NO338858B1 - Teknisk kraftanlegg med sekvensiell forbrenning og reduserte utslipp av CO2, og en fremgangsmåte for drift av et anlegg av denne type - Google Patents

Description

Termisk kraftanlegg med sekvensiell forbrenning og redusert avgivelse av C02, og en fremgangsmåte for å drive et anlegg av denne type.

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører et termisk kraftanlegg, fortrinnsvis et gassturbinanlegg, med sekvensiell forbrenning og redusert avgivelse av C02, som omfatter de følgene komponenter, som er koblet i serie i hvert tilfelle via minst en strømningspassasje: en kompressorenhet for tilførsel av forbrenningsluft, et første forbrenningskammer, et høytrykksturbintrinn, et andre forbrenningskammer og et lavtrykksturbintrinn, idet det er mulig for det andre forbrenningskammer og/eller lavtrykksturbintrinnet å suppleres med en kjølegasstrøm for avkjølingsformål.

US patent 6 199 363 beskriver et slikt termisk kraftanlegg.

Oppfinnelsen beskriver også en fremgangsmåte for å drive et termisk kraftanlegg av typen ovenfor.

Bakgrunn for oppfinnelsen

I sammenheng med global oppvarming har det i noen tid blitt gjort innsatser for å redusere avgivelsen av drivhusgasser, særlig C02, til atmosfæren. Det har allerede blitt gjort flere fremskritt i denne sammenheng, hvilket fører til at C02som genereres under forbrenningen av fossile brennstoff blir delvis til fullstendig separert ut. I denne sammenheng er generering av elektrisk energi ved fyring av forbrenningskamre for drift av gassturbinanlegg, fra hvilke avgitt eksos danner en ikke ubetydelig del av volumet av avgangen til atmosfæren av menneskeproduserte kilder, av særlig interesse i denne sammenheng. Med det formål å redusere avgangen av C02til den åpne atmosfære som forårsakes av gassturbinanlegg, er det kjent teknikker for å separere ut C02av eksosgassen fra gassturbinanlegg, som ved å resirkulere eksosgasstrømmen separerer ut C02ved høyest mulig trykk. Det er grunnleggende tilfelle at ved høyere C02. partialtrykk i eksosstrømmen blir effektiviteten av C02separasjonen bedre. For å øke trykket av eksosgasstrømmen blir den siste komprimert, på en i og for seg kjent måte, ved hjelp av kompressorenheten for tilførsel av forbrenningsluft i gassturbinanlegget, idet den resirkulerte eksosgass fortynnes med frisk luft, med det resultat at oksygeninnholdet i den tilførte forbrenningsluft som skal komprimeres av kompressorenheten på den ene side og videre også C02konsentrasjonen i den resirkulerte eksosgass blir redusert. Som et resultat av det lavere oksygeninnhold i den komprimerte blandede luft dannet av den resirkulerte eksosgassrute, som når den strømmer gjennom gassturbinanlegget, deretter ledes til brenneren, hvor den blandede luft omformes til en tennbar brennstoff/luftblanding ved iblanding av brennstoff, og endelig tennes i forbrenningskammeret, opptrer det særlig under bestemte sammenhenger det som er kjent som forbrenningsstabilitet, hvor forbrenningen i forbrenningskammeret skjer uten noe overskudd av oksygen. Forbrenningsustabilitet av denne type fører på den ene side til høye C02avgivelser og på den annen side til dannelsen av termoakustiske oscillasjoner, som sterkt kan svekke driften av gassturbinanlegget. På den annen side fører C02 innholdet, som har blitt redusert ved blanding med forbrenningstilførselsluft, i den resirkulerte komprimerte eksosgass til en lavere effektivitet av C02-separasjon. Oppfinnelsen er beregnet til å bedre på denne situasjon og tilveiebringe en metode for å drive gassturbinanlegg som tillater effektiv separasjon av C02ut av den resirkulerte eksosgasstrøm uten å ha en langvarig effekt på de stabile brenneregenskaper.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er basert på den hensikt å utvikle et termisk kraftanlegg, fortrinnsvis et gassturbinanlegg med sekvensiell forbrenning og redusert avgivelse av C02i samsvar med ingressen til krav 1 på en slik måte at effektiviteten av C02 separasjonen fra et gassturbinanlegg kan optimaliseres med det lavest mulig utlegg når det gjelder anleggsteknikk og uten å ha en i lengden skadelig effekt på driftsytelsen og særlig avgivelsene fra gassturbinanlegget. Målet i følge oppfinnelsen er videre å tilby opsjonen av ettermontering til gassturbiner som allerede er i drift. Videre er det en hensikt å tilveiebringe en tilsvarende fremgangsmåte for å drive et gassturbinanlegg på denne måte.

