NO327501B1

NO327501B1 - Natural gas combustion plants

Info

Publication number: NO327501B1
Application number: NO20074799A
Authority: NO
Inventors: Otto Skovholt; Geir Johan Rortveit; Lars Erik Bakken
Original assignee: Statoil Asa
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-07-27
Also published as: NO20074799L

Abstract

Anlegg for forbrenning av naturgass, ved hvilken forbrenning oksidasjonsmidlet består av luftblanding, for eksempel luft og eventuell resirkulert eksos. Anlegget omfatter: en kompressor hvor luftblanding og vann, innført via en eventuell blander, blir komprimert; en rekuperator hvor den komprimerte blanding fra kompressoren blir varmet før den føres videre til; et forbrenningskammer hvor naturgass og den varme komprimerte blanding føres inn for forbrenning av naturgassen, hvorved det dannes en varm eksosgass som føres til; en turbin for drift av turbinen og en tilkoblet elektrisk generator, fra hvilken turbin eksosgassen føres ut gjennom rekuperatoren. Anlegget er særpreget ved at det videre omfatter: en mellomtrykksdampkjele, integrert med rekuperatoren, for fremstilling av mellomtrykksdamp; en anordning for innføring av damp fra mellomtrykksdampkjelen inn i eller ved forbrenningskammeret; en lavtrykksdampkjele, eventuelt integrert med rekuperatoren, for fremstilling av lavtrykksdamp som kan leveres til et CO2-fangstanlegg; og en ytterligere kjøler, eventuelt integrert med rekuperatoren, hvilken mottar eksosgassen fra eller i rekuperatoren, for kjøling av eksosgassen og kondensering av vann fra eksosgassen, og for eventuelle oppvarmingsformål ved lav temperatur.Plant for the combustion of natural gas, in which combustion the oxidizer consists of an air mixture, for example air and any recycled exhaust. The facility includes: a compressor where air mixture and water, introduced via a possible mixer, are compressed; a recuperator where the compressed mixture from the compressor is heated before it is passed on to; a combustion chamber into which natural gas and the hot compressed mixture are introduced to burn the natural gas, whereby a hot exhaust gas is formed which is fed to; a turbine for operating the turbine and a connected electric generator, from which turbine the exhaust gas is discharged through the recuperator. The facility is distinctive in that it also includes: an intermediate pressure steam boiler, integrated with the recuperator, for the production of intermediate pressure steam; a device for introducing steam from the intermediate pressure steam boiler into or at the combustion chamber; a low-pressure steam boiler, possibly integrated with the recuperator, for producing low-pressure steam that can be delivered to a CO2 capture plant; and a further cooler, optionally integrated with the recuperator, which receives the exhaust gas from or in the recuperator, for cooling the exhaust gas and condensing water from the exhaust gas, and for any heating purposes at low temperature.

Description

O ppfinnelsens område The field of the invention

Den foreliggende oppfinnelse vedrører anlegg for forbrenning av naturgass, ved hvilken forbrenning oksidasjonsmidlet består av luft og eventuell resirkulert eksos. Anlegget kan utgjøre et gasskraftverk. En utførelse av oppfinnelsen er et anlegg omfattende en enkeltsyklus gassturbin med høy virkningsgrad og særlig egnethet for fangst av CO2. The present invention relates to installations for the combustion of natural gas, in which combustion the oxidizing agent consists of air and possibly recycled exhaust. The plant can constitute a gas power plant. One embodiment of the invention is a plant comprising a single-cycle gas turbine with high efficiency and particular suitability for capturing CO2.

