PL217757B1 - Sposób oraz system do zastosowania z instalacją w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa - Google Patents

Sposób oraz system do zastosowania z instalacją w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa

Info

Publication number
PL217757B1
PL217757B1 PL391197A PL39119710A PL217757B1 PL 217757 B1 PL217757 B1 PL 217757B1 PL 391197 A PL391197 A PL 391197A PL 39119710 A PL39119710 A PL 39119710A PL 217757 B1 PL217757 B1 PL 217757B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
stream
heat exchanger
air
steam
heat
Prior art date
Application number
PL391197A
Other languages
English (en)
Other versions
PL391197A1 (pl
Inventor
George Morris Gulko
Pradeep S. Thacker
Paul Steven Wallace
Original Assignee
Gen Electric
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gen Electric filed Critical Gen Electric
Publication of PL391197A1 publication Critical patent/PL391197A1/pl
Publication of PL217757B1 publication Critical patent/PL217757B1/pl

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/067—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • F22B1/1815—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines using the exhaust gases of gas-turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04115—Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J3/04127—Gas turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04527—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general
    • F25J3/04539—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels
    • F25J3/04545—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels for the gasification of solid or heavy liquid fuels, e.g. integrated gasification combined cycle [IGCC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F25J3/04575—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating for a gas expansion plant, e.g. dilution of the combustion gas in a gas turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04593—The air gas consuming unit is also fed by an air stream
    • F25J3/04606—Partially integrated air feed compression, i.e. independent MAC for the air fractionation unit plus additional air feed from the air gas consuming unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F25J3/04618—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit for cooling an air stream fed to the air fractionation unit
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1643—Conversion of synthesis gas to energy
    • C10J2300/1653—Conversion of synthesis gas to energy integrated in a gasification combined cycle [IGCC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1678—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with air separation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/06—Adiabatic compressor, i.e. without interstage cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/70—Steam turbine, e.g. used in a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/80—Hot exhaust gas turbine combustion engine
    • F25J2240/82—Hot exhaust gas turbine combustion engine with waste heat recovery, e.g. in a combined cycle, i.e. for generating steam used in a Rankine cycle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Wynalazek dotyczy systemu do zastosowania z instalacją w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC), gdzie elektrownia (10) zawiera pierwszy wymiennik ciepła (32), przystosowany do wytwarzania pary wodnej (52), zespół (18) rozdzielający powietrze, przystosowany do podawania strumienia azotu i strumienia tlenu, drugi wymiennik ciepła (34), połączony przepływowo z zespołem (18) rozdzielającym powietrze, przy czym drugi wymiennik ciepła (34) jest przystosowany do nagrzewania podawanego strumienia azotu, oraz pierwszą sprężarkę wymiennikiem ciepła (32) i drugim wymiennikiem ciepła (34), przy czym pierwsza sprężarka adiabatyczna (30) powietrza jest przystosowana do podawania sprężonego strumienia nagrzanego powietrza, zawierającego pierwszy strumień i drugi strumień, przy czym pierwszy strumień (42) jest kierowany do pierwszego wymiennika ciepła (32), a drugi strumień (44) jest kierowany do drugiego wymiennika ciepła (34).

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób oraz system do zastosowania z instalacją w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa.
W co najmniej niektórych znanych elektrowniach w technologii IGCC zasilające surowce węglowodorowe, obejmujące zasilające surowce o niskiej wartości, są poddawane reakcji z tlenem o wysokiej czystości, takiej jak około 95% czystości tlenu, aby wytworzyć produkty spalania, obejmujące gaz syntezowy, w temperaturze od około 1204,44°C (2200°F) do około 1482,22°C (2700°F). Powstający gaz syntezowy jest spalany w turbinie spalania w celu wytworzenia energii elektrycznej.
Ponadto w co najmniej niektórych znanych elektrowniach w technologii IGCC tlen jest doprowadzany przez zespół rozdzielający powietrze (Air Separation Unit, ASU). Bardziej szczegółowo, aby dostarczyć tlen z ASU, powietrze doprowadzane do ASU jest wstępnie sprężane przy użyciu sprężarki powietrza z chłodzeniem pośrednim. Jednakże, w znanych sprężarkach powietrza z chłodzeniem pośrednim energia cieplna z każdego stopnia chłodzenia jest przekazywana raczej do wody chłodzącej niż wykorzystywana w elektrowni. Taka energia cieplna jest raczej przekazywana niż wykorzystywana w elektrowni, ponieważ energia cieplna w obrębie sprężarki powietrza z chłodzeniem pośrednim jest zwykle poniżej około 93,33°C (200°F). Ponadto, przekazywanie energii cieplnej do wieży chłodniczej wymaga dodatkowego zużycia energii przez obwód wody chłodzącej. Odpowiednio istnieje zapotrzebowanie na elektrownię w technologii IGCC o zwiększonej sprawności cieplnej. Przykłady wykonania opisane w niniejszym starają się poprawić sprawność cieplną elektrowni w technologii IGCC.
Elektrownia w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC), według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera pierwszy wymiennik ciepła przystosowany do wytwarzania pary wodnej, zespół rozdzielający powietrze przystosowany do podawania strumienia azotu i strumienia tlenu, drugi wymiennik ciepła połączony przepływowo z zespołem rozdzielającym powietrze, przy czym drugi wymiennik ciepła jest przystosowany do nagrzewania podawanego strumienia azotu oraz pierwszą sprężarkę adiabatyczną powietrza połączoną przepływowo z pierwszym wymiennikiem ciepła i drugim wymiennikiem ciepła, przy czym pierwsza adiabatyczna sprężarka powietrza jest przystosowany do podawania sprężonego, podgrzanego strumienia powietrza zawierającego pierwszy strumień oraz drugi strumień, przy czym pierwszy strumień jest kierowany do pierwszego wymiennika ciepła, zaś drugi strumień jest kierowany do drugiego wymiennika ciepła.
Elektrownia zawiera ponadto zespół zgazowania połączony przepływowo z zespołem rozdzielającym powietrze, który jest przystosowany do podawania strumienia tlenu do zespołu zgazowania.
