinnelsen er et vesentlig redusert behov for modifikasjoner av et standard brennkammer og det kan benyttes for alle typer gassturbinbrennkammer, både eksterne brennkammer eller integrerte brennkammer, inkludert ringformet (annular) type eller kanneformet (canned) brennkammer type.
Formålene oppnås ved en fremgangsmåte, et gasskraftverk eller kraftvarmeverk, samt et brennkammer som beskrevet i det selvstendige patentkrav. Alternative utførelsesformer er definert i de uselvstendige patentkrav.
Følgene oppnås/blir en konsekvens av oppfinnelsen:
Den foreliggende oppfinnelsen anvender et forbedret brennkammersystem tilpasset resirkulering av røykgass for å oppnå en optimal oppkonsentrering av CO2, ca. 10 volum % C02, i røykgassen, uten at det oppstår problemer med utilstrekkelig oksygeninnhold for å opprettholde en
stabil forbrenningsprosess.
Kan foreta kostnadseffektiv C02-separasjon på grunn av
høy CO2 konsentrasjon i røykgassen.
Kan brukes for alle standard brennkammertyper i standard
gassturbinkraftverk med små modifikasjoner. Forbrenningen kan skje ved optimal
forbrenningstemperatur og luftoverskudd for derved å ivareta kravet til et nødvendig lavt NOx-utslipp.
Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til de medfølg-ende figurer, hvor: figur 1 viser et forbedret brennkammeranlegg ifølge oppfinnelsen;
figur 2 viser skjematisk i diagramform en foretrukket utførelsesform av et gasskraftverk ifølge oppfinnelsen; og
figur 3 viser en ytterligere utførelsesform av et brennkammer.
Det skal anføres at de angitte temperaturer og trykk angitt nedenfor kun er ment å være indikative for den beskrevne utførelsesform og disse verdiene kan varieres uten derved å avvike fra oppfinnelses kjerne.
Det karakteristiske ved det foreslåtte anlegg ifølge figur 2 er at brennkamrene 10, 10' arbeider med i hovedsak to separate gasstrømmer, hvor en tilføres innvendig i flamme-røret 40, 40' og den andre tilføres på utsiden av flamme-røret. Flammerøret 40, 40' har perforeringer slik at det oppnås optimal kjøling av flammerøret, og deistrømmen på utsiden av flammerøret 40, 40' gradvis føres gjennom perforeringen i flammerøret slik at delstrømmen kan delta i kjøling av forbrenningsprosessen og forbrenningsproduktene. Deretter føres strømmen videre til gassturbinenes 12, 12' turbindel 14, 14' ved høyest mulig temperatur, slik at gassturbinprosessens energieffektivitet og ytelse kan opprettholdes høyst mulig.
Det er en vesentlig fordel ved det foreslåtte anlegget i følge utførelseseksemplet vist på figur 2 at røykgassen, som går fra flammerøret 40, 40' med så høy temperatur som eksempelvis 1200 °C, kan gå direkte til ekspansjon i en turbindel som er bygget for å tåle slike høye temperaturer. Deretter føres røykgassen videre via standard avgasskjel 29, 29' til vannkjøler 47, 47'. Etter vannkjøleren 47 føres oppkonsentrert røykgass til CC>2-innfangningsanlegget 11. Den røykgass som går til C02-innfangning er ikke trykksatt.
Etter vannkjøleren 47' resirkuleres røykgassen fra det andre brennkammeret 10' til den andre turbinens 12' kompressordel 13' hvor røykgassen gis ett trykk på eksempelvis 15 bar og temperatur 400 °C, før røykgassen føres videre til brennkamrene 10, 10' til kjøling på utsiden av flammerøret 40, 40'. Den resirkulerte røykgassen går videre gjennom hullene i flammerøret 40,40' og inn i forbrenningssonen hvor den tjener til å kjøle forbrenningsprosessen og blande seg med forbrenningsproduktene slik at disse kjøles videre ned. Dette medfører også at konsentrasjonen av CO2 i røykgassen økes, slik at CO2 innfangningsanlegget 11 kan arbeide med betingelser som medfører fordeler både med hensyn til energi- og kostnadseffektivitet. Anlegget kan la seg realisere forholdsvis enkelt.
