NO783509L - Anordning for fordamping av flytendegjort jordgass - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en anordning for fordamping av flytendegjort jordgass (Liquef>;ed Natural Gas=LNG) , nærmere bestem : en anordning av den art som' er angitt i innledningen til paten :-krav 1.

Ved flytendegjøringen og gjenavdampningen av slik gass

kreves det betydelig energi ved anleggene for flytendegjøring og for fordampning. For energiinnsparing er det derfor ved fordampningen i en tid blitt utnyttet et prinsipp, hvor strøm-dannelsen og fordampningen kombineres.

Det har vist seg at det ved en kombinasjon av LNG-fordampning og strømdannelse med gassturbiner i lukket prosess er mulig med en langtgående optimering av gjenvinning av energien Et karakteristisk trekk er den lave innløpstemperatur i forteti-eren på -140°C, Da prosessens virkningsgrad er avhengig av forholdet mellom den øvre prosesstemperatur og den nedre prosesstemperatur, oppnås en meget gunstig virkningsgrad. Anleggets totale virkningsgrad, d.v.s. forholdet mellom avgitt nytteeffekt» elektrisk ytelse +varmeytelse for LNG-fordampning dividert med tilført brennstoff effekt, kan til og med økes over 80%. Av dette går det fram at bruken av en slik prosess gir en brennstoffut-nyttelse som bortsett fra lave friksjons- og utstrålingstap mu'. ig-gjør en langtgående omdannelse av primærenergien i nytteenergi

Som arbeidsmedium for det lukkete kretsløp blir det vanlig-vis brukt nitrogen, idet dette er tilsatt 0. 5% surstoff, for å forhindre inntrengningen av nitrogen i de oppvarmete overflater i delene i anlegget. For å realisere slike anordninger er det fordelaktig, at alle delene fra allerede bygde gassturbinanlegj; kan utnyttes. For bruken av kjente gassturbiner må bare forteti-eren tilpasses til den lave innløpstemperatur.

Til tross for den meget høye virkningsgraden er det like-vel behov for å redusere innvesteringsomkostningene. forbedre energiøkonomien, forhindre tap og å gjøre anleggets effektavgivelse lettere å tilpasse til forskjellige brukssituasjoner.

Denne oppgaven blir ved en anordning av den art som er nevnt i innledningen løst ved at varmeren er en varmeveksler som er koblet inn i avgasstrømmen til en forbrenningsmaskin med koblet generator.

Bruken av en forbrenningsmaskin, fortrinnsvis en dieselmotor, gir vesentlige fordeler innenfor oppgavestillingen. Ved den forbrenningsmaskin som tjener til strømutvikling avgis det store mengder spillvarme, som særlig finnes i forbrenningsgass-ene. Det skal bemerkes at "forbrenningsmaskin" også kan omfatte forskjellige grupper av slike maskiner.

Til forbrenningsmaskinens drivaksel er det koblet en genera-^ tor, hvis effektavgivelse er forholdsvis lett innstillbar og varierbar ved hjelp av maskinens styring. Ved utnyttelsen av avgassene fra forbrenningsmaskinen blir det mulig å drive en ytterligere generator i det lukkete system. Total-virkningsgraden for anlegget, beregnet på den angitte måte, kan økes til 90% og mer. Samtidig kan anordningen bygges opp og drives økonomisk. Turbinen kan benyttes uten forandring. Den krever ingen skovelkjøling. Rekuperatorer og varmevekslere er likeledes kjent. For LNG-fordamperen finnes det tilstrekkelige erfaringer fra lavtemperatur-teknikken.

