CZ167594A3 - Process for producing electric energy by interconnection of air separation and gas turbine - Google Patents

Process for producing electric energy by interconnection of air separation and gas turbine Download PDF

Info

Publication number
CZ167594A3
CZ167594A3 CZ941675A CZ167594A CZ167594A3 CZ 167594 A3 CZ167594 A3 CZ 167594A3 CZ 941675 A CZ941675 A CZ 941675A CZ 167594 A CZ167594 A CZ 167594A CZ 167594 A3 CZ167594 A3 CZ 167594A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
air
gas turbine
separation unit
compressed
air compressor
Prior art date
Application number
CZ941675A
Other languages
English (en)
Inventor
Eric William Scharpf
Arthur Ramsden Smith
Original Assignee
Air Prod & Chem
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 Air Prod & Chem filed Critical Air Prod & Chem
Publication of CZ167594A3 publication Critical patent/CZ167594A3/cs

Links

Classifications

    • 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
    • F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • 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
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
    • F01K21/047—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas having at least one combustion gas turbine
    • 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
    • F01K23/068—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 in combination with an oxygen producing plant, e.g. an air separation plant
    • 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
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04139—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • 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
    • 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
    • F25J3/046—Completely integrated air feed compression, i.e. common MAC
    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/211—Heat transfer, e.g. cooling by intercooling, e.g. during a compression 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
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • 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
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being nitrogen
    • 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
    • F25J2230/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being oxygen
    • 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
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being 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
    • 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
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/40—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

Způsob výroby elektrické energie propojením separace vzduchu a plynové turbíny.
Oblast techniky
Tento vynález se vztahuje na způsob propojení kryogenické separační jednotky vzduchu s jednotkou pro výrobu elektrické energie, který používá integrovanou zplynovací vlhkovzdušnou turbínu nebo integrovaný kombinovaný zplynovací cyklus. Vynález se vztahuje zejména na propojení, které snižuje kapitálové náklady na zařízení, zvyšuje výkon a/nebo zvyšuje účinnost při stálém výkonu a zlepšuje provozní pružnost takového způsobu výroby elektrické energie.
Dosavadní stav techniky
Pro účely popisu tohoto vynálezu je okruh vlhkovzdušné turbíny definován jako okruh spalovací turbíny vyrábějící energii, kde odpadní teplo z výstupu expandéru a/nebo z jakéhokoliv mezistupftového chladiče a dochlazovače kompresoru okysličovadla je použito pro nasycení vodou a přehřívání proudu okysličovadla před tím, než je toto přivedeno do spalovače.
Známé technologie vztahující se ke způsobům výroby energie za použití integrované zplynovací vlhkovzdušné turbíny a integrovaného kombinovaného zplynovacího cyklu jsou popsány v mnohé vědecké a patentové literatuře.
Známý stav techniky uvádí obecný princip přivádění části stlačeného vzduchu, odebraného ze vzduchového kompresoru plynové turbíny, do separační jednotky vzduchu. Patent US 3731495 popisuje způsob, v němž je vzduch
- 2 přiváděný do separační jednotky vzduchu získáván z výstupu vzduchu kompresoru plynové turbíny při zvýšeném tlaku, který je pro napájení separační jednotky ochlazen a dále stlačen na tlak mezi 1034 až 2758 kPa. Podobně patent US 4224045 popisuje způsob, v němž se část nebo veškerý stlačený vzduch, přiváděný do separační jednotky vzduchu, získává z výstupu kompresoru plynové turbíny, který má zvýšený tlak a který je možno chladit a expandovat nebo stlačit tak, aby se zajistil přívod do separační jednotky vzduchu, při tlaku větším než 586 kPa. Další literatura popisuje odvádění vzduchu o podobně zvýšeném tlaku z výstupu kompresoru plynové turbíny do různých separačních jednotek. Tato literatura zahrnuje patent US 5081845 a patentovou přihlášku US č.07/837786. Patent US 4631914 popisuje odebírání vzduchu o středním tlaku ze středního stupně kompresoru plynové turbíny spalovací soustavy pro výrobu energie. Odebraný vzduch je přiváděn do středního stupně expanzní turbíny pro výrobu energie a nezahrnuje žádné propojení se soustavou separace vzduchu.
Stav techniky dále popisuje obecnou koncepci navracení odpadního dusíku o středním tlaku z přidružené separační jednotky vzduchu do vzduchového kompresoru plynové turbíny. Patenty GB 2067668 a US 4297842 popisuji způsob, který používá odpadní dusík ze separační jednotky vzduchu o atmosférickém tlaku pro ředění okysličovacího vzduchu, přiváděného do kompresoru plynové turbíny, za účelem snížení tvorby NOx ve spalovači plynové turbíny.
Stav techniky, vztahující se na vlhkovzdušné turbíny a vhkovzdušné turbíně podobné cykly, popisuje pohonnou jednotku na níž je tento vynález zejména aplikovatelný. Patent US 5181376 popisuje způsob, který užívá sytič okysličovacího vzduchu pro výrobu vlhkého vzduchu jak pro primární turbínu, tak i pro oddělený expandér vlhkého vzduchu nebo přídavnou turbínu. Patenty US 4829763 a GB
- 3 2153912 popisují cyklus vlhkovzduŠné turbíny, kde je kompresní teplo okysličovadla rekuperováno v mezistupňovém chladiči a v dochlazovači, které jsou spojeny se vzduchovým kompresorem plynové turbíny. Patenty US 4653268 a US 4537023 rovněž popisují způsoby, kde kompresní teplo je v mezistupňovém chladiči a dochlazovači rekuperováno vodou před tím, než je tato voda vedena do sytiče okysličovacího vzduchu, kde se vytváří vlhký vzduch pro tubínu.
Ve stavu techniky jsou dále popsány obecné principy vztahující se k chlazení spalovače plynové turbíny, přechodového dílu a expandéru i ke vstřikování odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu do spalovače.