Det vises til figur 1. I den prosessen som er vist på figur 2 benyttes i utgangspunktet et standard brennkammer 10, som kan modifiseres noe med hensyn til styring av luft-strømmene. Standard, mer eller mindre konvensjonelle brennkamre er egnet for bruk i tilknytning til oppfinnelsen, da disse ofte er utstyrt med perforeringer i flammerøret, noe som tillater kjøleluft å trenge inn i brennkammeret for å blande seg med forbrenningsprodukter og ytterligere kjøle disse. Den konstruktive utførelsen av et typisk standard brennkammer kan finnes beskrevet i åpen litteratur, lærebøker og publikasjoner. Imidlertid anvendes et standard brennkammer vanligvis på en annerledes måte, ettersom luften vanligvis først føres på utsiden av flammerøret 40 (mellom mantelen 27 og flammerøret 40), for så å føres videre inn i flammerøret 40 til forbrenningsprosessens primærsone og sekundær sone.
Men i det foreliggende anlegg er framgangsmåten (air management) annerledes, ettersom brennkammeret 10 arbeider med i hovedsak to separate gasstrømmer, hvor en tilføres direkte sammen med brennstoff til sentralt i primærsonen innvendig i flammerøret 40 og den andre går på utsiden av flammerøret 40 til kjøling på utsiden av flammerøret før den går gjennom hullene 55 i flammerøret 40. Kanalene ved primærsonen er konstruktive detaljer som må fastlegges ved eksperimenter i testrigg for brennkammer hos leverandører av gassturbiner og brennkamre. Ved innløpet til forbrenningssonen finnes også et omfattende ventil- og fordelersystem som ikke er vist på figuren og som heller ikke er en del av oppfinnelsen, men representerer helt fagmessige tilpasninger.
Selv om det i figuren for foreliggende anlegget er vist to brennkammer, vil det være mulig å anvende flere brennkamre. Videre skal det anføres at brennkammeret er vist helt skjematisk, hvor deler som er åpenbare for en fagmann ikke er vist. Eksempel på slik utelatelse er blant annet den trykkappe som nødvendigvis omslutter brennkammeret.
Ifølge utførelsesformene vist og beskrevet anvendes CO2-fangstanlegg, for eksempel av amintypen. Denne type løsning er i bruk i eksisterende anlegg. Det kan imidlertid også være aktuelt å anvende nye typer for C02~innfanging uten derved å fravike oppfinnelsens ide.
I den prosessen som er vist på figur 2 benyttes kombinert syklus gasskraftverk og et atmosfærisk CO2-fangstanlegg 11 som skal skille ut CO2 fra røykgass med oppkonsentrert C02 innhold. Det benyttes to integrerte gassturbinanlegg 12,12' som er krysskoblet med delstrømmer til brennkamre 10, 10' og som arbeider med i hovedsak to separate gasstrømmer hvor en tilføres direkte sammen med brennstoff sentralt innvendig i flammerøret 40, 40' og den andre tilføres på utsiden av flammerøret 40, 40' gjennom mantelen 27, før den entrer gjennom hullene i flammerøret og blandes gradvis med den første delstrømmen. Denne gassen som tilføres på utsiden av flammerøret 40, 40' er resirkulert eksosgass benyttes til å kjøling av brennkammerets komponenter og blandes deretter med forbrenningsproduktene som går til turbindelene 14,14' i den andre gassturbinen 12,12', slik at det kan oppnås praktiske fordeler med hensyn til redusert bruk av kostbare høytemperaturmaterialer. Det vises i denne sammenheng til figur 2. Deretter går røykgassen videre til en avgasskjel 29, 29' hvor røykgassen avkjøles og røykgassen føres videre via en vannkjøler 47, 47'. Den resirkulerte røykgassen for gassturbinanlegget 12' går til en vannutskiller 56 hvoretter røykgassen ledes til innløpet av kompressordelen 13', hvor røykgassen komprimeres. Herfra deles røykgasstrømmen i to, idet den ene strømmen går brennkammeret 10 og den andre strømmen går til brennkammeret 10'. Den resirkulerte røykgassen benyttes til kjøling på utsiden av flammerøret 40, 40' og til brennkamrenes komponenter.
Den resirkulerte'røykgassen går videre gjennom hullene i flammerøret og inn i forbrenningssonen hvor den tjener til å kjøle forbrenningsprosessen og blande seg med forbrenningsproduktene slik at disse kjøles videre ned. Dette medfører også at konsentrasjonen av C02 i røykgassen kan økes til et maksimum, ettersom friskluft tilføres direkte sammen med brennstoff sentralt innvendig i flammerøret og sørger for en nær støkiometrisk forbrenningsprosess idet et lite oksygen-overskudd kan holdes kontrollert på et nivå for samtidig å oppnå for en stabil forbrenning.