Elektrownia zawiera ponadto silnik z turbiną gazową zawierający drugą sprężarkę adiabatyczną powietrza przystosowaną do podawania wydzielonego sprężonego nagrzanego strumienia powietrza do sprężonego nagrzanego strumienia powietrza.
Elektrownia zawiera ponadto generator odzyskowy ciepła pary wodnej połączony przepływowo z pierwszym wymiennikiem ciepła, przy czym pierwszy wymiennik ciepła jest przystosowany do podawania strumienia pary o średnim ciśnieniu do generatora odzyskowego ciepła pary wodnej.
Elektrownia zawiera ponadto trzeci wymiennik ciepła połączony przepływowo z zespołem rozdzielającym powietrze, przy czym trzeci wymiennik ciepła jest przystosowany do odbierania pierwszego strumienia oraz strumienia tlenu dla nagrzewania wymienionego strumienia tlenu przy użyciu pierwszego strumienia.
Elektrownia zawiera ponadto czwarty wymiennik ciepła połączony przepływowo z zespołem rozdzielającym powietrze, przy czym czwarty wymiennik ciepła jest przystosowany do odbierania sprężonego strumienia nagrzanego powietrza dla nagrzewania strumienia kondensatu w czwartym wymienniku ciepła.
Elektrownia zawiera ponadto sprężarkę połączoną przepływowo z zespołem rozdzielającym powietrze, przy czym sprężarka jest przystosowana do sprężania odprowadzanego strumienia azotu.
Układ wytwarzania pary, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera pierwszą sprężarkę adiabatyczną powietrza do wytwarzania pierwszego strumienia sprężonego powietrza, drugą sprężarkę adiabatyczną powietrza do wytwarzania drugiego strumienia sprężonego powietrza oraz generator pary połączony przepływowo z pierwszą adiabatyczną sprężarką powietrza oraz drugą
PL 217 757 B1 adiabatyczną sprężarką powietrza, przy czym pierwszy strumień sprężonego powietrza oraz drugi strumień sprężonego powietrza wytwarzają parę wodną wewnątrz generatora pary.
Układ zawiera ponadto pierwszy wymiennik ciepła połączony przepływowo z pierwszą sprężarką adiabatyczną powietrza i drugą sprężarką adiabatyczną powietrza, przy czym pierwszy wymiennik ciepła jest przystosowany do wykorzystania pierwszego strumienia i drugiego strumienia sprężonego powietrza do nagrzewania strumienia kondensatu obiegu parowego.
Układ zawiera ponadto generator odzyskowy ciepła pary wodnej połączony przepływowo z generatorem pary oraz silnikiem z turbiną gazową, który zawiera pierwszą sprężarkę adiabatyczną powietrza, przy czym silnik z turbiną gazową jest połączony przepływowo z generatorem odzyskowym ciepła pary wodnej, a ponadto silnik z turbiną gazową jest przystosowany do podawania nagrzanego strumienia cieczy do generatora odzyskowego ciepła pary wodnej w celu wytwarzania w nim pary.
W jednym przykładzie wykonania przedstawiono sposób działania układu wytwarzania energii technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa. Sposób obejmuje sprężanie powietrza w sprężarce adiabatycznej powietrza w celu wytworzenia strumienia nagrzanego sprężonego powietrza, nagrzewanie strumienia azotu przy użyciu strumienia nagrzanego sprężonego powietrza w celu wytworzenia strumienia nagrzanego azotu oraz strumienia ochłodzonego sprężonego powietrza, oraz kierowanie strumienia ochłodzonego sprężonego powietrza do zespołu rozdzielającego powietrze.
W kolejnym przykładzie wykonania przedstawiono elektrownię w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC). Elektrownia w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC) zawiera pierwszy wymiennik ciepła przystosowany do wytwarzania pary, zespół rozdzielający powietrze przystosowany do podawania strumienia azotu i strumienia tlenu, oraz drugi wymiennik ciepła połączony przepływowo z zespołem rozdzielania powietrza. Drugi wymiennik ciepła jest przystosowany do nagrzewania podawanego strumienia azotu. Elektrownia w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC) zawiera ponadto pierwszą sprężarkę adiabatyczną powietrza połączoną przepływowo z pierwszym i drugim wymiennikiem ciepła. Pierwsza sprężarka adiabatyczna powietrza jest przystosowana do podawania strumienia podgrzanego sprężonego powietrza zawierającego pierwszy strumień oraz drugi strumień, przy czym pierwszy strumień jest kierowany do pierwszego wymiennika ciepła, zaś drugi strumień jest kierowany do drugiego wymiennika ciepła.
W kolejnym przykładzie wykonania przedstawiono układ wytwarzania pary. Układ zawiera pierwszą sprężarkę adiabatyczną powietrza do wytwarzania pierwszego strumienia sprężonego powietrza, drugą sprężarkę adiabatyczną powietrza do wytwarzania drugiego strumienia sprężonego powietrza, oraz generator pary wodnej połączony przepływowo z pierwszą sprężarką adiabatyczną powietrza oraz drugą sprężarką adiabatyczną powietrza. Pierwszy oraz drugi strumień sprężonego powietrza wytwarzają parę wodną wewnątrz generatora pary wodnej.
Przykłady wykonania opisane w niniejszym przedstawiają proces oraz układ do zastosowania w działającej elektrowni w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC) o ulepszonej sprawności cieplnej w porównaniu ze znanymi procesami i/lub układami do funkcjonowania elektrowni w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC). Zastosowanie sprężarki adiabatycznej powietrza do wytwarzania strumienia nagrzanego sprężonego powietrza oraz do nagrzewania strumienia azotu, jak to opisano w niniejszym, ułatwia zredukowanie całkowitego zużycia energii przez instalację bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC) dzięki zwiększeniu sprawności cieplnej instalacji. Bardziej szczegółowo, układy i procesy opisane w niniejszym wykorzystują sprężarkę adiabatyczną powietrza do wychwytywania dużych ilości ciepła wytwarzanego w elektrowni IGCC.
Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 jest schematycznym widokiem przykładowej elektrowni w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC).
Sposoby i układy opisane w niniejszym obejmują sprężarkę adiabatyczną powietrza do doprowadzania powietrza do zespołu rozdzielającego powietrze. Sprężarka adiabatyczna powietrza wytwarza strumień podgrzanego sprężonego powietrza, z którego, w obrębie elektrowni w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa, odzyskiwana jest energia cieplna. Bardziej szczegółowo, w przedstawionym przykładzie wykonania strumień podgrzanego sprężonego powietrza jest wykorzystywany do ogrzewania rozcieńczającego strumienia azotu oraz do wytwarzania pary wodnej o średnim ciśnieniu. Pomimo tego że, adiabatyczna sprężarka powietrza, jak taka, zuży4
PL 217 757 B1 wa więcej energii niż znane sprężarki powietrza z chłodzeniem pośrednim, energia cieplna powietrza sprężanego adiabatycznie może być odzyskana, zamiast wyrzucania jej poprzez wieżę chłodniczą. Odpowiednio, sposób i układ, opisane w niniejszym, poprawiają ogólną sprawność elektrowni w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa w porównaniu z elektrowniami w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa, które używają sprężarki powietrza z chłodzeniem pośrednim do dostarczania powietrza do zespołu rozdzielającego powietrze.
Fig. 1 przedstawia schematyczny widok przykładowej elektrowni 10 w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC) (zwanej również „elektrownią lub „instalacją). W przedstawionym przykładzie wykonania instalacja zawiera silnik 12 z turbiną gazową, turbinę parową 14, zespół zgazowania 16 oraz zespół rozdzielający 18 powietrze (Air Separation Unit, ASU). Silnik 12 z turbiną gazową zawiera sprężarkę 20, komorę spalania 22 oraz turbinę 24. W przedstawionym przykładzie wykonania sprężarka 20 jest sprężarką o adiabatycznym osiowym przepływie, zaś turbina 24 jest połączona przepływowo z generatorem odzyskowym 26 pary wodnej (Heat Recovery Steam Generator, HRSG), który dostarcza parę wodną do turbiny parowej 14. Generator odzyskowy 26 oraz turbina gazowa 14 tworzą obieg pary wodnej. Zespół zgazowania 16 jest połączony przepływowo z zespołem rozdzielającym 18 powietrze oraz komorą spalania 22.
Elektrownia 10 zawiera również sprężarkę 28 azotu, sprężarkę adiabatyczną 30 powietrza, pierwszy wymiennik ciepła 32, drugi wymiennik ciepła 34, trzeci wymiennik ciepła 36 i czwarty wymiennik ciepła 38. W alternatywnym przykładzie wykonania, elektrownia 10 nie zawiera trzeciego wymiennika ciepła 36 i/lub czwartego wymiennika ciepła 38. W przedstawionym przykładzie wykonania sprężarka 28 azotu może być sprężarką z chłodzeniem jednostopniowym albo wielostopniowym, a sprężarka adiabatyczna 30 powietrza jest adiabatyczną osiową sprężarką powietrza. W rozwiązaniu alternatywnym, sprężarka 28 i/lub sprężarka adiabatyczna 30 może być dowolną odpowiednią sprężarką, która umożliwia działanie elektrowni 10 jak to zostało opisane w niniejszym.
W przedstawionym przykładzie wykonania sprężarka 28 azotu jest połączona przepływowo z zespołem rozdzielającym 18 powietrze oraz pierwszym wymiennikiem ciepła 32, zaś sprężarka adiabatyczna powietrza 30 jest połączona przepływowo z otoczeniem, pierwszym wymiennikiem ciepła 32 oraz drugim wymiennikiem ciepła 34. Pierwszy wymiennik ciepła 32 jest połączony przepływowo ze sprężarką 28 azotu, sprężarką adiabatyczną 30 powietrza, sprężarką 20 silnika z turbiną gazową, komorą spalania 22 oraz czwartym wymiennikiem ciepła 38. W alternatywnym przykładzie wykonania pierwszy wymiennik ciepła 32 nie jest połączony przepływowo ze sprężarką 20 silnika z turbiną gazową. W przedstawionym przykładzie wykonania drugi wymiennik ciepła 34 jest połączony przepływowo ze sprężarką adiabatyczną 30 powietrza, sprężarką 20 silnika z turbiną gazową, obiegiem turbiny parowej oraz trzecim wymiennikiem ciepła 36. Trzeci wymiennik ciepła 36 jest połączony przepływowo z zespołem rozdzielającym 18 powietrze, zespołem zgazowania 16, drugim wymiennikiem ciepła 34 oraz czwartym wymiennikiem ciepła 38. W alternatywnym przykładzie wykonania, zamiast być połączonym przepływowo z zespołem rozdzielającym 18 powietrze i/lub zespołem zgazowania 16, trzeci wymiennik ciepła 36 jest połączony ze źródłem wody i/lub źródłem pary wodnej. W przedstawionym przykładzie wykonania czwarty wymiennik ciepła 38 jest połączony z pierwszym wymiennikiem ciepła 32, trzecim wymiennikiem ciepła 36, zespołem rozdzielającym 18 powietrze oraz obiegiem pary wodnej.
Podczas pracy elektrowni 10 powietrze 40 z otoczenia wchodzi do sprężarki adiabatycznej 30 powietrza i jest w niej sprężane. Bardziej szczegółowo, w przedstawionym przykładzie wykonania powietrze 40 jest sprężane do ciśnienia wynoszącego co najmniej 1,24 MPa (180 funtów na cal kwadratowy [psig]), a dokładniej jest sprężone do ciśnienia w zakresie od około 1,24 MPa (180 psig) do około 1,72 MPa (250 psig). Powietrze 40 jest również nagrzewane podczas procesu sprężania do temperatury w zakresie od około 398,89°C (750°F) do około 454,44°C (850°F). Ciecz opisana w niniejszym, taka jak powietrze, azot i/lub tlen, jest używana za przepływ cieczy i/lub strumień cieczy, zaś określenie „przepływ oraz „strumień są używane wymiennie.
