PL168321B1

PL168321B1 - Sposób i uklad do kombinowanego wytwarzania energii elektrycznej i mechanicznej PL PL PL

Info

Publication number: PL168321B1
Application number: PL91292029A
Authority: PL
Inventors: Hendrik J Ankevsmit; Rudolf Hendriks; Leo J M J Blomen
Original assignee: Asa Bv; Kti Group Bv; Mannesmann Ag
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1991-10-14
Publication date: 1996-02-29
Also published as: ES2059152T3; CN1043390C; KR920704368A; NO931354D0; SK279757B6; DE4032993C1; WO1992007392A1; ATE110888T1; PL292029A1; DE59102772D1; CA2094129A1; EP0553125B1; DK0553125T3; CN1060741A; EP0553125A1; NO931354L; US5417051A; HU9300443D0; RU2119700C1; CS310091A3

Abstract

1. Sposób kombinowanego wytwarzania energii elektrycznej i mechanicznej, z utlenianiem paliwa, w którym H2 poprzez endotermiczna reakcje zwiazków weglowodorów, w co najmniej jednym stopniu przy posrednim ogrzewaniu endotermicznej reakcji wytwarza sie gaz zawierajacy H2, kieruje sie czesc gazu zawierajacego H2 do co najmniej jednego stopnia spalania, dla wytworzenia majacego podwyzszone cisnienie goracego gazu spalinowego, równolegle spreza sie gaz zawierajacy O2, ogrzewa sie go poprzez posrednia wymiane ciepla i kieruje sie go do co najmniej jednego stopnia spalania, i w co najmniej jednym stopniu spalania z wprowadzonego gazu zawierajacego H2 i wprowadzonego gazu zawierajacego O2 wytwarza sie przez spalanie goracy gaz spalinowy, posiadajacy podwyzszone cisnienie, który co najmniej czesciowo rozpreza sie w co najmniej jednej turbinie gazowej do wytwarzania energii mechanicznej, przy czym ten czesciowo rozprezony gaz spalinowy, wzglednie czesciowy jego strumien doprowadza sie do posredniego ogrzewania reakcji endotermicznej, po czym kieruje sie go do ogrzania sprezonego gazu zawierajacego O2 przy czym przez czesciowe rozprezenie juz ogrzanego gazu zawierajacego O2 oddaje sie energie napedowa dla sprezania gazu zawierajacego 02, do zespolu turbinowego, napedzajacego kompresory lub przyjmuje czesc wytworzonej energii mechanicznej, znam ienny tym, ze co najmniej czesc, zwlaszcza ilosc calkowita gazu zawierajacego H2 wytwarzanego w endotermicznej reakcji, przed doprowadzeniem do co najmniej jednego stopnia spalania, doprowadza sie dla wytworzenia energii elektrycznej do zespolu ogniw paliwowych jako wlotowy gaz anodowy, a powstajacy gaz anodowy odlotowy zawierajacy resztke H2 stosuje sie do wytwarzania gazu spalinowego, o podwyzszonym cisnieniu. 2 2. Uklad kombinowanego wytwarzania energii elektrycznej i mechanicznej, zawierajacy zestaw kompreso- rów do sprezania gazu zawierajacego O2, polaczony z nim wymiennik ciepla do posredniego ogrzewania tego gazu, co najmniej jedna komore spalania do co najmniej czesciowego spalania gazu zawierajacego H2 zestaw turbin gazowych, zawierajacy co najmniej jedna turbine gazowa, który dostarcza energii mechanicznej do wykorzystania na zewnatrz i energii napedowej dla zestawu sprezarek, uklad przewodów, przez który ogrzany gaz cisnieniowy, zawierajacy O2 jest doprowadzany bezposrednio i/lub posrednio po przeplynieciu co najmniej jednej komory spalania, w postaci goracego gazu spalinowego, do co najmniej jednej turbiny gazowej; co najmniej jeden reaktor dla endotermicznej reakcji do wytwarzania gazu bogatego w H2, który jest ogrzewany posrednio przez goracy gaz odlotowy z turbiny gazowej, oraz uklad przewodów, przez który gaz zawierajacy H2, jest doprowadzany do komory lub komór spalania i uklad przewodów, przez który turbinowy gaz odlotowy jest doprowadzany bezposrednio lub po oddaniu ciepla w co najmniej jednym reaktorze wymiennikowi ciepla dla ogrzania sprezonego gazu, zawieraj acego O2, znam ienny tym. ze zespól ogniw paliwowych (FC) swoja przestrzenia anodowa jest polaczony z ukladem przewodów prowadzacych gaz bogaty w H2 (14, 14a, 14b), a wylot anodowego gazu odlotowego jest przylaczony do ukladu przewodów (15, 15a, 15b, 15c) prowadzacych do co najmniej jednej komory spalania (B, B1, B2) . PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu i układu do kombinowanego wytwarzania energii elektrycznej i mechanicznej.

W cieplnych elektrowniach do wytwarzania elektrycznej energii najpierw przez spalanie kopalnych paliw w instalacjach kotłowych wytwarza się przegrzaną parę, która rozpręża się w

168 321 turbinach parowych i przemienia przy tym w energię mechaniczną. Turbiny parowe są sprzężone z elektrycznymi generatorami przez co energia mechaniczna jest przemieniana w energię elektryczną. Generatory mają sprawność powyżej 90%. W stosunku do nich sprawność przemiany energii związanej chemicznie z używanym paliwem w energię mechaniczną jest niezadowalająca, ponieważ sprawność turbin, nawet największych wynosi najwyżej 37%, nie mówiąc już o stratach w kotłach grzejnych. W wielu przypadkach dotychczas można wykorzystać efektywnie dla wytworzenia elektryczności w przybliżeniu tylko 35% ciepła, uwalnianego przy spalaniu, podczas gdy pozostałe około 65% jako ciepło odlotowe jest tracone lub może być wykorzystane tylko do celów grzewczych.

Znaczny wzrost sprawności mechanicznej lub elektrycznej 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 gazy spalinowe rozprężają się w turbinach gazowych, a do wytwarzania pary dla turbin parowych jest wykorzystywane ciepło spalin z tych turbin gazowych. Dodatkowe możliwości polepszenia polegają na tym, że rozprężona para dopływająca z turbiny parowej jest zawracana do komory spalania 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%.

Z europejskiego opisu patentowego nr 318 122 jest znany sposób i układ do wytwarzania energii mechanicznej z gazowego paliwa, w którym energia mechaniczna wykorzystywana na przykład do wytwarzania prądu jest oddawana częściowo przez turbinę parową i przez turbinę gazową. Ta turbina gazowa, która jest przewidziana, 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 przewidziane, że najpierw w sprężarcejest sprężane powietrze spalania, które następnie podgrzewa się w wymienniku ciepła gazów odlotowych, po czym częściowo jest 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. Powstające przy spalaniu gorące spaliny, napędzają drugą turbinę gazową, która dostarcza właściwą, użyteczną energię mechaniczną. Jeszcze gorące gazy odlotowe, odpływające z drugiej turbiny są dodatkowo wykorzystywane w wymienniku ciepła do podgrzewania sprężonego powietrza spalania.

