SE510738C2 - Sätt samt anordning för elgenerering på basis av förbränning av gasformiga bränslen - Google Patents

Description

510 738 Avgasen från nämnd skrubber (fuktig koldioxid) kan på känt sätt överföras till flytande koldioxid, som kan deponeras enligt ovan. Kostnaden för koldioxidintångningen i samband med t blir mycket låg och uppvägs tillsanmans med kosmadentördeponexingenmeränvälavdenvinst, somdenhögeverkningsgraden sättet enligt uppfinningen medför. Sättet möjliggör således en kostnadseffektiv elgenmermgpåbasisavgasfmmigabränslmnamdigaeflerpmducmdegenom av kplhaltiga bränslen, exempelvis fossila bränslen.. Elgenereritig enfigt påverkmejbiostäænnegafiwsmmärlikanfiljövänfigoch dessutom energiefiektivare än elgenerering på basis av konventionell kombicykel och biobränslen.

För attytterligare belysa uppfirmirtgssättetbeskiivesdensarnmanännareiartslutningtill.

FIGI, som visar ett schema över ett utföringsexempel baserat på naturgas och en flygderiverad kommersiell med genomgående axel (GE/LM 6000) samt i anslutningtíllFIG2, somvisarenvatiantavdetiFlGl visadesättetbaseradpåen gastmbinavindxisuityp.

Sättet enligt FIGl arbetar på följande sätt: Naturgas (16) törvärmd (18) med varmvatten från varmvattenskrubbern (4), tillföres i önskat flöde gastwbinens (1) brännkarmnare (13) där ett till gasturbinen anpassat tryck (30 bar) upprätthåller). Syrgas (17) (OZ-halt lämpligen > 85%, företrädesvis > 92%), fi-atnställd på konventionellt sätt genom destillation av luft i en separat anläggning '(2) ochfóväxmd (18)pås_annna sätt somnaturgasen, tillíöres (l3)inågot överstökiometrziskt flöde i förhållande till flödet av naturgas. Till (13) föresävendetflödeavångasomproducensidenfiflgasnubinensfl)anslnma ånggeneratom (3) samtidigt med ett delföde av avgasen fiån ånggenetatorn efter kompression i gasturbinens koznpressofler) (1 1/12) under temperaturkontroll genom direkt eller indirekt kylning. För att undvika alltför höga lokala törbrännings- temperaturer blandas syrgasen lämpligen med gasen från högnyckskompressorn (12), vatvidflödenaavnamrgasochsyrgasavpassassåattfi-ånbrännkammaren utströmmande gas har till gasturbinen anpassad temperatur (1237°).

Efter expansion i gasturbinens (1) hög- och lågnyckssteg (14/15) har avgasen från lågtryckswrbmen (14) något över atmostärsuyck och en temperatur på 4-40°. Gasen bfingas attströmma genom en ånggenemtor (3), varvid dess temperatur sänkes till 120° under generering av högtrycksånga med 400° temperatur och 30 bars tryck (alternativt 550° och 200 bar vid industrimrbm enligt FIGZ). Matarvattnet till ånggenetator (3) avgrenas fi-ån varmvattnet producerat i varnrvattenslcrubbem (4) och har en temperatur på 94°. Änggenerator (3) är av modnfir konstruktion med vänneömringyta av fentuber och med naturlig eller forcerad cirkulation dvs av samma typ som vanligen användes i samband med kombicykel med kondensångcykel.

Avgasen fiån ånggeneratom (3), som består av vattenånga med 10,4% C02 och har 120° ternperatxn' delas i två flöden, varav det ena (54,3%) fóres efter uppfiskuiing utöver mättnadsgrärzsen (l5% fukt) till gasturbinens (1) lågtryckskompressors (11) sugsida. Kompressorema (11/12) höjer gas/ångblandmngens tryck till 30 bar och det trycksatta gasflödet tillföres gasturbinens brännkarnntare (13), eventuellt i blandning med det för förbränningen erforderliga syrgasflödet (17). 96-05-19 temperaturen 40° vid ingående 20°-igt eizkulationsvatten fiån värmesânkan (5).

Flödetavvaxmvattenfiånslcrubbern (4) filrerasiettkontollfilter (21) varefter det dehsiwådelflödenvuavdetenaavsäkflhemskälpassæareüawáonmermgsaggne' ' gat (22) och utnyttjas, dels som matas-vatten till ånggenerator (3), dels för av den del av avgasen ° ånggeneratozn, »som reeirkuleras till gastnrbinens (1) låg- tryckskompræsor (11). Resterande fiån skrubbem (4) utnyttjas fór törvämming (18) av gasbränsle och syrgas och ñr eventuell lokaluppväznnxing (6) varefter detfillföresväzmesâizkan (5).