Powietrze 40 jest również kierowane z otoczenia do sprężarki 20 silnika z turbiną gazową w celu jego sprężenia. Ze względu na to, że sprężarka 20 jest także sprężarką adiabatyczną, strumień 44 sprężonego powietrza odprowadzany ze sprężarki 20 ma podobne parametry, takie jak ciśnienie i temperatura, jak strumień 42 sprężonego powietrza odprowadzany ze sprężarki adiabatycznej 30,
PL 217 757 B1 jak to opisano powyżej. Kiedy powietrze 46 jest wydzielane ze strumienia 44 sprężonego powietrza i jest doprowadzane ze sprężarki 20 do zespołu rozdzielającego 18 powietrze, parametry wydzielonego powietrza 46 oraz strumienia 42 sprężonego powietrza mogą być regulowane tak, że dwa strumienie powietrza mają w przybliżeniu równe ciśnienia i temperatury. Na przykład, wydzielone powietrze 46 może mieć ciśnienie w zakresie od około 13,79 kPa (2 psi) do około 103,42 kPa (15 psi) strumienia 42 sprężonego powietrza. W rozwiązaniu alternatywnym powietrze 40 jest poddane wstępnej obróbce, zależnie od warunków otoczenia, przed wejściem do sprężarki 20.
W przedstawionym przykładzie wykonania strumień 44 sprężonego powietrza jest kierowany do komory spalania 22 w celu spalania strumienia 44 powietrza i paliwa, takiego jak gaz syntezowy 48. Gazy spalinowe 50 są kierowane do turbiny 24 w celu wytwarzania energii elektrycznej i są odprowadzane z turbiny 24 do generatora odzyskowego 26 dla wytworzenia pary wodnej 52. Powstała para wodna 52 jest kierowana poprzez turbinę parową 14 w celu wytwarzania energii elektrycznej.
Wydzielone powietrze 46 oraz strumień 42 sprężonego powietrza są mieszane ze sobą tworząc strumień 54 gorącego powietrza o wysokim ciśnieniu (High Pressure, HP). Alternatywnie, powietrze nie jest wydzielane ze strumienia 44 sprężonego powietrza, aby utworzyć wydzielone powietrze 46, a jedynie strumień 42 sprężonego powietrza jest kierowany do zespołu rozdzielającego 18. W przedstawionym przykładzie wykonania strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu jest kierowany do zespołu rozdzielającego 18 poprzez co najmniej pierwszy wymiennik ciepła 32 wytwarzając strumień 56 ochłodzonego powietrza o wysokim ciśnieniu. Ponadto, w przedstawionym przykładzie wykonania strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu jest również kierowany poprzez wymienniki ciepła 34, 36, i/lub 38, aby wykorzystać energię cieplną zawartą w strumieniu 54 powietrza o wysokim ciśnieniu, po tym jak strumień 54 ogrzeje rozcieńczający azot (N2) 58, jak to opisano dokładniej poniżej. Bardziej szczegółowo, strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu może mieć dostatecznie dużo energii cieplnej aby ogrzać rozcieńczający azot 58 oraz co najmniej jeden inny strumień przepływu. Strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu, jako taki, może być kierowany przez więcej niż jeden wymiennik ciepła, aby ułatwić optymalizację wykorzystania i odzysku energii cieplnej strumienia 54. Po połączeniu wydzielonego powietrza 46 oraz strumienia 42 sprężonego powietrza w strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu, aby dodatkowo wykorzystać/odzyskać energię cieplną strumienia 54 może być wydzielony ze strumienia 54 powietrza o wysokim ciśnieniu strumień wtórny 60. W rozwiązaniu alternatywnym strumień wtórny 60 powietrza nie jest oddzielany od strumienia 54 powietrza o wysokim ciśnieniu.
W przedstawionym przykładzie wykonania rozcieńczający azot 58 jest używany w komorze spalania 22. Bardziej konkretnie, rozcieńczający azot 58 oraz paliwo, takie jak gaz syntezowy 48, są kierowane do komory spalania 22 w celu ich spalania. W jednym przykładzie wykonania, ogrzewany rozcieńczający azot 58 jest mieszany z paliwem przed skierowaniem go do komory spalania 22. W przedstawionym przykładzie wykonania zespół rozdzielający 18 kieruje rozcieńczający azot 58 do komory spalania 22. Bardziej konkretnie zespół rozdzielający 18 kieruje rozcieńczający azot 58 do sprężarki 28 w celu sprężania azotu 58. Rozcieńczający azot 58 jest ogrzewany podczas procesu sprężania. Aby dodatkowo podgrzać rozcieńczający azot 58, jest on kierowany ze sprężarki 28 poprzez pierwszy wymiennik ciepła 32, gdzie energia cieplna strumienia 54 powietrza o wysokim ciśnieniu ogrzewa przepływający przez nią azot 58. W jednym przykładzie wykonania rozcieńczający azot 58 jest ogrzewany do około 398,89°C (750°F), lub bardziej ogólnie jest ogrzewany do temperatury w zakresie od około 371,11°C (700°F) do około 426,67°C (800°F), przez 54 strumień powietrza o wysokim ciśnieniu. Ogrzany sprężony rozcieńczający azot 62, jako taki, jest kierowany do komory spalania 22 w celu spalania. Po ogrzaniu rozcieńczającego azotu 58 w pierwszym wymienniku ciepła 32, w przedstawionym przykładzie wykonania strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu jest kierowany do czwartego wymiennika ciepła 38 i/lub zespołu rozdzielającego 18.