Z niemieckiego opisu zgłoszeniowego nr 40 03 210jest znany sposób wytwarzania energii mechanicznej, która jest przemieniana przez elektryczny generator w energię elektryczną. Sposób ten polega na tym, że paliwo wyjściowe na bazie związków węglowodorowych najpierw przemienia się w urządzeniu do reformowania pary w wysokowartościowy gaz bogaty w wodór, o energetycznym punkcie stałym, po czym gaz bogaty w wodór zostaje spalony w jednej lub szeregu komór spalania. Za pomocą sprężonego gazu, zawierającego tlen, np. sprężonego powietrza.

Wytworzony gorący gaz palny jest rozprężany w turbinie gazowej, która energię mechaniczną oddaje na zewnątrz, ochładzając się przy tym odpowiednio i następnie jest używany do bezpośredniego ogrzewania urządzenia do reformowania pary. Gaz spalinowy ochłodzony w urządzeniu do reformowania pary jest następnie wykorzystany do podgrzewania sprężonego powietrza spalania w innym pośrednim wymienniku ciepła. Dzięki temu sprężone powietrze spalania zawiera tyle energii, że ono może być częściowo rozprężane w turbinie gazowej przed jego wykorzystaniem do spalania i dostarcza potrzebnej energii napędowej dla wytwarzania sprężonego powietrza. W drugiej odmianie tego sposobu sprężone i ogrzane przez pośrednią wymianę ciepła, powietrze spalania jest następnie doprowadzane do komory spalania i tam spalane z częścią gazu, wzbogaconego w wodór, tak że pozostaje do dyspozycji jeszcze gorący gaz do rozprężania w turbinie gazowej.

Sposób ten umożliwia wzrost sprawności, przy przemianie energii (poniżej wartości opałowej), zwartej w tradycyjnym paliwie (np. gaz ziemny lub biogaz), w energię mechaniczną z zastępczym nakładem przy małych instalacjach (do około 3 MW mocy) do co najmniej 50%, a przy większych instalacjach do co najmniej 55%.

168 321

Z reguły w tego rodzaju sposobach jest przewidziane przenikanie wytwarzanej energii mechanicznej jedynie w prąd elektryczny. W tej postaci energia jest prosto przesyłana do dowolnego miejsca potrzebującego energii i może być w porównywalnie prosty sposób, z wysoką sprawnością ponownie przemieniana w inną postać energii, np. mechaniczną lub cieplną. Patrząc z innej strony wymaganejest w znacznej i wzrastającej mierze zmniejszenie powstawania CO2 i innych szkodliwych substancji, zwłaszcza NOx, SOx przy przemianie paliwa w prąd elektryczny lub w energię mechaniczną. W odniesieniu do składnika CO2 te wymagania, gdy nakład na oddzielenie CO2 z powstających spalin nie może być poniesiony, mogą być tylko wtedy realizowane, gdy przemiana energii chemicznej zawartej w używanym paliwie, jest dokonywana w znacznie efektywniejszy sposób niż dotychczas. Istnieje więc, nie tylko z czystych gospodarczych potrzeb, ale także zwłaszcza z potrzeb ochrony środowiska, konieczność dalszego podwyższania sprawności przemiany energii.

Zadaniem wynalazku jest takie ulepszenie sposobu i układu, aby przemiana chemicznej energii (poniżej wartości opałowej) zawartej w paliwie w energię elektryczną i mechaniczną, mogła być przeprowadzana ze sprawnością co najmniej 60%, możliwie nawet ponad 65%.

Zadanie to w odniesieniu do sposobu według wynalazku zostało rozwiązane dzięki ternu, że co najmniej część, zwłaszcza ilość całkowitą gazu zawierającego H2, wytwarzanego w endotermicznej reakcji, przed doprowadzeniem do co najmniej jednego stopnia spalania, doprowadza się dla wytworzenia energii elektrycznej do zespołu ogniw paliwowych jako wlotowy gaz anodowy, a powstający gaz anodowy odlotowy zawierający resztkę H2, stosuje się do wytwarzania gazu spalinowego, o podwyższonym ciśnieniu.

Korzystnie wytwarzanie gazu spalinowego prowadzi się z nadmiarem O2 i, że gaz spalinowy korzystnie przed oddaniem ciepła do sprężonego gazu zawierającego O2, doprowadza się jako gaz katodowy do zespołu ogniw paliwowych.

Uprzywilejowane wytwarzanie gazu spalinowego o podwyższonym ciśnieniu prowadzi się co najmniej dwustopniowo, a po każdym stopniu spalania co najmniej częściowe rozprężanie gazu spalinowego prowadzi się w turbinie gazowej.

Korzystnie co najmniej częściowo rozprężony gaz spalinowy doprowadza się poza turbiną gazową do co najmniej jednego stopnia ogrzewania endotermicznej reakcji przebiegającej w wielu oddzielnych stopniach i stosuje się go do jej pośredniego ogrzania, jako medium robocze, a wytwarzane w różnych stopniach reakcji endotermicznej ilości częściowe gazów zawierających H 2, zbiera się i doprowadza się do przestrzeni anodowej zespołu ogniw paliwowych, przy czym wytworzony gaz zawierający H2 przed doprowadzeniem do układu ogniw paliwowych, poddaje się reakcji CO+H2.

Uprzywilejowanie wytworzony gaz zawierający H2, przed doprowadzeniem do zespołu ogniw paliwowych poddaje się oczyszczaniu, rozdziela się go na składniki, a oddzielone palne składniki wykorzystuje się do wytwarzania gazu spalinowego.

Zgodnie z wynalazkiem do wytwarzania gazu spalinowego dodatkowo stosuje się paliwo pierwotne, zwłaszcza gaz ziemny.

Korzystnie ciepło resztkowe katodowego gazu odlotowego z zespołu ogniw paliwowych doprowadza się do celów grzewczych, niezależnie od wytwarzanej energii mechanicznej lub elektrycznej.

W uprzywilejowanym sposobie według wynalazku odprowadzany z zespołu ogniw paliwowych, gaz odlotowy oraz ewentualnie gaz spalinowy poddaje się procesowi co najmniej częściowego oddzielania wody, którą korzystnie oddziela się w postaci pary wodnej z tym, że zespół ogniw paliwowych przy wytwarzaniu pary wodnej ochładza się.

Parę wodną korzystnie doprowadza się do procesu turbiny parowej, a po odprężeniu w procesie turbiny gazowej do ciśnienia leżącego poniżej ciśnienia otoczenia, kondensuje się ją w wodę procesową.

Korzystnie część wody zawartej w gazie spalinowym, poddaje się pośredniej wymianie ciepła i wytwarza się parę wodną i co najmniej jedną część pary wodnej używa się do chłodzenia łopatek turbin gazowych, a co najmniej drugą część pary wodnej doprowadza się do przestrzeni spalania, w której wytwarza się gaz spalinowy, przy czym część pary wodnej kieruje się do

168 321 komory reakcyjnej do endotermicznej reakcji węglowodorów, przebiegającej jako reformowanie pary.

Korzystnie wytwarzaną energię mechaniczną przemienia się w zespole generatorów na elektryczny prąd przemienny, a wytwarzany w zespole ogniw paliwowych prąd stały przemienia się w prąd przemienny.

Zadanie w odniesieniu do układu kombinowanego wytwarzania energii elektrycznej i mechanicznej, zostało rozwiązane dzięki temu, że zespół ogniw paliwowych swoją przestrzenią anodową jest połączony z układem przewodów prowadzących gaz bogaty w H2, a wylot anodowego gazu odlotowego, jest przyłączony do układu przewodów, prowadzących do co najmniej jednej komory spalania.