I utførelseseksemplet vist på figur 2 benyttes i utgangspunktet to ulike gassturbiner med hensyn til nyttbar akseleffekt, for eksempel i forholdet 1:3. Men det kan også benyttes andre forholdstall eller det kan benyttes like gassturbiner, dvs. at det kan benyttes forholdstall mellom 1:3 og 1:1 med hensyn til nyttbar akseleffekt. Imidlertid bør gassturbinens øvrige parametere, som for eksempel trykkfor-hold, være tilnærmet lik. Ettersom tilgjengelige gassturbiner på markedet kun finnes i standardmodeller med gitt utførelse og akseleffekt, kan prosessen vist på figur 2 tilpasses gitte gassturbiner.
Gasskraftverkets kombinert syklus gassturbiner 12,12' kan være av standard type, og oppfinnelsen vil involvere en modifikasjon av styringssystemet for gasstrømmene til brennkamrene og innløpskanalene til brennkamrene. Det foreliggende oppfinnelse kan anvendes på en enkel måte på alle gassturbinanlegg, og er ikke begrenset til eksterne brennkamre, "silo" type brennkamre, men kan enkelt benyttes for integrert brennkamre, for eksempel ringformede (annular) brennkammer eller kanneformede ("canned") type brennkamre.
I tillegg kommer integrering av C02- innfangningsanlegget 11 som tilrettelegges best mulig for praktisk gjennomføring og kostnadseffektivitet.
Gassturbinene 12,12' som benyttes omfatter en kompressordel 13,13' og en gassturbindel 14,14' som driver hver sin generator 16,16'. Kompressordelen 13 leverer luft en utløpsrørledning 17 til brennkammeret 10. Typisk temperatur og trykk på luften som leveres av kompressordelen 13 kan være 400 °C og 15 bar. Røykgass fra brennkammeret 10 føres videre gjennom en rørledning 48 til innløpet på den turbindelen 14.
Temperaturen på røykgassen ut av brennkammeret 10 kan typisk være i størrelsesorden 1200-1400 °C, som er vanlig innløpstemperatur for normale gassturbiners turbindel. Fra turbinen 14 går avgassen gjennom en avgasskjel 29 som produserer damp for en dampturbin 58 som driver en generator 59, og/eller eventuell varmeleveranse til et industrianlegg. Røykgassens temperatur etter kjøleren 47 kan typisk være i størrelsesorden 100-60 °C. I den utførelsen som er vist i figur 2 er trykket atmosfærisk ved inngangen til CO2-fangstanlegget 11, mens temperaturen typisk er omlag 100-60 °C og C02-andelen utgjør om lag 10 volum%. Fra C02-anlegget 11 slippes den rensede røykgassen ut til atmosfæren.Utskilt CO2 fra C02-anlegget 11 komprimeres, kondenseres og pumpes eksempelvis tilbake til en oljebrønn eller til et deponi av egnet art.
Avgassen fra den andre turbindelen 14' holder en temperatur på i størrelsesorden 500-600 °C ledes fra turbinens utløp til avgasskjelen 29' og videre ut fra kjelen med en temperatur på ca. 100 °C til en kjøler 47' som reduserer temperaturen til ca 15 °C. Videre ledes denne urensede røykgassen til vannutskilleren 56 hvor vann fjernes fra avgassen. Avgassen har her et trykk på om lag 1 bar og en temperatur på om lag 15 °C, og ledes så til innløpet til den andre turbinenes 12' kompressor 13'. Her komprimeres røykgassen til typisk ca. 15 bar og 400 °C, og røykgasstrømmen deles deretter i to delstrømmer, slik at en delstrøm går videre brennkammeret 10 og den andre delstrømmen til brennkammeret 10'.
Figur 3 viser prinsipielt en alternativ utførelsesform av et brennkammer 10 og en alternativ måte å resirkulere røykgass gjennom og rundt flammerøret 40. Også dette brennkammeret 10 arbeider i hovedsak med to separate gasstrømmer, hvor en friskluftstrøm tilføres direkte sammen med brennstoff til sentralt i primærsonen innvendig i flammerøret 40. Men den andre delstrømmen tilføres på utsiden av flammerøret 40 og føres motstrøms i ringrommet mellom flammerøret 40 og mantelen 27 for derved å oppnå en optimal kjøling av flammerøret 40 og brennkammeret øvrige komponenter, før den går gjennom hullene 55 i flammerøret 40. Denne løsningen baserer seg på de samme prinsipper som brennkammeret vist på og beskrevet i forbindelse med figur 1. Brennkammeret ifølge figur 3 er særlig tilpasset en praktisk utførelse for standard gassturbin typer som anvender motstrøms varmevekling, og som også gir fordeler for å sikre optimal temperaturdifferanse i varmevekslingen.