Strumień wtórny 60 powietrza, mający w przybliżeniu te same właściwości fizyczne, takie jak ciśnienie i/lub temperaturę, co strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu, jest kierowany do drugiego wymiennika ciepła 34. Woda i/lub para wodna 64 o niskim ciśnieniu (Low Pressure, LP) jest kierowana przez drugi wymiennik ciepła 34 do generatora odzyskowego 26 ciepła pary wodnej, aby wytwarzać przegrzaną parę. Gdy woda i/lub para wodna 64 o niskim ciśnieniu jest kierowany przez drugi wymiennik ciepła 34, strumień wtórny 60 powietrza nagrzewa wodę i/lub parę wodną 64, aby generować parę wodną 66 o średnim ciśnieniu (Medium Pressure, MP). Bardziej szczegółowo, energia cieplna zawarta w strumieniu wtórnym 60 powietrza jest wykorzystywana do ogrzewania wody i/lub pary wodnej 64 o niskim ciśnieniu i tym samym zwiększa jej ciśnienie. W jednym przykładzie wykonania, gdy
PL 217 757 B1 woda 64 jest doprowadzana do drugiego wymiennika ciepła 34, woda 64 jest odparowywana do ciśnienia pomiędzy około 551,58 kPa (80 psi) do około 4136,86 kPa (600 psi). Taka para jest traktowana jako para o średnim ciśnieniu. Taka para o średnim ciśnieniu jest następnie przegrzewana do temperatury od około 315,56°C (600°F) do 30 około 426,67°C (800°F). Gdy para wodna 64 o niskim ciśnieniu jest dostarczana do drugiego wymiennika ciepła 34, para wodna 64 o niskim ciśnieniu jest dostarczana pod ciśnieniem pomiędzy około 551,58 kPa (80 psi) do około 1034,21 kPa (150 psi) i jest przegrzewana do temperatury pomiędzy około 315,56°C (600°F) oraz około 426,67°C (800°F). Po tym jak strumień wtórny 60 powietrza wytworzy parę wodną 66 o średnim ciśnieniu, strumień wtórny 60 powietrza jest kierowany do trzeciego wymiennika ciepła 36. W rozwiązaniu alternatywnym strumień wtórny 60 powietrza jest kierowany do czwartego wymiennika ciepła 38 i/lub zespołu rozdzielającego 18 nie przepływając przez trzeci wymiennik ciepła 36.
W przedstawionym przykładzie wykonania zespół rozdzielający 18 dostarcza tlen (O2) 68 o wysokim ciśnieniu do zespołu zgazowania 16 do wykorzystania w wykonywanym w nim procesie zgazowania. Bardziej szczegółowo, w obrębie zespołu zgazowania 16 paliwo 70, takie jak węgiel, biomasa, surowiec węglowodorowy i/lub dowolne inne odpowiednie paliwo, jest połączony z tlenem 68 o wysokim ciśnieniu aby wytwarzać gaz syntezowy 48 w wykonywanym w nim procesie zgazowania. Wytwarzany gaz syntezowy 48 jest kierowany do komory spalania 22 w celu spalenia w niej, jak to opisano w niniejszym. Bardziej szczegółowo, w przedstawionym przykładzie wykonania aby wytworzyć tlen 68 o wysokim ciśnieniu, zespół rozdzielający 18 oddziela tlen od strumienia 56 powietrza. Ponadto zespół rozdzielający 18 oddziela azot od powietrza, aby wytworzyć rozcieńczający azot 58. Bardziej konkretnie, zespół rozdzielający 18 otrzymuje strumień 56 ochłodzonego powietrza o wysokim ciśnieniu i wytwarza z niego tlen 68 o wysokim ciśnieniu, oraz rozcieńczający azot 58. Tlen 68 o wysokim ciśnieniu jest kierowany do zespołu zgazowania 16, zaś rozcieńczający azot 58 jest kierowany do komory spalania 22, jak to opisano w niniejszym.
Tlen 68 o wysokim ciśnieniu jest kierowany do zespołu zgazowania 16 przez trzeci wymiennik ciepła 36. W rozwiązaniu alternatywnym tlen 68 o wysokim ciśnieniu jest kierowany do zespołu zgazowania 16 bez kierowania go przez trzeci wymiennik ciepła 36. W przedstawionym przykładzie wykonania w trzecim wymienniku ciepła 36 energia cieplna strumienia wtórnego 60 powietrza, po tym jak strumień wtórny 60 jest odprowadzany z drugiego wymiennika ciepła 34, jest wykorzystywana do ogrzewania tlenu 68 o wysokim ciśnieniu. Bardziej szczegółowo, gdy tlen 68 o wysokim ciśnieniu jest kierowany przez trzeci wymiennik ciepła 36, ciepło jest przekazywane ze strumienia wtórnego 60 powietrza do tlenu 68 o wysokim ciśnieniu. Tlen 68 o wysokim ciśnieniu jest odprowadzany z trzeciego wymiennika ciepła 36 do zespołu zgazowania 16, zaś strumień wtórny 60 powietrza jest zawracany do strumienia 54 powietrza o wysokim ciśnieniu. W rozwiązaniu alternatywnym, trzeci wymiennik ciepła 36 zamiast być używany do nagrzewania tlenu 68 o wysokim ciśnieniu, jest używany do nagrzewania strumienia wody i/lub strumienia pary, takiego jak strumień pary o niskim ciśnieniu.
W przedstawionym przykładzie wykonania, połączony ponownie strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu jest kierowany przez czwarty wymiennik ciepła 38. W rozwiązaniu alternatywnym połączony ponownie strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu jest kierowany do zespołu rozdzielającego 18, bez kierowania go przez czwarty wymiennik ciepła 38. W przedstawionym przykładzie wykonania strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu jest kierowany przez czwarty wymiennik ciepła 38 do nagrzewania strumienia 72 kondensatu wytworzonego w obiegu parowym. Bardziej konkretnie, strumień 72 kondensatu jest kierowany przez czwarty wymiennik ciepła 38, zaś energia cieplna strumienia 54 powietrza o wysokim ciśnieniu jest wykorzystywana do nagrzewania strumienia 72 kondensatu. Strumień 74 ogrzanego kondensatu, jako taki, jest zawracany do obiegu parowego. W rozwiązaniu alternatywnym strumień cieczy inny niż strumień 72 kondensatu jest nagrzewany w czwartym wymienniku ciepła 38. W przedstawionym przykładzie wykonania strumień 56 ochłodzonego powietrza o wysokim ciśnieniu jest odprowadzany z czwartego wymiennika ciepła 38 do zespołu rozdzielającego 18, dla wykorzystania przy wytwarzaniu tlenu 68 o wysokim ciśnieniu oraz rozcieńczającego azotu 58, jak to zostało opisane w niniejszym.