Korzystnie zespół ogniw paliwowych swoją przestrzenią katodową jest połączony przewodem z co najmniej jednym reaktorem, który prowadzi turbinowy gaz odlotowy, jako gaz zawierający O 2.

Uprzywilejowanie zespół ogniw paliwowych poprzez przestrzeń katodową jest połączony układem przewodów z wymiennikiem ciepła, który prowadzi turbinowy gaz odlotowy jako gaz zawierający O2.

Korzystnie komora spalania jest umieszczona bezpośrednio przed każdą turbiną gazową.

Zgodnie z układem według wynalazku turbina gazowa jest połączona napędowo z zespołem sprężarek, a co najmniej jedna oddzielna turbina gazowa oddaje na zewnątrz wytwarzaną energię mechaniczną.

W innym korzystnym wykonaniu układ posiada pojedynczą turbinę gazową, wytwarzającą energię mechaniczną, oddawaną na zewnątrz jest połączona napędowo z zespołem sprężarek.

Korzystnie turbina gazowajest połączona bezpośrednio z wymiennikiem poprzez przewód prowadzący sprężony gaz, zawierający O2, a zespół sprężarek zawiera co najmniej dwa stopnie sprężania, a pomiędzy tymi stopniami jest umieszczona chłodnica pośrednia.

Uprzywilejowanie turbiny gazowe, w odniesieniu do przebiegu gazu spalinowego, są umieszczone grupami.

W korzystnym wykonaniu do układu przewodów dla doprowadzenia gazu bogatego w H2, do przestrzeni anodowej zespołu ogniw paliwowych jest przyłączony co najmniej jeden reaktor, albo jest przyłączony co najmniej jeden zespół oczyszczający gaz.

Uprzywilejowanie turbina gazowa do wytwarzania energii mechanicznej, oddawanej na zewnątrz, jest sprzężona z elektrycznym generatorem, a zespół ogniw paliwowych przez przewód jest sprzężony z falownikiem do wytwarzania elektrycznego prądu przemiennego lub jest elektrycznie sprzężony z generatorem.

W uprzywilejowanym wykonaniu zespół ogniw paliwowych poprzez przewody jest połączony z urządzeniem oddzielającym, do oddzielania od gazu odlotowego wodę w postaci p^ary.

Celowo w układ przewodów prowadzących gaz spalinowy, jest włączone urządzenie rozdzielające do oddzielania wody, w postaci pary, z gazu spalinowego, a w układ przewodów, prowadzący gaz spalinowy, jest włączona co najmniej jedna wytwornica pary.

W uprzywilejowanym wykonaniu urządzenie oddzielające jest połączone z co najmniej jednym zespołem turbin parowych, w którym co najmniej część pary wodnej jest rozprężana dla wytworzenia energii mechanicznej, a ten zespół turbin parowych jest sprężony mechanicznie z elektrycznym generatorem.

W korzystnym ukształtowaniu układu przestrzeń katodowa zespołu ogniw paliwowych jest połączona przewodem doprowadzającym świeże powietrze, do którego jest włączony co najmniej jeden odgrzewacz powietrza, ogrzewany gazem spalinowym.

Korzystnie do zespołu turbin parowych jest przyłączony kondensator pracujący z podciśnieniem.

Uprzywilejowanie co najmniej jeden reaktor dla endotermicznej reakcji jest ukształtowany jako urządzenie do reformowania pracy, a co najmniej jeden reaktor jest połączony z co najmniej jednym wymiennikiem ciepła, który jest przyłączony do . co najmniej jednej komory spalania.

Ideą, leżącą u podstaw wynalazku, jest przemiana tradycyjnego paliwa poprzez endotermiczną reakcję, np. reformowanie pary, najpierw przy wykorzystaniu ciepła odlotowego, w

168 321 wysokowartościowe paliwo zawierające H2, a następnie jego co najmniej częściowe wykorzystanie jako paliwa w komorze spalania do bezpośredniego wytwarzania energii elektrycznej. Przy tym większa część składnika H 2 jest pochłaniana przez utlenianie. Pozostała zawartość resztkowa, zawierająca H 2 i inne palne składniki, np. CO i nie przemienione związki węglowodorowe, pierwotnego gazu bogatego w H 2 jest doprowadzana do spalania. Gaz doprowadzony do spalania składa się z mieszaniny różnych strumieni gazów i jest dodatkowo wzbogacany przez udział pierwotnie używanego paliwa. Powstające przy tym gorące gazy spalinowe rozprężają się w układzie turbiny gazowej i są wykorzystane do wytwarzania energii mechanicznej lub, przy sprzężaniu z elektrycznym generatorem, dodatkowej elektrycznej energii. Istotne przy tym jest to, że energia cieplna powstająca według wynalazku, poprzez systematyczne wykorzystanie energii ciepła odlotowego, znajduje się zawsze na poziomie zdolnym do wykorzystania i w dalekim stopniu jest przemieniana we wspomniane postacie energii.

Po wytworzeniu elektrycznej i mechanicznej energii w dalekim stopniu ochłodzony gaz spalinowy dodatkowo może być używany do celów grzewczych, np. ogrzewania budynków, cieplarni, itd., dzięki czemu w dalekim stopniu jest podwyższone wykorzystanie energii.

W odniesieniu do dolnej wartości opałowej używanego paliwa, elektryczna sprawność sposobu według wynalazku, zależnie od postaci wykonania, może być podniesiona do wartości od 60 do 80%, średnio 65-75%.

W porównaniu do znanych sposobów wytwarzania energii elektrycznej lub mechanicznej z kopalnych paliw, sposób i układ według wynalazku posiada nie tylko znacznie wyższą sprawność ale także stosowanie jego uwalnia do otoczenia znacznie mniej CO2, w odniesieniu do elektrycznej mocy, oraz wytwarza spaliny o minimalnej zawartości tlenków azotu. Poza tym nie majako produktu ubocznego wysokowartościowej wody procesowej, która tym samym może być używana do innych celów.

Pod pojęciem zespołu ogniw paliwowych jest rozumiana każda kombinacja włączonych razem elementów ogniw paliwowych.

Układ według wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na schematycznym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ z jedną turbiną gazową, fig. 2 - układ z oddzielną turbiną gazową, fig. 3 - układ z dwiema komorami spalania, fig. 4 - układ z dodatkową turbiną parową, a fig. 5 - wycinek układu z zespołem ogniw paliwowych z alkalicznymi elektrolitami.

Układ przedstawiony na fig. 1 ma zespół sprężarek K, składający się z dwóch stopni K1 i K2, w których gaz zawierający O2, korzystnie powietrze, jest sprężany do wysokiego ciśnienia. Ten gaz jest zasysany przez przewód 1 i dociera przez przewód 2 z pierwszego stopnia K1 do drugiego stopnia K2.

Do przewodu 2 jest przyłączony wymiennik ciepła 3, który chłodzi częściowo sprężony gaz, zawierający O2 i odebrane ciepło oddaje przez obieg chłodzący na zewnątrz, np. do wykorzystania do celów grzewczych. Jest także możliwe wykorzystanie tego ciepła do podgrzewania wody, do wytwarzania potrzebnej w sposobie pary procesowej. Rozumie się, że zespół sprężarek K może być także wykonany jako jednostopniowy lub więcej niż dwustopniowy.

