PL165321B1

PL165321B1 - Sposób i uklad do wytwarzania energii mechanicznej PL PL PL

Info

Publication number: PL165321B1
Application number: PL91288895A
Authority: PL
Inventors: Hendrik Jan Ankersmit; Rudolf Hendriks; Leo Jozef Maria Joannes Blomen
Original assignee: Asa Bv; Kti Group Bv; Mannesmann Ag
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1994-12-30
Also published as: CZ280982B6; KR920701627A; DE4003210A1; CA2075290A1; JPH05506290A; NO923011D0; SK278798B6; DE59101211D1; CN1057315A; ATE103037T1; WO1991011597A1; ES2051117T3; DK0518868T3; PL288895A1; HUT67416A; NO179298B; NO179298C; NO923011L; EP0518868B1; CS9100243A2

Abstract

1. Sposób wytwarzania energii mechanicznej przez ciagla przemiane energii zwiazanej chemicznie w paliwie wyjsciowym na bazie zwiazków C -H , w którym spreza sie powietrze spalania, przy czym energia napedowa do sprezania powietrza spalania jest uzyskiwana przez zastosowanie zespolu turbiny napedzajacej sprezarke gazowa, przez który jest przepuszczany . . . . powstajacego przy spalaniu, przed lub po jego rozpreze- niu, znamienny tym, ze spalanie prowadzi sie dwustop- niowo, przy czym goracy gaz odlotowy, wytwarzany w pierwszym stopniu i majacy wysoki nadm iar powietrza, rozpreza sie czesciowo w zespole turbiny napedzajacej sprezarke gazowa, a nastepnie doprowadza sie go z dodatkowym paliwem do drugiego stopnia spalania, i ze goracy gaz odlotowy, wytworzony w drugim stopniu, rozpreza sie w turbinie gazowej, przy jednoczesnym dostarczaniu uzytecznej energii mechanicznej. 13. Uklad do wytwarzania energii mechanicznej, przez ciagla przemiane energii zwiazanej chemicznie w paliwie wyjsciowym na bazie zwiazków C-H, który poza turbina gazowa do wytwarzania uzytecznej energii mechanicznej zawiera co najmniej: zespól sprezarkowy, skladajacy sie z co najmniej jednej sprezarki do sprezania powietrza spalania; zespól turbiny napedzajacej . . . bezposrednio z reaktora do pierwszej komory spalania, znamienny tym, ze pomiedzy zespolem turbiny napedza- jacej sprezarke gazowa (2), a turbina gazowa (1), w prze- wodzie (13, 14) doprowadzajacym goracy gaz jest umie- szczona druga komora spalania (6), która przez przewód (20) doprowadzajacy przetworzone paliwo jest równiez polaczona z reaktorem (7). PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu i układu do wytwarzania energii mechanicznej przez przemianę energii związanej chemicznie w paliwie wyjściowym na bazie związków C-H.

W cieplnych elektrowniach do wytwarzania elektrycznej energii, przez spalanie kopalnych paliw w instalacjach kotłowych, najpierw wytwarza się parę, która rozpręża się w turbinach parowych i przemienia przy tym w energię mechaniczną. Turbiny parowe są sprzężone z elektrycznymi generatorami tak, że ta energia mechaniczna jest przemieniana w elektryczną. Generatory mają sprawność powyżej 90%. W stosunku do tego sprawność przemiany energii związanej chemicznie z używanym paliwem, w energię mechaniczną jest niezadowalająca, ponieważ sprawność turbin, nawet największych wynosi najwyżej 37%, a do tego dochodzą jeszcze straty w kotłach grzejnych. W wielu przypadkach można dotychczas wykorzystać efektywnie dla wytworzenia elektryczności w przybliżeniu tylko 35% ciepła uwalnianego przy spalaniu, podczas gdy pozostałe około 65% jako ciepło odlotowe jest tracone lub tylko częściowo może być wykorzystane do celów grzewczych.

Znaczny wzrost sprawności całkowitej w ostatnim czasie został osiągnięty dzięki temu, że do przemiany energii cieplnej w energię mechaniczną używa się kombinacji turbin gazowych i turbin parowych, przy czym gorące spaliny najpierw rozprężają się w turbinach gazowych, a do wytwarzania pary dla turbin parowych jest wykorzystywane ciepło spalin tych turbin gazowych. Dodatkowe możliwości polepszenia polegają na tym, że rozprężona para, odpływająca z turbiny parowej jest zawracana do komory palnej przyłączonej turbiny gazowej i wytwarza większy objętościowo przepływ do napędu turbiny gazowej. Środki te stwarzają możliwość podwyższenia sprawności całkowitej przemiany cieplnej energii w energię mechaniczną przy większych układach (ponad 50 MW) do rzędu wielkości około 48 do 50%. Tego rodzaju kombinowany proces turbiny gazoweparowe jest przykładowo przedstawiony w opisie zgłoszeniowym DE nr 3 331 153.

Do wytwarzania potrzebnych gorących spalin dla turbin gazowych stosuje się zwykłe „przepływowe*¹ paiiwa, to znazzy ciekłe lub gazowe węglowodory. Aby w dalekim stopniu uniknąć powstawanie tlenków azotu, temperatura komory spalania jest obniżona przez skierowanie części pary, wytwarzanej z ciepła spalin turbiny gazowej, do komory spalania. Przy mocy całkowitej 300 MW w tym procesie osiągnięto sprawność 48%.

W czasopiśmie VGB Kraftwerkstechnik 68 (nr 5, maj 1988, strony 461-468) jest opisany kombinowany proces turbiny gazowe/parowe w połączeniu ze zgazowaniem węgla. Palny gaz, wytworzony przez zgazowanie węgla, po oczyszczeniu jednej części sprężonym powietrzem jest spalany w pierwszej komorze spalania. Wytworzone przy tym spaliny są używane do przegrzania pary wodnej dla zgazowania węgla i dla ogrzewania alotermicznego zgazowania węgla, zanim zostaną one rozprężone w pierwszej turbinie gazowej, które ze swojej strony napędza sprężarkę dla potrzebnego powietrza spalania. Druga część palnego gazu, wytwarzanego przez zgazowanie węgla jest spalana w drugiej komorze spalania i bezpośrednio po tym jest rozprężana w drugiej turbinie gazowej, która jest mechanicznie sprzężona z drugą sprężarką do powietrza spalania, potrzebnego w drugiej komorze spalania i z elektrycznym generatorem do wytwarzania energii elektrycznej. Rozprężony gaz turbinowy drugiej turbiny gazowej przed odprowadzaniem do atmosfery jest razem z rozprężonymi spalinami pierwszej turbiny gazowej wykorzystany do wytwarzania pary. Ta para jest rozprężana w turbinie parowej, która również jest sprzężona z generatorem do wytwarzania energii elektrycznej. Część pary po częściowym rozprężeniu jest odprowadzana z turbiny parowej i po wspomnianym przegrzaniu przez spaliny jest stosowana w pierwszej komorze spalania do zgazowania węgla.