Oppfinnelsens bakgrunn og kjent teknikk Background of the invention and prior art

Den sentrale del av et anlegg for forbrenning av naturgass er en gassturbin. En gassturbin består av en kompressor, et forbrenningskammer og en turbin. Gassturbiner kan beskrives termodynamisk ved Brayton-syklusen, hvorved luft komprimeres i kompressoren, forbrenning finner sted i forbrenningskammeret ved tilnærmet konstant trykk, og ekspansjon over turbinen finner sted tilbake til nær atmosfærisk trykk. Brenslet føres inn i forbrenningskammeret, og høyere forbrenningstemperatur gir generelt høyere virkningsgrad. Varme- og strømningstap medfører at driften av en gassturbin avviker fra den idealiserte Brayton-syklus. Materialegenskapene for komponentene medfører også en begrensning for optimal drift av gassturbiner, da spesielt med tanke på maksimale temperaturer og trykk. Kompressoren og turbinen er typisk anordnet på en felles aksling. Dersom produksjon av elektrisk energi er et hovedformål, er det typisk anordnet en elektrisk generator på nevnte aksling. Begrepet gassturbin benyttes generelt til å betegne sammenstillingen av en kompressor, et forbrenningskammer og en turbin. Dette betegner en enkeltsyklus gassturbin. Dersom det anordnes et dampturbinsystem for å gjøre bruk av overskuddsvarmen, betegnes sammenstillingen en kombinert syklus. The central part of a plant for burning natural gas is a gas turbine. A gas turbine consists of a compressor, a combustion chamber and a turbine. Gas turbines can be described thermodynamically by the Brayton cycle, whereby air is compressed in the compressor, combustion takes place in the combustion chamber at approximately constant pressure, and expansion across the turbine takes place back to near atmospheric pressure. The fuel is fed into the combustion chamber, and a higher combustion temperature generally results in higher efficiency. Heat and flow losses cause the operation of a gas turbine to deviate from the idealized Brayton cycle. The material properties of the components also result in a limitation for optimal operation of gas turbines, particularly with regard to maximum temperatures and pressures. The compressor and the turbine are typically arranged on a common shaft. If the production of electrical energy is a main purpose, an electrical generator is typically arranged on said axle. The term gas turbine is generally used to denote the assembly of a compressor, a combustion chamber and a turbine. This denotes a single-cycle gas turbine. If a steam turbine system is arranged to make use of the excess heat, the assembly is called a combined cycle.

I patentpublikasjon EP 1069282 Bl er det beskrevet en gassturbin der det blir dannet høytrykksdamp og lavtrykksdamp i dampkjeler som utnytter eksosvarmen. En mellomtrykksdampkjele er også beskrevet. Det er imidlertid ikke beskrevet en separat lavtrykksdampkjele eller en rekuperator der lufta blir sendt til varmeveksling med eksosgassen før den blir sendt inn i brennkammeret. I patentpublikasjon US 6,003,298 beskrives en gassturbin der vanndamp blir sprøytet rett inn i brennkammeret, idet vanndampen blir dannet i en dampkjele som utnytter varmen fra eksosgassen. I patentpublikasjon WO 2005/095773 Al er det beskrevet en gassturbin med en rekuperator der lufta blir sendt til varmeveksling med eksosgassen før den blir sendt inn i brennkammeret. In patent publication EP 1069282 Bl, a gas turbine is described in which high-pressure steam and low-pressure steam are formed in steam boilers that utilize the exhaust heat. An intermediate pressure steam boiler is also described. However, there is no description of a separate low-pressure steam boiler or a recuperator where the air is sent for heat exchange with the exhaust gas before it is sent into the combustion chamber. Patent publication US 6,003,298 describes a gas turbine in which water vapor is injected directly into the combustion chamber, the water vapor being formed in a steam boiler that utilizes the heat from the exhaust gas. In patent publication WO 2005/095773 Al, a gas turbine with a recuperator is described where the air is sent for heat exchange with the exhaust gas before it is sent into the combustion chamber.

For å utnytte varmen i eksosgass, kan en rekuperator anvendes for å varme den komprimerte inntaksluften med varm eksosgass. For gassturbiner med rekuperator er det kjent å injisere vann (eller vanndamp) i kompressoren, hvilket medfører et lavere kompressorarbeid og redusert temperatur i det komprimerte mediet, slik det er beskrevet i norsk patentsøknad NO 20051604. Rekupereringen bringer den komprimerte blanding til et ønsket høyt temperaturnivå, og det kreves typisk injisert en betydelig mengde vann i eller foran kompressoren for å optimalisere system-virkningsgraden. To utilize the heat in exhaust gas, a recuperator can be used to heat the compressed intake air with hot exhaust gas. For gas turbines with a recuperator, it is known to inject water (or water vapor) into the compressor, which results in lower compressor work and a reduced temperature in the compressed medium, as described in Norwegian patent application NO 20051604. The recuperation brings the compressed mixture to a desired high temperature level , and a significant amount of water is typically required to be injected into or ahead of the compressor to optimize system efficiency.