I henhold til et første aspekt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse et termisk kraftanlegg som angitt i patentkrav 1.1 henhold til et annet aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for å drifte et slikt anlegg som angitt i patentkrav 16.

Egenskaper som på fordelaktig måte utvikler i konseptet for oppfinnelsen danner innholdet i underkravene og finnes særlig i beskrivelsen med henvisning til de eksempelvise utførelser.

I følge oppfinnelsen blir et termisk kraftanlegg, fortrinnsvis et gassturbinanlegg, med sekvensiell forbrenning og reduserte avgivelse av C02,som omfatter de følgende komponenter, som er koblet i serie i hvert tilfelle via minst en strømningspassasje: en kompressorenhet som tilfører forbrenningsluft, et første forbrenningskammer, et høytrykksturbintrinn, et andre forbrenningskammer og et lavtrykksturbintrinn, idet det er mulig for det andre forbrenningskammer og/eller lavtrykksturbintrinnet å suppleres med en kjølegasstrøm for avkjølingsformål, utviklet på en slik måte at det tilveiebringes en resirkulerings linje, som tilfører minst noe av en eksosgasstrøm som kommer fra lavtrykksturbintrinnet til en kjøleenhet. Minst noe av den komprimerte eksosgasstrøm som kommer fra kjøleenheten føres som en kjølegasstrøm via en avkjølingslinje til det andre forbrenningskammer og/eller lavtrykksturbintrinnet for avkjølingsformål, med det resultat at gassturbinkomponentene som eksponeres for de varme gassene dannet i det andre forbrenningskammer effektivt kan avkjøles. Videre er det tilveiebrakt i kjølelinjen en C02separasjonsenhet som separerer i det minste noe C02ut av kjølegasstrømmen. Oppfinnelsen er derfor vesentlig basert på et gassturbinanlegg med sekvensiell forbrenning, hvor den resirkulerte eksosgass blir komprimert, ved hjelp av en korresponderende tilveiebrakt kompressorenhet, til et mildere trykk ved hvilket C02separasjonen skjer, og som videre tillater den C02-reduserte eksosgasstrøm og ledes som kjølegasstrøm ved det mildere trykknivå til det andre forbrenningskammer og fortrinnsvis også til lavtrykksturbintrinnet for avkjølingsformål. For å oppnå effektiv avkjøling blir den forhåndskomprimerte resirkulerte eksosgasstrøm, før den entrer C02separasjonsenheten, passert gjennom en kjøler. Den del av kjølegasstrømmen som brukes til å kjøle det andre forbrenningskammer varmes tilbake til arbeidstemperaturen i lavtrykksturbinen ved den sekvensielle forbrenning, med det resultat at det ikke er noe tap av effektivitet. Ytterligere detaljer kan finnes i de eksempelvise utførelser med henvisning til de etterfølgende figurer.

I en foretrukket utførelse tilveiebringer fyringen av det andre forbrenningskammer, kjent som det sekvensielle brennetrinn, for bruk av delvis oksidasjon i hvilket det andre forbrenningskammer kombineres med en oksidasjonsenhet for å sette en støkiometrisk forbrenning, ved hjelp av hvilken brennstoff for fyring av det andre forbrenningskammer blir i det minste delvis oksidert, under frigjøring av hydrogen, og blir tent, i det minste sammen med den C02-reduserte eksosgasstrøm benyttet som kjølegass, for å danne en støkiometrisk brennstoff/oksygenblanding. De varme gasser som kommer fra høytrykksturbintrinnet kan iblandes med kjølegasstrømmen i forhold til oksygeninnholdet som er tilstede i den avkjølte C02-reduserte eksosgasstrøm. Ytterligere detaljer, også i denne sammenheng, kan hentes fra de eksempelvise utførelser beskrevet nedenfor.

Det er i prinsippet mulig å utføre kompresjonen av den resirkulerte eksosgasstrøm innen en lavtrykkskompressordel av kompressorenheten for tilførsel av forbrenningsluft, i hvilket tilfelle resultatet imidlertid er iblanding med frisk luft, med de ulemper som beskrevet i innledningen. I en særlig forelagt utførelse blir en eksosgass kompressorenhet som tilveiebringes som en ekstra del for kompresjon av den resirkulerte eksosgasstrøm benyttet til å øke trykket i eksosgasstrømmen til et spesifikt mildere trykknivå for å leveres som en kjølegasstrøm inn i den ovenfor beskrevne sekvensielle forbrenningsenhet og inn i lavtrykksturbintrinnet.

