SE523143C2 - Förfarande vid energialstring i en gasturbinprocess - Google Patents

Description

_25 523 143 .u u.

Det har nu helt överraskande visat sig att denna luft före- ligger i sådana mängder, temperaturer och tryck som kan göra den- samma särskilt väl lämad som råvara till en luftgasfabrik.

Det för föreliggande uppfinning sålunda utmärkande är där- för att den luft, som under eller efter komrimering i kores- sorn befinns överflödig för bibehållande av acceptabel energi- balans i processen utnyttjas till luftgasframställning.

En anordning för utövande av förfarandet enligt uppfinning- en utmärker sig därvid av minst ett överföringsorgan mellan kom- pressorn och en närbelägen luftgasfabrik.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning på vilken fig 1 visar principen för uppfinningen i form av ett blockschema över en evaporativ gasturbinprocess och fig 2 visar en föredragen utföringsform av förfarandet och anord- ningen enligt uppfinningen vid en evaporativ gasturbinprocess i kraftvärmeapplikation integrerad med en luftgasframställning.

Sålunda framgår av fig 2 på ritningen att en gasturbin- anläggning innefattar minst ett och i föreliggande fall två kopressorsteg la, lb för insugen frisk luft med minst ett på sama axel 2 därefter beläget gasturbinsteg 3. Vid en evaporativ gasturbinprocess av föreliggande slag förs en del av den kompri- merade luften till ett befuktningssteg 4 för att sedan införas i en brännkammardel 5 efter kompressorstegen men före turbinsteget.

Vid en vanlig känd gasturbin, som icke specialutvecklats för föreliggande process, uppstår massobalans, som kan motverkas genom att man fritt släpper ut en lämplig andel av den koprime- rade luften. Detta medför att verkningsgraden sjunker drastiskt om man inte kan finna ett effektivt utnyttjande av den koprime- rade men utsläppta luften. Enligt föreliggande uppfinning före- slås nu, såsom visas på ritningen, att denna avtappade luft förs till en luftgasfabrik (ASU) för att där utgöra råvara för fram- ställning av i första hand syrgas och kvävgas. 20 _25 “Ilao =523 143 Vad man då erhåller baserat på konventionell gasturbin- teknik är en effektiv elproduktion med befuktad luft samtidigt som trycksatt luft levereras till luftgasfabriken.

Om gasturbinens kompressor har ett steg kan luften tappas av efter detta. En möjlighet är att släppa luft genom en expander som kan producera kraft och få ett tryck på luften som är lämp- ligt för luftgasfabriken. Om gasturbinens kompressor består av flera steg kan luft tappas av på lämpligt ställe, t ex i anslut- ning till en mellankylare. Integreringen av en evaporativ gas- turbinprocess med en luftgasframställning innebär positiva synergieffekter för både luftgasfabriken och den evaporativa gas- turbinanläggningen. Integrationen sker genom att ett delflöde av komprimerad luft i den evaporativa gasturbinen tappas ut efter första kompressionssteget och förs till luftgasfabriken som därigenom förses med hela eller en stor del av den mängd luft som fabriken behöver. På detta sätt bidrar gasturbinen till det första kompressionssteget i luftgasfabriken. Synergieffekten för den evaporativa gasturbinen är att man genom denna integrering har funnit en applikation av den evaporativa gasturbinprocessen som är framkomlig med i stor sett befintlig gasturbinteknik.

Befuktningsgraden i den evaporativa gasturbinen är normalt cirka 20% av den luft som komer in till kompressorn i turbinanlägg- ningen. Detta betyder att för att bibehålla en massbalans mellan kompressor och expander skall man från gasturbinen tappa av ett luftflöde av cirka 10-30%, som levereras till luftgasfabriken.

Som ett exempel kan anges att för en luftgasfabrik med pro- duktionen 100 kiloton syrgas per år motsvarar detta en gasturbin som i standardutförande ger cirka 40 megawatt el. Allmänt kan sägas att i samband med evaporativa gasturbiner kan dessas effekt variera mellan 1 och 200 megawatt och ha ett luftflöde av mellan 2 och 10 kg luft per megawatt. Den från gasturbinen avtappade luftmängden till luftgasfabriken kan vara mellan 5 och 30% av den totala luftmängden, särskilt 15-25%. Temperaturen på den från gasturbinen avtappade luften kan ligga mellan 50 och 450°C, sär- 20 '25 ïfso 523 143 skilt 150-280°C. Trycket hos den avtappade luften kan ligga mel- lan 2 och 40 bar, särskilt 3-7 bar.