Následující známý stav techniky popisuje užití odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu ve spalovači plynové turbíny. Patent US 5081845 uvádí odebírání dusíkového plynu ze separační jednotky vzduchu a zvýšení tlaku alespoň často tohoto dusíkového plynu na tlak vpodstatě shodný s tlakem proudu paliva, přiváděného do plynové turbíny mezi výstup kompresoru (plynové turbíny) a vstup expandéru. Patent US 4962646 (Rathbone) popisuje soustavu, kde proud dusíku z vysokotlaké destilační kolony (separační jednotky vzduchu) je přiváděn do jedné ze spalovacích komor a do spalin v oblasti po směru proudění turbíny. Patent US 4707994 popisuje použití dusíkového produktu (ze separační jednotky vzduchu) jako druhotného chladicího plynu pro chlazení spalovače. Patent US 4557735 uvádí vedení odpadního dusíku do zóny spalování a vedení odpadního dusíku do spalin před expanzí v plynové turbíně. Patent US 4019314 uvádí zlepšení, které zahrnuje přimíchávání dusíkového produktu, vzniklého během separace vzduchu, do kouřových plynů (výfukového proudu spalovače) před jejich expanzí, přimíchávání dusíku do kouřových plynů mezi...dvěma stupni expanze a expanzi kouřových plynů v prvním stupni expanze na tlak dusíku opouštějícího zařízení pro separaci vzduchu. Další literatura popisující podobné použití odpadního dusíku zahrnuje patenty US 5080703, US 5036672, US 4697415 a US 4697413,
NejbližŠí stav techniky, popisující propojení odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu s horkými spalinami před expanzí, představují patenty US 4224045 a US 3731495. Patent US 4224045 popisuje stlačování alespoň části na dusík bohatého plynu ...na tlak alespoň shodný s tlakem zážehu a proudění stlačeného na dusík bohatého proudu do spalovacího proudu ve směru proti proudu uvedené hnací turbíny (expandéru plynové turbíny) a vstřikování alespoň části uvedeného stlačeného, na dusík bohatého, proudu do spalovacího proudu po jeho zážehu. Patent US 3731495 uvádí ohřívání odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu vhodným opláštěním kovu (spalovací komory) na dusík bohatým chladicím plynem, kde teplota dusíkem obohaceného plynu, který vstupuje do expandéru muže dosahovat 900 C a vstřikování relativně chladného, na dusík bohatého, plynu do uvedených horkých spalin v oddělené chladicí zóně za vytváření směsi dusíkem obohaceného plynu o střední teplotě a přetlaku.
Dále uvedený stav techniky se vztahuje na chlazení spalovací plynové turbíny, přechodového dílu a expandéru. Je nutno uvést, že nejjednodušší běžný způsob chlazení expandéru plynové turbíny, který je běžně používán odvádí část stlačeného vzduchu ze vzduchového kompresoru plynové turbíny do spalovače, přechodového dílu a několika prvních stupňů expandéru plynové turbíny jako průtokového chladivá soustavy. Patent US 5160096 popisuje okruh vlhkovzdušné turbíny, kde je vlhký vzduch užit jako průtokové chladivo pro první lopatky expandéru plynové turbíny, zatímco stlačený vzduch před zvlhčováním je před smísením s horkými spalinami užit jako průtokové chladivo lopatek prvního stupně rotoru. Patent US 5095693 uvádí odvádění bočního proudu vzduchu z výstupu kompresoru plynové turbíny, odebírání jeho určité tepelné energie nepřímou tepelnou výměnnou s proudem paliva a jeho následné použití jako chaldiva pro expandér plynové turbíny. Patent US 4571935 popisuje odebírání páry z vysokotlaké parní turbíny (obvykle spojené s provozem kombinovaného cyklu) pro chlazení vnějšího pláště a pevných lopatek expandéru. Patent US 4571935 popisuje rovněž spouštění systému a výhody nezávislé regulace proudu chladivá plynové turbíny. Patent US 4338780 uvádí vstřikování vody do některého z výstupů kompresoru plynové turbíny pro přípravu průtokového chladivá pohybujících se lopatek expandéru plynové turbíny. Patent US 4314442 popisuje parní chlazení expandéru s tenkou vrstvou tepelně izolující páry, která^ průtokovém uspořádání chrání pevné lopatky expandéru a rotující lopatky . Patent US 3973396 popisuje použití expandéru s Hilschovou trubicí pro chlazení části výstupu ze vzduchového kompresoru plynové turbíny před použitím ejektoru pro přívod tohoto plynu do hlavního proudu chladicího vzduchu, čímž se sníží průměrná teplota a připraví se dokonalé průtokové chladivo. Patent US 3783614 popisuje pečlivě uzavřený okruh chladicí soustavy expandéru plynové turbíny, který používá fluorouhlíkové chladivo.
Zpráva EPRI El-7300 o názvu Srovnání elektráren s cyklem vlhkovzdušné turbíny a s cyklem kombinovaným (březen 1991), kterou připravil A.D.Rao a kol., popisuje užití kompresního tepla, získaného z chladiče samostatné separační jednotky vzduchu, pro ohřívání vody určené k sycení proudu okysličovadla, přiváděného do spalovače plynové turbíny.
P ods t a t.a^ivy.ná lezu
Tento vynález se vztahuje na zlepšení způsobu výroby elektrické energie, kde v kryogenické separační jednotce vzduchu je stlačený vzduch destilován na kyslíkový produkt a odpadní dusíkový produkt, kde alespoň část tohoto kyslíkového produktu je stlačena a reaguje s uhlíkatým palivem ve zplynovači nebo v .jednotce částečné oxidace za vzniku syntetického plynu (paliva), obsahujícího oxid uhelnatý a vodík, kde napájecí vzduch je stlačen ve vzduchovém kompresoru plynové turbíny a následně alespoň částečně nasycen, kde je syntetický plyn spalován s tímto nasyceným, stlačeným, plynovou turbínu napájejícím, vzduchem: ve spalovači za vzniku spalin, které procházejí přes přechodový díl a pak expandují v turbíně a produkují energii, kde alespoň Část takto vytvořené energie je použita na pohon vzduchového kompresoru plynové turbíny a kde alespoň další část takto vytvořené práce je použita na výrobu elektřiny.
Zlepšení spočívá v tom, že alespoň část stlačeného vzduchu, přiváděného do kryogenické separační jednotky vzduchu, je částí stlačeného vzduchu napájejícího plynovou turbínu, odebranou ze vzduchového kompresoru plynové turbíny, a v tom, že alespoň část kompresního tepla kyslíkového produktu se použije na ohřívání vody určené pro nasycení stlačeného vzduchu napájejícího plynovou turbínu.