Derfor er fremgangsmåten for oppfinnelsen å drive et termisk kraftanlegg med sekvensiell forbrenning og redusert avgivelse av særpreget med det faktum at minst noe av eksosgassen som kommer fra lavtrykksturbintrinnet blir resirkulert, komprimert og ledet til en C02separasjon for å oppnå C02,og at denne C02-reduserte eksosgasstrøm tilveiebringes som kjølegasstrøm for det andre brennkammer og/ eller lavtrykksturbintrinnet.

Kortfattet beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen blir nedenfor beskrevet ved eksempler, og uten å begrense det generelle konsept av oppfinnelse, på basis av eksempelvise utførelser og med henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 viser en gassturbin med sekvensiell forbrenning som i og for seg er kjent (kjent

teknikk),

Figur 2-7 viser skjematiske prosessdiagrammer for et gassturbinanlegg dannet i samsvar med oppfinnelsen med sekvensiell forbrenning og en eksosgasstrøm med redusert C02innhold.

Måter å implementere oppfinnelsen på, industriell anvendbarhet

Figur 1 illustrerer et skjematisk, forenklet prosessdiagram av en gassturbininstallasjon med sekvensiell forbrenning som i og for seg er kjent. Gassturbinanlegget omfatter vesentlig et høytrykksturbintrinn 3 og et lavtrykksturbintrinn 5, med sekvensiell forbrenning 4 passert mellom disse to trinn. Tilførselsluft L komprimeres til et høyt trykknivå i en kompressorenhet 1 for tilførsel av forbrenningsluft via to kompressortrinn LP, HP. Denne luft forhåndsblandes med brennstoff B og brennes i et standard forbrenningskammer 2. De varme gasser generert i forbrenningskammeret 3 blir deretter ekspandert til det mildere trykk i høytrykksturbintrinnet 3. Siden de varme gasser som stammer fra den første magre forhåndsblandede forbrenning fremdeles inneholder mer enn halvparten av sitt opprinnelige oksygeninnhold, blir igjen brennstoff B blandet inn umiddelbart oppstrøms av et spesielt sekvensielt forbrenningskammer 4 og antent. Denne gjenoppvarmede varme gass blir ekspandert nedstrøms i et lavtrykksturbintrinn 5 til atmosfærisk trykk, idet de ekspanderte varme gasser tilslutt blir frigitt til åpen atmosfære i form av en eksosgasstrøm A. Det er særlig fordelaktig at noe av den tilførte forbrenningsluft som har blitt forhåndskomprimert i lavtrykkskompressordelen LP og avgrenes og avkjøles ved hjelp av en kjøleenhet KAI og deretter føres for avkjølingsformål til det sekvensielle forbrenningskammer 4 og også til lavtrykksturbintrinnet 5.

Hvis man fortsetter fra gassturbinanlegget med sekvensiell forbrenning og flertrinnsdrift som har blitt beskrevet ovenfor og i og for seg er kjent, ifølge den eksempelvise utførelse vist i figur 2 blir eksosgassen A som kommer fra lavtrykksturbintrinnet 5 resirkulert via en resirkuleringslinje 6 inn i den tilførte luftstrøm for lavtrykkskompressorenheten 7, hvor den resirkulerte eksosgass blandes med tilførselsluften og komprimeres til et mildere trykknivå. Den resirkulerte eksosgass A passerer med fordel gjennom en varmevekslerenhet D langs resirkuleringslinjen 6; i varmeveksleren D blir varme overført til en dampsyklus, for eksempel for å drive en gassturbin (ikke vist i nærmere detalj). Videre tilveiebringer resirkuleringslinjen 6 en kjøleenhet KAI, i hvilke eksosgassen først avkjøles og avfuktes ved hjelp av kondensasjon.

Eksosgassen, som har blitt forhåndskomprimert til mildere trykk av lavtrykkskompressor delen LP, passerer deretter via det som er kjent som en kjølelinje 8 inn i en C02separasjonsenhet 9, hvor meget effektiv C02separasjon skjer på grunn av det gjeldende høye mildere trykknivå. En ytterligere kjøleenhet KA2 er med fordel tilveiebrakt oppstrøms av C02separasjonsenheten 9. Separasjonsapparatur som i og for seg er kjent, slik som for eksempel kjemisk absorpsjon, for eksempel basert på MEA eller fysisk virkende separatorer, for eksempel basert på membraner, er egnet for C02separasjonsenheten. C02separator effektiviteter på mellom 70 og 99 % kan oppnås ved hjelp av C02separasjonsenheter av denne type. Den C02-reduserte eksosgasstrøm som kommer fra C02separasjonsenheten 9, på kjøleformål, passeres videre til den sekvensielle brennerenhet4 og lavtrykksturbintrinnet 5, med den del av kjølegasstrømmen som brukes for å kjøle det andre forbrenningskammer, som et resultat av den sekvensielle forbrenning, blir varmet tilbake til arbeidstemperatur av lavtrykksturbinen, med det resultat at det er ingen tap av effektivitet.