Den foreliggende oppfinnelsen er ikke begrenset til et atmosfærisk C02-fangstanlegget 11, ettersom det vil være mulig å plassere et trykksatt C02~fangstanlegg etter brennkammeret 10 i rørledningen 48 eller integrert i turbindel 14, og fortsatt oppnå fordelen av at C02-andelen i røykgassen utgjør om lag 10 volum%. Temperaturen ved innløpet til C02 fangstanlegget må imidlertid reduseres til 100-50 °C ved å anvende kostbare gass-gassvarmevekslere, som bl.a. er beskrevet i WO 2004/072443. Derved kan det oppnås ett mer kostnadseffektivt og energieffektivt C02~fangstanlegg 11, mens varmeveksleranlegget vil bli mer kostnadskrevende.
Kjølingen av flammerøret 40,40' kan ifølge oppfinnelsen baseres enten på motstrøms eller medstrøms kjøling, uten at oppfinnelsens ide derved er fraveket.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for å øke energi- og kostnadseffektivitet i et gasskraftverk eller kraftvarmeverk og for energi- og kostnadseffektiv CC>2-innfanging, hvilket gasskraftverk eller kraftvarmeverk omfatter gassturbinanlegg eller kombinert anlegg med damp- og gassturbinsyklus, omfattende fortrinnsvis minst to gassturbinanlegg med en kompressordel (13, 13') og en turbindel (14, 14') og omfattende videre brennkammer (10) med flammerør (40), der nevnte brennkammer (10) arbeider med i hovedsak to separate gasstrømmer hvor en gasstrøm utgjøres av luft som tilføres sammen med brennstoff sentralt innvendig i flammerøret, og hvor den andre gasstrømmen utgjøres av en kjølende gass som går på utsiden av nevnte flammerøret, idet røykgass fra nevnte brennkammer (10) ekspanderes og kjøles ned og passerer gjennom en renseenhet (11) hvor i det minste vesentlige deler av CC>2-innholdet fra røykgassen fjernes, før den rensede røykgassen slippes ut i atmosfæren, karakterisert ved at det benyttes ytterligere et brennkammer (10') idet røykgassen fra nevnte andre brennkammer (10'), i urenset, kjølt og trykksatt stand, tilføres minst ett av brennkamrene (10, 10') på utsiden av nevnte minst ett av flammerørene for kjøling av nevnte flammerør (40,40'), hvoretter nevnte resirkulerte, mer eller mindre urensede røykgass ledes inn i nevnte flammerør gjennom hull i nevnte flammerør for å kjøle forbrenningsprosessen og blandes med forbrenningsproduktene.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der begge flammerør (40,40') kjøles av røykgass levert fra det andre brennkammer (10'), idet denne røykgassen er kjølt ned, for eksempel til om lag 15 °C forut og deretter komprimert til om lag 400 °C forut innføring på utsiden av nevnte flammerør (40,40').
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, der resirkulert røykgass ledes gjennom hull (55) i nevnte flammerør (40, 40') langs hele nevnte flammerørs lengde.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, der luftstrømmen fra kompressordelen (13) ledes inn direkte i brennkammerets (10,10') primærsone sammen med brennstoff for å sørge for nær støkiometrisk forbrenning og hvor forbrenningsprosessen kjøles ved hjelp av resirkulert røykgass.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, der trykket til røykgassen økes etter ekspansjon og nedkjølingen og hvor denne trykksatte røykgassen resirkuleres tilbake til brennkammeret (10, 10'), med optimal oppkonsentrering av C02 før et CC>2-membrananlegg (11), til brennkammerets (10, 10') i ringrommet mellom flammerøret (40,40') og mantelen (27, 27').
6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, der avgassen fra gassturbinen(e) sendes gjennom en varmegjenvinnende avgasskjel (29,29') for produksjon av damp, der dampen driver en eller flere dampturbiner (58).
7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-6, der det benyttes et første og et andre krysskoblet gassturbinanlegg (12,12') som har brennkammer(e) (10, 10') der gassen som kjøler utsiden av flammerøret (40) blandes med forbrenningsproduktene og går til turbindelen (14, 14') og at røykgassen som dannes i flammerøret (40') går til turbindelen (14') i den andre gassturbinen (12'), hvoretter røykgassen går videre til en avgasskjel (29') hvor røykgassen avkjøles og føres videre via en vannkjøler (47') til innløpet av kompressordelen (13') i den andre gassturbinen (12'), hvor røykgass komprimeres og deles i to røykgassdelstrømmer.