Zlepšení může dále spočívat v tom, že alespoň část odpadního dusíkového produktu je přiváděna do středního stupně kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu nebo v tom, že alespoň část odpadního dusíkového produktu je vstřikována jako regulovatelné inertní plynné chladivo, ředidlo nebo jako průtočné množství zvětšující složka do alespoň jedné části zařízení vybrané ze skupiny obsahující spalovač, přechodový díl a plynovou turbínu nebo v tom, že se použije alespoň část tepla, obsaženého v části stlačeného vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebrané ze vzduchového kompresoru napájecího vzduchem plynovou turbínu a která je vedena do kryogenické separační jednotky vzduchu
- 7 pro ohřívání části kyslíkového produktu, který je přiváděn do zlynovače nebo do jednotky částečné oxidace.
Výhodné rovněž je, když z kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebraná část napájecího vzduchu může být dále stlačena ve vzduchovém kompresoru separační jednotky před tím, než je přivedena do této separační jednotky vzduchu k destilaci a kompresní teplo, vzniklé tímto dalším stlačením, je použito pro ohřívání vody určené pro sycení vzduchu napájejícího plynovou turbínu.
Přehled obrázků na výkrese
Obr.1 představuje schematický diagram neintegrovanného způsobu podle stávajícího stavu techniky.
Obr.2 až 8 jsou schematické diagramy několika provedení způsobu podle tohoto vynálezu.
Příklady provedení vynálezu
Způsob podle vynálezu zahrnuje různé kombinace několika zlepšení v propojení mezi separační jednotkou vzduchu a zplynovací vlhkovzdušnou turbínou nebo zplynovačím kombinovaným cyklem elektrárny. První zlepšení zahrnuje přivádění alespoň části stlačeného napájecího vzduchu do separační jednotky vzduchu a to odebráním části stlačeného vzduchu ze střední části nebo z části mezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny. Druhé zlepšení zahrnuje navracení odpadního dusíku ze separeční jednotky vzduchu na vstup vysokotlaké sekce vzduchového kompresoru plynové turbíny. Třetí zlepšení zahrnuje navracení odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu do spalovací komory, přechodového dílu a/nebo do expandéru, jakožto regulovatelného inertního chladivá, ředidla nebo jako složky zvětšující průtočné množství plynové turbíny. Čtvrté zlepšení zahrnuje přivádění alespoň části kompresního tepla ze vzduchu napájejícího propojenou separační jednotku do přívodu vysokotlakého kyslíku vedeného do zplynovače. Páté zlepšení zahrnuje použití části kompresního tepla z kyslíkového produktu, navraceného dusíku nebo jakékoliv přídavné separační jednotky vzduchu pro ohřívání vody určené k sycení okysličovacího vzduchu nebo proudů paliva, přiváděných do spalovače plynové turbíny. Volba nejvhodnější kombinace jednotlivých zlepšení závisí na zvláštnostech každé integrované zplynovací elektrárny. Následujících pět provedení vynálezu představuje některé z nejvýhodnějŠích kombinací těchto zlepšení pro integrované zplynovací elektrárny typu, který bude v budoucnu nejpravděpodobněji konstruován.
Obr.l zobrazuje známou integrovanou zplynovací vlhkovzdušnou elektrárnu se samostatnou separační jednotkou vzduchu.
Na obr.l. je zobrazena separační jednotka 1 vzduchu a integrovaný cyklus 100 vzduchové turbíny. Jak bylo uvedeno výše, separační jednotka 1 vzduchu a integrovaný cyklus 100 turbíny nejsou navzájem spojeny, t.j. mají samostatné funkce.
V separační jednotce 1 vzduchu podle obr.l je napájecí vzduch vedený potrubím 10 stlačen v kompresoru 12, Tento stlačený vzduch je čištěn od nečistot jako jsou voda, oxid uhličitý a uhlovodíky a pak je přiváděn do kryogenické destilační kolony 14, která produkuje alespoň jeden kyslíkový produkt a jeden dusíkový produkt. Tato kryogenická destilační kolona může být jakéhokoliv typu, jednoduchá nebo několikanásobná, pracující s normálním nebo se zvýšeným tlakem. Dále může tato kryogenická destilační kolona produkovat argonový produkt. Při tomto použití je dusíkový produkt odstraněn potrubím 1£ a odveden jako odpad.
- 9 Kyslíkový produkt je odváděn potrubím 18 a v kompresoru 20 stlačován na tlak požadovaný pro použití ve zplynovači. Pro odvádění kompresního tepla je do mezistupňových chladičů nebo do dochlazovačů stlačeného vzduchu kompresoru 20 přiváděna potrubím 24 voda. Horká chladicí voda je pak odváděna potrubím 26.
V integrovaném cyklu 100 vzduchové turbíny je napájecí vzduch přicházející potrubím 110 stlačován v nízkotlakém kompresoru 112. ochlazován v mezistupňovém chladiči (chladičích) 114. dále stlačován ve vysokotlakém kompresoru 116 a rozdělen na dvě části. První část stlačeného vzduchu proudí do potrubí 120 a druhá část stlačeného vzduchu do potrubí 118. První část stlačeného vzduchu z potrubí 120 je chlazena v dochlazovači (dochlazovačích) 122 a pak v sytiči 126 nasycena vodou. Nasycená stlačená první část napájecího vzduchu v potrubí 128 je dále ohřívána v rekuperátoru 130. Tato ohřátá stlačená a nasycená první část napájecího vzduchu v potrubí 132 je následně spalována ve spalovači 134 spolu s tekutým palivem, přivedeným potrubím 150. které je také ohříváno v rekuperátoru 130. Produkt spalování v potrubí 136 expanduje v expandéru 138 za vzniku mechanické práce, která je zpětně použita pro pohon kompresorů 112 a 116 a pro výrobu elektřiny za použití generátoru 160. Druhá část stlačeného vzduchu v potrubí 118 je použita pro chlazení turbíny. Tento vzduch pro chlazení turbíny může být přiváděn do různých vstupních míst např. potrubím 133 do spalovače 134. potrubím 135 do přechodového dílu, potrubím 137 do expandéru nebo může být použita jakákoliv jejich kombinaci. Výfukový plyn z expandéru 138 proudí potrubím 140 do rekuperátoru 130 a ekonomizéru (tepelného výměníku) 142. kde je chlazen před tím, než je jako spalina odveden potrubím 144.