Så lenge det sekvensielle kompressortrinn 4 opererer med et overskudd av oksygen blir det dannet en aerodynamisk stabil premiks flammefront inne i forbrenningskammeret, det vil si at forbrenningsoperasjonen er stabil. Imidlertid, hvis mengden resirkulert eksosgassøkes i en slik utstrekning at oksygeninnholdet i den høyt komprimerte forbrenningsluft som fødes til det første forbrenningskammer 2 bare er tilstrekkelig til å fullføre forbrenningen av det tilførte brennstoff B, vil forbrenningen i det sekvensielle forbrenningstrinn 4 skje med et enda lavere inngangsoksygen innhold uten overskudd av oksygen. Selv om denne tilstand er særligønskelig for å oppnå et særlig høyt nivå av C02fjerning kombinert med den maksimalt mulige resirkulasjon av eksosgass, og i tillegg vil det minimale oksygeninnhold innen de respektive forbrenningssoner føre til meget lave utslippsverdier for en NOxunder en driftsmodus av den type, har erfaring vist at under disse betingelser for forbrenning vil det opptre ustabilitet i forbrenningen, for eksempel i form av termoakustiske oscillasjoner, høye utslipp av CO og også plutselig slukking av premiksflammen. For å motvirke disse negative forbrenningsfenomener og samtidig være i stand til å utnytte fordelene som har blitt beskrevet av forbrenning under støkiometriske oksygenbetingelser, gjøres det bruk av det som er kjent som partiell oksidering. I denne sammenheng vises det også til den eksempelvise utførelse vist i figur 3, som illustrerer et prosessdiagram for et gassturbinanlegg som med den unntak av en modifikasjon laget for det sekvensielle forbrenningstrinn 4, ellers er identisk med prosessdiagrammet illustrert i figur 2. For å unngå gjentagelse vises det til den korrespondere eksempelvise utførelse gitt ovenfor for forklaring av referansebetegnelser som allerede har blitt beskrevet i figur 2.

I teksten som følger vil det forutsettes at den resirkulerte eksosgass innblandes i forbrenningstilførselsluften L i en utstrekning som er slik at oksygeninnholdet i tilførselsluften for forbrenningskammeret 2 er bare tilstrekkelig for forbrenning av det tilførte brennstoff B. Som forklart ovenfor skjer den sekvensielle forbrenning i forbrenningskammeret 4 med underskudd av oksygen. For å unngå de tilhørende ulemper beskrevet ovenfor, blir brennstoff B først reagert, under betingelser med oksygenunderskudd, i det som er kjent som oksidasjonsenhet 11. Oksidasjonsenheten 11 er med fordel konstruert som en katalyseenhet som på den ene side tilføres brennstoffet B som skal oksideres og på den annen side tilføres en kvantitet oksygen i området mellom 20 og 75 % av det teoretiske oksygenbehov for fullstendig oksidering av brennstoffet. Den tilførte kvantitet oksygen introduseres via tilførselslinjen 10, som leder vekk deler av den C02-reduserte eksosgass fra kjølelinjen 8. Hvis oksygeninnholdet inneholdt i den C02-reduserte eksosgasstrøm er utilstrekkelig til å møte det påkrevde oksygeninnhold for å utføre den partielle oksidasjon, er det i tillegg mulig for noe av de varme gassene som kommer fra høytrykksturbintrinnet 3 å tilblandes i den C02-reduserte eksosgasstrøm via tilførselslinjen 12 for å tilføres oksidasjonstrinnet 11.

Som et resultat av den partielle oksidasjon i oksidasjonstrinnet 11 blir noe av hydrogenet separert ut av hydrokarbonforbindelsene i brennstoffet B og etter det partielle oksidasjonstrinn 11 er det til stede i form av fritt hydrogen i den varme utløpsblanding før den går inn i det sekvensielle forbrenningstrinn 4. Hvis de varme gasser som kommer fra høytrykksturbintrinnet 3, sammen med denne gassblanding inneholdende hydrogenfraksjoner deretter fødes til det sekvensielle forbrenningstrinn 4, vil den høye temperatur og høye reaktivitet av hydrogenet som er tilstede føre til spontan reaksjon og fullstendig forbrenning av brennstoffet som fremdeles er tilstede i form av hydrogen, CO og resthydrokarboner. Den høye reaktivitet av brennerblandingen fører særlig fordelaktig til stabil forbrenning innen det sekvensielle forbrenningstrinn 4, slik at ulempene nevnt i innledningen med henblikk på opptredenen av termoakustiske oscillasjoner, høye C02utslipp og slukking av premiksbrenner flammen fullstendig kan unngås.