8. Varmekraftverk omfattende minst et gassturbinanlegg eller et kombinert syklus gassturbinanlegg, omfattende i det minste to gassturbinanlegg (12,12') omfattende en kompressordel (13,13'), en turbindel (14,14') og fortrinnsvis også minst en dampturbin (58), hvilket varmekraftverk videre omfatter et brennkammer (10) utstyrt med et flammerør (40) og en omliggende kappe (27) for dannelse av et ringrom, en kjøler (47), et anlegg (11) for utskilling av C02-røykgass etter brennkammeret (10) og en eller flere avgasskjeler (29,29'), samt tilhørende rørledninger mellom de ulike enhetene i gassturbinanlegget, idet røykgassen fra brennkammeret (10) renses for CO2 før røykgassen slippes ut i atmosfæren, karakterisert ved at varmekraftverket videre omfatter et andre brennkammer (10') utstyrt med et flammerør (40') og en omliggende kappe 27), idet varmekraftverket er konfigurert slik at røykgassen fra det andre brennkammeret (10'), etter at denne er kjølt ned, benyttes for å kjøle ned flammerøret (40,40') i minst et av brennkamrene (10,10'), fortrinnsvis begge, og at flammerøret (40,40') er utstyrt med en rekke åpninger for tilførsel av den resirkulerte, urensede røykgass inn i flammerøret (40) gjennom åpninger i dette for å kjøle forbrenningsprosessen og for å blandes med forbrenningsproduktene.
9. Kraftverk ifølge krav 8, som er konfigurert slik at resirkulert røykgass komprimeres og der CO2 oppkonsentreres til et nivå som ligger innenfor brennkammerets (10, 10') driftsbetingelser.
10. Kraftverk ifølge krav 8 eller 9, som er konfigurert slik at der resirkulert røykgass tilføres til kappen (27) i området for brennkammerets (10) utløp og at røykgassen strømmer mot brennkammerets primærsone slik at optimal kjøling av flammerøret kan skje.
11. Kraftverk som angitt i et av kravene (8-10), som er konfigurert slik at turbinanlegget omfatter to krysskoplede gassturbinanlegg hvor begge gassturbinanlegg (12,12') drives av urenset røykgass fra brennkammeret (10,10'), idet brennkamrene (10,10') tilføres luft levert fra det første turbinanleggets (12) kompressordel (13).
12. Brennkammer for bruk i et varme- eller gasskraftverk som omfatter minst to gassturbinanlegg eller et kombinert syklus gassturbinanlegg, der nevnte brennkammer (10,10') omfatter et flammerør (40,40') og en omliggende kappe (27) for dannelse av et ringrom rundt flammerøret (40.40'), karakterisert ved at flammerøret (40,40') er utformet med et flertall åpninger, som i det minste er anordnet i området for brennkammerets (10,10') primære forbrenningssonen slik at den kjølende gassen bringes til å strømme gjennom kappen (27,27') i samme retning som forbrenningsproduktene, og slik at den resirkulert røykgassen bidrar til å kjøle forbrenningsprosessen og blande seg med forbrenningsproduktene, og at friskluft tilføres direkte sammen med brennstoff sentral inn i flammerøret (40,40') for å sørge for nær støkiometrisk forbrenning.
13. Brennkammer ifølge krav 12, der inntaket for den resirkulerte eksosgassen er anordnet i området ved utløpet av forbrenningsproduktene slik at den kjølende gassen bringes til å strømme gjennom kappen (27,27') i motsatt retning av forbrenningsproduktene.
NO20062879A 2006-06-20 2006-06-20 Fremgangsmate for a oke energi- og kostnadseffektivitet i et gasskraftverk eller kraftferk; et varmekraftverk for samme og et brennkammer for bruk i tilknytning til slike verk. NO325049B1 (no)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20062879A NO325049B1 (no) 2006-06-20 2006-06-20 Fremgangsmate for a oke energi- og kostnadseffektivitet i et gasskraftverk eller kraftferk; et varmekraftverk for samme og et brennkammer for bruk i tilknytning til slike verk.
PCT/NO2007/000198 WO2008023986A1 (en) 2006-06-20 2007-06-08 Method for increasing the energy and cost effectiveness of a gas power plant; thermal power plant and a combustor for use in connection with such plants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20062879A NO325049B1 (no) 2006-06-20 2006-06-20 Fremgangsmate for a oke energi- og kostnadseffektivitet i et gasskraftverk eller kraftferk; et varmekraftverk for samme og et brennkammer for bruk i tilknytning til slike verk.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20062879L NO20062879L (no) 2007-12-21
NO325049B1 true NO325049B1 (no) 2008-01-21