Dále, pokud se týká integrovaného cyklu 100 turbíny, je potrubím 40 do posledního z mezistupňových chladičů 114 přiváděna přídavná voda, která je pak míšena s vodou z odvzdušňovače zplynovače, jež je vedena potrubím 50 . Tento smísený proud vody je ohříván v ekonomizéru 142 před tím, než je přiveden do horní oblasti sytiče 126. V sytiči 126 je horká voda přiváděna do styku se suchým vzduchem z potrubí 124. čímž vzniká nasycený vzduch pro další použití ve spalovači, kam je odváděn potrubím 128. Část přebytečné vody ze sytiče 126 je použita k rekuperaci kompresního tepla z proudu stlačeného napájecího vzduchu procházejícího potrubím 110. Toto kompresní teplo je rekuperováno prostředky mezistupňového chladiče (chladičů) 114 a dochlazovače (dochlazovačů) 122 Veškeré přídavné teplo nutné pro nasycení suchého stlačeného vzduchu z potrubí 124 je vytvářeno v ohřívači 70 vody na zplynované uhlí. Jak bylo uvedeno, je voda odvedená ze dna sytiče 126 potrubím rozdělena do tří proudů. První proud je potrubím 56 veden do druhého dochlazovače 122 a zde je ohříván. Druhý proud je potrubím 7 4 veden do prvního mezistupňového chladiče (chladičů) 114. je zde ohříván a pak veden potrubím 76 a následně smíchán s horkou vodou z druhého dochlazovače 122 proudíc v potrubí 58 . Proud smísené horké vody je potrubím 60 veden do prvního dochlazovače (dochlazovačů) 122 a zde ohříván. Třetí proud v potrubí 68 je současně s alespoň částmi středních proudů vody v potrubích 78 a 80 ohříván v ohřívači 70.. Ohřátá voda v potrubí 72 je smísena s ohřátou vodou v potrubí 62 a potrubím 64 přiváděna do horní oblasti sytiče 126 . Nakonec část spodního středního proudu vody v potrubí 80 je přes potrubí 82 smísena s vodou z potrubí 50 přicházející z odvzdušňovače zplynovače.
Obr.2 zobrazuje jedno provedení vynálezu využívající koncepci odebírání části nebo veškerého stlačeného vzduchu napájejícího nízkotlakou separační jednotku vzduchu ze sekce mezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny a navracení části odpadního tepla, vzniklého stlačováním kyslíkového produktu do sytiče. Na obr.2 je potrubím 210 odebírána část stlačeného vzduchu opouštějícího kompresor 112. Tato část může být odváděna z jedné ze tří lokalit - před vstupem do mezistupftového chladiče (chladičů) 114, z těchto chladičů 114 a za chladiči 114. Výhodnou polohou, zobrazenou na obr.2 plnou čarou, je místo za mezistupňovým chladičem (chladiči) 114. Skutečné umístění by bylo takové, které by optimalizovalo integraci dané soustavy.
Demineralizované přídavná voda, která je vedena potrubími 24 a 224 je ohřívána tepelnou výměnou mezi různými proudy ze separační jednotky 1 vzduchu včetně proudu stlačeného kyslíku, přiváděného potrubím 22. tedy mezistupňové chlazení a případně i dochlazování odebírá kompresní teplo proudu. Ohřátá přídavná voda je potrubím 226 přiváděna do sytiče 126 jako část vody pro zvlhčování vzduchu. Možná jsou i jiná místa napojení horké vody ze separační jednotky 1 vzduchu, skutečné umístění tohoto napojení je pak takové, že integrace soustavy je optimální. Ostatní části zobrazené na obr.2 nejsou oproti obr.l změněny. Pro podobné proudy a provozní zařízení, které jsou na obrázcích zobrazeny se používá stejných vztahových značek.
Je zřejmé, jak zobrazuje obr.2, že veškerý stlačený vzduch přiváděný do nízkotlaké separační jednotky vzduchu je odebírán ze sekce mezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny, ale možné je také přivádět jen část stlačeného vzduchu do separační jednotky z tohoto zdroje tak, aby to odpovídalo možnostem zatížení plynové turbíny. Výhodné je, když proud propojovacího vzduchu v potrubí 210 má tlak v rozmezí 345 až 1035 kPa a teplotu přibližně kolem teploty přiváděné přídavné nebo chladicí vody.
Obr.2 zobrazuje, že chlazení veškerého kyslíkového produktu při stlačování je uskutečňováno deminexalizovanou přídavnou vodou směrovanou do sytiče 126 . V .případech, kdy je požadována nadměrná výhřevnost přídavné vody je možno dc dražší demineralizované přídavné vody směrovat pouze část kompresního tepla kyslíkového produktu a zbytek tohoto tepla odvádět normální chladicí vodou. Jednou možností může být toto propojení horké vody nasměrovat do ekonomizéru 142 neb' do ohřívače 7 Q vody na zplyň-vane uhlí pro její další ohřátí před vstupem ao sytiče vzduchu.
Další uspořádání tohoto provedení vynálezu je zobrazeno na obr.3. V tomto provedení je zobrazen dodatečný výměník 212 tepla mezi proudem propojovacího vzduchu v potrubí 210 a vysokotlakým kyslíkem přiváděným do zpiynovače potrubím 22Tato varianta používá myšlenku přenosu určitého kompresního tepla propojovacího proudu vzduchu, přiváděného do separační jednotky vzduchu, do vysokotlakého kyslíku· vedeného do zpiynovače. Proud propojovacího vzduchu v potrubí 2IQ muže být odebírán v jakémkoliv místě střední sekce nebo sekce rnezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny (na obrázku zobrazeno čárkovaně) tak, aby se optimalizovalo chlazení a ohřívání v soustavě.
Obr.4 zobrazuje druhé provedení vynálezu, které opět využívá myšlenku odebírání části nebo veškerého, na nízký tlak stlačeného, vzduchu napájejícího nízkotlakou separační jednotku vzduchu ze sekce rnezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny a navracení odpadního kompresního tepla kyslíkového produktu do sytiče okysličovadla. Oproti soustavám zobrazeným na obr.2 a 3 toto provedení používá okruh kapalného kyslíku, který vyžaduje, aby Část přívodu do separační jednotky vzduchu měla tlak vyšší než asi 690 kPa.