I en fordelaktig utførelse for å utføre den partielle oksidasjon er det passende å bruke en brennstoffstilførselslanse innen det sekvensielle forbrenningskammer 4, i hvilken reaksjonen av det tilførte brennstoff B skjer ved bruk av en katalysator, som påkrevd for å frigjøre hydrogenet. Selv om midlene beskrevet ovenfor tjener til å optimalisere forbrenningsprosessene som skjer i forbrenningskamrene 2 og 4, er hovedhensikten i følge oppfinnelsen å redusere C02innholdet i eksosgassene frigjort fra gassturbininstallasjon. Jo høyere C02konsentrasjon som ledes til C02separasjonsenheten 9 benyttet i kjølelinjen 8 i følge oppfinnelsen, dess mer effektivt vil separasjonsenheten operere. For å implementere dette blir den resirkulerte eksosgass forkomprimert ved hjelp av lavtrykkskompressordelen LP av kompressorenheten 1 for tilførsel av forbrenningsluft, i de eksempelvise utførelser vist i figurene 2 og 3. Imidlertid er en ulempe ved denne utførelse at den resirkulerte eksosgass blandes med den tilførte tilførselsluft L, og derfor blir de komprimert sammen i lavtrykkskompressordelen LP. Følgelig vil en fortynnet, forkomprimert eksosgasstrøm passere inn i C02separasjonsenheten 9. For å unngå denne «fortynningseffekt», foreslås det med henvisning til den eksempelvise utførelse vist i figur 4, at en separat kompressor brukes for den resirkulerte eksosgass. For dette formål blir en separat eksosgasskompressorenhet 7, i hvilken den resirkulerte eksosgass eksklusivt blir komprimert via resirkulasjonslinjen 6 og deretter tilføres via kjøleenheten KA2 til C02separasjonsenheten 9, tilveiebrakt på en felles aksel W, langs hvilken kompressorenheten 1 for tilførsel av forbrenningsluft og høytrykks og lavtrykks turbintrinnene 3, 5 er arrangert. På denne måte blir den høye C02konsentrasjon i eksosgassen beholdt, med det resultat at det er mulig å øke effektiviteten av C02separasjonsenheten 9.1 tilfelle av en støkiometrisk driftsmodus av forbrenningsprosessen, som beskrevet ovenfor, vil eksosgassen ikke lenger inneholde noe oksygen, og følgelig kan den heller ikke lenger brukes for forbrenning, for eksempel ved hjelp av partiell forbrenning. Derfor vil ikke prosessdiagrammet av den eksempelvise utførelse vist i figur 4 tilveiebringe et partielt oksidasjonstrinn, men i stedet blir nå den C02-reduserte eksosgass benyttet bare for kjøleformål innen det sekvensielle forbrenningstrinn 4 og lavtrykksturbintrinnet 5. Resirkulasjonslinjer 13 er tilveiebrakt for å sette den støkiometriske driftsmodus av forbrenningsprosessene i forbrenningskamrene 2, 4, via hvilke den resirkulerte eksosgass som har blitt komprimert i eksosgasskompressorenheten 7, enten tilføres direkte, i avkjølt form eller i C02-redusertform etter passasje igjennom C02separasjonsenheten 9, til høytrykkskompressortrinnet HP, med det formål å innblandes tilmålt i tilførselsluften L.

En forbiføringslinje 14 brukes valgfritt til å koble forbi C02separasjonsenheten 9 som del av den komprimerte og avkjølte resirkulerte eksosgasstrøm i situasjoner hvor den resirkulerte eksosgasstrøm overskrider opptakskapasiteten til C02 separasjonsenheten 9.

Figur 5 illustrerer en ytterligere eksempelvis utførelse som i likhet med den eksempelvise utførelse vist i figur 4 tilveiebringer et separat C02kompressortrinn 7, i tillegg skjer den sekvensielle forbrenning ved hjelp av partiell oksidasjon, idet oksygenkvantiteten tilført det partielle oksidasjonstrinn 11 leveres via en forbiføringslinje 15, som nedstrøms lavtrykkskompressordelen LP tillater noe av den forkomprimerte tilførselsluft L med hensikt å passere inn i oksidasjonsenheten 11, hvor brennstoffet blir delvis oksidert, under frigjøring av hydrogen. Det er også mulig, som et alternativ til eller i kombinasjon med forbiføringslinjen 15, forvarme gasser som kommer fra høytrykksturbintrinnet 3 og tilføres via tilførselslinjen 12 til oksidasjonsenheten 11 for å utføre den partielle oksidasjon av brennstoffet B.