W tym znanym układzie jako paliwo wyjściowe jest stosowany węgiel, który zanim zostanie zgazowany jest najpierw wykorzystany w procesie turbiny gazowej. Ta przemiana z powodu udziału popiołu, powstającego przy spalaniu, który zakłóca turbinę gazową, jest z technicznego względu trudna do przeprowadzenia. Paliwa na bazie związków węglowodorowych stosowane w postaci ciekłej lub gazowej, nie zawierają udziału popiołu i dlatego są bezpośrednio stosowane w procesie turbina gazowa/parowa. Charakterystyczne dla tego układu jest to, że spaliny są prowadzone w dwóch najpierw całkowicie niezależnych przepływach częściowych i wykorzystywane dla różnych procesów częściowych, zanim one na końcu sposobu zostaną wspólnie wykorzystane do

165 321 5 wytwarzania pary. Sprawność netto tego układu wynosi około 42%, przy czym wewnętrzne zaopotrzebowanie energii dla prowadzenia procesu wynosi około 7,5%.

Inny kombinowany proces turbina gazowa/parowa do wytwarzania energii elektrycznej, w którym przeprowadza się najpierw zgazowanie węgla jest znany z opisu patentowego USA nr 4478039. Wytworzony gaz jest spalany z nadciśnieniem w komorze spalania. Powstające gorące spaliny są najpierw rozprężane w turbinie gazowej, która napędza elektryczny generator i sprężarkę do sprężania powietrza spalania. Rozprężone spaliny dodatkowo wykorzystywano do ogrzewania układu zgazowania węgla i do wytwarzania pary procesu turbiny parowej. Turbina parowa napędza również elektryczny generator. O wykorzystaniu paliwa wyjściowego na bazie związków węglowodorowych w tym opisie nie ma żadnej wzmianki.

Z opisu zgłoszeniowego DE nr 37 40 865 jest znany sposób i urządzenie do otrzymywania wodoru, przy czym gazowe paliwo wyjściowe, a więc związki węglowodorowe są przemieniane z reformowanej pary w gaz bogaty w wodór, o absolutnej wartości opałowej przewyższającej przepływ ilościowy paliwa wyjściowego.

Pod „absolutną wartością opałową” nie rozumie się tutaj wartości opałowej w odniesieniu do wagi jednostkowej. Raczej chodzi tu o ilość całkowizą w cieple spalania, która jest zawarta w określonej ilości paliwa wyjściowego, względnie jest zawarta w ilości przemienianego paliwa, które powstaje przez endotermiczną przemianę tej ilości na paliwo wyjściowe. W przypadku reformowanej pary, przez udział pary wodnej dodawanej przy przemianie, jest znacznie powiększona ilość całkowita przemienianego paliwa, niezbędna wobec pierwotnej ilości paliwa wyjściowego tak, że wartość opałowa w odniesieniu do ciężaru jest nawet mniejsza od poprzedniej, chociaż ilość ciepła uwalnianego przy spalaniu przemienianego paliwa jest większa.

Gaz surowy wytwarzany w tym procesie jest stosowany do otrzymywania czystego wodoru w stopniu oczyszczającym (np. absorbcyjnego o zmiennym ciśnieniu), w którym zanieczyszczenia (np. CO, CO2, H2O, nie przemieniane węglowodory) są oddzielane i odprowadzane jako strumień gazów odlotowych. Ten palny strumień gazów odlotowych, który przymusowo zawiera także pewne resztki wodoru, po sprężeniu w sprężarce do wysokiego ciśnienia, jako gaz palny jest spalany np. w przestrzeni grzewczej bezpośrednio ogrzewanego reformingu parowego ze sprężonym powietrzem. Wskutek wysokiego stopnia oddzielenia wodoru z gazu surowego obniża się znacznie absolutna wartość opałowa strumienia gazu odlotowego w stopniu oczyszczania, wobec absolutnej wartości grzewczej gazu surowego, która leży jeszcze poniżej wartości używanego paliwa wyjściowego. Dlatego przy ogrzewaniu reformingu parowego jest wielokrotnie wymagane bezpośrednie kierowanie do spalania strumienia częściowego paliwa wyjściowego. Powstające spaliny po ogrzaniu reformowanej pary są, jako gaz spowalniający do obniżenia temperatury, doprowadzane do komory spalania, w której strumień częściowy paliwa wyjściowego jest spalany ze sprężonym powietrzem. Strumień spalin, odprowadzanych z tej komory spalania jest następnie sprężany w turbinie gazowej. Turbina gazowa dysponuje w tym sposobie energią potrzebną do napędu sprężarki i umożliwia przez przyłączony generator wytwarzania energii elektrycznej.

W tym sposobie następuje przemiana paliwa wyjściowego tylko w tej ilości jaka jest wymagana do wytwarzania wodoru, który jest potrzebny poza tym sposobem do dowolnego zastosowania. Osiągana przy tym sposobie endotermiczna przemiana paliwa może być także wtedy korzystna, gdy przemienione paliwo powinno być spalane wyłącznie w celu wytworzenia energii mechanicznej. Spalanie przemienionego paliwa, zastosowane w tym sposobie jest przeprowadzane jedynie w sensie zużycia produktów ubocznych. Przy tym jako istotne jest, żeby przy spalaniu istniała jeszcze część palnych składników, zawartych pierwotnie w przemienionym paliwie, ponieważ udział wodoru, który w przeważającej części ma znaczenie w absolutnej wartości opałowej, jest wcześniej w dalekim stopniu oddzielony. Z tego względu także czysty, rachunkowy stosunek wytwarzanej, wykorzystywanej energii mechanicznej, względnie elektrycznej do ilości chemicznie związanej energii, zawartej w używanym paliwie wyjściowym, w tym sposobie wynosi mniej niż 10%.

Z opisu patentowego EP nr 0318 122 jest znany sposób i układ do wytwarzania energii mechanicznej z gazowego paliwa, w którym energia mechaniczna wykorzystywana np. do wytwarzania prądu jest oddawana jedynie przez turbinę gazową. Ta turbina gazowa, która jest przewi6

165 321 dziana zwłaszcza na zakres mocy 50-3000 kW osiąga przy tym, w odniesieniu do użytej energii cieplnej (poniżej wartości grzewczej) sprawność około 42%. Przy tym jest przewidzane, że najpierw jest sprężane w sprężarce powietrze spalania. Sprężone powietrzem spalania, podgrzane w wymienniku ciepła gazów odlotowych, jest następnie częściowo rozprężane w pierwszej turbinie gazowej, która napędza tylko sprężarkę i następnie jest doprowadzane do komory spalania, w której paliwo jest spalane z tym powietrzem spalania. Gorące spaliny, powstające przy spalaniu, napędzają drugą turbinę gazową, która dostarcza właściwą, użyteczną energię mechaniczną. Jeszcze gorące gazy odlotowe, odpływające z drugiej turbiny są jeszcze wykorzystywane w wymienniku ciepła do podgrzewania sprężonego powietrza spalania.