Gasturbmens (1) kompressorer (11/12) har tryekförhållandena 12,5 och 1:12. För att minska överhettning av gas/ångblandningen vid kompressionen och därigenom minska c I lågtryckskompressom komprimeras vidare i gastnrbinens högtryckskompressor (12) till SObarsu-yck, blirhårvidtonoehfirmtenxperann-påßfvarefier gas/ångblandningen, eventuellt efier av hela eller del av det för tö- brännitxgen erforderliga syrgasflödet (17), fillfliresgasunbmens (13).

För att åstadkomma en eifektiv ("atomiser.íng") av det 94°-iga vmmvattnet fiän slo-ubbem (4) vid av det reeiximflezade avgasfiödet fiån varmvattnet sker enklast genom att det pumpas genom en avpassad separat rörslixiga i ånggeneratom (3). ' 96-05-19 510 738 4 - Värmeinnehållet i varmvattnet fi-ån slnubbem (4) med 94° temperatur, som ej tillgodogiorts enligt ovan, utnyttjas mest ekonomisk! för 1o (6) och dylikt. Rehn-vattnet fi-ånlo (6), förvännningen (18) och resterande oumyttjatvmmvattenfiåx: slcrubbem (4) kyles i vännesänkan (5) till ca 20° eller lägre, isänkaavtyp æbetandemedexcmpelvishmßvauen, varefiervatmet recirkulerasfilltoppenavskrubbem (4). Överskottavcirkulations- vattemhänörandefiånnatlngasensväteinnehåll, avtappas(23)säattinventarietav dfioflafionsvaüeníözbfirkonstanLOmfiflgångfiflhavswfieneflermmatkylvaüen saknagkmkymingenavdmflafionsvatmetskeikyhmnvmáddockfórlustmav wnenfidbränslegasmedmycketlågtvätdmehåflkanbfisåfioraßfirskvafienmåste HG2visarmvmiamavufiöfingsexempletmfigtHGLsomärlänmEgförgasunbmu avindusnityp medavgastemperaturvanligen omkring600° därhögn-ycksåaiganfiån (3) tillfóres en motlrycksångturbin (7), som genererar effekt ned till cket genom att motnycksångan tillföras gastm-binens (1) bränn- kannnare (13). Mottrycksångtm-binens (7) axel kan vara ansluten till lågnycks- kompressor-ns (11) axel, gasturbinens (1) lågtryckstxn-bins (15) axel eller en separat generator. Specifika investeringskostnaden för denna variant blir vid stora industri- gastnirbiner xmgeiär densamma som för sättet enligt utlöxingsexentplet och total- verknirigsgraden likaså.

Gasunbirter av indusuityp arbetar vanligen vid lägre tryck och temperatur än flygdefiverade gasturbinenexempelvis 14 ba' och 1190°, men kan utföras med stöne eiïekt än de senare. Avgastempexamren är högre, exempelvis 590°, vilket innebär att varianten enligt FIG2 är íördelaküg emedan mottrycksmrbinen (7) då arbetar med vassare ångdata, exempelvis 200 bar och 550°.

En gasturbins kompressorsteg respektive turbmsteg dimensioneras så att arbetsmediets strömningshastighet i de enskilda stegens såväl stator- som rotorsknvlar ligger nära ljudhasfigheteri, som kan beräknas av formeln a = (vP/pï/ß där a = ljuclhasfigheten vid betingelserna i aktuellt steg, P = lokala gastxycket, p = lokala gasdensiteten och i: = iseniropexponenten, som är beroende mediets molvikt enligt sambandet (ac -1)/ic = Ro/ Mwp där Ro = gaskonstanten, cp = mediets specifika vänne vid konstant tryck och M = mecliets molvikt. För utföringsexemplet gäller såltmda i första tnrbinstegets öppna area för respektive medium: _ coz/ånga mfi/fökgas a m/s 877 757 M kg/mol 20,7 28,3 i: 1,24 1,31 p kg/nß 4,82 6,86 cp kJ/kgPC 2, ll 1,24 r 1, 14 1,00 96-05-19 - 510 738 r = relativt energiflöde (relativ kapacitet) visar att gasturbinen skulle få 14% högre kapacitet med koldíoxid/ångblandningen förutsatt att dess mekaniska hållfastiiet- så tillåter. Närdetäflerflygdeiivexadgasnnbinärdettveksamtomsåärfalletvarför kapaciteten torde bli densamma i båda fallen.