Alle de eksempelvise utførelser beskrevet ovenfor vedrører gassturbinanlegg, hvor generatorenheten G, kompressorenheten 1 for tilførsel av forbrenningsluft og høytrykksturbintrinnet 3 og lavtrykksturbintrinnet 5 er innrettet langs enkeltakselen W. I situasjoner hvor den resirkulerte eksosgass komprimeres i en separat kompressorenhet 7 for eksosgass, er den siste også arrangert langs den felles aksel W.

Ikke minst for å forenkle ettermontering av midlene i følge oppfinnelsen i gassturbinanlegg som allerede er i drift, anbefales det at kompressorenheten som brukes til å komprimere den resirkulerte eksosgass arrangeres på en separat drevet aksel. Et prosessdiagram av et gassturbinanlegg av denne type er illustrert i figur 6. Hvis prosessdiagrammet som har blitt beskrevet i figur 2 brukes som basis, er forskjellen fra gassturbinanlegget vist i figur 6 av den andre aksel W, som drives av en separat gassturbin omfattende høytrykksturbindelen 3' og lavtrykksturbindelen 5' tilveiebringes i tillegg. Høytrykksturbindelen 3' og lavtrykksturbindelen 5' blir hver tilført varme gasser som hver kommer fra forbrenningskamrene 2' og 4'. For å forsyne forbrenningskamrene 2' og 4' med forbrenningsluften som kreves for forbrenningen, blir høytrykkskompressortrinnet HP merket, slik som høytrykkskompressortrinnet HP, forsynt med den forkomprimerte tilførselsluft L som stammer fra lavtrykkskompressortrinnet LP i kompressorenheten 1 for tilførsel av forbrenningsluft. I motsetning til disse blir ikke den resirkulerte eksosgass, som ledes til lavtrykkskompressortrinnet LP' i kompressorenheten 1' for tilførsel av forbrenningsluft via resirkuleringslinjen 6 og komprimert til et mildere trykk, blandet med forbrenningsluften, men i stedet passert eksklusivt via en avkjølt utløpslinje inn i C02separasjonsenheten 9.

Som et resultat av den separate kompresjon av den resirkulerte eksosgass i lavtrykkskompressortrinnet LP', blir en høyt komprimert og særlig med høy C02konsentrasjon C02eksosgasstrøm ført til C02separasjonsenheten, og C02kan deretter separeres ut av denne eksosgasstrøm meget effektivt. Den betydelige C02-reduserte eksosgasstrøm blir likeledes, som allerede beskrevet i de eksempelvise utførelser ovenfor, ledet for avkjølingsformål til de sekvensielle forbrenningskamre 4 og 4' og også til lavtrykksturbintrinnene 5 og 5'.

Selv om gassturbinanlegget illustrert i figur 6 i betydelig grad kan redusere C02innholdet av eksosgasstrømmen A som kommer fra gassturbininstallasjonen, er det av systemårsaker ikke mulig med fullstendig C02separasjon ut av eksosgasstrømmen som kommer inn i den åpne atmosfære. Det er fordi eksosgassfraksjonene fra lavtrykksturbintrinnet 5 inneholdes i eksosgasstrømmen A og forblir i eksosgasstrømmen på grunn av mangelen av resirkulasjon. Imidlertid, for også å minimalisere disse fraksjoner, tilveiebringer den siste eksempelvise utførelse, vist i figur 7, bruk av den partielle oksidasjon. Prosessdiagrammet illustrert i figur 7 representerer en forfining av prosessdiagrammet illustrert i figur 7 i sammenheng med den partielle oksidasjon som allerede har blitt beskrevet med henvisning til figur 5.1 den eksempelvise utførelse vist i figur 7 blir også forbiføringslinjene 15,15' benyttet for ønskede tilførsel av oksygen i området mellom 20 og 75 % av det teoretiske oksygenbehov for fullstendig oksidasjon, som i sammenheng med frigjøringen av hydrogen på grunn av den katalytiske brennstoffkonvertering fører til en reaktiv, tennbar blanding som sikrer en stabil forbrenningsprosess.

Liste over henvisningstall

Claims (25)

1. Termisk kraftanlegg med sekvensiell forbrenning og reduserte utslipp av C02,som inkluderer de følgende komponenter, som er koblet i serie via i hvert tilfelle minst én strømningspassasje (S): en kompressorenhet (1) for tilførsel av forbrenningsluft, et første forbrenningskammer (2), et høytrykksturbintrinn (3), et andre forbrenningskammer (4) og et lavtrykksturbintrinn (5), idet andre forbrenningskammer (4) og/eller lavtrykksturbintrinnet (5) kan forsynes med en kjølegasstrøm for kjøleformål,karakterisert vedat en resirkulasjonslinje (6) fører minst noe av eksosgasstrømmen som kommer fra lavtrykksturbintrinnet (5) til en kompressorenhet (7), idet en avkjølingslinje (8) fører minst noe av den komprimerte eksosgasstrøm som kommer fra kompressorenheten (7) til det andre forbrenningskammer (4) og/eller lavtrykksturbintrinnet (5) som en kjølegasstrøm for avkjølingsformål, og idet en C02separasjonsenhet (9), som separerer i det minste fraksjoner av C02ut av kjølegasstrømmen, er tilveiebrakt i avkjølingslinjen (8).