Ponadto, jak to zostało opisane w niniejszym, strumień 54 powietrza o wysokim ciśnieniu jest rozdzielany tak, że jedna część, od około 60% do około 90% strumienia 54, jest wykorzystywana do nagrzewania rozcieńczającego azotu 58, zaś pozostała część, od około 10% do około 40% strumienia 54, jest wykorzystywana do ogrzewania pary wodnej 66 oraz tlenu 68 o wysokim ciśnieniu. Energia cieplna gorącego strumienia 54 powietrza o wysokim ciśnieniu, jako taka, jest wykorzystywana do ogrzewania wielu strumieni cieczy w elektrowni 10, gdy strumień 54 ulega ochłodzeniu. Odpowiednio,
PL 217 757 B1 duża część, taka jak 85%, energii cieplnej zawartej w strumieniu 54 jest odzyskiwana i wykorzystywana do ogrzewania rozcieńczającego azotu 58, tlenu 68 o wysokim ciśnieniu i/lub strumienia 72 kondensatu i/lub do wytwarzania pary wodnej 66 o średnim ciśnieniu. Ekwiwalent elektryczny energii cieplnej odzyskanej ze strumienia 54 jest znacznie większy niż dodatkowa energia wymagana dla sprężarki adiabatycznej 30 powietrza. Całkowita sprawność elektrowni 10, jako taka, jest wyższa w porównaniu z całkowitą sprawnością znanych elektrowni IGCC opisanych powyżej.
Dodatkowo, opisana wyżej elektrownia wykazuje zwiększoną całkowitą sprawność cieplną w porównaniu z elektrowniami, które zawierają sprężarki z chłodzeniem pośrednim. Bardziej konkretnie, dla danego strumienia powietrza sprężarka adiabatyczna wymaga zwykle około 25% więcej mocy sprężania niż wymagają tego sprężarki z chłodzeniem pośrednim. Chociaż sprężanie powietrza zwiększa temperaturę powietrza, temperatura sprężonego strumienia powietrza w sprężarce z chłodzeniem pośrednim wynosi ogólnie poniżej około 426,67°C (200°F). Energia cieplna powietrza odprowadzanego ze sprężarki, jako taka, jest rozpraszana i/lub redukowana w wieży chłodniczej, co powoduje dodatkowe zużycie energii w obiegu wody chłodzącej. W przeciwieństwie do tego, powietrze sprężane w sprężarce adiabatycznej jest sprężane do ciśnienia wynoszącego od około 1241,06 kPa (180 psig) do około 1723, 69 kPa (250 psig), zaś temperatura jest zwiększana w zakresie od około 398,89°C (750°F) do około 454,44°C (850°F). Przy użyciu procesów i układów opisanych w niniejszym duża część, taka jak więcej niż 85%, energii cieplnej zawartej w strumieniu sprężonego powietrza może być odzyskana i korzystnie użyta do ułatwienia nagrzewania azotu, tlenu, kondensatu turbiny parowej i/lub innych strumieni procesowych i/lub do wytwarzania pary o średnim ciśnieniu. Odpowiednio, co nie było oczekiwane, użycie sprężarki adiabatycznej powietrza, takiej jak sprężarka adiabatyczna 30, ułatwia zwiększenie mocy wyjściowej turbiny parowej, takiej jak turbina parowa 14, dzięki czemu zwiększa się wyjściową moc sieci oraz sprawność elektrowni IGCC w porównaniu z wyjściową mocą sieci elektrowni IGCC używającej sprężarkę z chłodzeniem pośrednim.
Ponadto, opisany wyżej proces i układ mogą być stosowane z wymiennikami ciepła mającymi niskie temperatury podejścia. Na przykład, takie procesy i układy mogą być stosowane z temperaturami podejścia niższymi niż około -1,11°C (30°F). Ponadto, strumień azotu w obrębie instalacji IGCC może być ogrzewany do około 398,89°C (750°F) i jeżeli jest to niezbędne, strumień tlenu w instalacji IGCC może również być ogrzewany do około 398,89°C (750°F). Jeżeli strumień tlenu nie jest ogrzewany do około tej samej temperatury co strumień azotu, strumień pary wodnej o średnim ciśnieniu może opcjonalnie być wytwarzany i/lub azot może być używany do regeneracji sita cząsteczkowego zespołu rozdzielającego 18 powietrze i może być ogrzewany. Gdy azot jest ogrzewany, ułatwiony jest wzrost sprawności azotu przy regeneracji sit cząsteczkowych.
Przedstawione przykłady wykonania sposobów oraz układów do zastosowania z technologią bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa są opisane szczegółowo powyżej. Sposoby i układy nie są ograniczone do konkretnych przykładów wykonania opisanych w niniejszym, ale raczej składniki układów i/lub etapy sposobów mogą być stosowane niezależnie i oddzielnie od innych składników i/lub kroków opisanych w niniejszym. Na przykład, sposoby mogą również być stosowane w połączeniu z innymi systemami oraz sposobami odzysku ciepła i nie są ograniczone do zastosowania tylko z technologią bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa jak to opisano w niniejszym. Przedstawiony przykład wykonania może być także realizowany i stosowany w związku z wieloma innymi zastosowaniami odzysku ciepła.
Chociaż szczególne cechy różnych przykładów wykonania wynalazku mogą być pokazane na niektórych rysunkach, a na innych nie, jest to zrobione tylko dla wygody. Zgodnie z zasadami wynalazku, każda cecha z rysunku może być odniesiona i/lub zastrzeżona w połączeniu z dowolną cechą dowolnego innego rysunku.