Zadaniem wynalazku jest takie ulepszenie sposobu i układu do wytwarzania mechanicznej energii, żeby sprawność przemiany energii (poniżej wartości opałowej), zawartej w paliwie na bazie związków C-H, w energię mechaniczną, przy małych układach (50-3000 kW) mogła wynosić ponad 50%, a przy większych układach co najmniej 55%. Sprawność jest rozumiana jako „mechaniczna” sprawność, to znaczy stosunek wytwarzanej, użytecznej energii mechanicznej turbiny do energii paliwa wyjściowego (na bazie poniżej dolnej wartości opałowej Hu).

Zadanie w odniesieniu do sposobu zostało rozwiązane dzięki temu, że spalanie prowadzi się dwustopniowo, przy czym gorący gaz odlotowy, wytwarzany w pierwszym stopniu i mający wysoki nadmiar powietrza, rozpręża się częściowo w zespole turbiny napędzającej sprężarkę gazową, a następnie doprowadza się go z dodatkowym paliwem do drugiego stopnia spalania, i że gorący gaz odlotowy, wytworzony w drugim stopniu, rozpręża się w turbinie gazowej, przy jednoczesnym dostarczaniu użytecznej energii mechanicznej.

Korzystnie gorący gaz odlotowy stosuje się do ogrzewania przestrzeni reakcyjnej dla reakcji endotermicznej, po rozprężeniu przez turbinę gazową.

Uprzywilejowanie ciepło resztkowe gorącego gazu odlotowego, rozprężanego w turbinie gazowej, stosuje się do nagrzewania sprężonego powietrza spalania.

Zgodnie z wynalazkiem gorący gaz odlotowy, zanim rozpręży się częściowo w zespole turbiny napędzającej sprężarkę gazową, jest stosowany do ogrzewania przestrzeni reakcyjnej reakcji endotermicznej, względnie gorący gaz odlotowy, po jego częściowym rozprężeniu w zespole turbiny napędzającej sprężarkę gazową, ale przed jego rozprężeniem w turbinie gazowej, używa się do ogrzewania przestrzeni reakcyjnej reakcji endotermicznej.

Uprzywilejowanie składu paliwa, wprowadzanego do stopnia spalania, tak reguluje się dla zmniejszenia powstawania tlenku azotu, tak aby temperatura płomienia wynosiła mniej niż 1700°C (adiabatyczna temperatura płomienia), a temperatura wlotowa do turbiny gazowej wynosiła poniżej 1250°C z tym, że regulowanie temperatury wlotowej przeprowadza się przez wtrysk wody, pary do komory spalania.

Korzystnie ciepło resztkowe gorącego gazu odlotowego, rozprężanego w turbinie gazowej, wykorzystuje się do wytworzenia pary, którą przegrzewa się, wykorzystując gorący strumień przepływu gazu odlotowego o wcześniejszym wyższym poziomie temperatury i do napędu turbiny parowej, która również wytwarza użyteczną energię mechaniczną.

Zgodnie z wynalazkiem wytworzoną parę przegrzewa się, zanim gorący strumień gazu odlotowego wejdzie do drugiego stopnia spalania, a ogrzewanie przestrzeni reakcyjnej reakcji endotermicznej prowadzi się za pomocą gorącego strumienia gazu odlotowego, odprowadzanego z turbiny gazowej, zanim użyje się go do wytworzenia pary.

Korzystnie reakcję endotermiczną prowadzi się w postaci reformowania parą wodną związków C-H, zwłaszcza w postaci konwersji gazu ziemnego lub biogazu (CH4) w gaz syntetyczny (CO i H2), celowo reakcję endotermiczną przeprowadza się w temperaturze poniżej 780°C, korzystnie poniżej 700°C, a zwłaszcza poniżej 650°C.

Uprzywilejowanie z turbiny parowej odprowadza się część jeszcze nie całkowicie rozprężonej pary i doprowadza się ją do procesu reformowania parą.

Rozwiązanie tego zadania w odniesieniu do składu według wynalazku polega na tym, że pomiędzy zespołem turbiny napędzanej sprężarkę gazową, a turbiną gazową w przewodzie doprowadzającym gorący gaz, jest umieszczona druga komora spalania, która przez przewód doprowa165 321 7 dzający przetworzone paliwo jest również połączona z reaktorem, który jest ukształtowany jako układ reformowania parą.

Korzystnie zespół turbiny napędzającej sprężarkę gazową i turbina gazowa są umieszczone na wspólnym wale.

Zgodnie z wynalazkiem reaktor jest przyłączony swoim obszarem grzejnym do przewodu gazu odlotowego, wychodzącego z turbiny gazowej, i że zespół wymiany ciepła, wykorzystujący ciepło resztkowe gazu odlotowego, który jest umieszczony w przewodzie gazu odlotowego wychodzącego z reaktora, jest ukształtowany jako wymiennik ciepła gazu odlotowego, którego strona przyjmująca ciepło jest przyłączona do przewodu, prowadzącego z zespołu sprężarkowego do pierwszej komory spalania i przeznaczonego na sprężone powietrze spalania.

Uprzywilejowanie zespół wymiany ciepła, wykorzystujący ciepło resztkowe gazu odlotowego w przewodzie gazu odlotowego, jest ukształtowany jako kocioł parowy, że przewód parowy prowadzi z kotła parowego do przegrzewacza pary, który swoim układem grzejnym jest przyłączony do jednego z przewodów, prowadzących gorący gaz odlotowy, i że jest zastosowana turbina parowa, której strona wlotowa pary jest połączona przez przewód parowy z przegrzewaczem pary.

Według wynalazku zastosowano układ parowy, przez który para, wytworzona w przynajmniej jednej wytwornicy pary, jest wprowadzana do przestrzeni reakcyjnej urządzenia do reformowania parą, zwłaszcza po zmieszaniu z paliwem wyjściowym, a komory spalania mają przyłącze do wtryskiwania wody, pary wodnej-przewód doprowadzający dla regulacji temperatury spalania.

Zaletą jest to, że układ, znany z opisu patentowego EP nr 0318122, został uzupełniony reaktorem dla endotermicznej chemicznej reakcji, w którym używane paliwo - paliwo wyjściowe -jest przemieniane w wysokowartościowe paliwo, które następnie jest spalane wyłącznie ze sprężonym powietrzem ze sprężarki. Przy tym energia cieplna do napędu reaktora jest wytwarzana korzystnie z ciepła gazów odlotowych odprowadzanych z turbiny gazowej, w której jest wytwarzana użyteczna energia mechaniczna. Do ogrzewania reaktora może być używany także inny strumień gorącego gazu z procesu. W. przypadku wykorzystania ciepła gazów odlotowych dla reaktora, do podgrzewania sprężonego powietrza spalania może być używany ochłodzony gaz odlotowy np. w wymienniku ciepła.