Sprężony gaz zawierający O2 opuszcza przez przewód 4 ostatni stopień sprężania K2 i dociera do pośrednio ogrzewanego wymiennika ciepła W, z którego po podwyższeniu temperatury jest doprowadzany przez przewód 5 do komory spalania B, w której on podczas procesu spalania egzotermicznie reaguje z gazem zawierającym H2 i ewentualnie inne palne składniki, które są doprowadzane przez przewód 15. Dodatkowo do gazu zawierającego H 2 może być także spalane paliwo pierwotne, np. gaz ziemny. Sprężony gorący gaz spalinowy opuszcza komorę spalania B przez przewód 6 i w turbinie gazowej T rozpręża się do ciśnienia odpowiadającego w przybliżeniu ciśnieniu roboczemu zespołu ogniw paliwowych FC. Energia mechaniczna, powstająca w turbinie gazowej T jest wykorzystana w jednej części, np. przez mechaniczne sprzężenie, do napędu zespołu sprężarek K, a w drugiej części do wytwarzania elektrycznego prądu przemiennego w przyłączonym generatorze G.

W dalekim stopniu rozprężony, ale jeszcze gorący, gaz spalinowy jest przez przewód 7 kierowany jako medium gorące do pośrednio ogrzewanej instalacji reformowania pary R, która jest zasilana przez przewód 13 w gazowe węglowodory z paliwa pierwotnego i w parę tak, że w niej powstaje gaz bogaty w H 2, który jest odprowadzany przez przewód 14. Ochłodzony gaz

168 321 spalinowy w instalacji reformowania pary R posiada jeszcze znaczną ilość ciepła, dlatego jest on doprowadzony przez przewód 10 do wymiennika ciepła W, w którym powoduje wspomniane nndwvżs7enie temnernturv jazu zawieraiaaeeo Od. znaiduiaceeo siż nod nodwvższonym ciśninniem.

Przy tym następujejeszcze wykorzystanie resztkowej energii cieplnej np. do podgrzewania wody procesowej lub ogrzewania budynków. W niniejszym przykładzie jest przewidziane inne wykorzystanie energii cieplnej przed końcowym odprowadzeniem.

W tym celu spalanie w komorze spalania B odbywa się w nadmiarze O 2, dlatego też w dalekim stopniu ochłodzony gaz spalinowy jest przez przewód 11 doprowadzany jako gaz katodowy do zespołu ogniw paliwowych FC i pokrywa w nim zapotrzebowanie na O2. Następnie zostaje odprowadzony przez przewód 12.

Gaz bogaty w H2, potrzebny w zespole ogniw paliwowych FC jako paliwo, jest doprowadzany przez przewód 14 do przestrzeni anodowej zespołu ogniw paliwowych FC. Przez elektrochemiczny proces utleniania w zespole ogniw paliwowych FC powstaje elektryczny prąd stały, który przez przewód 16 jest odprowadzany na zewnątrz i w razie potrzeby może być (przez nie przedstawiony) elektryczny falownik przemieniany w prąd przemienny. Prąd stały może być także bezpośrednio doprowadzony do generatora G.

Ponieważ w zespole ogniw paliwowych FC jest ciągle przemieniana tylkojedna część gazu bogatego w H2, a mogą istnieć jeszcze inne palne składniki gazu np. CO i nie przemienione węglowodory, to gaz anodowy z zespołu ogniw paliwowych FC jest przez przewód 15 doprowadzony jako paliwo do komory spalania B. A więc dodatkowo do komory spalanie B bezpośrednio może być doprowadzana część paliwa pierwotnego, a więc bez uprzedniej przemiany poprzez endotermiczną reakcją, aby pokryć zapotrzebowanie na ciepło. Jest to istotne zwłaszcza dla rozpoczęcia procesu i uproszczenia regulacji. Aby gaz anodowy posiadał ciśnienie wymagane w komorze spalania B na przewodzie 15 jest przewidziana (nie przedstawiona) sprężarka. Także instalacja reformowania przy R w swojej przestrzeni reakcyjnej może wytwarzać odpowiednie nadciśnienie tak, że gaz anodowy w przewodzie 14 już posiada wystarczające ciśnienie. Wymaga to jednak zrealizowania w zespole ogniw paliwowych FC konstrukcyjnych przedsięwzięć, które pozwolą na powstanie odpowiednich różnic ciśnienia pomiędzy przestrzenią anodową i katodową.

Praca zespołu ogniw paliwowych FC jest korzystnie tak dobrana, że wartość opałowa gazu anodowego jest wystarczająca, aby zapewnić ogrzanie instalacji reformowania pary R i w razie potrzeby móc wytworzyć, poza mechaniczną energią na turbinie gazowej T, energię dla zespołu sprężarek K. Wspomniany zespół ogniw paliwowych FC jest zwłaszcza wtedy korzystny, gdy zastosowany rodzaj ogniwa paliwowego pracuje ze względnie niskimi temperaturami roboczymi. Szczególnie odpowiednie są ogniwa paliwowe z elektrolitem na bazie kwasu fosforowego (FAFC), alkaliów (AFC) lub stałych polimerów (SP/E/FC).

Na figurze 2 do 5 są przedstawione dalsze schematyczne postacie wykonania wynalazku, które zasadniczo pokrywają się z wykonaniem na fig. 1. Funkcjonalne części układu mają dlatego jednakowe odnośniki.

Na figurze 2 są przewidziane dwie turbiny gazowe, z których pierwsza turbina gazowa KT służy wyłącznie do napędu zespołu sprężarek K, podczas gdy druga turbina gazowa T wytwarza energię mechaniczną oddawaną na zewnątrz. Przy takim podziale zadań pomiędzy turbinami gazowymi KT i T, w przeciwieństwie do przedstawionego przykładu, ich osadzenie jest także możliwe na wspólnym wale. Zasadnicza różnica wobec fig. 1 polega na tym, że komora spalania B jest umieszczona za turbiną gazową KT. Turbina gazowa KT jest dlatego napędzana przez częściowo rozprężone, sprężone powietrze spalania, podgrzane wystarczająco w wymienniku ciepła W. Dalsza różnica polega na tym, że zespół ogniw paliwowych FC nie jest umieszczony na końcu drogi spalin. Gaz spalinowy jest doprowadzony przez przewód 10d, bezpośrednio po opuszczeniu przestrzeni grzewczej instalacji reformowania pary R, do przestrzeni katodowej zespołu ogniw paliwowych FC. Następnie przez przewód 12a zostaje on odprowadzony, w celu pośredniego ogrzewania sprężonego powietrza spalania, do wymiennika ciepła W. Ten układ jest uprzywilejowany dla ogniw paliwowych o wysokiej temperaturze roboczej, np. ogniw paliwowych z węglanem roztopionym (MCFC) lub ze stałym tlenkiem (SOFC).