Ten opis w formie pisemnej używa przykładów, aby ujawnić wynalazek, obejmujących najlepsze rozwiązanie, oraz również aby umożliwić każdemu specjaliście w branży zrealizowanie wynalazku obejmujące wykonanie i używanie dowolnych urządzeń lub układów oraz realizowanie wszelkich zawartych tutaj sposobów. Ten patentowany zakres wynalazku jest zdefiniowany w zastrzeżeniach patentowych i może zawierać inne przykłady niż te, które nasuwają się specjalistom w branży. Takie inne przykłady mieszczą się w zakresie zastrzeżeń patentowych, jeżeli mają one elementy konstrukcyjne, które nie różnią się od dosłownego zapisu zastrzeżeń patentowych lub jeżeli zawierają one równoważne elementy konstrukcyjne z drobnymi różnicami względem dosłownego zapisu zastrzeżeń patentowych.

Claims (10)

1. Elektrownia w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa (IGCC), znamienna tym, że zawiera:
pierwszy wymiennik ciepła (32) przystosowany do wytwarzania pary wodnej (52), zespół rozdzielający (18) powietrze przystosowany do podawania strumienia azotu i strumienia tlenu, drugi wymiennik ciepła (34) połączony przepływowo z zespołem rozdzielającym (18) powietrze, przy czym drugi wymiennik ciepła jest przystosowany do nagrzewania podawanego strumienia azotu oraz pierwszą sprężarkę adiabatyczną (30) powietrza połączoną przepływowo z pierwszym wymiennikiem ciepła (32) i drugim wymiennikiem ciepła (34), przy czym pierwsza adiabatyczna sprężarka (30) powietrza jest przystosowana do podawania sprężonego, podgrzanego strumienia powietrza zawierającego pierwszy strumień oraz drugi strumień, przy czym pierwszy strumień jest kierowany do pierwszego wymiennika ciepła (32), zaś drugi strumień jest kierowany do drugiego wymiennika ciepła (34).
2. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera ponadto zespół zgazowania (16) połączony przepływowo z zespołem rozdzielającym (18) powietrze, który jest przystosowany do podawania strumienia tlenu do zespołu zgazowania (16).
3. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera ponadto silnik (12) z turbiną gazową zawierający drugą sprężarkę adiabatyczną powietrza przystosowaną do podawania wydzielonego sprężonego nagrzanego strumienia powietrza do sprężonego nagrzanego strumienia powietrza.
4. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera ponadto generator odzyskowy (26) ciepła pary wodnej połączony przepływowo z pierwszym wymiennikiem ciepła (32), przy czym pierwszy wymiennik ciepła (32) jest przystosowany do podawania strumienia pary o średnim ciśnieniu do generatora odzyskowego (26) ciepła pary wodnej.
5. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera ponadto trzeci wymiennik ciepła (36) połączony przepływowo z zespołem rozdzielającym (18) powietrze, przy czym trzeci wymiennik ciepła (36) jest przystosowany do odbierania pierwszego strumienia oraz strumienia tlenu dla nagrzewania wymienionego strumienia tlenu przy użyciu pierwszego strumienia.
6. Elektrownia według zastrz. 5, znamienna tym, że zawiera ponadto czwarty wymiennik ciepła (38) połączony przepływowo z zespołem rozdzielającym (18) powietrze, przy czym czwarty wymiennik ciepła (38) jest przystosowany do odbierania sprężonego strumienia nagrzanego powietrza dla nagrzewania strumienia kondensatu w czwartym wymienniku ciepła (38).
7. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera ponadto sprężarkę (20) połączoną przepływowo z zespołem rozdzielającym (18) powietrze, przy czym sprężarka jest przystosowana do sprężania odprowadzanego strumienia azotu.
8. Układ wytwarzania pary, znamienny tym, że zawiera: pierwszą sprężarkę adiabatyczną (30) powietrza do wytwarzania pierwszego strumienia (42) sprężonego powietrza, drugą sprężarkę adiabatyczną powietrza do wytwarzania drugiego strumienia (44) sprężonego powietrza oraz generator pary połączony przepływowo z pierwszą adiabatyczną sprężarką (30) powietrza oraz drugą adiabatyczną sprężarką powietrza, przy czym pierwszy strumień (42) sprężonego powietrza oraz drugi strumień (44) sprężonego powietrza wytwarzają parę wodną (52) wewnątrz generatora pary.
9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że zawiera ponadto pierwszy wymiennik ciepła (32) połączony przepływowo z pierwszą sprężarką adiabatyczną (30) powietrza i drugą sprężarką adiabatyczną powietrza, przy czym pierwszy wymiennik ciepła (32) jest przystosowany do wykorzystania pierwszego strumienia (42) i drugiego strumienia (44) sprężonego powietrza do nagrzewania strumienia kondensatu (72) obiegu parowego.
10. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że zawiera ponadto generator odzyskowy (26) ciepła pary wodnej połączony przepływowo z generatorem pary oraz silnikiem (12) z turbiną gazową, który zawiera pierwszą sprężarkę adiabatyczną (30) powietrza, przy czym silnik (12) z turbiną gazową jest połączony przepływowo z generatorem odzyskowym (26) ciepła pary wodnej, a ponadto silnik (12) z turbiną gazową jest przystosowany do podawania nagrzanego strumienia cieczy do generatora odzyskowego (26) ciepła pary wodnej w celu wytwarzania w nim pary.