2. Termisk kraftanlegg i følge krav 1,karakterisert vedat en kjøleenhet (KA2) er tilveiebrakt i avkjølingslinjen (8) nedstrøms kompressorenheten (7) og oppstrøms C02 separasjonsenheten (9).

3. Termisk kraftanlegg i følge krav 1 eller 2,karakterisert vedat kompressorenheten (1) for tilførsel av forbrenningsluft er en minst totrinns kompressorenhet omfattende en lavtrykks kompressordel (LP) og en høytrykks kompressordel (HP) og at kompressorenheten (7) tilsvarer lavtrykksdelen (LP) i kompressorenheten (1) for tilførsel av forbrenningsluft.

4. Termisk kraftanlegg i følge et av kravene 1 til 3,karakterisert vedat nedstrøms C02separasjonsenheten (9) er avkjølingslinjen (8) utstyrt med en utløpslinje (10) som er koblet til en oksidasjonsenhet (11), ved hvilken brennstoff for fyring det andre forbrenningskammer (4) blir partielt oksidert, under frigjøring av hydrogen, før det partielt oksiderte brennstoff tennes i det andre forbrenningskammer.

5. Termisk kraftanlegg i følge krav 4,karakterisert vedat en utløpslinje (12) er tilveiebrakt i strømmingspassasjen (S) mellom høytrykksturbintrinnet (3) og det andre forbrenningskammer (4), idet utløpslinjen (12) åpner seg ut i utløpslinjen (10) før den går inn i oksidasjonsenheten (11).

6. Termisk kraftanlegg i følge et av kravene 1 til 5,karakterisert vedat kompressorenheten (7), kompressorenheten (1) for tilførsel av forbrenningsluft, høytrykksturbintrinnet (3) og lavtrykkturbintrinnet (5) så vel som en generator (G) er arrangert på en felles aksel (W).

7. Termisk kraftanlegg i følge et av kravene 1 til 6,karakterisert vedat kompressorenheten (1) for tilførsel av forbrenningsluft er en minst totrinns kompressorenhet som inkluderer en lavtrykkskompressordel (LP) og en høytrykkskompressordel (HB), og hvor minst en returlinje (13), som åpner seg ut i høytrykkskompressordelen (HP) er tilveiebrakt i avkjølingslinjen (8) oppstrøms og/eller nedstrøms C02 separasjonsenheten (9).

8. Termisk kraftanlegg i følge et av kravene 1 til 7,karakterisert vedat en forbiføringslinje (14) som kobler forbi C02 separasjonsenheten (9) er tilveiebrakt i avkjølingslinjen (8).

9. Termisk kraftanlegg i følge et av kravene 4 til 8,karakterisert vedat det nedstrøms lavtrykkskompressordelen (LP) er en forbiføringslinje (15) som er tilknyttet en oksidasjonsenhet (11), ved hvilket brennstoff for fyring i det andre forbrenningskammer (4) blir minst partielt oksidert før det partielt oksiderte brennstoff tennes i det andre forbrenningskammer.

10. Termisk kraftanlegg i følge et av kravene 1 til 9,karakterisert vedat den kjøleenhet (KAI) som separerer vann ut av eksosgasstrømmen er tilveiebrakt langs resirkuleringslinjen (6).

11. Termisk kraftanlegg i følge et av kravene 1 til 10,karakterisert vedat en varmevekslerenhet (D) for frigjøring av varme til en dampsyklus er tilveiebrakt langs resirkuleringslinjen (6) umiddelbart nedstrøms lavtrykksturbintrinnet (5).

12. Termisk kraftanlegg i følge et av kravene 1 til 11,karakterisert vedat det termiske kraftanlegget er en gassturbininstallasjon med trinnvis drift.

13. Termisk kraftanlegg i følge et av kravene 1 til 5 eller 7 til 12,karakterisert vedat kompressorenheten (1) for tilførsel av forbrenningsluft, høytrykksturbintrinnet (3) og lavtrykksturbintrinnet (5) så vel som en generator (G) er innrettet på en felles første aksel (W) og at kompressorenheten (7) er innrettet på en andre drevet aksel.