168 321

Odmiana układu według fig. 3 ma tak samo jak fig. 2, dwie oddzielne turbiny gazowe KT i T. Spalanie palnych składników gazu anodowego zespołu ogniw paliwowych FC odbywa się jednakże w dwóch komorach spalania B1 i B2, które są umieszczone bezpośrednio przed każdą z turbin gazowych KT i T. Ponieważ w komorze spalania B1 gaz ciśnieniowy, rozprężony na turbinie gazowej KT, który pokrywa całkowite zapotrzebowanie na O2 dla całego układu, zostaje podniesiony na widocznie wyższy poziom energetyczny, co jest praktycznie możliwe, ponieważ podwyższenie temperatury następuje samo przez pośrednią wymianę ciepła w wymienniku ciepła W, to ta turbina gazowa KT może być wykorzystana do wytwarzania energii mechanicznej lub elektrycznej. Na fig. 3 jest dlatego przewidziany dodatkowy elektryczny generator GK, przedstawiony linią kreskową, sprzężony z turbiną gazową KT.

Dalsze możliwe zmiany układu według wynalazku polegają na wykorzystaniu nie tylko szeregu turbin gazowych i komór spalania, ale także szeregu instalacji reformowania pary R. One mogą być włączone np. równolegle. Szczególnie korzystne jest jednak ich włączenie szeregowe, jak to jest przedstawione, na fig. 3 linią kreskową. Pierwsza instalacja reformowania pary R1 jest włączona bezpośrednio za turbiną gazową KT. Ochłodzony gaz spalinowy, odpływający z przestrzeni grzewczej instalacji reformowania pary R1, który ma jeszcze wystarczającą zawartość O 2, jest kierowany przez przewód 6 do drugiej komory spalania B2. W tej drugiej komorze spalania B2 doprowadzony przewodem 15b strumień częściowy gazu anodowego odprowadzonego z zespołu ogniw paliwowych FC przez przewód 15, jest spalany, podczas gdy drugi strumień częściowy tego gazu jest odprowadzany przewodem 15a i spalany w pierwszej komorze spalania B1.

Dzięki procesowi spalania w drugiej komorze spalania B2 powstaje gorący strumień gazu spalinowego, który wobec gazu spalania, odpływającego z pierwszej komory spalania B1, stanowi odpowiednio większy strumień ilościowy. Jest on doprowadzony przez przewód 9 do turbiny gazowej T i rozprężany, powyżej przewidywanego ciśnienia roboczego zespołu ogniw paliwowych FC i odprowadzany dalej przez przewód 10. Gaz spalinowy jest prowadzony następnie przez przewód 10c, pokazany linią kreskową, do przestrzeni grzewczej instalacji reformowania pary R2, i po oddaniu ciepła jest zawracany przez przewód 10d do odcinka 10a przewodu 10 prowadzi, jak na fig. 1, bezpośrednio do wymiennika ciepła W. Zasilanie instalacji reformowania pary R2 gazowymi węglowodorami i parą następuje przez przewód 13a, pokazany linią kreskową. Gaz bogaty w H 2, powstający w instalacji reformowania pary R2 jest doprowadzony przez przewód 14a do przewodu 14 i dociera przez odcinek 14a przewodu 14b razem z gazem bogatym w H 2, utworzonym w instalacji reformowania pary R2, do przestrzeni anodowej zespołu ogniw paliwowych FC, który może składać się z szeregu pojedynczych ogniw paliwowych.

Na figurze 3 są jeszcze przedstawione dwa dodatkowe uzupełnienia układu, które mogą być korzystne w wielu przypadkach. Przykładowo gaz bogaty w H 2, przed doprowadzeniem do zespołu ogniw paliwowych FC może być używany do podwyższenia zawartości H2 jeszcze w reakcji endotermicznej CO+H2 w jednym lub szeregu reaktorów S. Reaktory te są umieszczone równolegle obok siebie. W tej reakcji endotermicznej przez przemianę CO za pomocą pary wodnej w CO2 i H2 wywołuje się podwyższenie udziału H2. Dzięki temu przy ogniwach paliwowych, które są wrażliwe na określone składniki gazu, np. CO można przewidzieć odpowiedni zespół oczyszczający gaz P, np. membranowy lub absorpcyjny o zmiennym ciśnieniu PSA. Takie oczyszczanie gazu jest korzystne także do podniesienia sprawności ogniwa paliwowego. Oddzielony gaz, co nie zostało przedstawione na fig. 3, o ile zawiera palne składniki, jest korzystnie bezpośrednio doprowadzany do komór spalania B1 i B2.

, . Na figurze 4 jest przedstawiona inna postać wynalazku, która umożliwia dodatkowy proces w turbinie parowej do wytwarzania energii wyłącznie, a przez to z istotnym wzrostem sprawności całkowitej przemiany energii (poniżej wartości opałowej), związanej z używanym paliwem pierwotnym, w mechaniczną i elektryczną energię, aż do rzędu wielkości 70-80%, w stosunku do fig. 3. Występującą przy tym różnicą, jest to że sprężenie powietrza spalania w zespole sprężarek K następuje bez chłodzenia pośredniego, a więc tylko jednostopniowo. Aby jednak osiągnąć możliwie wysokie sprężanie w sprężarkach, jest korzystne zasysanie przez przewód 1 już chłodzonego wstępnie powietrza. Dalej do przewodu 14b, w którym są prowadzone wspólnie

168 321 przewodami 14 i 14a strumienie gazów bogatych w H2, wytwarzanych w instalacjach reformowania pary R1 i R2, jest przyłączony wymiennik ciepła W1, w którym pośrednia wymiana ciepła gazu bogatego w H2 służy do podgrzewania palnego gazu zawierającego H2. doprowadzanego przez przewód 15 z zespołu ogniw paliwowych FC i przewód 17 z zespołu oczyszczającego gaz P, który przez przewody 15a i 15b jest doprowadzany do przestrzeni grzewczej instalacji reformowania pary R1 i R2.

Figura 4 odróżnia się od fig. 3 jeszcze tym, że są dwie wytwornice pary D1 i D2, w których przez pośrednią wymianę ciepła z gorącego gazu spalinowego, jest wytwarzana świeża para, która z korzyścią jest stosowana do wytwarzania mieszaniny węglowodory/para jako materiału zastępczego do reformingu, co nie zostało pokazane na rysunku.

Dalszymi możliwościami w zastosowaniu wytworzonej pary jest chłodzenie łopatek turbin i kierowanie pary do komór spalania B1 i B2, w celu powiększenia strumienia masowego.

Podczas gdy wytwornica pary D1 jest włączona do przewodów 11 i 1la, a gaz spalinowy jest ochładzany w przybliżeniu do temperatury roboczej zespołu ogniw paliwowych FC, to wytwornica pary D2 jest zabudowana na przewodzie 12c, przez który jest prowadzona tylko część gazu katodowego, doprowadzonego przewodem ΊΊ,ά z zespołu ogniw paliwowych FC. Druga część gazu katodowego z tych ogniw dociera, w strumieniu objętościowym przez przewód 12b, jako medium gorące do pośredniego podgrzewania podgrzewacza powietrza LW 2 i następnie jest ponownie doprowadzane do przewodu 12c. W tej postaci wykonania wynalazku zawartość O2 w gazie spalinowym z reguły niejest wystarczająca, aby zapewnić zasilanie zespołu ogniw paliwowych FC w gaz katodowy, dlatego dodatkowo do przestrzeni jest jeszcze doprowadzany przez przewód 18 strumień świeżego powietrza. Aby ten strumień powietrza dodatkowego, które przez sprężarkę V jest sprężane do ciśnienia roboczego, podgrzać w przybliżeniu do temperatury roboczej zespołu ogniw paliwowych FC jest przewidziany poza podgrzewaczem powietrza W 2 jeszcze podgrzewacz powietrza LW1, który stroną grzewczą jest przyłączony do przewodu 12, przez który jest kierowany w dalekim stopniu ochłodzony przez spalinowy.