For gassturbiner som gjør bruk av komprimert luft eller komprimert fortynnet luftblanding som oksidasjonsmiddel, er det ikke kjent i tillegg å injisere damp til forbrenningskammeret (etter rekuperatoren). For gassturbiner som gjør bruk av oksygen som oksidasjonsmiddel, såkalte oxyfuel-gassturbiner, er det imidlertid kjent å injisere damp til forbrenningskammeret, men ikke kombinert med vanninjeksjon til kompressoren og rekuperering. For oxyfuel-gassturbiner finnes en stor begrensning for den totale virkningsgrad og kostnad ved at oksygen må tilveiebringes som oksidasjonsmiddel, mens for gassturbiner som gjør bruk av luft eller fortynnet luftblanding som oksidasjonsmiddel finnes en begrensning for den totale virkningsgrad forbundet med C02-fangst. Forbrenningsteknisk og med hensyn til utslipp er de to typer gassturbiner lite sammenlignbare. For gas turbines that use compressed air or compressed diluted air mixture as oxidizing agent, it is not known to additionally inject steam into the combustion chamber (after the recuperator). However, for gas turbines that use oxygen as an oxidizing agent, so-called oxyfuel gas turbines, it is known to inject steam into the combustion chamber, but not combined with water injection into the compressor and recuperation. For oxyfuel gas turbines, there is a major limitation to the overall efficiency and cost in that oxygen must be provided as an oxidizing agent, while for gas turbines that use air or a diluted air mixture as an oxidizing agent, there is a limitation to the overall efficiency associated with C02 capture. In terms of combustion technology and with regard to emissions, the two types of gas turbines are not comparable.

Økt virkningsgrad for en gassturbin har lenge vært et mål. I de senere år har utslipp av C02, i likhet med andre utslipp, ført til stadig økende bekymring. Det er behov for et enkelt, kompakt anlegg for forbrenning av naturgass, med lave investeringskostnader og høy virkningsgrad. Det er særlig behov for et slikt anlegg med særlig egnethet for fangst av C02. Increased efficiency for a gas turbine has long been a goal. In recent years, emissions of C02, like other emissions, have led to ever-increasing concern. There is a need for a simple, compact plant for burning natural gas, with low investment costs and high efficiency. There is a particular need for such a facility with particular suitability for capturing C02.

O ppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

Med den foreliggende oppfinnelse imøtekommes det ovennevnte behov, ved at det tilveiebringes et anlegg for forbrenning av naturgass, ved hvilken forbrenning oksidasjonsmidlet består av luft og eventuell resirkulert eksos, hvilket anlegg omfatter: en kompressor hvor luft og eventuell resirkulert eksos, og vann innført via en eventuell blander, blir komprimert, With the present invention, the above-mentioned need is met by providing a plant for burning natural gas, in which combustion the oxidizing agent consists of air and any recycled exhaust, which plant includes: a compressor where air and any recycled exhaust, and water introduced via a possibly mixing, being compressed,

en rekuperator hvor den komprimerte blanding fra kompressoren blir varmet før den føres videre til a recuperator where the compressed mixture from the compressor is heated before it is passed on to

et forbrenningskammer hvor naturgass og den varme komprimerte blanding føres inn for forbrenning av naturgassen, hvorved det dannes en varm eksosgass som føres til a combustion chamber where natural gas and the hot compressed mixture are introduced to burn the natural gas, whereby a hot exhaust gas is formed which is led to

en turbin for drift av turbinen og en tilkoblet elektrisk generator, fra hvilken turbin eksosgassen føres ut gjennom rekuperatoren. a turbine for operating the turbine and a connected electric generator, from which turbine the exhaust gas is discharged through the recuperator.