Family

ID=39107005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20062879A NO325049B1 (no) 2006-06-20 2006-06-20 Fremgangsmate for a oke energi- og kostnadseffektivitet i et gasskraftverk eller kraftferk; et varmekraftverk for samme og et brennkammer for bruk i tilknytning til slike verk.

Country Status (2)

Country Link
NO (1) NO325049B1 (no)
WO (1) WO2008023986A1 (no)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2014984A1 (de) * 2007-07-09 2009-01-14 Siemens Aktiengesellschaft Verwendung von inerten Stoffen zum Schutz von Bauteilen einer Brennkammer und von Brennerkomponenten
US9297306B2 (en) * 2008-09-11 2016-03-29 General Electric Company Exhaust gas recirculation system, turbomachine system having the exhaust gas recirculation system and exhaust gas recirculation control method
AU2009303735B2 (en) 2008-10-14 2014-06-26 Exxonmobil Upstream Research Company Methods and systems for controlling the products of combustion
JP5898069B2 (ja) 2009-06-05 2016-04-06 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 燃焼器システムおよびその使用方法
SG10201505280WA (en) 2010-07-02 2015-08-28 Exxonmobil Upstream Res Co Stoichiometric combustion of enriched air with exhaust gas recirculation
EP2584166A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-24 Alstom Technology Ltd Power plant and method for retrofit
NO20130881A1 (no) 2013-06-25 2014-12-26 Sargas As Forbedringer ved gassturbinanlegg med CO2 fangst
US9903588B2 (en) * 2013-07-30 2018-02-27 General Electric Company System and method for barrier in passage of combustor of gas turbine engine with exhaust gas recirculation
US10316746B2 (en) 2015-02-04 2019-06-11 General Electric Company Turbine system with exhaust gas recirculation, separation and extraction