Te odmiany wynalazku mogą być stosowane w ramach postaci wykonania według fig. 1-3. Istotnym krokiem w odniesieniu do możliwości wysokiej sprawności przemiany energii jest dodatkowe włączenie do procesu turbiny parowej TD. Na fig. 4 zostało to przedstawione linią kreskowo-punktową.

Zanim gaz spalinowy, rozprężony z reguły w przybliżeniu do ciśnienia otoczenia przez opłynięcie wytwornicy pary D 2, względnie podgrzewacza powietrza LW 2, zostanie doprowadzony do podgrzewacza powietrza LW1, jest on w urządzeniu rozdzielającym MD, np. sicie membranowym, rozdzielony na dwa różne strumienie częściowe, mianowicie w strumień spalin, który jest odprowadzany przez przewód 12 i w strumień pary, który z urządzenia rozdzielającego MD jest odprowadzany przez oddzielny przewód 23. Istotne jest to, że to urządzenie rozdzielające MD oddziela udział wody, zawartej w gazie spalinowym, nie w ciekłej postaci, przykładowo za pomocą kondensatora, lecz w postaci pary. Ta para z powodu swojego niskiego ciśnienia dociera przez odpowiednie wejście niskociśnieniowe do turbiny parowej TD i tam zostaje odprężona do podciśnienia. Jest to możliwe dzięki temu, że kondensator C, przyłączony przez przewód 15 do turbiny parowej TD pracuje pod próżnią. Bez oddzielenia gazowych składników strumienia gazu spalinowego w urządzeniu rozdzielającym MD niemożliwe było w sensie technicznym i ekonomicznym utrzymanie wymaganej próżni w kondensatorze C.

Turbina parowa TD jest także przez przewód 22b zasilana parą o wysokim ciśnieniu. Ta para jest wytwarzana w ramach chłodzenia zespołu ogniw paliwowych FC, który nie jest bliżej przedstawiony i opisany. Jako ciecz chłodzącą stosuje się dlatego część kondensatu, wytwarzanego w kondensatorze C, który przez przewód 20 i przewód 22a jest doprowadzany do systemu chłodzącego zespołu ogniw paliwowych FC. Nadmiar kondensatu jest odciągany przez przewód 21 i przykładowo zastosowany do wytwarzania pary w wytwornicach pary Dl i D2 lub jako cenna odmineralizowana woda stosowana w innych procesach. Ponieważ sposób według wynalazku polega na ciągłym utlenianiu H2 w H2O, przymusowo jest wytwarzany nadmiar wody, a zatem cenny produkt uboczny.

Energia mechaniczna powstająca przez rozprężenie pary niskociśnieniowej i pary w wyższym ciśnieniu jest w tym przypadku przez elektryczny generator GD, sprzężony z turbiną

168 321 parową TD, przemieniana w prąd przemienny. Oczywiście oba generatory GD i D mogą być zestawione w jeden zespół lub mechanicznie sprężone między sobą. Para produkowana w wytwornicach pary Di i D2 jest celowo używana do już wspomnianego chłodzenia łopatek turbin i kierowana do komór spalania B1 i B2, a także do regulowania temperatury gazu spalinowego. Oczywiście jest także możliwe zastosowanie pary wytworzonej poza układem według wynalazku. Co prawda w tym przypadku, udział związanej chemicznie energii w paliwie pierwotnym, przemienianej w energię mechaniczną lub elektryczną jest zmniejszony.

W postaciach wykonania przedstawionych na fig. 1 do 4, gaz katodowy, na przykład przy ogniwie paliwowym typu PAFC, zawiera udział H2, powstający w układzie ogniw paliwowych FC. Jednak nie zawsze to musi być regułą.

. Figura 5 pokazuje wycinek z ogólnego układu odmianę, w której zespół ogniw paliwowych FC pracuje na bazie alkalicznego elektrolitu (AFC). W tym przypadku przez przewód 14 jest doprowadzany do przestrzeni anodowej, gaz bogaty w Hb. Część pary wodnej , utworzonej w zespole ogniw paliwowych FC, jest odprowadzana z gazem anodowym przez przewód 15. W celu uzyskiwania pary, do przewodu 15 jest przyłączone urządzenie rozdzielające MD 2. Oddzielona para jest przez przewód 23b przykładowo rozprężona w nie przedstawionej turbinie parowej, podczas gdy gazowa część jest przez przewód 15c doprowadzana do wykorzystania jej palnych składników, w nie przedstawionych komorach spalania.

Ponieważ gaz spalinowy z komór spalania zawiera składniki, które znacznie zmniejszają trwałość alkalicznych ogniw paliwowych, to ten gaz spalinowy celowo nie stosuje się jako gaz katodowy do zasilania w O2 zespołu ogniw paliwowych FC. Dlatego jest używane świeże powietrze, które w sprężarce V jest sprężane do ciśnienia roboczego i w podgrzewaczu powietrza LW jest podgrzewane na pośredniej drodze za pomocą ciepła zawartego w gazie spalinowym. Sprężarka V i podgrzewacz powietrza LW są przyłączone do przewodu 18. Aby móc wykorzystać udział pary wodnej, zawartej w gazie spalinowym, pomiędzy przewodami 11 i 12 jest umieszczone urządzenie rozdzielające MD1, np. sito membranowe. Oddzielona para jest odciągana przez przewód rurowy 23a i rozprężana np. w turbinie parowej.

Skuteczność sposobu według wynalazku zostanie przedstawiona w związku z konfiguracją układu przedstawionego na fig. 4.

Wspomniano już, że używana mieszanina węglowodory/para jest w wymienniku ciepła podgrzewana do temperatury podgrzania dla instalacji reformowania pary R1 i R2. Przez przewód 1 jest doprowadzane do kompresora K już ochłodzone powietrze. Para wytwarzana w wytwornicy pary D1 jest częściowo używana do ochłodzenia łopatek turbiny gazowej KT i częściowo doprowadzana do komory spalania B1. Odpowiednio para wytwarzana w wytwornicy pary D2 jest wykorzystana częściowo do chłodzenia łopatek turbiny gazowej T, względnie jest kierowana do drugiej komory spalania B2. Inna część wytwarzanej pary służy jako materiał wsadowy dla obu wytwornic pary R1 i R2.