Anlegget er særpreget ved at det videre omfatter: The facility is distinctive in that it also includes:

en mellomtrykks dampkjele, integrert med rekuperatoren, for fremstilling av mellomtrykksdamp, an intermediate pressure steam boiler, integrated with the recuperator, for the production of intermediate pressure steam,

en anordning for innføring av damp fra mellomtrykks dampkjelen inn i eller ved forbrenningskammeret, a device for introducing steam from the intermediate pressure steam boiler into or near the combustion chamber,

en lavtrykks dampkjele, eventuelt integrert med rekuperatoren, for fremstilling av lavtrykksdamp som kan leveres til et C02-fangstanlegg, og a low-pressure steam boiler, possibly integrated with the recuperator, for the production of low-pressure steam that can be delivered to a C02 capture plant, and

en ytterligere kjøler, eventuelt integrert med rekuperatorer, hvilken mottar eksosgassen fra eller i rekuperatoren, for kjøling av eksosgassen og kondensering av vann fra eksosgassen, og for eventuelle lav-temperatur oppvarmingsformål. a further cooler, optionally integrated with recuperators, which receives the exhaust gas from or in the recuperator, for cooling the exhaust gas and condensing water from the exhaust gas, and for any low-temperature heating purposes.

Den mest foretrukne utførelsesform av anlegget ifølge oppfinnelsen, inn-befatter en anordning for resirkulasjon av en del av eksosgassen til kompressoren og en anordning for kjøling av turbinbladene i turbinen med en del av den produserte mellomtrykksdampen, hvilken del senere tilføres forbrenningskammeret eller slippes ut i strømningsmediet i turbinen. The most preferred embodiment of the plant according to the invention includes a device for recirculating part of the exhaust gas to the compressor and a device for cooling the turbine blades in the turbine with part of the produced intermediate pressure steam, which part is later supplied to the combustion chamber or released into the flow medium in the turbine.

Den ytterligere kjøler senker temperaturen i eksosen før resirkulering, kondenserer ut vann som fordelaktig ledes til dampkjelene, og tilveiebringer varme som kan anvendes til fjernvarme eller andre lav-temperatur varmeformål. Integrering av dampkjel(-ene) med rekuperatoren medfører at det oppnås en fordelaktig høy temperatur i dampen fra kjelene, i tillegg til at anlegget blir enklere, mer kompakt og får redusert uønsket varmetap. The further cooler lowers the temperature in the exhaust before recirculation, condenses out water which is advantageously directed to the steam boilers, and provides heat which can be used for district heating or other low-temperature heating purposes. Integrating the steam boiler(s) with the recuperator means that an advantageously high temperature is achieved in the steam from the boilers, in addition to making the system simpler, more compact and reducing unwanted heat loss.

Med innføring av damp inn i eller ved forbrenningskammeret, menes det at damp føres direkte inn i forbrenningskammeret, eventuelt blandes med naturgassen før denne innføres i forbrenningskammeret, eller dampen injiseres før eller etter forbrenningskammeret, henholdsvis før eller etter rekuperatoren, i tilførselsledningen fra kompressoren til forbrenningskammeret, eller i utløpsledningen fra forbrenningskammeret. Med at oksidasjonsmidlet består av luft, menes det at oksidasjonsmidlet er luft med sin naturlige sammensetning, uten fjerning av nitrogen eller andre bestanddeler, men uttynnet med vann/vanndamp og fortrinnsvis også eksosgass. Luften er ikke anriket på oksygen, og oksygeninnholdet er aldri høyere enn det naturlige i luft, og er i praksis betydelig lavere på grunn av uttynning med vann/vanndamp og eksos. By introducing steam into or at the combustion chamber, it is meant that steam is introduced directly into the combustion chamber, possibly mixed with the natural gas before it is introduced into the combustion chamber, or the steam is injected before or after the combustion chamber, respectively before or after the recuperator, in the supply line from the compressor to the combustion chamber , or in the outlet line from the combustion chamber. With the oxidizing agent consisting of air, it is meant that the oxidizing agent is air with its natural composition, without removal of nitrogen or other constituents, but diluted with water/water vapor and preferably also exhaust gas. The air is not enriched with oxygen, and the oxygen content is never higher than the natural one in air, and is in practice significantly lower due to dilution with water/water vapor and exhaust.