Stætwensänmfigtuppfinnmgmkmskegmomfilfiörsáfönnomavbränslegasfló) ochsyrgas(17), avfinfördelatvatteniställetförångalillgasnnbinens brännkammare (13), varvidvattenflödetawrpassas såatt förbränningsgasenfiån brännkammaren (13) tillgastirrbinens (1) högtiyckssteg (14) erhåller anpassad temperatur. Vatmettill bränn- kmnmarenfasasdäæftermccessivtmsanfidigtsomgasflödetfiänånggenemmm (3) och (11/12)byggerupp.

Den fuktiga koldiozdden (20), som lämnar skrubbetns (4) topp, kan med ñrdel anvandasrörfi-amsmmingpåwmsäuavmymdqkoldioxid, lämpligen eusäudär den flytande koldioxiden genom destination även befdas fi-ån inerter såsom restsyre mm. Koldioxid, såväl gasfoimig som flytande, kan transporteras i rör och har stor användning för ”flooding” av oljekällor. Koldixiden pumpas härvid ned i oljekällan där dendelvis lösersigi oljan ochgördennamerlättflytande. Härigenomkanytterligare stora ofiemängder utvinnas ur befintliga källor.

I utföringsexemplet enligt FIGI uppnås vid förbränning av naturgas med syrgas och uppfinningssättets kombination av apparatenheter inklusive separat syrgasverk en total- verkningsgrad el/bränsle på 55% varvid avgasen fiån vannvattenskrubbern (4) utgöres av fuktig koldioxidgas, som kan utnyttjas för framställning av (flytande) koldioxid medan varmvattenöverskottet fi-ån skrubbem (4) är användbart för bl a uppvämmings- ändamål. Sättets nettaverkningsgrad efter avdrag för elenergi-ñrbrulmingen för produktion i särskild anläggning av flytande koldioxid (ca 0,2 kWh/kg koldioxid) blir 50%. Sättet enligt uppfinningen medger med fördel användning förutom av naturgas, allarenagasformigabränslenerhållnagenomförgasningmed syrgas avkolhaltiga bränslen exempelvis fossila bränslensåsomkoloch oljanm ävenbiomassa.

Flytande koldioxid kan deponeras i oceanemas djup, uttjänta olje- och gaskällor; akviferer mm. Deponering i kombination med sättet enligt uppfinningen möjliggör således elgenerering på basis av gasformiga finslen utan ökning av atmosfärens koldioxidhalt dvs sättet möjliggör elförsörjnirig på basis av fossila bränslen, som är lika miljövänlig men mer energiefiektiv än elgenereiing på basis av biobränslen.

Enväsenfligmiljöfördel vid elgenereiingenligt är dentotalafiånvaronav kväveoxider i avgasen, som tillföras atmosfiren. En ytterligare fördel är fi-ånvaron av demnfattanderenmgsanordrfingarförfiflgasnnbmeninsugenhifisomdetkon- ventionella kombisättet erfordrar. 96-05-19

Claims (9)

510 7318 P.ar1s. m' 9601898-1 PATENTKRAV

1. Sätt att generera el på basis av förbmnning av gasformiga bränslen, kännetecknat av en termisk kraftgenereringscykel med gasturbin (1) som huvudmaskin kopplad till en elgenerator, varvid gasturbinens arbetsmedium utgöres av den gasblandning av vatten- ånga och koldioxid, som erhålles vid förbränningen i gasturbinens (1) brännkammare ( 13) av gasbränslet (16) med syrgas (17) i något överstökiometriskt flöde i förhållande till flödet av bränslet under samtidig tillförsel av det flöde av ånga, som produceras med anpassat tryck i en till gasturbinens (1) turbinavlopp ansluten ånggenerator (3) och under likaledes samtidig recirkulation till brännkammaren (13) av ett delflöde av avgasen från ånggeneratom (3) efter kompression i gasturbinens kompressor(er) (11/12) under temperaturkontroll genom direkt eller indirekt kylning, varvid tillförseln av gasbränsle (16) till brännkammaren (13) kontrolleras så att erhållen het gasblandning har till gasturbinen (1) anpassad inloppstemperartur.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att den till gasturbinens (l) gasavlopp anslutna ånggeneratorn (3) levererar ånga med det högsta möjliga tryck och den högsta möjliga temperatur, som avgastemperaturen från turbinen medger och att ångan tíllföres en mottrycksångturbin (7) med så avpassat mottryck, att mottrycksångan kan tillföras gasturbinens (1) brännkammare (13) och varvid mottrycksångturbinens (7) axel är ansluten till gasturbinens (1) axel eller en separat generator.