Przebieg sposobu wynika z następującego tabelarycznego zestawienia istotnych parametrów procesu:

Używane paliwo: gaz ziemny (przeważnie CH4);

Sprężarka K:

- temperatura wlotowa 277K

- temperatura wylotowa 433K

- ciśnienie wylotowe 41lO⁵Pa

Wymiennik ciepła W:

- wzrost temperatury powietrza spalania 405K

- spadek temperatury gazu spalania 305K

Komora spalania B1:

- wzrost temperatury w wyniku spalania 685K

Turbina gazowa KT:

- temperatura wlotowa 1225K

- stosunek ciśnień przed turbiną 1,45

- temperatura wylotowa 1225K

168 321

Instalacja reformowania pary R1:

- temperatura wlotowa przegrzania

- mieszaniny węglowodór/para 823K

- temperatura wylotowa gazu spalinowego 883K

- temperatura wylotowa gazu bogatego w H 2 993K

Komora spalania B2:

- wzrost temperatura przez spalanie 595K

Turbina gazowa T:

- temperatura wlotowa 1478K

- stosunek ciśnień 2,47

- temperatura wylotowa

Instalacja reformowania pary R2:

- temperatura wlotowa mieszaniny

- węglowodory/para 823K

- temperatura wylotowa gazu spalinowego 283K

- temperatura wylotowa gazu bogatego w H2 993K

Wytwornica pary Dl:

- temperatura wlotowa wody 288K

- temperatura wylotowa pary 563K

-ciśnienie 4,5.10⁵Pa

- spadek temperatury gazu spalinowego 130K

Ogniwo paliwowe FC: typ PAFC

- temperatura wlotowa gazu katodowego 448K

- temperatura wylotowa gazu katodowego 473K

- temperatura wlotowa gazu anodowego 448K

- temperatura wylotowa gazu anodowego 473K

- chłodzenie ogniwa paliwowego przez wytwarzanie pary wysokociśnieniowej Podgrzewacz powietrza LW2:

- temperatura wlotowa powietrza 298K

- wzrost temperatury powietrza 160K

- spadek temperatury strumienia częściowego

- gazu spalinowego 150K

Wytwornica pary D2:

- temperatura wlotowa wody 298K

- temperatura wylotowa pary 458K

- ciśnienie pary 3.10⁵Pa

- spadek temperatury strumienia częściowego gazu spalinowego 100K Turbina parowa TD:

- temperatura wlotowa pary wysokociśnieniowej 438K

- ciśnienie wlotowe pary wysokociśnieniowej 6,510⁵Pa

- temperatura wlotowa pary niskociśnieniowej 373K

- ciśnienie wlotowe pary niskociśnieniowej L10⁵Pa

- ciśnienie kondensacji 0,1510⁵Pa

Elektryczna moc:

- generator G turbiny gazowej T 1180 KW_ei

- generator GD turbiny parowej TD 195 5 KW_ei

- ogniwo paliwowe FC Ki 755 KW_ei

- elektryczna sprawność na bazie dolnej wartości opałowej: 75,2%

Szczególną zaletą jest to, że kombinacje agregatów komora spalania - reforming, która jest przewidziana na fig. 3 i 4 podwójnie, praktycznie może być wykonana jednakowo konstrukcyjnie i umieszczona w jednej obudowie tak, że oprócz względnie skomplikowanego zasadniczego układu połączeń jest możliwe porównywalnie proste i korzystne w kosztach wykonanie układu według wynalazku.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób .kombinowanego wytwarzania energii elektrycznej i mechanicznej, z utlenianiem paliwa, w którym H2 poprzez endotermiczną reakcję związków węglowodorów, w co najmniej jednym stopniu przy pośrednim ogrzewaniu endotermicznej reakcji wytwarza się gaz zawierający Ho, kieruje się część gazu zawierającego H 2 do co najmniej jednego stopnia spalania, dla wytworzenia mającego podwyższone ciśnienie gorącego gazu spalinowego, równolegle spręża się gaz zawierający O2, ogrzewa się go poprzez pośrednią wymianę ciepła i kieruje się go do co najmniej jednego stopnia spalania, i w co najmniej jednym stopniu spalania z wprowadzonego gazu zawierającego H2 i wprowadzonego gazu zawierającego O2 wytwarza się przez spalanie gorący gaz spalinowy, posiadający podwyższone ciśnienie, który co najmniej częściowo rozpręża się w co najmniej jednej turbinie gazowej do wytwarzania energii mechanicznej, przy czym ten częściowo rozprężony gaz spalinowy, względnie częściowy jego strumień doprowadza się do pośredniego ogrzewania reakcji endotermicznej, po czym kieruje się go do ogrzania sprężonego gazu zawierającego O2 przy czym przez częściowe rozprężenie już ogrzanego gazu zawierającego O2 oddaje się energię napędową dla sprężania gazu zawierającego O2, do zespołu turbinowego, napędzającego kompresory lub przyjmuje część wytworzonej energii mechanicznej, znamienny tym, że co najmniej część, zwłaszcza ilość całkowitą gazu zawierającego H2 wytwarzanego w endotermicznej reakcji, przed doprowadzeniem do co najmniej jednego stopnia spalania, doprowadza się dla wytworzenia energii elektrycznej do zespołu ogniw paliwowych jako wlotowy gaz anodowy, a powstający gaz anodowy odlotowy zawierający resztkę H2 stosuje się do wytwarzania gazu spalinowego, o podwyższonym ciśnieniu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarzanie gazu spalinowego o podwyższonym ciśnieniu, prowadzi się z nadmiarem O2 i, że gaz spalinowy korzystnie przed oddaniem ciepła do sprężonego gazu zawierającego O 2, doprowadza się jak gaz katodowy do zespołu ogniw paliwowych.

3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że wytwarzanie gazu spalinowego o podwyższonym ciśnieniu, prowadzi się co najmniej dwustopniowo.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że po każdym stopniu spalania co najmniej częściowe rozprężanie gazu spalinowego prowadzi się w turbinie gazowej.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że co najmniej częściowo rozprężony gaz spalinowy doprowadza się poza turbinę gazową do co najmniej jednego stopnia endotermicznej reakcji przebiegającej w wielu oddzielnych stopniach i stosuje się go dojej pośredniego ogrzania, jako medium grzewcze.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że wytwarzane w różnych stopniach reakcji endotermicznej ilości częściowe gazów zawierających H2 zbiega się i doprowadza się do przestrzeni anodowej zespołu ogniw paliwowych.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że wytworzony gaz zawierający H2, przed doprowadzeniem do zespołu ogniw paliwowych, poddaje się reakcji CO+H2.

8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że wytworzony gaz zawierający H2, przed doprowadzeniem do zespołu ogniw paliwowych poddaje się oczyszczaniu, rozdziela się go na składniki, a oddzielone palne składniki wykorzystuje się do wytwarzania gazu spalinowego.

9. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że do wytwarzania gazu spalinowego dodatkowo stosuje się paliwo pierwotne, zwłaszcza gaz ziemny.

10. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że ciepło resztkowe katodowego gazu odlotowego z zespołu ogniw paliwowych doprowadza się do celów grzewczych, niezależnie od wytwarzanej energii mechanicznej lub elektrycznej.

168 321

11. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że odprowadzany z zespołu ogniw paliwowych gaz odlotowy oraz ewentualnie gaz spalinowy poddaje się procesowi co najmniej częściowego oddzielania wody.

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że wodę oddziela się w postaci pary wodnej.

13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że zespół ogniw paliwowych przy wytwarzaniu pary wodnej ochładza się przed doprowadzeniem do układu ogniw paliwowych, poddaje się reakcji CO+H2.

14. Sposób według zastrz. 12 lub 13, znamienny tym, że parę wodną doprowadza się do procesu turbiny parowej.

15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że parę wodną, po odprężeniu w procesie turbiny gazowej do ciśnienia leżącego poniżej ciśnienia otoczenia, kondensuje się w wodę procesową.

16. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że część wody zawartej w gazie spalinowym poddaje się pośredniej wymianie ciepła i wytwarza się parę wodną.