Obr.4 ukazuje, že veškerý vzduch pro napájení separační jednotky 1 vzduchu, stlačený na nižší tlak, je odebírán potrubím 210 z mezistupňového chladiče kompresoru plynové turbíny a všechen napájecí vzduch separační jednotky s vyšším tlakem je odebírán potrubím 310 z výstupu dochlazovače (dochlazovačů) 122. Důležité je uvědomit si, že je rovněž možné přivádět pouze část stlačeného vzduchu do separační jednotky z těchto zdrojů tak, aby to nejlépe odpovídalo možnostem zatížení plynové turbíny. Výhodné je, když proud nízkotlakého propojovacího vzduchu v potrubí 210 má tlak v rozmezí 345 až 1035 kPa a teplotu pohybující se kolem teploty přiváděné přídavné nebo chladicí vody. Jako v případě prvního provedení je možno proud nízkotlakého propojovacího vzduchu odebírat v jakémkoliv místě střední sekce nebo sekce mezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny (na obrázku vyznačeno čárkovanými čarami) tak, aby se optimalizovalo mezistupňové chlazení soustavy. Výhodné je, když proud vysokotlakého propojovacího vzduchu v potrubí 310 má tlak vyšší než asi 690 kPa a teplotu pohybující se kolem teploty přiváděné přídavné nebo chladicí vody. Podobně je u tohoto provedení možné odebírat proud vysokotlakého propojovacího vzduchu v jakémkoliv místě dochlazovací sekce vzduchového kompresoru plynové turbíny (na obrázku vyznačeno čárkovanými čarami) tak, aby se optimalizovalo dochlazování v soustavě. Rovněž je možné chladič 312 napájecí vody, napojený na vysokotlaký propojovací vzduch, přesunout po směru proudění k expandéru 314 nebo jej zcela odstranit tak, aby se optimálně podle požadavku vytvářela dodatečná energie nebo aby se zajistilo větší chlazení vysokotlakého proudu propojovacího vzduchu. Požadavky na expandér 314 jsou určeny optimálními tlaky zvolenými pro stlačený vzduch v potrubí 120. který napájí plynovou turbínu a pro vzduch v potrubí 316. který napájí separační jednotku vzduchu.
- 14 Obr.4 také ukazuje, že chlazení stlačeného kyslíkového produktu je uskutečňováno demineralizovanou přídavnou vodou, která je pak směrována do sytiče 126 V případech, kdy je potřebná zvýšená výhřevnost přídavné vody, je možno do dražší demineralizované přídavné vody směrovat pouze Část kompresního tepla kyslíkového produktu a zbytek tohoto tepla Odvádět pomocí normální chladicí vody. V jedné z možností může být toto propojení horké vody nasměrováno do ekonomizéru 142 nebo do ohřívače 70. vody na zplynované uhlí pro její další ohřev před vstupem do sytiče 126.
Obr.4 zobrazuje dvě odlišné tlakové úrovně vzduchu pro napájení separační jednotky vzduchu. Pokročilejší kryogenické separační cykly by vyžadovaly pro optimální propojení tři nebo více tlakových úrovní.
Jiné uspořádání tohoto druhého provedení vynálezu je zobrazeno na obr. 5. Podobně jako obr.3 zobrazuje obr. 5 dodatečný výměník 311 tepla mezi vysokotlakým propojovacím proudem vzduchu a proudem vysokotlakého kyslíku vedeného do zplynovače. Tato varianta využívá myšlenku přenosu kompresního tepla vzduchu přiváděného do separační jednotky vzduchu a vysokotlakého kyslíku vedeného do zplynovače.
Obr.6 zobrazuje třetí provedení vynálezu využívající myšlenku odebírání části nebo veškerého stlačeného vzduchu pro napájení separační jednotky pracující se zvýšeným tlakem ze sekce mezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny, navracení části nebo veškerého odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu na vstup vysokotlaké sekce vzduchového kompresoru plynové turbíny a navracení odpadního tepla vzniklého stlačováním kyslíkového produktu a přídavným stlačováním vzduchu pro separační jednotku do sytiče okysličovadla. Oproti soustavám zobrazeným na obr.2 až 5, separační jednotka 1 vzduchu u tohoto provedení používá okruh se zvýšeným tlakem, který může vyžadovat vyšší tlak vzduchu přiváděného do separační jednotky než je tlak v sekci mezistupňového chlazení.
Podle obr.6 je vyšší tlak napájecího vzduchu zajištěn pomocí dalšího stlačení proudu propojovacího vzduchu, přicházejícího ze sekce mezistupňového chlazení turbíny potrubím 410. v předřazeném kompresoru 412. Ačkoliv obrázek ukazuje, že všechen vzduch napájející separační jednotku je odebírán z mezistupňového chladiče kompresoru plynové turbíny, je možné, aby se pouze část tohoto napájecího vzduchu separační jednotky, která nejlépe odpovídá zatížení kompresoru plynové turbíny, přiváděla z tohoto zdroje. Jako v případě prvního a druhého provedení vynálezu je možno odebírat proud nízkotlakého propojovacího vzduchu v kterémkoliv místě střední sekce nebo sekce mezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny tak, aby se optimalizovala soustava chlazení. Obr.6 ukazuje, že veškerý odpadní dusík v potrubí 16 se ze separační jednotky vzduchu vrací do sekce mezistupňového chlazení kompresoru plynové turbíny. Možné je také vracet pouze takovou část odpadního dusíku ze separační jednotky do kompresoru plynové turbíny, která odpovídá zatížení plynové turbíny. Je třeba poznamenat, že výhodným je navracení dusíku stlačeného proudu vzduchu v místě směrem po místa odběru proudu nízkotlakého propojovacího vzduchu tak, aby se udržela koncentrace kyslíku ve vzduchu, který napájí separační jednotku vzduchu. Výhodně má proud navraceného odpadního dusíku v potrubí 16 tlak a teplotu shodnou s tlakem a teplotou proudu opouštějícího poslední mezistupňový chladič plynové turbíny.
do primárně proudění od
Navíc obr.6 ukazuje, že chlazení stlačovaného kyslíkového produktu a dochlazování vzduchu procházejícího předřazeným kompresorem 412 je prováděno demineralizovanou přídavnou vodou, která je pak vedena do sytiče 126. V případech, kdy je potřebná zvýšená výhřevnost přídavné vody je možno do dražší demineralizované přídavné vody odvádět pouze část kompresního tepla kyslíkového produktu a zbytek tohoto tepla odvádět pomocí normální chladicí vody. U jedné možností může být propojení horké vody směrováno do ekonomizéru nebo do ohřívací soustavy vody na zplynované uhlí pro další ohřátí této vody před jejím vstupem do sytiče okysličovadla.