Przez przemianę paliwa wyjściowego osiąga się, że podobnie jak przy pompie .cieplnej ciepło, odbierane z gazów odlotowych turbiny gazowej lub innego strumienia ciepła, niejako jest podniesione na wyższy „potencjalny poziom temperatury ” tak, że to ciepło jest technicznie lepsze do wykorzystania od ciepła o niższej temperaturze. To „podniesienie” poziomu temperatury widoczne jest przy tym w postaci podwyższenia absolutnej wartości opałowej nowego paliwa (np. H2 i CO), utworzonego przy przemianie w reaktorze z pierwotnego paliwa (np. gazu ziemnego). W przypadku reformingu pary jest szczególnie korzystne przeprowadzanie go w tak zwanych reaktorach membranowych, przykładowo znanych z artykułu „Steam reforming of natural faz with integrated hydrogen separation for hydrogen production ” (Chemical Engineering Technology nr 10 1987 r. strony 248-255). W tych reaktorach membranowych zazwyczaj wytwarza się gaz bogaty w H2, z mieszaniny węglowodorów i pary wodnej, w pośrednio ogrzewanych reaktorach rurowych, wypełnionych katalizatorem. W reaktorze rurowym znajduje się żaroodporna rura, której ścianki są ukształtowane jako membrana, które zasadniczo są przepuszczalne dla wodoru. Podczas wytwarzania gazu bogatego w H2 można dlatego stale odciągać przez tę rurę membranową względnie czysty wodór (np. 99% stopień czystości). Dlatego chemiczna równowaga katalitycznej reakcji przemiany jest ciągle w korzystnym sensie zaburzana tak, że zasadnicza największa rata przemiany H2 jest przeprowadzana jako zwykły reforming pary. To oddziaływuje bardzo pozytywnie na sprawność sposobu według wynalazku. Obok wytwarzanego wodoru do dyspozycji pozostają także inne produkty reakcji reformingu pary, zwłaszcza CO jako przemienione nowe paliwo.

Sposób i układ według wynalazku umożliwiają systematyczne określanie ciepła odlotowego, powstającego w procesie i wykorzystania go w efektywny sposób. Przy tym ze szczególną korzyścią można przeprowadzać endotermiczną reakcję do wytwarzania wysokowartościowego paliwa, zwłaszcza jako reforming pary np. z gazu ziemnego, przy wykorzystaniu w porównywalny sposób niższych temperatur. Zazwyczaj reforming pary jest przeprowadzany z wielkotechnicznym nakładem tylko w temperaturach w zakresie 780-900°C.

165 321

Według wynalazku celowo granica temperatur nie przekracza 780°C lub poniżej 700°C lub nawet 650°C. Niedogodność, że przy nieznacznych temperaturach może dojść do pogorszenia przemiany pierwotnego paliwa, jest więcej niż wyrównana przez korzyść lepszego wykorzystania ciepła odlotowego turbiny gazowej lub ciepła innego przepływu gazu gorącego procesu przy ogrzewaniu reaktora i zmniejszenia temperatury świeżej pary, potrzebnej do endztermiaznej reakcji. Zmniejszenie poziomu temperatury przynosi także zaletę zmniejszenia kosztów układu według wynalazku, ponieważ termiczne wymagania co do używanych materiałów są mniejsze niż dla znanych układów. Szczególne znaczenie ma fakt, że można wpływać na spalanie paliwa np. przez wtrysk wody lub pary wodnej, do komory spalania, przez co tlenek azotu nie powstaje lub powstaje w nieznacznej ilości. Przy tym temperatura płomienia jest ograniczona do wartości maksimum 1700°C (adiabatyczna temperatura płomienia), a temperatura wlotu do turbiny gazowej do najwyżej 1250°C tak, że praca sposobu według wynalazku jest możliwa w sposób niegroźny dla środowiska, bez potrzeby nakładczych instalacji do zdazoSzwania. Jest to możliwe przez powiązanie według wynalazku przemiany paliwa i wytwarzanie energii mechanicznej z ciepła uwalnianego przez spalanie paliwa. Dzięki temu jest możliwe tak efektywne wykorzystanie strumienia ciepła odlotowego, że można osiągnąć dotychczas nieosiągalną sprawność. Typowe wartości leżą w zakresie 50-70%, przy czym mniejsze układy mają dolny zakres, a większe górny zakres. Układ według wynalazku jest w szczególny sposób odpowiedni do zdecentralizowanego wytwarzania elektryczności, w pobliżu odbiorców i stwarza dzięki temu dodatkową zaletę, że w dalekim stopniu można unikąć strat z powodu transportu energii na większe odległości i/lub transformacji prądu. Te straty w dużych elektrowniach wynoszą około 10% wytwarzanej energii elektrycznej.

Dla sposobu według wynalazku są szczególnie uprzywilejowane przewidziane dwie główne odmiany. W pierwszej odmianie, sprężone powietrze spalania przed skierowaniem do komory spalania jest podgrzewane w wymienniku ciepła gazów odlotowych, przy czym ten wymiennik ciepła jest zasilany gazem odlotowym z turbiny gazowej, która dostarcza użytecznej energii mechanicznej. Wymiennik ciepła gazów odlotowych jest korzystnie ukształtowany jako rekuperator.

Im jest większa ilość ciepła na jednostkę czasu, wymieniona w tym rekuperator^ze, tym silniej wzrasta objętość konstrukcyjna tego wymiennika ciepła. Przy dużych układach według wynalazku, w zakresie mocy około 50-80 MW, rekuperator, w porównaniu do pozostałych części układu, jest niezwykle duży i odpowiednio kosztowny. Dlatego zaleca się dla dużych układów drugą odmianę według wynalazku, w której całkowicie zrezygnowano z rekupłraSora.

W drugiej odmianie gaz odlotowy turbiny gazowej, ewentualnie po ogrzaniu reaktora dla przemiany paliwa, jest wykorzystywany do ogrzewania pary. Ta para jest pogrzewana przez strumień gazu gorącego z procesu, a następnie jest rozprężana w turbinie parowej do wytwarzania dodatkowej energii mechanicznej, jak to jest znane z tak zwanych elektrowni „Czmbined-Czale“. Sprawność procesu w takich wielkich układach jest trochę mniejsza, jak to ma miejsce w układzie według pierwszej odmiany, jednakże układ jest znacznie mniejszy.

Układ według wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na schematycznym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ z rłkuperaSorem, a fig. 2 - układ z turbiną parową.

W układzie, przedstawionym na fig. 1, przez przewód 9, poprzez sprężarkę 3a zespołu sprężarkowego 3, mającego jeszcze drugą sprężarkę 3b, jest zasysane powietrze spalania. Sprężone powietrze spalania jest chłodzone pośrednio przez chłodnicę 4 i następnie w drugiej sprężarce 3b sprężane do jeszcze wyższego ciśnienia. Obie sprężarki 3a, 3b są mechanicznie sprzężone przez wały 24, 25 z zespołem turbiny gazowej 2. Przez przewód 10 sprężone powietrze spalania z drugiej sprężarki 3b jest kierowane do wymiennika ciepła 8 gazów odlotowych, ukształtowanego jako rekuperator i po podgrzaniu przez pośrednią wymianę ciepła jest doprowadzane przez przewód 11 do pierwszej komory spalania 5.