Med anlegget ifølge oppfinnelsen oppnås det en total virkningsgrad høyere enn for sammenlignbare anlegg. Videre oppnås det en redusert mengde eksosgass, og innholdet av C02 i eksosgassen er økt, fra ca. 4 % for et sammenlignbart anlegg til ca. 8-10 %. Anlegget ifølge oppfinnelsen er særlig egnet for kombinasjon med et "post-combustion" C02-fangstanlegg (eksempelvis basert på aminprosessen), ettersom det kan produseres betydelige mengder lavtrykksdamp og/eller lav-temperatur varme som kan anvendes i fangsanlegget for C02, i tillegg til både redusert eksosmengde og 02-innhold, og også høyere C02-innhold i eksosen. With the plant according to the invention, a total efficiency higher than for comparable plants is achieved. Furthermore, a reduced amount of exhaust gas is achieved, and the content of C02 in the exhaust gas is increased, from approx. 4% for a comparable facility to approx. 8-10%. The plant according to the invention is particularly suitable for combination with a "post-combustion" C02 capture plant (for example based on the amine process), as significant amounts of low-pressure steam and/or low-temperature heat can be produced which can be used in the C02 capture plant, in addition to both reduced exhaust quantity and 02 content, and also higher C02 content in the exhaust.

Med den foreliggende oppfinnelse oppnås det en uventet teknisk effekt, ved at det oppnås et enkelt og kompakt anlegg med høy total virkningsgrad kombinert med særlig egnethet for fangst av C02. With the present invention, an unexpected technical effect is achieved, in that a simple and compact plant is achieved with a high overall efficiency combined with particular suitability for capturing C02.

Figur Figure

Den foreliggende oppfinnelse er illustrert med en figur, nemlig Figur 1 som illustrerer den mest foretrukne utførelsesform av et anlegg ifølge oppfinnelsen. The present invention is illustrated with a figure, namely Figure 1 which illustrates the most preferred embodiment of a plant according to the invention.