Blir forbrenningsmaskinen, som fortrinnsvis er en dieselmotor, drevet med en turbolader i avgassen, så er det mulig,a)

å plassere varmeveksleren i den gasstrøm som kommer ut av turboladeren i turbinen eller b)å koble varmeveksleren i avgasstrømmen som går inn i turboladeren. Avhengig av de driftsbestingelser som hersker (temperatur, trykk på avgassene foran og etter turboladeren) kan opti-male driftsbetingelser fastlegges. En ytterligere forbedring ved energiøkonomien innfor oppgavestillingen oppnås, når fortetningen i den fortetter som hører til gassturbinanlegget og/eller avspenningen i turbinen skjer med flere varmeovergangstrinn (avgivelse henholdsvis opptak av tapsvarme).

Ytterligere varmemengder kan overføres til gassen, når varmeveksleren blir gjennomstrømmet av forbrenningsluften eller når en smøreolje- og/eller kjølevannskjøler blir gjennomstrømmet av gassen. Disse varmemengdene kan også overføres til det lukkete gassturbin^kretsløp.

Riktignok erkjent anordninger for fordampning av LNG, som arbeider under utnyttelse av tapsvarmen fra en dieselmotor med en såkalt "kuldeturbin". Gassen blir pumpet gjennom en varmeveksler, hvori den blir fullstendig fordampet. Varmeveksleren blir tilført en kullvannstoffholdig gass i motstrøm, hvilken kondenserer i varmeveksleren. Kondensatet blir pumpet gjennom flere ytterligere varmevekslere, som står i forbindelse med andre varmevekslere som fjerner tapsvarme på forskjellige steder på forbrenningsmaskinen. Ved dieselmotoren er det koblet en varmeveksler henholdsvis i avgasstrømmen og/eller i for-brennings luft strømmen .

Bruken av en dieselmotor på den kjente måte gir imidlertid ingen opplysning om, hvilken teknikk som bør velges ved et lukket gassturbin-kretsløp. Dessuten kan det føre til vanskelig-heter å beherske teknikken med en kuldeturbin. Turbinen skaper tallrike isolasjons- og forstopningsproblemer, særlig på grunn av kondensasjonsprodukter. Derimot blir det ved den foreliggende oppfinnelse valgt et gunstig prinsipp, som i stor utstrekning garanterer forstyrrelsesfri drift.

Eksempler på utførelsesformer av oppfinnelsen er vist i figurene, hvor

fig. 1 viser en anordning for LNG-fordampning ifølge oppfinnelsen, hvor en varmeveksler overfører avgassenergien fra en dieselmotor til et lukket gassturbinkretsløp,

fig. 2 viser en anordning ifølge fig. 1, hvor ytterligere varmevekslere overfører energien fra forbrenningsluften, smøreoljen og kjølevannet til gassen, mens

fig. 3 viser en anordning ifølge fig. 2 med energioverføring til det lukkete gassturbin-kretsløp.

I fig. 1 er det -vist et første utførelseseksempel på anordningen ifølge oppfinnelsen. Anordningen består hovedsakelig av tre deler: En dieselmotor 1 som drivapparat for en strømgenera-tor 2, en gassturbin 13 med en fortetter 15 og en generator 16, samt en fordamper 3 for flytendegjort jordgass (LNG).

Avgassen fra dieselmotoren 2 strømmer med en temperatur T^=420°C inn i en varmeveksler 9, som den forlater med en temperatur T2=125°C.

Varmeveksleren 9 blir over en'ledning 10 tilført arbeidsmediet til et kretsløpssystem som arbeider i en lukket prosess. Denne har ved inngangen i varmeveksleren 9 temperaturen Tg= 100°C og forlater det med omtrent T.j=400oC. Arbeidsmediet som strømmer gjennom ledningén 11 og som altså består av nitrogen med en lav surstoffandel, når turbinen 13, som over en aksel 14 er koblet sammen med såvel en fortetter 15 som med en generator 16.