Stejně jako varianta tohoto u předchozích provedení obsahuje jedna třetího provedení princip přenosu kompresního tepla vzduchu, který napájí separační jednotku vzduchu do vysokotlakého kyslíku, který je přiváděn do zplynovače. U tohoto provedení by tato varianta mohla výhodně používat přídavný tepelný výměník kyslíku (na obrázku nezobrazen) umístěný ve směru proudění od jakéhokoliv přídavného kompresoru proudu propojovacího vzduchu nebo směrem proti proudu od přídavného kompresoru v případě, že proud propojovacího vzduchu je odebírán ze sekce před mezistupňovým chlazením.
Obr.7 zobrazuje čtvrté provedení vynálezu využívající myšlenku navracení části nebo veškerého odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu do spalovače, přechodového dílu a/nebo expandéru plynové turbíny jakožto regulovatelného inertního chladivá a navracení odpadního tepla ze stlačování kyslíkového produktu do sytiče okysličovacího vzduchu. Toto provedení také užívá technologie odebírání části nebo veškerého stlačeného vzduchu pro napájení separační jednotky pracující se zvýšeným tlakem z výstupu vysokotlaké sekce vzduchového kompresoru plynové turbíny. Podobně jako soustava na obr.6 používá separační jednotka 1 vzduchu okruh se zvýšeným tlakem. V závislostí na konstrukci vzduchového kompresoru plynové turbíny může separační jednotka potřebovat napájení vzduchem o tlaku nižším než je výstupní tlak kompresoru 116 plynové turbíny.
V případě potřeby je tento proud napájecího vzduchu o sníženém tlaku získán expanzí v expandéru 34 proudu propojovacího vzduchu vedeného potrubím 510 z dochlazovací sekce plynové turbíny. Obr.7 zobrazuje případ, kdy všechen tento stlačený, separační jednotku vzduchu napájející vzduch je odebírán z dochlazovače kompresoru plynové turbíny. Nicméně možné je rovněž přivádět pouze část tohoto stlačeného vzduchu napájejícího separační jednotku vzduchu z tohoto zdroje. Stejně jako v případě druhého provedení vynálezu je možno odebírat proud vysokotlakého propojovacího vzduchu v jakémkoliv místě dochlazovací sekce vzduchového kompresoru plynové turbíny (na obrázku zobrazeno přerušovanými čarami) tak, aby dochlazování soustavy bylo optimální. Možné je rovněž přemístit chladič napájecí vody napojený na proud vysokotlakého napájecího vzduchu směrem proti proudu k expandéru nebo ho zcela odstranit tak, aby podle potřeby optimálně vznikala přídavná energie nebo aby se zajistilo větší chlazení proudu vysokotlakého propojovacího vzduchu.
Jak je zobrazeno na obr.8 je dále možné použít myšlenku odebírání stlačeného napájecího vzduchu ze střední sekce nebo sekce mezistupňového chlazení kompresoru plynové turbíny s jeho dalším stlačením prováděným kompresorem 412 aby se dosáhlo lepšího propojení separační jednotky vzduchu s ohledem na možnosti zatížení plynové turbíny. Výhodné je když je stav propojovacího proudu vzduchu stejný jako byl popsán u třetího provedení. Podobně jako u tohoto provedení je možné odebírat proud nízkotlakého propojovacího vzduchu v jakémkoliv místě střední sekce nebo sekce mezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny (na obrázku vyznačeno čárkovanými čarami) tak, aby se mezistupňové chlazení v soustavě optimalizovalo.
Obr. 6 a 7 dále ukazují, že všechen odpadní dusík v potrubí 16 je ze separační jednotky vzduchu veden do spalovače plynové turbíny, přechodového dílu a/nebo proudu chladivá expandéru a to potrubími 420. 422 resp.424 Rovněž je možné navracet pouze část odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu (při vhodném tlaku) do spalovače plynové turbíny, přechodového dílu a expandéru za účelem nej lepšího přizpůsobení požadavkům na chlazení. Jestliže není požadováno použití dusíku pro chlazení nebo to není výhodné může být dusík navracen do těchto míst, aby zajistil zvýšení průtočného množství pohonou soustavou plynové turbíny a/nebo do spalovače nebo do přívodu paliva, aby zde působil jako ředidlo pro snížení teploty plamene a tím omezení tvorby NOx.
Obr.7 a 8 navíc zobrazují, že veškeré chlazení kompresoru 20 kyslíkového produktu a/nebo předřazeného kompresoru 412 je uskutečňováno demineralizovanou přídavnou vodou, která je pak vedena do sytiče 126 a/ nebo do ekonomizéru 142. V případech, kdy je potřebná vyšší výhřevnost přídavné vody, je možné směrovat pouze část kompresního tepla kyslíkového produktu do dražší demineralizované přídavné vody a zbytek tohoto tepla odvádět normální chladicí vodou. Navíc je možné převést část nebo veškeré kompresní teplo dusíkového zpětného proudu do demineralizované přídavné vody. Jako další možnost může být tento tok horké vody směrován do ohřívací soustavy 70 vody na zplynované uhlí pro její další ohřev před vstupem do sytiče 126 .