Do komory spalania 5 dociera przez przewód paliwowy 20 część paliwa, która powstaje w reaktorze 7 przez endotermiczną reakcję z paliwa wyjściowego i zostaje spalona w komorze spalania 5. Powstała gorąca mieszanina gazowa, która obok produktów spalania zawiera jeszcze nadmiar powietrza spalania, jest przez przewód spalinowy 12 doprowadzana do zespołu turbiny

165 321 gazowej 2 i po oddaniu energii napędowej potrzebnej dla zespołu sprężarek 3 jest częściowo rozprężana i przy czym trochę schładzana. Ta zawsze jeszcze gorąca mieszanina gazowa dociera przez przewód spalinowy 13 do drugiej komory spalania 6, w której przez rozgałęziony przewód paliwowy 20 jest doprowadzone również paliwo i spalane z nadmiarem powietrza tak, że gaz odlotowy ma ponownie wyższą temperaturę.

Gorący gaz odlotowy, powstając przez spalanie jest przez przewód spalinowy 14 kierowany do turbiny gazowej 1, która wytwarza użyteczną energię mechaniczną i po rozprężeniu jest odprowadzany przez przewód spalinowy 15. Zespół turbiny gazowej 2 i turbina gazowa 1 są umieszczone na wspólnym wale i ewentualnie mogą być ukształtowane jako pojedynczy agregat turbinowy. Jest także możliwe przy szeregu stopniach sprężania napędzanie ich częściowo przez turbinę gazową 1. Dzięki temu może nastąpić wzajemne optymalne dostrojenie sprężarki i turbin. Przez wtrysk np. wody lub pary wodnej do komór spalania 5,6 ogranicza się adiabatyczną temperaturę płomienia do poniżej 1700°C, a temperatury wlotu do turbiny gazowej do wartości około 1250°C, - w wielu przypadkach nawet do temperatury 800°C, w których nie powstają żadne liczące się ilości tlenków azotu. W związku z tym największą zaletą wynalazku jest to, że tworzenie się tlenków azotu jest istotnie zmniejszone dzięki temu, że zamiast paliwa wyjściowego jest spalane paliwo w dalekim stopniu przemienione, powstające w endotermicznej reakcji, o wysokiej absolutnej wartości opałowej. Przy tym osiąga się na samym wstępie, zależnie od nadmiaru powietrza, adiabatyczną temperaturę płomienia, która leży niżej 300 do 500°C od adiabatycznej temperatury płomienia przy spalaniu paliwa wyjściowego.

Jest także możliwe przeprowadzenie spalania doprowadzanego paliwa jedynie w komorze spalania 5 tak, że komora spalania 6 jest zbyteczna. Przy stosowaniu dwóch komór spalania 5 i 6 środki do celowego obniżenia temperatury płomienia są ograniczone do drugiej komory spalania 6, ponieważ tlenki azotu utworzone w pierwszej komorze spalania 5 poprzez współdziałanie cieplne rozpadają się w następnej, drugiej komorze spalania 6. To oznacza, że w pierwszym spalaniu można pracować z wysokimi temperaturami gazów odlotowych, a zatem dla zespołu turbiny gazowej 2 w korzystnych warunkach, w odniesieniu do możliwie wysokiej sprawności turbiny, bez doprowadzenia w niej do wysokiej zawartości NOx. Kontrolowane prowadzenie temperatury ma więc w odniesieniu do tego stopnia spalania szczególne znaczenie.

Energia mechaniczna wytwarzana przez rozprężanie w turbinie gazowej 1 na wale napędowym 26 może być wykorzystana np. do napędu generatora G do wytwarzania prądu elektrycznego. Gaz odlotowy, przez rozprężanie trochę schłodzony, ale zawsze jeszcze gorący, dociera przez przewód spalinowy 15 do obszaru grzejnego pośrednio ogrzewanego reaktora 7 do endotermicznej reakcji. Dzięki tej endotermicznej reakcji, która może zachodzić np. jako reformowanie pary, z paliwa wyjściowego, które ma określoną absolutną wartość opałową, jest wytwarzane nowe paliwo o wyższej absolutnej wartości opałowej. W przypadku reformowania pary z gazu ziemnego, który jest doprowadzany np. przez przewód paliwowy 18, przewód parowy 19 jest skierowany do przestrzeni reakcyjnej reaktora 7.

Z reguły jest celowe uprzednie przemieszczanie pary w paliwem. Wytworzone nowe paliwo, które składa się z mieszaniny H2, CO, CO2, nie przemienionego CH4 i pary wodnej, jest doprowadzane przez przewód 20 do przestrzeni reakcyjnej w komorach spalania 5, i 6 i tam, jak już opisano jest spalane. Jest oczywiście także możliwe, w celu optymalizacji procesu spalania (temperatura, strumień masy) w komorach spalania 5 i 6, przemieszanie wysokowartościowego paliwa z częścią paliwa wyjściowego i pierwsze jego spalanie. Przy tym celowo jest używana mieszanina z udziałem co najmniej 50%, korzystnie nawet więcej od 80% przemienionego paliwa. O ile mniej jest przemienionego paliwa to tym większa jest tendencja do ograniczenia sprawności. Zasada, że spalone paliwo ma większą wartość opałową od paliwa wyjściowego jest utrzymana w każdym przypadku. Część wysokowartościowego paliwa oczywiście może być używana zgodnie z procesem jak i do innych procesów.

Przy wspomnianym reformowaniu pary, gaz ziemny (zasadniczo CH4) podwyższa absolutną wartość opałową paliwa o około 30%. W przypadku uwodornienia paliwa wyjściowego toluolem podwyższenie wartości opałowej wynosi około 15%. Zamiast reformowania pary może być przewidziana endotermiczna reakcja, np. jako odwodornienie. Ona przy etaniejako paliwie wyjścio10

165 321 wym, przynosi podwyższenie wartości uretanolu nawet o około 20-30%. Dalszym przykładem endotermicznej reakcji jest kraking parowy dowolnych związków węglowodorów (np. biogaz, PLG, nafta, nafta świetlna, itd.). Ta ostatnia wspomniana możliwość jest dlatego interesująca, ponieważ stwarza możliwość wykorzystania wielu różnorodnych paliw do wytwarzania energii mechanicznej, bez potrzeby przy każdorazowej zmianie paliwa nastawiania turbiny gazowej na nowe paliwo.