PL391197A 2009-05-22 2010-05-11 Sposób oraz system do zastosowania z instalacją w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa PL217757B1 (pl)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/470,538 US8418472B2 (en) 2009-05-22 2009-05-22 Method and system for use with an integrated gasification combined cycle plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL391197A1 PL391197A1 (pl) 2010-12-06
PL217757B1 true PL217757B1 (pl) 2014-08-29

Family

ID=43102201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL391197A PL217757B1 (pl) 2009-05-22 2010-05-11 Sposób oraz system do zastosowania z instalacją w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa

Country Status (4)

Country Link
US (2) US8418472B2 (pl)
CN (1) CN101892878B (pl)
AU (2) AU2010201875B2 (pl)
PL (1) PL217757B1 (pl)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8869502B2 (en) * 2011-01-13 2014-10-28 General Electric Company Fuel reformer system for a turbomachine system
EP2744877A4 (en) * 2011-08-19 2015-05-06 Gen Electric HEATING SYSTEM AND METHOD FOR A COMBUSTIFICATION FLUSHING
US9381446B2 (en) 2012-01-18 2016-07-05 General Electric Company System for deaeration in a flash vessel
US9003796B2 (en) * 2012-06-05 2015-04-14 General Electric Company Heat recovery using organic rankine cycle
US20140130509A1 (en) * 2012-11-13 2014-05-15 Raymond Francis Drnevich Combined gasification and power generation
CN103388497B (zh) * 2013-08-09 2015-05-20 中国能源建设集团广东省电力设计研究院 用于改进igcc发电设施性能的预热清洁合成气方法及系统
CN103939214B (zh) * 2014-04-02 2015-04-08 绿能高科集团有限公司 一种原动机的半闭式定压内燃热力循环方法及系统
CN112483350B (zh) * 2020-11-26 2022-03-01 清华四川能源互联网研究院 一种压缩空气储能排气综合利用系统和方法
US11952946B2 (en) * 2021-10-15 2024-04-09 Rtx Corporation Turbine engine with preheat of cryogenic fuel via intermediate fluid

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3731495A (en) * 1970-12-28 1973-05-08 Union Carbide Corp Process of and apparatus for air separation with nitrogen quenched power turbine
US4806136A (en) * 1987-12-15 1989-02-21 Union Carbide Corporation Air separation method with integrated gas turbine
US5241816A (en) * 1991-12-09 1993-09-07 Praxair Technology, Inc. Gas turbine steam addition
US5501078A (en) * 1995-04-24 1996-03-26 Praxair Technology, Inc. System and method for operating an integrated gas turbine and cryogenic air separation plant under turndown conditions
US5740673A (en) 1995-11-07 1998-04-21 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of integrated gasification combined cycle power generation systems at part load
US5901547A (en) * 1996-06-03 1999-05-11 Air Products And Chemicals, Inc. Operation method for integrated gasification combined cycle power generation system
GB9801200D0 (en) 1998-01-20 1998-03-18 Air Prod & Chem Intergration of a cryogenic air separator with synthesis gas production and conversion
US5979183A (en) * 1998-05-22 1999-11-09 Air Products And Chemicals, Inc. High availability gas turbine drive for an air separation unit
US6214258B1 (en) * 1998-08-13 2001-04-10 Air Products And Chemicals, Inc. Feed gas pretreatment in synthesis gas production
US6116052A (en) * 1999-04-09 2000-09-12 Air Liquide Process And Construction Cryogenic air separation process and installation
US6345493B1 (en) * 1999-06-04 2002-02-12 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process and system with gas turbine drivers
US6588212B1 (en) * 2001-09-05 2003-07-08 Texaco Inc. Combustion turbine fuel inlet temperature management for maximum power outlet
US7284362B2 (en) * 2002-02-11 2007-10-23 L'Air Liquide, Société Anonyme à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Étude et l'Exploitation des Procedes Georges Claude Integrated air separation and oxygen fired power generation system
US7416716B2 (en) 2005-11-28 2008-08-26 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of carbon dioxide
US8075646B2 (en) * 2006-02-09 2011-12-13 Siemens Energy, Inc. Advanced ASU and HRSG integration for improved integrated gasification combined cycle efficiency
US20100192628A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 Richard John Jibb Apparatus and air separation plant

Also Published As

Publication number Publication date
CN101892878A (zh) 2010-11-24
US20100293918A1 (en) 2010-11-25
CN101892878B (zh) 2014-09-24
US8418472B2 (en) 2013-04-16
AU2016202047B2 (en) 2017-02-23
AU2016202047A1 (en) 2016-04-28
US9027322B2 (en) 2015-05-12
AU2010201875B2 (en) 2016-01-07
AU2010201875A1 (en) 2010-12-09
PL391197A1 (pl) 2010-12-06
US20130192190A1 (en) 2013-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL217757B1 (pl) Sposób oraz system do zastosowania z instalacją w technologii bloku gazowo-parowego ze zintegrowanym zgazowaniem paliwa
KR101825395B1 (ko) 질소 가스 작동 유체를 사용하는 효율적인 전력 생산 시스템 및 방법
TWI691644B (zh) 具改良效率之功率生產方法及系統
US7637109B2 (en) Power generation system including a gas generator combined with a liquified natural gas supply
CN101622425B (zh) 在整体气化联合循环系统中分离氧气的系统和方法
EP2562373B1 (en) Heat recovery from a gasification system
US9003796B2 (en) Heat recovery using organic rankine cycle
US8881528B2 (en) System for the generation of mechanical and/or electrical energy
DK162653B (da) Kombineret gas-dampkraftanlaeg med en forgasningsindretning til braendslet
CN108625990B (zh) 一种天然气富氧燃烧与跨临界co2循环耦合的发电系统
CN102186956B (zh) 用于整体锅炉给水加热的方法和系统
CN101126348A (zh) 煤联合循环发电系统能量回收方法及装置
US7513118B2 (en) Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
CA2618030C (en) A method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
CN113738467B (zh) 一种利用液化天然气进行带碳捕集发电的集成系统
CN102234547A (zh) 用于整合气化组合循环动力系统的水煤气变换反应器系统
US8186177B2 (en) Systems for reducing cooling water and power consumption in gasification systems and methods of assembling such systems
US20070186476A1 (en) Supercritical pressurization of fuel slurry
CN102325966A (zh) 用于气化的自生功率整合
CA2618007C (en) A method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
US9644533B2 (en) Method and apparatus for supplying a combustion chamber with nitrogen
CA2618016C (en) A method for operating a gas turbine as well as a gas turbine for implementing the method
RU2277639C1 (ru) Способ работы паротурбинной теплоэлектроцентрали с газотурбинной установкой
CN115126560A (zh) 双燃料联合循环动力装置