Stejně jako u předešlých provedení, může jedna z možností tohoto provedení obsahovat přenos kompresního tepla propojovacího vzduchu, který je přiváděn do separační jednotky vzduchu, do přívodu vysokotlakého kyslíku ke zplynovači. V provedení, které je zobrazeno na obr.7, by mohla tato možnost používat přídavný tepelný výměník kyslíku (nezobrazen) umístěný směrem po proudu od místa odebírání vysokotlakého propojovacího vzduchu z kompresoru plynové turbíny. U provedení, jak je zobrazeno na obr.8 by tato možnost mohla použít přídavný tepelný výměník kyslíku (nezobrazen) umístěný směrem po proudu od jakéhokoliv předřazeného kompresoru proudu propojovacího vzduchu nebo proti proudu od této jednotky, jestliže je proud propojovacího vzduchu odebírán ze sekce plynové turbíny před mezistupňovým chlazením. Další varianta umožňuje, aby přídavné kompresní teplo z dusíku chladícího turbínu bylo převedeno do proudu kyslíku. To by bylo možno uskutečnit umístěním tepelného výměníku směrem po proudu za kompresor kyslíku a kompresor dusíku.
Tento vynález, jak byl popsán v předešlých čtyřech provedeních, představuje významný pokrok oproti stavu techniky, protože tento vynález snižuje kapitálové náklady, zvyšuje výkon a/nebo účinnost při pevném výkonu. Tento vynález zlepšuje provozní pružnost elektrárny s integriovanou zplynovací vlhkovzdušnou turbínou nebo s kombinovaným cyklem (integrovaným kombinovaným zplynovacím cyklem). Vynález se od dříve popsaných způsobů známých ze stavu techniky odlišuje ve svých provedeních různými kombinacemi klíčových principů propojení mezi separační jednotkou vzduchu a integrovanou zplynovací vlhkovzdušnou turbínou nebo integrovaným kombinovaným zplynovacím cyklem. První principem je odebírání části nebo veškerého stlačeného vzduchu, který napájí separační jednotku vzduchu, ze střední sekce nebo sekce mezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny. Druhým principem je navracení odpadového dusíku ze separační jednotky vzduchu o středním tlaku do přívodu vzduchu vysokotlakého stupně vzduchového kompresoru plynové turbíny. Třetím principem je navracení odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu do spalovače plynové turbíny, přechodového dílu a/nebo expandéru jakožto regulovatelného inertního chladivá. Čtvrtým principem je přenos kompresního tepla vzduchu, který napájí separační jednotku vzduchu, do přívodu vysokotlakého kyslíku do
-20zplynovače. Pátým principem je použití části kompresního tepla kyslíkového produktu, navraceného dusíku nebo tepla z jakékoliv pomocné separační jednotky vzduchu pro ohřívání vody užívané k sycení okysličovacího vzduchu nebo proudů paliva přiváděných do spalovače plynové turbíny. V závislosti na odlišnostech každé integrované zplynovací elektrárny zajištují největší zlepšení oproti popsanému známému stavu techniky různé kombinace uvedených myšlenek.
Ačkoliv kryogenické separační jednotky, které byly dříve popsány, používají kompresor kyslíku, je rovněž možné použít okruh využívající tekutý kyslík. V těchto případech by stlačená tekutina jako je vzduch nebo dusík mohla být užita k odpařování čerpaného kyslíku. Kompresory pro tyto tekutiny by mohly být připojeny k okruhu zplynovací turbíny, jak již bylo popsáno pro kompresory kyslíku a předřazené kompresory vzduchu.
Čtyři provedení propojení integrované zplynovací vlhkovzduŠné turbíny a separační jednotky vzduchu podrobně popsané v popise vynálezu byly zhodnoceny modelováním procesů na počítači, aby se stanovily jejich výhody v porovnání se stávající technologií. Provozní měřítko použité pro modelování bylo stejné jako u soustavy integrované zplynovací vlhkovzduŠné turbíny, kterou popsali A.D.Rao a W.H.Day na desáté a jedenácté výroční konferenci EPRI o zplynovacích elektrárnách v roce 1991 a 1992 s nominálním výkonem 230 MW při okolní teplotě 32 C. Odpovídající provozní objem kyslíku je 1400 tun/den (vytváří 95% čistého kyslíku). Tabulka 1 obsahuje výsledky počítačového modelování pro základní případ existující technologie vlhkovzduŠné turbíny (sloupce I a III) a pro navrhovaná propojení integrované zplynovací vlhkovzduŠné turbíny a separační jednotky vzduchu (sloupce II, IV až VI).
o-1 — r-t ~
Tabul k a 1
« základní případ nízkotlaké separační jednotky (obr.l) případ propojené nízkotlaké separační jednotky (obr.2) základní • případ separač. jednotky s kapal, kyslíkem případ propoj ené separač. jednotky s kapal, kyslíkem případ propojen/ navrac. N se zvýšen tlakem (obr.6) 1 — 1 případ propojené chladicího dusíku se zvýš. tlakem
I II III IV V VI
teplota napájecího vzduchu separ.jednotky: C 32,2 39,4 32,2 40 32,2 10
tlak napájecího vzduchu separ. jednotky: kPa 101 482 101 482000 1668 1380
celkový výkon separ.jednotky: kW 19756 7765 19026 3250 15999 19675
výkon kompresoru plynové turbíny: kW 102254 116613 101254 125245 105825 113563
teplota na vstupu do turbíny: C 1320 1320 1320 1320 1320 1320
tlak na vstupu do turbíny: kPa 3654 3702 3654 3730 3688 3792
nárůst spotřeby paliva: Z 1,6 2,3 0,8 4,2
čistý výkon+: MW 209,3 212,4 210,0 211,7 212,8 216,3
celková spotřeba tepla: kJ/kWh 8090 8095 8062 8175 8017 8158
+ čistý výkon se rovná výstupní výkon expandéru plynové turbíny minus celkový výkon pro pohon kompresoru plynové turbíny, vzuchového kompresoru separační jednotky vzduchu, kompresoru odpadního dusíku a kompresoru kyslíkového produktu, celková spotřeba tepla odpovídá dodávanému uhlí.