3. -. Sätt enligt ett eller båda av kraven 1 - 2, kännetecknat av att för recirkulation ej utnyttjat delflöde av avgasen från ånggeneratorn (3) utnyttjas för produktion av varmvatten genom direkt kontakt med kallvatten i en skrubber (4) av känd typ, varvid ett delflöde av erhållet varmvatten utnyttjas, dels för nämnd temperaturkontroll i gasturbinens (1) kompressor(er) och dels som matarvatten till ånggeneratom (3).

4. Sätt enligt krav 3, kännetecknat av att finfördelning av varmvatten, som utnyttjas för temperaturkontroll i gasturbinens (1) kompressor(er) genom uppfuktning av det delflöde av avgasen från ånggeneratom, som recirkuleras, åstadkommes genom upphettning under tryck av varmvatten från skrubbern (4) till > 130°C före tillförsel till spraydysor, atomiseringsdysor, av känd typ i insugningsrummet till gasturbinens (1) kompressor(er).

5. Sätt enligt krav 3, kännetecknat av att den del av varmvattnet från slcubbem (4), som ej utnyttjas för uppfuktning respektive matarvatten till ånggeneratom (3), utnyttjas, dels för förvärmning av bränslegas (15) respektive syrgäs (17) till gasturbinens (1) brännkarnmare (13), dels för andra ändamål såsom uppvärmning (6), varefter vattnet recirkuleras till slcmbbern (4) efter anpassad kylning i en värmesänka (5), som kan vara av typ kyltorn eller värmeväxlare med exempelvis havsvatten som kylmedium, varvid inventariet av cirkulerande vatten hålles konstant genom avblödning av överskottsvatten härrörande från gasbränslets väteinnehåll.

6. Sätt enligt krav 3, kännetecknat av att hela varmvattenflödet från skrubbern (4) filtreras i ett kontrollñlter (21) och att den del av flödet, som distribueras som matar- vatten till ånggeneratorn (3) och för uppfuktning av del av avgasflödet från ånggenera- tom (3), avjoniseras i ett jonbytaraggregat (22). 510 738

7. Sätt enligt krav 3, kännetecknat av att från toppen av varmvattenskrubbern (4) avgående fuktig koldioxid utnyttjas för framställning av gasformig eller flytande' koldioxid pa kan: sån.

8. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att elgenereringen startas genom att gasturbi- nens (1) brânnkammare (13) förutom gasbrânsle (16) och syrgas (17) tillföres fintörde- lat vatten i så avpassat flöde, att till gasturbinens turbindel (14/15) levereras förbrän- ningsgas med anpassad temperatur och tryck, varvid vattnet successivt fasas ur och ersättes med kompiimerad avgas och ånga från ånggeneratom (4) då flödena från denna och gasturbinens (1) kompressor(er) (11/12) bygges upp.

9. Anordning för elgenerering på basis av förbränning av gasformiga bränslen, kännetecknad av en gasturbin (1) av typ härledd från jetflygmotor eller av industrityp med genomgående eller delad axel, jettyp, inkluderande kompressor(er) (1 1/ 12), brännkammare (13) och turbin(er) (14/15), en enhet för framställning av syrgas (2) genom destillation av flytande luft på konventionellt sätt och ansluten till gasturbinens brännkammare, en ånggenerator (3) ansluten till gasturbinens (1) lågtrycksturbins (15) gasavlopp levererande ånga, eventuellt överhettad med anpassat högt tryck till gasturbi- nens brännkarnmare (13) eller till en mottrycksturbin (7) (fig. 2), en varmvattenskrub- ber (4), på gassidan ansluten till nämnda ånggenerators (3) gasavlopp respektive atmosñren, producerande varmvatten från del av avgasflödet från nämnda ånggenera- tor, ett kontrollfilter (21) för allt varmvatten från varmvattenslmlbbern (4) och ett avjoniseringsaggregat (22) för det delflöde av varmvatmet, som utnyttjas som matarvat- ten respektive uppfuktning, en värmesânlca (5) i form av värmeväxlare eller kyltom, som kyler cirkulerande vatten före dess återanvändning, samt en elgenerator (8) ansluten till gasturbinens (1) lågtrycksturbins eller lcrafttiirbins axel.