14. Termisk kraftanlegg i følge krav 13,karakterisert vedat en ytterligere kompressorenhet (1') for tilførsel av forbrenningsluft, et ytterligere høytrykksturbintrinn (3') og et ytterligere lavtrykksturbintrinn (5'), så vel som den ytterligere generator (G') er arrangert langs den andre akselen.

15. Termisk kraftanlegg i følge krav 14,karakterisert vedat den ytterligere kompressorenhet (1') får tilførsel av forbrenningsluft, det ytterligere høytrykksturbintrinnet (3') og det ytterligere lavtrykksturbintrinnet (5'), så vel som den ytterligere generator (G') er arrangert og koblet til hverandre på en liknende måte til kompressorenheten (1) for tilførsel av forbrenningsluft, som høytrykksturbintrinnet (3) og lavtrykksturbintrinnet (5) så vel som generatoren (G) beskrevet i et av kravene 1 til 12.

16. Fremgangsmåte for drift av termisk kraftanlegg med sekvensiell forbrenning og reduserte utslipp av C02, som omfatter de følgende komponenter, koblet i serie via i hvert tilfelle minst en strømningspassasje (S): en kompressorenhet (1) for tilførsel av forbrenningsluft, et første forbrenningskammer (2), et høytrykksturbintrinn (3), et andre forbrenningskammer (4) og et lavtrykksturbintrinn (5), idet det andre forbrenningskammer (4) og/eller lavtrykksturbintrinnet (5) forsynes med en kjølegasstrøm for avkjølingsformål,karakterisert vedat minst noe av eksosgassen som kommer fra lavtrykksturbintrinnet blir resirkulert, komprimert og ledet til en C02separasjon, for å gjenvinne C02og idet den C02-reduserte eksosgasstrøm tilveiebringes som kjølegasstrøm for avkjøling av det andre forbrenningskammer (4) og/ eller lavtrykksturbintrinnet (5).

17. Fremgangsmåte i følge krav 16,karakterisert vedat eksosgassen som kommer fra lavtrykksturbintrinnet (5) ledes til en varmeveksler (D) for termisk kobling av en dampsyklus og/eller en kjøleenhet (KAI) før den resirkulerte eksosgass blir komprimert.

18. Fremgangsmåte i følge et av kravene 16 til 17,karakterisert vedat den resirkulerte eksosgass ledes inn i kompressorenheten (1) for tilførsel av forbrenningsluft for å komprimeres sammen med forbrenningsluften.

19. Fremgangsmåte i følge krav 18,karakterisert vedat kompresjonen skjer i trinn, og at etter at et første kompresjonstrinn har blitt nådd blir deler av den forkomprimerte eksosgass/forbrenningsgassblanding ledet vekk, avkjølt og ledet til C02separasjonen.

20. Fremgangsmåte i følge et av kravene 16 til 19,karakterisert vedat noe av den C02-reduserte eksosgasstrøm blandes med brennstoff, idet minst deler av brennstoffet oksideres for å danne hydrogen før blandingen av C02-redusert eksosgass og delvis oksidert brennstoff tennes i det andre forbrenningskammer.

21. Fremgangsmåte i følge krav 20,karakterisert vedat en del av den varme gasstrøm (S) som kommer fra høytrykksturbintrinnet (3) blandes med den C02.reduserte eksosgasstrøm, og at blandingen av den varme gasstrøm og den C02-reduserte eksosgasstrøm blandes med brennstoff og deretter partielt oksideres, idet hydrogen blir frigjort.

22. Fremgangsmåte i følge krav 20 eller 21,karakterisert vedat blandingen av C02-redusert eksosgass og det partielt oksiderte brennstoff blir selektert på en slik måte at oksygenfraksjonen som er tilstede, korresponderer til omtrent 20 % - 70 % av det teoretiske oksygenbehovet for fullstendig forbrenning.

23. Fremgangsmåte i følge et av kravene 16 til 17,karakterisert vedat den resirkulerte eksosgass blir komprimert, avkjølt og ledet til C02 separasjonen separat fra forbrenningsluften.

24. Fremgangsmåte i følge krav 23,karakterisert vedat den komprimerte eksosgass, den komprimerte avkjølte eksosgass eller den komprimerte, avkjølte og C02-reduserte eksosgass blir minst delvis innblandet med den forkomprimerte forbrenningsluft.

25. Fremgangsmåte i følge krav 24,karakterisert vedat noe av den forkomprimerte forbrenningsluft blandes med brennstoff, i det minste deler av brennstoffet blir oksidert for å danne hydrogen før blandingen av C02-redusert eksosgass og partielt oksidert brennstoff blir antent i det andre forbrenningskammer.