Detaljert beskrivelse Detailed description

Det henvises til Figur 1, som illustrerer et anlegg ifølge oppfinnelsen, omfattende dampinjeksjon inn i eller ved forbrenningskammeret, resirkulering av en del av eksosgassen til kompressoren, samt en anordning for kjøling av turbinbladene i turbinen. På Figur 1 er det nærmere bestemt illustrert et anlegg 1 ifølge oppfinnelsen. Anlegget omfatter en kompressor 2, et forbrenningskammer 3, en turbin 4 og en rekuperator 5. Luft og vann tilføres og blandes i en blander 6, før innføring av blandingen luft/vann til kompressoren 2. Blandingen av luft og vann blir i kompressoren 2 komprimert, typisk til et komprimeringsforhold på 10 eller høyere. Den komprimerte blanding fra kompressoren 2 føres gjennom en ledning 7 til rekuperatoren 5 for oppvarming i denne ved hjelp av varme fra varm eksosgass, hvilken varm eksosgass er ført ut fra turbinen gjennom en ledning 8. Etter oppvarming i rekuperatoren 5 blir den varme blanding ført videre til forbrenningskammeret 3. Til forbrenningskammeret 3 føres også brensel i form av naturgass, gjennom en ledning 9, idet brenslet føres direkte inn i forbrenningskammeret eller blir blandet med damp i en blander 10 før innføring i forbrenningskammeret. Eventuelt blir damp ført direkte til forbrenningskammeret gjennom en ledning 11, eller damptilførselen er både direkte gjennom ledning 11 og via blanderen 10. Ved forbrenning i forbrenningskammeret dannes en varm eksosgass som føres via en ledning 12 til turbinen 4. Den varme eksosgass driver turbinen, idet trykk og temperatur faller over turbinen. Som nevnt føres eksosgassen ut fra turbinen gjennom en ledning 8, hvilken ledning går gjennom rekuperatoren 5, hvor eksosgassen utgjør det varme mediet i varmeveksling. Etter varmeveksling med varmeavgivelse i rekuperatoren, føres eksosgassen gjennom en ytterligere kjøler 13. Den ytterligere kjøler er fortrinnsvis av typen DCC. Eksosgassen har et innhold på ca. 8-10 % C02, ca. 3-5 % 02, og ca. 20-30 % H20.1 den ytterligere kjøler 13 kondenseres vann ut fra eksosgassen, og varme kan tas ut og anvendes til fjernvarme eller C02-fangst hvor lav-temperatur varme kan benyttes, illustrert med en ledning 14. Utkondensert vann tas ut gjennom en ledning 15 og kan føres til minst én, fortrinnsvis to pumper, henholdsvis pumper 16 og 17. Vannet fra pumpene 16 og 17 ledes gjennom to separate systemer til rekuperatoren 5, hvor dampkjeler er integrert for dannelse av henholdsvis lavtrykksdamp (LP damp) og mellomtrykksdamp (IP-damp). Lavtrykksdamp føres gjennom ledningen 18, fordelaktig til et anlegg for C02-fangst, eksempelvis av karbonat- eller amintypen (ikke illustrert). Mellomtrykksdampen føres gjennom ledning 19 i retning forbrenningskammeret. En del av IP-dampen anvendes til kjøling av turbinbladene i turbinen 4 før tilførsel til strømningsmediet direkte i turbin eller via andre tilførselanordninger (eksempelvis brennkammer), idet en anordning 20 for dette er indikert på figuren. Mellomtrykksdampen føres videre frem til forbrenningskammeret 3 for injeksjon i dette, enten direkte, og/eller via blanderen 10, eventuelt like før eller etter forbrenningskammeret. Fra den ytterligere kjøler 13 er det anordnet en resirkulasjonsledning 21, for resirkulasjon av en andel av kald eksosgass tilbake til kompressoren 2, eller til blanderen 6 foran kompressoren 2. Reference is made to Figure 1, which illustrates a plant according to the invention, comprising steam injection into or at the combustion chamber, recirculation of part of the exhaust gas to the compressor, as well as a device for cooling the turbine blades in the turbine. In Figure 1, a plant 1 according to the invention is more specifically illustrated. The plant comprises a compressor 2, a combustion chamber 3, a turbine 4 and a recuperator 5. Air and water are supplied and mixed in a mixer 6, before introducing the air/water mixture to the compressor 2. The mixture of air and water is compressed in the compressor 2 , typically to a compression ratio of 10 or higher. The compressed mixture from the compressor 2 is led through a line 7 to the recuperator 5 for heating in this with the help of heat from hot exhaust gas, which hot exhaust gas is led out of the turbine through a line 8. After heating in the recuperator 5, the hot mixture is led further to the combustion chamber 3. Fuel in the form of natural gas is also fed to the combustion chamber 3 through a line 9, the fuel being fed directly into the combustion chamber or being mixed with steam in a mixer 10 before introduction into the combustion chamber. Optionally, steam is led directly to the combustion chamber through a line 11, or the steam supply is both directly through line 11 and via the mixer 10. During combustion in the combustion chamber, a hot exhaust gas is formed which is led via a line 12 to the turbine 4. The hot exhaust gas drives the turbine, as pressure and temperature drop across the turbine. As mentioned, the exhaust gas is led out from the turbine through a line 8, which line passes through the recuperator 5, where the exhaust gas forms the hot medium in heat exchange. After heat exchange with heat release in the recuperator, the exhaust gas is passed through a further cooler 13. The further cooler is preferably of the DCC type. The exhaust gas has a content of approx. 8-10% C02, approx. 3-5% 02, and approx. 20-30% H20.1 it further cools 13, water is condensed out of the exhaust gas, and heat can be taken out and used for district heating or C02 capture where low-temperature heat can be used, illustrated with a line 14. Condensed water is taken out through a line 15 and can be led to at least one, preferably two pumps, respectively pumps 16 and 17. The water from pumps 16 and 17 is led through two separate systems to the recuperator 5, where steam boilers are integrated for the formation of low-pressure steam (LP steam) and medium-pressure steam ( IP steam). Low-pressure steam is passed through line 18, advantageously to a facility for C02 capture, for example of the carbonate or amine type (not illustrated). The intermediate pressure steam is fed through line 19 in the direction of the combustion chamber. A part of the IP steam is used for cooling the turbine blades in the turbine 4 before being supplied to the flow medium directly in the turbine or via other supply devices (for example combustion chamber), a device 20 for this being indicated in the figure. The intermediate pressure steam is further fed to the combustion chamber 3 for injection into it, either directly and/or via the mixer 10, possibly just before or after the combustion chamber. From the further cooler 13, a recirculation line 21 is arranged, for recirculation of a portion of cold exhaust gas back to the compressor 2, or to the mixer 6 in front of the compressor 2.