Endotermiczna reakcja jest możliwa do przeprowadzenia w temperaturach poniżej 780°C albo jeszcze lepiej poniżej 700°C. Gazy odlotowe, wykorzystane do podgrzewania, opuszczają obszar grzejny reaktora 7 przez przewód spalinowy 16 ze względnie wysoką temperaturą i zgodnie z wynalazkiem są używane do podgrzewania wymiennika ciepła 8, w którym jest podgrzewane sprężone powietrze spalania. Przez przewód spalinowy 17 ochłodzony gaz odlotowy jest odprowadzany z wymiennika ciepła. W przypadku endotermicznej reakcji, w której jest wymagane użycie pary, sposób według wynalazku pracuje jako układ zamknięty, ponieważ ta para jest wytwarzana po wykorzystaniu ciepła istniejącego w procesach, w pojedynczych gorących strumieniach objętościowych. W celu osiągnięcia jeszcze wyższej sprawności całkowitej sposobu, co najmniej część potrzebnej świeżej pary, także z dowolnego źródła pary, jest doprowadzana z zewnątrz do reaktora 7.

Na figurze 1 są pokazane linią kreskową wytwornice pary 21, 22, 23, które mogą pracować alternatywnie lub jednocześnie. Wytwornica pary 21 jest zabudowana na końcu układu, na przewodzenie spalinowym 17 i dlatego może wytwarzać parę o względnie niższej temperaturze. W tym miejscu może być także umieszczony wymiennik ciepła do podgrzewania paliwa wyjściowego (lub mieszaniny paliwo-para) lub do podgrzewania wody zasilającej do wytwarzania pary.

Dla wytwornicy pary 22 jest przewidziane miejsce pomiędzy wymiennikiem ciepła 8 a reaktorem 7, na przewodzie spalinowym 16. W uprzywilejowanym układzie wytwornica pary 23 jest umieszczona pomiędzy zespołem turbiny parowej 2 a drugą komorą spalania 6, ponieważ ten układ w pozytywnym znaczeniu wywołuje zmniejszenie temperatury spalania w komorze spalania 6. Gdy jest przewidzianych jednocześnie szereg wytwornic pary 21 do 23 to mogą być one między sobą tak połączone, że w jednej wytwornicy, np. 21 jest wytwarzana para o względnie niskiej temperaturze, a w innych wytwornicach np. 22 i/lub 23 para jest przegrzewana do wyższej temperatury. Zasadniczo także ciepło odlotowe, z ochłodzenia pośredniego przy sprężaniu powietrza spalania w chłodnicy 4 może być wykorzystane do wytwarzania pary. W układzie według fig. 1 reaktor 7 jest włączony do przewodu spalinowego 15, 16 turbiny gazowej 1. Jest także możliwe przewidzenie ogrzewania reaktora 7 za pomocą strumienia gorącego gazu z wcześniejszego procesu. Reaktor 7 zasadniczo może być włączony także do przewodów 11,12,13 lub 14. Przez obniżenie temperatury strumienia gazu gorącego zmniejsza się wprawdzie sprawność turbiny 1, względnie 2, ale jednocześnie zmniejsza się także tworzenie NO_X. Dlatego parametry sposobów w odniesieniu do możliwości optymalnego działania są wzajemnie określone.

Aby umożliwić układowi rozruch ze stanu ziemnego za pomocą pozostającego do dyspozycji paliwa jeszcze wystarczająco nieprzemienionego strumieniem gorącego gazu, może być alternatywnie lub jednocześnie przewidziane, że do komory spalania 5 i do obszaru grzejnego reaktora 7 jest co najmniej przejściowo kierowane pierwotne paliwo, np. gaz ziemny i tam spalane. Odpowiednie, nie pokazane przewody paliwowe mogą być także krótkotrwale włączane, aby dostarczyć paliwo gdy pozostająca do dyspozycji moc grzewcza w tych agregatach jest przejściowo niewystarczająca. Dzięki temu praca całego układu jest znacznie łatwiej regulowana. W sensie lepszej regulowalności i optymalizacji całego układu może być dodatkowo przewidziane oddawanie na zewnątrz części energii, wytwarzanej w turbinie gazowej 2 do napędu sprężarki, jako użytecznej energii.

Na figurze 2 jest przedstawiony inny układ według wynalazku. Jednakowo funkcjonalne części układu mają takie same oznaczaniki jak na fig. 1, a opis będzie dotyczył tylko istniejących różnic wobec układu według fig. 1. Zasadnicza różnica wobec układu z fig. 1 polega na tym, że nie ma wymiennika ciepła 8 na gazy odlotowe, ukształtowanego jako regulator do podgrzewania powietrza spalania, a zamiast niego jest przewidzany układ do wytwarzania przegrzanej pary, która jest

165 321 11 wykorzystywana w turbinie parowej 31 do wytwarzania energii mechanicznej. Ten układ składa się z kotła parowego 30 i przegrzewacza pary 29.

Kocioł parowy 30 jest ogrzewany za pomocą ciepła odpadowego, z gazu odlotowego, wychodzącego z turbiny gazowej 1, po jego skierowaniu do przestrzeni grzewczej reaktora 7 i oddaniu ciepła. Wytworzona para dociera przez przewód 37 do podgrzewacza pary 29 i z niego przez przewód 38 do strony wlotowej turbiny parowej 31. Rozprężona para jest kierowana z turbiny parowej 31 do kondensatora 32. Pompa kondensacyjna 33 tłoczy wodę kondensacyjną do urządzenia zgazowującego 34. Z niego poddana obróbce woda kotłowa dociera za pomocą pompy zasilającej 35 przez przewód do kotła parowego 30. Zatem układ para/woda jest w dalekim stopniu systemem obiegu zamkniętego. Występujące straty wody są wyrównywane przez nie przedstawione urządzenie zasilające wodą. Te straty wody występują zwłaszcza w przypadku, gdy pionowy przewód 36, przedstawiony linią kreskową, prowadzi parę z tyłu części wysokociśnieniowej turbiny parowej 31 do komór spalania 5, 6, w celu regulowania temperatury i podwyższenia strumienia masowego. Również pionowy przewód 19 w jednakowy sposób pobiera parę z obiegu zamkniętego i kieruje do przestrzeni reakcyjnej reaktora 7. Ta para może być także, jak to zostało przedstawione na fig. 1, wytwarzana w innych miejscach układu i doprowadzana z zewnątrz. Woda, potrzebna do napełnienia obiegu para/woda może być odzyskiwana z kondensatu z przewodu spalinowego 17. Doprowadzenie sprężonego powietrza spalania do pierwszej komory spalania 5 następuje przewodem 27, a do drugiej komory spalania 6 przewodem 28 z przegrzewacza pary 29. Zasadniczo także w tej odmianie według fig. 2 reaktor 7 może być zabudowany w innym miejscu na przewodach gazu gorącego. Uprzywilejowane rozwiązanie jest takie, żeby położenia reaktora 7 i przegrzewacza pary 29 różniły się między sobą w wysokości.