Det avspente medium som strømmer ut av turbinen med en temperatur T^=160°G, når over en ledning 17 en rekuperator 18. Etter at det har strømmet gjennom denne, når det med en temperatur T^=30<o>C fordamperen 3. Her skjer en avkjøling til en temperatur Tg=-140°C. Med denne temperatur når mediet for-tetteren 15,hvor det blir komprimert og brakt på en temperatur på T^=-20°C. Denne temperaturn blir etter gjennomstrømmingen av rekuperatoren 18 økt til Tg=100°C.Over ledningen 10 når gassen deretter igjen varmeveksleren 9. Kretsløpet starter forfra.

I fig. 2 er det vist et utførelseseksempel i modifisert form. Avgassen som dannes av en dieselmotor 1 strømmer først gjennom en varmeveksler 9 og deretter gjennom turbinen 5 til en turbolader 6 for avgassen, hvilken i tillegg er forsynt med en kompressor 7 for forbrenningsluften som strømmer inn. Fra kompressoren 7 strømmer forbrenningsluften inn i dieselmotoren 1-

I den utstrekning de ytterligere elementer til den utførelses-form, særlig det lukkete turbinkretsløp, tilsvarer eksempelet foran, er det valgt samme henvisningstall.

I fig. 2 er det videre antydet med strekete symboler,

at det kan anordnes ytterligere varmevekslere, som er forbundet med tilsvarende stasjoner for varmeavgivelse i gassledningen. Det finnes med henvisningstall 20 en varmeveksler i kretsløpet til den komprimerte forbrenningsluften med tilsvarende stasjon 20' for varmeavgivelse, med henvisningstall 21 en oljekjøler med tilsvarende stasjon 21' for avgivelse, og med henvisningstall 22 en vannkjøler med stasjon 22' for avgivelse.

I fig. 3 er det vist en utførelsesform hvor stasjonene 20", 21" og 22" for varmeavgivelse er plassert i et lukket system med gassturbinen.

Avspenningen av turbinen i den lukkete prosess med gassturbinen 13 kan med fordel skje i flere mellomtrinn med mellom- varming mellom hvert, slik det er kjent fra prosessteknologien. Tilsvarende gjelder for muligheten til å foreta kompressjonen

i kompressoren med flere mellomkjølinger. Denne muligheten er ikke vist i figurene, da den er kjent for fagfolk.

Claims (7)

1. Anordning for fordamping av flytendegjort jordgass (LNG) med en fordamper som er koblet inn i LNG-strømmen og som er koblet inn i kretsløpet til et gassturbinanlegg i lukket prosess, for elektrisitetsgenerering, idet kretsløpet blir tilført varmeenergi over en varmer, karakterisert ved at varmeren er en varmeveksler (9) som er plassert i avgasstrømmen til en forbrenningsmaskin (1)» fortrinnsvis med tilkoblet generator (2).

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at forbrenningsmaskinen er en dieselmotor.

3. Anordning i samsvar med krav 1 eller 2, med en fbr-brenningsmaskin som har en avgassdrevet turbolader, karakterisert ved at varmeveksleren (9) er koblet inn i den gasstrøm som kommer ut av turboladerens (6) turbin.

4. Anordning i samsvar med krav 1 eller 2, med en forbrenningsmaskin med en avgassdrevet turbolader, karakterisert ved at varmeveksleren (9) er koblet inn i den avgasstrøm som går inn i turboladerens (9) turbin (5).

5. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at kompressjonen i den kompressor (15) som til-hører gassturbinanlegget og/eller avspenningen i turbinen (13) skjer med flere varmeovergangstrinn.

6. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at tapsvarmeenergien fra forbrenningsluft, smøre-olje og/eller kjølevann fra forbrenningsmaskinen (1) blir utnyttet ved hjelp av varmevekslere (20, 21, 22 henholdsvis 20', 21', 22') til LNG-fordampning.

7. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at tapsvarmeenergien fra forbrenningsluft, smøre-olje og/eller kjølevann fra forbrenningsmaskin (1) blir over-ført i det lukkete gassturbin-kretsløp ved hjelp av varmevekslere (20, 21, 22, henholdsvis 20", 21", 22").