Effekten av å innføre H20 til kompressoren samt damp inn i eller ved forbrenningskammeret er at massen som skal drive turbinen øker. Ettersom mellomtrykksdampkjelen er integrert med rekuperatoren oppnås det en relativt høy temperatur i mellomtrykksdampen. Kombinasjonen av trekkene som er illustrert på fig. 1, medfører en svært høy virkningsgrad inkludert C02-fangst for anlegget, kombinert med særlig egnethet for C02 fangst. Den særlige egnethet for C02-fangst består i at innholdet av C02 i eksosgassen øker fra ca. 4 % opp mot ca. 8-10 %, i tillegg til at den totale mengden eksosgass går ned, og det kan fremstilles betydelige mengder lavtrykksdamp eller lav-temperatur varme som kan anvendes i C02-fangstanlegget. The effect of introducing H20 to the compressor as well as steam into or near the combustion chamber is that the mass to drive the turbine increases. As the intermediate pressure steam boiler is integrated with the recuperator, a relatively high temperature is achieved in the intermediate pressure steam. The combination of features illustrated in FIG. 1, results in a very high degree of efficiency including C02 capture for the facility, combined with particular suitability for C02 capture. The particular suitability for C02 capture consists in the fact that the content of C02 in the exhaust gas increases from approx. 4% up to approx. 8-10%, in addition to the total amount of exhaust gas going down, and significant amounts of low-pressure steam or low-temperature heat can be produced that can be used in the C02 capture plant.

Eksempel Example

Den tekniske effekt av oppfinnelsen ses best i form av et eksempel, hvilket gjelder for en General Electric 9371 FB gassturbin med luftkjøling og uten dampkjøling av turbinblader. Simuleres et anlegg ifølge oppfinnelsen med nevnte turbin, uten dampkjøling av turbinblader men med C02-fangst (med ca. 650 kg/s luftmengde og trykkforhold på 18,2), vil man oppnå en el-virkningsgrad på ca. 53 %, med C02-fangst betingelser i form av damp ved 130 °C til regenerering av amin og 2930 kJ/kg C02. The technical effect of the invention is best seen in the form of an example, which applies to a General Electric 9371 FB gas turbine with air cooling and without steam cooling of turbine blades. If a plant according to the invention is simulated with said turbine, without steam cooling of turbine blades but with C02 capture (with approx. 650 kg/s air volume and pressure ratio of 18.2), an electrical efficiency of approx. 53%, with C02 capture conditions in the form of steam at 130 °C for regeneration of amine and 2930 kJ/kg C02.

Kombinasjonen av rekuperering med vanninjeksjon i kompressor og dampinjeksjon i eller ved brennkammer, gjør at anlegget ifølge oppfinnelsen kan justeres til å gi fordelaktig høy virkningsgrad over et bredt driftsområde, idet praktiske problemer med utstyret bedre kan unngås. Dersom for eksempel kompressoren kan tolerere kun moderat vanninjeksjon, kan dampinjeksjonen i eller ved brennkammeret økes. H20-innholdet utgjør fordelaktig opp til 30 % av strømningsmengden gjennom turbinen, injeksjonen av H20 kan fordeles mellom kompressor og brennkammer, og en optimal fordeling kan finnes for gitte driftsbetingelser. Mengden resirkulert eksosgass kan utgjøre opp til 60 % av strømningsmengden gjennom kompressoren. The combination of recuperation with water injection in the compressor and steam injection in or at the combustion chamber means that the plant according to the invention can be adjusted to give an advantageously high degree of efficiency over a wide operating range, as practical problems with the equipment can be better avoided. If, for example, the compressor can tolerate only moderate water injection, the steam injection in or near the combustion chamber can be increased. The H20 content advantageously accounts for up to 30% of the flow rate through the turbine, the injection of H20 can be distributed between compressor and combustion chamber, and an optimal distribution can be found for given operating conditions. The amount of recycled exhaust gas can make up to 60% of the flow rate through the compressor.