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO318638B1 (no) * 2003-02-11 2005-04-18 Statoil Asa Fremgangsmate for og gasskraftverk med CO2-innfanging samt brennkammer for separate gasstrommer
NO319798B1 (no) * 2003-04-04 2005-09-19 Statoil Asa Fremgangsmate for og gasskraftverk med CO2-innfanging, bestaende av to gassturbinanlegg og brennkammerarrangement for separate gasstrommer.

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1592867B1 (en) * 2003-02-11 2016-11-23 Statoil ASA Efficient combined cycle power plant with co2 capture and a combustor arrangement with separate flows

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO318638B1 (no) * 2003-02-11 2005-04-18 Statoil Asa Fremgangsmate for og gasskraftverk med CO2-innfanging samt brennkammer for separate gasstrommer
NO319798B1 (no) * 2003-04-04 2005-09-19 Statoil Asa Fremgangsmate for og gasskraftverk med CO2-innfanging, bestaende av to gassturbinanlegg og brennkammerarrangement for separate gasstrommer.

Also Published As

Publication number Publication date
NO20062879L (no) 2007-12-21
WO2008023986A1 (en) 2008-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO325049B1 (no) Fremgangsmate for a oke energi- og kostnadseffektivitet i et gasskraftverk eller kraftferk; et varmekraftverk for samme og et brennkammer for bruk i tilknytning til slike verk.
US7490472B2 (en) Efficient combined cycle power plant with CO2 capture and a combustor arrangement with separate flows
RU2315186C2 (ru) Тепловая электростанция с малым выделением загрязняющих веществ
US8365537B2 (en) Power plant with CO2 capture
CA2542610C (en) Purification works for thermal power plant
US7726114B2 (en) Integrated combustor-heat exchanger and systems for power generation using the same
CN112188925B (zh) 包括气体涡轮机的碳捕获系统
AU2011284982A1 (en) Jet engine with carbon capture
CA2717051C (en) Thermal power plant with co2 sequestration
US20150000333A1 (en) Systems and methods for treating carbon dioxide
NO319798B1 (no) Fremgangsmate for og gasskraftverk med CO2-innfanging, bestaende av to gassturbinanlegg og brennkammerarrangement for separate gasstrommer.
NO318638B1 (no) Fremgangsmate for og gasskraftverk med CO2-innfanging samt brennkammer for separate gasstrommer
NO343989B1 (no) Effektiv kombinert syklus kraftverk med CO2-innfanging og et brennkammerarrangement med separate strømmer
WO2023013015A1 (ja) 二酸化炭素サイクル発電設備を用いた二酸化炭素回収方法および二酸化炭素回収システム
NO314925B1 (no) Fremgangsmåte for kjöling og oksygenanriking av et arbeidsmedium i en kraftproduserende prosess
CA2445705A1 (en) Greenhouse gas emissions reduction sequestering of co2 utilizing pure o2 burn technology
BG65646B1 (bg) Метод и инсталация за повишаване на ефективността на използване на горивото в парогазова турбина при едновременно производство на механична енергия и топлина
NO20110545A1 (no) Forbedringer ved et kraftanlegg med en kombinert syklus
NO20110359A1 (no) Kombinert syklus kraftverk med CO2 fangst

Legal Events

Date Code Title Description
CREP Change of representative

Representative=s name: ZACCO NORWAY AS, POSTBOKS 2003 VIKA

CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: STATOIL ASA, NO

CREP Change of representative

Representative=s name: TANDBERGS PATENTKONTOR AS, POSTBOKS 1570 VIKA, 011

CREP Change of representative

Representative=s name: DEHNS NORDIC AS, FORNEBUVEIEN 33, 1366 LYSAKER