17. Sposob według zastrz. 12, znamienny tym, ze co najmniej część pary wodnej kieruje się do chłodzenia łopatek turbin gazowych.

18. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że co najmniej część pary wodnej doprowadza się do przestrzeni spalania, w której wytwarza się gaz spalinowy.

19. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że część pary wodnej kieruje się do komory reakcyjnej do endotermicznej reakcji węglowodorów, przebiegającej jako reformowanie pary.

20. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wytwarzaną energię mechaniczną przemienia się w zespole generatorów na elektryczny prąd przemienny.

21. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że wytwarzany w zespole ogniw paliwowych prąd stały przemienia się w prąd przemienny.

22. Układ kombinowanego wytwarzania energii elektrycznej i mechanicznej, zawierający zestaw kompresorów do sprężania gazu zawierającego O2, połączony z nim wymiennik ciepła do pośredniego ogrzewania tego gazu, co najmniej jedną komorę spalania do co najmniej częściowego spalania gazu zawierającego H2 zestaw turbin gazowych, zawierający co najmniej jedną turbinę gazową, który dostarcza energii mechanicznej do wykorzystania na zewnątrz i energii napędowej dla zestawu sprężarek, układ przewodów, przez który ogrzany gaz ciśnieniowy, zawierający O2 jest doprowadzany bezpośrednio i/lub pośrednio po przepłynięciu co najmniej jednej komory spalania, w postaci gorącego gazu spalinowego, do co najmniej jednej turbiny gazowej; co najmniej jeden reaktor dla endotermicznej reakcji do wytwarzania gazu bogatego w H2, który jest ogrzewany pośrednio przez gorący gaz odlotowy z turbiny gazowej, oraz układ przewodów, przez który gaz zawierający H2, jest doprowadzany do komory lub komór spalania i układ przewodów, przez który turbinowy gaz odlotowy jest doprowadzany bezpośrednio lub po oddaniu ciepła · w co najmniej jednym reaktorze wymiennikowi ciepła dla ogrzania sprężonego gazu, zawierającego O2, znamienny tym, że zespół ogniw paliwowych (FC) swoją przestrzenią anodowąjest połączony z układem przewodów prowadzących gaz bogaty w H2 (14,

14a, 14b), a wylot anodowego gazu odlotowego jest przyłączony do układu przewodów (15, 15a, 15b, 15c) prowadzących do co najmniej jednej komory spalania (B, B1, B2).

23. Układ według zastrz. 22, znamienny tym, że zespół ogniw paliwowych (FC) swoją przestrzenią katodowąjest połączony przewodem (10d) z co najmniej jednym reaktorem (R, R1, R2), który prowadzi turbinowy gaz odlotowy, jako gaz zawierający O2.

24. Układ według zastrz. 22, znamienny tym, że zespół ogniw paliwowych (FC) swoją przestrzenią katodową jest połączony układem przewodów (11, 11a) z wymiennikiem ciepła (W), który prowadzi turbinowy gaz odlotowy, jako gaz zawierający CO2.

25. Układ według zastrz. 22, znamienny tym, że komora spalania (B1, B2) jest umieszczona bezpośrednio przed każdą turbiną gazową (KT, T).

26. Układ według zastrz. 25, znamienny tym, że turbina gazowa (KT) jest połączona napędowo z zestawem sprężarek (K), a co najmniej jedna oddzielna turbina gazowa (T) służy do wytwarzania oddawanej na zewnątrz energii mechanicznej.

168 321

27. Układ według zastrz. 26, znamienny tym, że turbina gazowa (T), wytwarzającą energię mechaniczną, jest połączoną napędowo z zestawem sprężarek (K).

28. Układ według zastrz. 26, znamienny tym, że turbina gazowa (KT) jest połączona bezpośrednio z wymiennikiem (W) przez przewód (5) prowadzący sprężony gaz zawierający O2.

29. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że zestaw sprężarek (K) zawiera co najmniej dwa stopnie sprężania (K1, K2), a pomiędzy tymi stopniami jest umieszczona chłodnica pośrednia.

30. Układ według zastrz. 25, znamienny tym, że turbiny gazowe (KT, T), w odniesieniu do przebiegu gazu spalinowego są umieszczone grupami.

31. Układ według zastrz. 22, znamienny tym, że do układu przewodów (14,14b) dla doprowadzenia gazu, bogatego w H2, do przestrzeni anodowej zespołu ogniw paliwowych (FC), jest przyłączony co najmniej jeden reaktor (S).

32. Układ według zastrz. 22, znamienny tym, że do układu przewodów (14,14b), dla doprowadzenia gazu bogatego w H2, do przestrzeni anodowej zespołu ogniw paliwowych (FC) jest przyłączony co najmniej jeden zespół oczyszczający gaz (P).

33. Układ według zastrz. 26 albo 27, znamienny tym, że turbina gazowa (T) do wytwarzania energii mechanicznej, oddawanej na zewnątrz, jest sprzężona z elektrycznym generatorem (G).

34. Układ według zastrz. 22, znamienny tym, że zespół ogniw paliwowych (FC) poprzez przewód (16) jest sprzężony z falownikiem do wytwarzania elektrycznego prądu przemiennego.

35. Układ według zastrz. 33, znamienny tym, że z generatorem (G) jest elektrycznie sprzężony zespół ogniw paliwowych (FC).

36. Układ według zastrz. 22, znamienny tym, że zespół ogniw paliwowych (FC), poprzez przewody (12,12a, 15) jest połączony z urządzeniem oddzielającym (MD, MD2) do oddzielania od gazu odlotowego wody, w postaci pary.

37. Układ według zastrz. 24, znamienny tym, że w układ przewodów (11, 12) prowadzących gaz spalinowy, jest włączone urządzenie rozdzielające (MD1) do oddzielania z gazu spalinowego wody w postaci pary.

38. Układ według zastrz. 24, znamienny tym, że w układ przewodów (11, 12, 11a, 12a, 12c), prowadzący gaz spalinowy, jest włączona co najmniej jedna wytwornica pary (Dl, D2).

39. Układ według zastrz. 36, znamienny tym, że urządzenie oddzielające (MD1, MD2) jest połączone z co najmniej jednym zestawem turbin parowych (TD), w którym co najmniej część pary wodnej jest rozprężana do wytwarzania energii mechanicznej.

4θ.

Układ według zastrz. 39, znamienny tym, że zestaw turbin parowych (TD) jest sprzężony mechanicznie z elektrycznym generatorem (GD, D).

41. Układ według zastrz. 36, znamienny tym, że przestrzeń katodowa zespołu ogniw paliwowych (FC) jest połączona z przewodem (18) doprowadzającym świeże powietrze, do którego jest włączony co najmniej jeden podgrzewacz powietrza (LW, LW1, LW2), ogrzewany gazem spalinowym.

42. Układ według zastrz. 39, znamienny tym, że do zespołu turbin parowych (TD) jest przyłączony kondensator (C), pracujący z podciśnieniem.

43. Układ według zastrz. 23, znamienny tym, że co najmniej jeden reaktor (R, R1, R2) dla endotermicznej reakcji jest ukształtowany jako urządzenia do reformowania pary.

44. Układ według zastrz. 43, znamienny tym, że co najmniej jeden reaktor (R, R1, R2) jest połączony z co najmniej jednym wymiennikiem ciepła (W1), który jest przyłączony do co najmniej jednej komory spalania (B, B1, B2).