När det sedan gäller luftgasfabriken kan denna ha en stor- lek med ett luftbehov av mellan 2 och 150 kg per sekund, särskilt 10-50 kg per sekund. Den från gasturbinen avtappade luften måste kylas eftersom luftgasfabriken behöver ha kall gas, helst under 20°C och gärna under 10°C. En luftgasfabrik kan utformas för att ta emot trycksatt luft på olika nivåer allt från någon bar och uppåt. Ett högre tryck ger fördelar vad gäller kompressions- arbetet i luftgasfabriken. En eller flera kylare måste anordnas mellan gasturbinen och luftgasfabrikens komressor. En möjlighet är därvid att kombinera denna kylning med värmninq (QV i figur 1) av till exempel vattnet till den evaporativa gasturbinen eller förvärmning av bränsle till gasturbinen. Om den från gasturbinen avtappade luften ej har lämpligt tryck så kan man kmlettera ut- rustningen med en expander eller kompressor för att åstadkomma denna tryckanpassning. En expander producerar därvid elkraft medan däremot kompressorn är en kraftförbrukare.

Vid en särskilt fördelaktig utföringsform av uppfinningen utnyttjas för optimering av energibalansen hos den kombinerade gasturbinprocessen och luftgasfabriken värme från den sistnämnda till befuktningen av luften i den förstnämnda processen. Fördelen med detta är att man för befuktningen får användning för låg- värdigt värme (i ett befuktningstorn t ex), som ej behöver över- stiga kokpunkten.

Sammanfattningsvis leder uppfinningen till en ytterst för- delaktig samverkan mellan den evaporativa gasturbinprocessen och luftgasfabrikens funktion. Kompressorsteget i gasturbinen ger trycksatt luft icke endast till gasturbinprocessen utan också till luftgasfabriken och gasturbinprocessen kan bringas att alstra el som levereras till luftgasfabriken. Den sistnämnda kan bringas att leverera värme till befuktningen som skall ske i gas- turbinprocessen och även åstadkomma en uppvärmning av bränslet till denna process. Luftgasfabriken kan också bringas att levere- 523 143 ra kyla under drift men också leverera kyla för kallkörning av gasturbinen. Slutligen kan också luftgasfabriken utnyttjas för att kyla luften till kompressorn i gasturbinprocessen.

Claims (6)

10 15 20 25 30 523 143 - n ø ~ . . - » » ø .n P a t e n t k r a v

1. Förfarande vid alstrande av mekanisk och/eller elektrisk energi och/eller värme i en gasturbinprocess, vilken genomförs i en konventionell gasturbin som en evaporativ process, varvid till en i minst ett steg komprimerad luftmängd i ett befuktningssteg sätts vatten och/eller vattenånga, och den sålunda erhållna blandningen förs till en eller flera brânnkammare för att tillsammans med bränsle förbrännas, varefter uppstående förbränningsgaser leds till en eller flera turbiner för energialstringen, k ä n n e t e c k n a t a v att för att dels motverka massobalans mellan luft på kompressorsidan och förbränningsgaser inklusive komprimerad luft och vatten/vattenånga på turbinsidan, dels bibehålla en acceptabel energibalans i processen, avtappas trycksatt luft före befuktningssteget och leds under tryck till en anläggning för separering av luftens beståndsdelar.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att för optimering av energibalansen hos den kombinerade gasturbinprocessen och luftsepareringsprocessen utnyttjas värme från den sistnämnda till befuktning av luften eller till förvärmning av bränslet i den förstnämnda processen.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att för optimering av energibalansen i den kombinerade gasturbin- och luftsepareringsprocessen utnyttjas kalla gaser från den sistnämnda till att under drift kyla turbinen eller turbinerna i den förstnämnda processen.

4. Förfarande enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e - t e c k n a t a v att för optimering av energibalansen i den kombinerade gasturbin- och luftsepareringsprocessen utnyttjas kalla gaser från den sistnämnda till att kyla gasturbinen när den är under kallkörning för underhållsinsatser i den 64ll4b.dOC; 01-12-04 10 15 20 . . - . n. š'523 143 i- förstnämnda processen för att förkorta tiden för underhåll och service.

5. Förfarande enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e - t e c k n a t a v att för optimering av energibalansen hos den kombinerade gasturbin- och luftsepareringsprocessen utnyttjas kalla gaser från den sistnämnda till att under drift kyla intagsluften till kompressorn i den förstnämnda processen.

6. Anordning för utövande av förfarandet enligt patentkravet 1 för alstrande av mekanisk energi och/eller värme i en gasturbinprocess, vilken genomförs i en konventionell gasturbin som en evaporativ process, varvid gasturbinen innefattar minst en luftkompressor, organ för att föra komprimerad luft tillsammans med vatten till en eller flera brânnkammare för förbränning tillsammans med bränsle, samt minst en turbin avsedd att drivas av de sålunda uppkommande förbränningsgaserna, k a n n e t e c k n a d a v minst ett överföringsorgan, som är anordnat att från kompressorn leda trycksatt luft till en närbelägen anläggning för separering av luftens beståndsdelar. 641l4b.d0<:; 01-12-04