Dalsze korzystne ukształtowanie wynalazku, które nie jest przedstawione na fig. 1 i 2, dotyczy wykorzystania gorącego gazu odlotowego rozprężonego w turbinie gazowej 1. Ten gaz odlotowy zawiera zazwyczaj jeszcze znaczną zawartość O2, ponieważ spalanie jest przeprowadzane z nadmiarem O2. Dlatego on może być wykorzystany jako gaz katodowy do zasilania O2 układu ogniw paliwowych, w którym jest wytwarzany prąd elektryczny.

W tego rodzaju układzie ogniw paliwowych jest korzystne doprowadzanie gazu katodowego w przebliżeniu z temperaturą, która odpowiada temperaturze roboczej ogniw paliwowych. Zależnie od rodzaju układu ogniw paliwowych temperatura robocza leży na innym poziomie. Stosownie do tego układ ogniw paliwowych jest włączony w odpowiednim miejscu do przewodów spalinowych 15, 16, 17, to oznacza ochłodzenie rozprężonego gazu odlotowego jest przeprowadzane przez ogrzewanie innych strumieni mediów, potrzebnych w sposobie według wynalazku (podgrzewanie powietrza, wytwarzanie pary, ogrzewanie reformacyjne), aż do poziomu odpowiadającego żądanej każdorazowo temperaturze roboczej, a następnie strumień gazu odlotowego lub jego część jest kierowana do przestrzeni katodowej układu ogniw paliwowych. Zasilanie układu ogniw paliwowych paliwem następuje z dowolnego źródła gazu H2, np. naftociąg lub zasobnik gazu. Można także strumień częściowy gazu bogatego w H2, wytwarzanego w reaktorze 7, doprowadzać do przestrzeni anodowej ogniw paliwowych. Zgodnie z fig. 1 wytwornica pary 21 służy do wytwarzania pary wodnej i do podgrzewania gazu ziemnego, podczas gdy wytwornica pary 22 do przegrzewania mieszaniny para woda/gaz ziemny, zanim ta mieszanina zostanie doprowadzona do reaktora 7. Gaz ziemny, używany jako paliwo wyjściowe posiada ciśnienie przewodowe 20 bar, a używana woda ma temperaturę około 15°C. Stosunek para/węgiel (mol/mol) wynosi 2,0.

Parametry sposobu w odniesieniu do układu z fig. 1 są następujące:

-sprężarka niskociśnieniowa 3a temperatura wlotowa 15°C temperatura wlotowa 1^0°<C ciśnienie wylotowe 4,5 bar

-sprężarka wysokociśnieniowa 3b temperatura wlotowa 25°C temperatura wylotowa 203°C ciśnienie wylotowe 20 bar

165 321

-rekuperator 8 wzrost temperatury powietrza spalania 357°C spadek temperatury gazu odlotowego 327°C

-komora spalania 5 wzrost temperatury przez spalanie 690°C

-zespół turbiny gazowej 2 temperatura wlotowa 1250°C stosunek ciśnień na turbinie 2,8 temperatura wylotowa 970°C

-komora spalania 6 wzrost temperatury przez spalanie 280°C

-turbina gazowa 1 temperatura wlotowa 1250°C stosunek ciśnień na turbinie 6,^ temperatura wylotowa 760°C

-generator 6 do wytwarzania prądu elektrycznego moc 3200 kWe

-reaktor 7 temperatura wlotowa przegrzanej mieszaniny paliwo/para 550°C temperatura wylotowa gazu odlotowego 647°C temperatura wylotowa gazu produkcyjnego 720°C

-wytwornica pary 22 temperatura wlotowa mieszaniny paliwo/para 249°C temperatura wylotowa gazu odlotowego 610°C

-wytwornica pary 21 temperatura wylotowa gazu odlotowego 227°C

Przy reformowaniu pary z gazu ziemnego, składającego się zasadniczo z metanu, około 12% metanu nie jest przemieniane i spala się w komorach spalania 5 i 6 w pierwotnej postaci. Z wyjątkiem energii dla sprężania gazu ziemnego, który już posiada wystarczające ciśnienie przewodowe, całkowicie zapotrzebowanie energii sposobu powstaje samo z procesu tak, że nie potrzeba doprowadzać z zewnątrz żadnej energii. Osiągana sprawność całkowita, to znaczy stosunek wytworzonej energii elektrycznej do użytej ilości energii paliwa, na bazie dolnej wartości opałowej wynosi 65%, co było dotychczas nieosiągalne. Przy tym gaz odlotowy, oddawany do otoczenia wyróżnia się bardzo niską zawartością tlenków azotu, bez potrzeby stosowania dodatkowych środków do odazotowywania.

Wielką zaletą wynalazku jest to, że umożliwia nie tylko znaczący wzrost sprawności przy wytwarzaniu energii mechanicznej z paliw na bazie związków węglowodorowych ale także, że jednocześnie jest to połączona ze zredukowaniem zawartości szkodliwych związków w wytwarzanym gazie odlotowym. Dodatkowo z powodu zdolności układów według wynalazku do zdecentralizowanego wytwarzania elektryczności straty, połączone z tradycyjną techniką wielkich elektrowni, na transport energii na duże odległości i transformację prądu są w dalekim stopniu zlikwidowane.

Claims

1. Sposób wytwarzania energii mechanicznej przez ciągłą przemianę energii związanej chemicznie w paliwie wyjściowym na bazie związków C-H, w którym spręża się powietrze spalania, przy czym energia napędowa do sprężania powietrza spalania jest uzyskiwana przez zastosowanie zespołu turbiny napędzającej sprężarkę gazową, przez który jest przepuszczany przynajmniej objętościowy przepływ sprężonego powietrza spalania przy częściowym rozprężeniu, przy czym gorący gaz odlotowy, powstający przez spalanie paliwa ze sprężonym powietrzem spalania, rozpręża się w turbinie gazowej, za pomocą której wytwarza się co najmniej część użytecznej energii mechanicznej, a ciepło resztkowe gazu odlotowego, wypływającego z turbiny gazowej, jest stosowane do nagrzewania przepływu zastosowanego medium, zaś paliwo wyjściowe jest przekształcane poprzez reakcję endotermiczną w przetworzone paliwo o wyższej bezwzględnej wartości opałowej, przy czym spalanie przeprowadza się z dodatkiem lub bez dodatku paliwa wyjściowego przez użycie przetworzonego paliwa, a poszczególne, palne składniki przetworzonego paliwa, powstałe przy konwersji, w każdym przypadku mieszczą się całkowicie lub przynajmniej w przeważającej ilości w przetworzonym paliwie poddawanym spalaniu, przy czym ogrzewanie przestrzeni reakcyjnej dla reakcji endotermicznej prowadzi się albo za pomocą sprężonego powietrza spalania, które uprzednio zostało ogrzane do wyższej temperatury poprzez pośrednią wymianę ciepła z gorącym gazem odlotowym ze spalania, lub przez całkowity strumień aktualnie gorącego gazu odlotowego, powstającego przy spalaniu, przed lub po jego rozprężeniu, znamienny tym, że spalanie prowadzi się dwustopniowo, przy czym gorący gaz odlotowy, wytwarzany w pierwszym stopniu i mający wysoki nadmiar powietrza, rozpręża się częściowo w zespole turbiny napędzającej sprężarkę gazową, a następnie doprowadza się go z dodatkowym paliwem do drugiego stopnia spalania, i że gorący gaz odlotowy, wytworzony w drugim stopniu, rozpręża się w turbinie gazowej, przy jednoczesnym dostarczaniu użytecznej energii mechanicznej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gorący gaz odlotowy stosuje się do ogrzewania przetrzeni reakcyjnej dla reakcji endotermicznej, po rozprężeniu przez turbinę gazową.