Med anlegget ifølge oppfinnelsen oppnås en vesentlig høyere restvarme (pga mye H20 som damp i eksos) enn i tradisjonelle gassturbinsykluser. Dette kan fordelaktig anvendes som fjernvarme hvor dette er hensiktsmessig, eller fremtidige C02-fangstprosesser kan nyttegjøre overskuddsenergien, eksempelvis med tanke på fremtidige karbonat prosesser, hvor energi til regenerering av solvent kan foregå ved lavere eksostemperatur enn hva som utnyttes til ordinær dampproduksjon. I et særtilfelle kan de store energimengdene fra den ytterligere kjøler utnyttes til regenerering av absorpsjonsmediet i det etterfølgende fangstanlegget, hvilket kan inkluderes i beregningen av virkningsgrad. Således kan totalanlegget bestående av kraftproduksjon og C02-fangst oppnå en total virkningsgrad som er større enn et totalanlegg basert på kombinert syklus. With the plant according to the invention, a significantly higher residual heat is achieved (due to a lot of H20 as steam in the exhaust) than in traditional gas turbine cycles. This can advantageously be used as district heating where this is appropriate, or future C02 capture processes can make use of the excess energy, for example with regard to future carbonate processes, where energy for solvent regeneration can take place at a lower exhaust temperature than what is used for ordinary steam production. In a special case, the large amounts of energy from the additional cooler can be utilized for regeneration of the absorption medium in the subsequent capture plant, which can be included in the calculation of efficiency. Thus, the total plant consisting of power production and C02 capture can achieve a total efficiency that is greater than a total plant based on a combined cycle.

Claims

1. Plant (1) for burning natural gas, in which combustion the oxidizing agent consists of air and any recycled exhaust, which plant includes: a compressor (2) where air and any recycled exhaust, and water introduced via a possible mixer, are compressed, a recuperator (5) where the compressed mixture from the compressor is heated before it is passed on to a combustion chamber (3) where natural gas and the hot compressed mixture are introduced for combustion of the natural gas, whereby a hot exhaust gas is formed which is fed to a turbine (4 ) for operation of the turbine and a connected electric generator, from which turbine the exhaust gas is discharged through the recuperator, characterized in that the plant further comprises: an intermediate pressure steam boiler, integrated with the recuperator (5), for producing intermediate pressure steam, a device (19) for introducing steam from the intermediate pressure steam boiler into or near the combustion chamber, a low pressure steam boiler, possibly integrated with the recuperator, for the production of low-pressure steam that can be delivered to a CC^ capture plant, and a further cooler (13), optionally integrated with the recuperator, which receives the exhaust gas from or in the recuperator, for cooling the exhaust gas and condensing water from the exhaust gas, and for any low -temperature heating purposes.

2. Installation according to claim 1, characterized in that there is a device (21) for recirculation of part of the exhaust gas to the compressor.

3. Installation according to claim 2, characterized in that it comprises a device (20) for using produced steam for cooling the turbine blades in the turbine.

4. Installation according to requirement 2 characterized in that recycled exhaust gas makes up up to 60% of the flow rate through the compressor.

5. Installation according to claim 2, characterized in that the H20 content makes up to 30% of the flow rate through the turbine.

6. Installation according to claim 1, characterized in that residual heat from the additional cooler is used to regenerate the solution medium in a CCV capture plant.

7. Installation according to claim 1, characterized in that residual heat from the additional cooler is used for district heating.