3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że ciepło resztkowe gorącego gazu odlotowego, rozprężanego w turbinie gazowej, stosuje się do nagrzewania sprężonego powietrza spalania.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gorący gaz odlotowy, zanim rozpręży się częściowo w zespole turbiny napędzającej sprężarkę gazową, stosuje się do ogrzewania przestrzeni reakcyjnej reakcji endotermicznej.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gorący gaz odlotowy, po jego częściowym rozprężeniu w zespole turbiny napędzającej sprężarkę gazową, ale przed jego rozprężeniem w turbinie gazowej, używa się do ogrzewania przestrzeni reakcyjnej reakcji endotermicznej.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że skład paliwa, wprowadzanego do stopni spalania tak reguluje się dla zmniejszenia powstania tlenku azotu, aby temperatura płomienia wynosiła mniej niż 1700°C (adiabatyczna temperatura płomienia), a temperatura wlotowa do turbiny gazowej wynosiła poniżej 1250°C.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że regulowanie temperatury wylotowej przeprowadza się przez wtrysk np. wody, pary do komory spalania.

8. Sposób według zastrz. 3 lub 4, znamienny tym, że ciepło resztkowe gorącego gazu odlotowego, rozprężanego w turbinie gazowej, wykorzystuje się do wytworzenia pary, którą przegrzewa się, wykorzystując gorący strumień przepływu gazu odlotowego o wcześniejszym wyższym poziomie temperatury i do napędu turbiny parowej, która również wytwarza użyteczną energię mechaniczną.

9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że wytworzoną parę przegrzewa się, zanim gorący strumień gazu odlotowego wejdzie do drugiego stopnia spalania, a ogrzewanie przestrzeni reakcyjnej reakcji endotermicznej prowadzi się za pomocą gorącego strumienia gazu odlotowego, odprowadzanego z turbiny gazowej, zanim użyje się go do wytwarzania pary.

165 321

10. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że reakcję endotermiczną prowadzi się w postaci reformowania parą wodną związków C-H, zwłaszcza w postaci konwersji gazu ziemnego lub biogazu (CH4) w gaz syntetyczny (CO i H2).

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że reakcję endotermiczną przeprowadza się w temperaturze poniżej 780°C, korzystnie poniżej 700°C, a zwłaszcza poniżej 650°C.

12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że z turbiny parowej odprowadza się część jeszcze nie całkowicie rozprężonej pary i doprowadza się ją do procesu reformowania parą.

13. Układ do wytwarzania energii mechanicznej, przez ciągłą przemianę energii związanej chemicznie w paliwie wyjściowym na bazie związków C-H, który poza turbiną gazową do wytwarzania użytecznej energii mechanicznej zawiera co najmniej: zespół sprężarkowy, składający się z co najmniej jednej sprężarki do sprężania powietrza spalania; zespół turbiny napędzającej sprężarkę gazową, sprzężony napędowo z zespołem sprężarkowym, którego strona wlotowa gazu jest połączona przez przewody rurowe ze stroną wylotową gazu z zespołu sprężarkowego; co najmniej jedną pierwszą komorę spalania, do której jest doprowadzony przewód do powietrza spalania; przewód doprowadzania gorących gazów z pierwszej komory spalania do strony wlotowej gazu turbiny gazowej, i przewód gazu odlotowego, prowadzący od strony wylotowej gazu z turbiny gazowej do zespołu wymiany ciepła, dla wykorzystania ciepła resztkowego gazu odlotowego, reaktor do endotermicznej reakcji chemicznej, w którym z paliwa wyjściowego, doprowadzanego przewodem paliwowym, jest wytwarzane przetworzone paliwo o wyższej bezwzględnej wartości opałowej, przy czym ten reaktor jest przyłączony swoim układem grzejnym do jednego z przewodów, prowadzących gorące medium, oraz przewód paliwowy dla przetworzonego paliwa, który prowadzi bezpośrednio z reaktora do pierwszej komory spalania, znamienny tym, że pomiędzy zespołem turbiny napędzającej sprężarkę gazową (2), a turbiną gazową (1), w przewodzie (13,14) doprowadzającym gorący gaz jest umieszczona druga komora spalania (6), która przez przewód (20) doprowadzający przetworzone paliwo jest również połączona z reaktorem (7).

14. Układ według zastrz. 13, znamienny tym, że reaktor (7) jest ukształtowany jako układ reformowania parą.

15. Układ według zastrz. 13, znamienny tym, że zespół turbiny napędzającej sprężarkę gazową (2) i turbina gazowa (1) są umieszczone na wspólnym wale.

16. Układ według zastrz. 14, znamienny tym, że reaktor (7) jest przyłączony swoim obszarem grzejnym do przewodu (15) gazu odlotowego, wychodzącego z turbiny gazowej (1), i że zespół wymiany ciepła, wykorzystujący ciepło resztkowe gazu odlotowego, który jest umieszczony w przewodzie (16) gazu odlotowego wychodzącego z reaktora (7), jest ukształtowany jako wymiennik ciepła (8) gazu odlotowego, którego strona przyjmująca ciepło jest przyłączona do przewodu (10, 11), prowadzącego z zespołu sprężarkowego (3) do pierwszej komory spalania (5) i przeznaczonego na sprężone powietrze spalania.

17. Układ według zastrz. 16, znamienny tym, że zespół wymiany ciepła, wykorzystujący ciepło resztkowe gazu odlotowego w przewodzie gazu odlotowego (15,16), jest ukształtowany jako kocioł parowy (30), że przewód parowy (37) prowadzi z kotła parowego (30) do przegrzewacza pary (29), który swoim układem grzejnym jest przyłączony do jednego z przewodów (13,15) prowadzących gorący gaz odlotowy, i że jest zastosowana turbina parowa (31), której strona wlotowa pary jest połączona przez przewód parowy (38) z przegrzewaczem pary (29).

18. Układ według zastrz. 17, znamienny tym, że ma układ parowy, przez który para, tworzona w przynajmniej jednej wytwornicy pary (21, 22, 23), jest wprowadzana do przestrzeni reakcyjnej urządzenia (7) do reformowania parą, zwłaszcza po zmieszaniu z paliwem wyjściowym.

19. Układ według zastrz. 13, znamienny tym, że komory spalania (5, 6) mają przyłącze do wtryskiwania np. wody, pary wodnej w postaci przewodu doprowadzającego (36) dla regulacji temperatury spalania.