První provedení vynálezu (sloupec II) používá princip odebírání veškerého stlačeného vzduchu napájejícího nízkotlakou separační jednotku vzduchu nebo jeho části ze sekce mezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny a navracení části odpadního kompresního tepla kyslíkového produktu do sytiče okysličovadla. Toto provedení, zobrazené na obr.2, lze nejlépe srovnat se stávající technologií integrované zplynovači vlhkovzušné turbíny se samostatnou nízkotlakou separační jednotkou vzduchu (sloupec I) . Vynález má výhodu ve zmenšení nebo úplné eliminaci hlavního vzduchového kompresoru separační jednotky vzduchu a s tím spojenými úsporami ve výši kolem 7 000 000 USD a ve zvýšení výkonu elektrárny o více než 3,1 MW při v podstatě stejné spotřebě tepla. Navíc vynález umožňuje, aby separační jednotka pracovala při optimálnějším tlaku napájecího vzduchu v rozmezí 345 až 1035 kPa bez dodatečné expanze nebo komprese oproti dřívější technologii odebírání napájecího vzduchu pro separační· jednotku z vysokotlakého výstupu vzduchového kompresoru plynové turbíny, která byla popsána ve stavu techniky. Navíc, v závislosti na zvláštnostech soustavy chlazení, muže být chladicí výkon přesunut do separační jednotky vzduchu lokalizací místa odebírání napájecího vzduchu pro separační jednotku vzduchu k mezistupňovému chladiči, čímž se dosáhne další provozní nebo konstrukční pružnosti. Náklady na tato zlepšení jsou relativně nízké a spočívají v možném požadavku na zvýšení kapacity nízkotlakého stupně vzduchového kompresoru plynové turbíny, zvětšení velikosti mezistupňových chladičů kompresoru plynové turbíny a ve zvýšení průtoku paliva oproti základnímu stavu o asi 1,6%. S možností přenést kompresní teplo vzduchu pro napájení separační jednotky vzduchu do proudu vysokotlakého kyslíku vedeného do zplynovače, zobrazené na obr.3, může být kyslík veden do zplynovače při vyšší teplotě, která zlepší výkon zplynovače. Výměnou za toto zlepšení výkonu zplynovače je, že méně kompresního tepla muže být přeneseno 'do sytiče okysličovacího vzduchu, ale protože toto zlepšení přivádí teplo přímo do procesu, může tato možnost přinést další výhody.
Druhé provedení vynálezu (sloupec IV) používá rovněž princip odebírání veškerého nebo části nízkotlakého stlačeného vzduchu napájejícího nízkotlakou separační jednotku vzduchu ze sekce mezistupftového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny a navracení části odpadního kompresního tepla kyslíkového produktu do sytiče okysličovadla. Toto provedení, zobrazené na obr.4, rovněž odebírá všechen vysokotlaký napájecí vzduch připojený k části cyklu používajícího kapalný kyslík, z výstupu vysokotlaké sekce vzduchového kompresoru plynové turbíny a je nejlépe porovnatelný se stávající technologií integrované zplynovací vlhkovzdušné turbíny se samostatnou nízkotlakou separační jednotkou vzduchu používající kapalný kyslík (sloupec III) . Vynález má výhodu především ve zmenšení nebo úplné eliminaci vzduchového kompresoru separační jednotky vzduchu s kapitálovými úsporami ve výši asi 8 000 000 USD a ve zvýšení výkonu elektrárny o 1,7 MW při mírně zvýšené spotřebě tepla. Jako u prvního provedení, umožňuje vynález, aby separační jednotka vzduchu, oproti dřívější technologii odebírání napájecího vzduchu pro separační jednotku z vysokotlakého výstupu vzduchového kompresoru plynové turbíny, popsané ve stavu techniky, pracovala při optimálnějším tlaku napájecího vzduchu v rozmezí 345 až 1035 kPa a to bez dodatečné expanze nebo komprese. Dále v závislosti na zvláštnostech systému mezistupňového chlazení a dochlazování může být chladicí výkon přesunut do separační jednotky vzduchu lokalizací místa odebírání napájecího vzduchu pro separační jednotku vzduchu k mezistupňovému chladiči a dochlazovači, čímž se dosáhne další konstrukční nebo provozní pružnosti soustavy. Náklady na tato zlepšení jsou relativně malé a spočívají v možném nároku na větší výkon vzduchového kompresoru plynové turbíny, na větší velikost mezistupňového chladiče kompresoru plynové turbíny a dochlazovače, v případné potřebě přídavného expandéru vzduchu, jestliže je na vysokotlakém výstupu kompresoru plynové turbíny podstatně větší tlak než je tlak vysokotlakého vzduchu napájejícího separační jednotku a ve zvýšeném průtoku paliva o 2,3 % oproti základnímu případu. Při využití možnosti přivádět kompresní teplo propojovacího vzduchu, který napájí separační jednotku vzduchu, do vysokotlakého kyslíku vedeného do zplynovače (zobrazeno na obr.5), může být kyslík do zplynovače přiváděn za vyšší teploty, což zlepšuje výkon zplynovače. Stejně jako u předchozího provedení, je výměnou za toto zlepšení výkonu zplynovače to, že do sytiče okysličovacího vzduchu pak může být přeneseno menší množství kompresního tepla, ale vzhledem k tomu, že toto zlepšení přivádí teplo přímo do procesu, může tato možnost vytvářet další přínosy.
Třetí provedení vynálezu (sloupec V) používá odebírání části nebo veškerého stlačeného vzduchu pro napájení separační jednotky používající zvýšený tlak, ze sekce roezistupňového chlazení vzduchového kompresoru plynové turbíny, navracení části nebo veškerého odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu do vzduchu přiváděného do vysokotlaké sekce vzduchového kompresoru plynové turbíny a navracení odpadního tepla, vzniklého kompresí kyslíkového produktu, do sytiče okysličovacího vzduchu. Toto provedení, zobrazené na obr.6, lze nejlépe srovnat se stávající technologií integrované zplynovací vlhkovzdušné turbíny se samostatnou separační jednotkou vzduchu (sloupec I). Vynález má oproti této technologii výhodu ve zmenšení nebo úplném odstranění hlavního vzduchového kompresoru separační jednotky vzduchu a ve s tím spojených úsporách ve výši 7 000 000 USD, v podstatném zmenšení velikosti kompresoru kyslíku a ve zvýšeném výkonu elektrárny o 3,5 MW při mírně zlepšené spotřebě tepla. Toto provedení má rovněž výhodu v navracení kompresní energie dusíkového .produktu o středním tlaku ze separační jednotky vzduchu do soustavy plynové turbíny a to bez jakéhokoliv přídavného kompresního zařízení, na rozdíl od technologie navracení dusíku o zvýšeném tlaku ze separační jednotky vzduchu do proudu paliva nebo přímo do spalovací komory, jak byla popsána ve stavu techniky. Dále může být navracen dusík při nižší nebo vyšší teplotě než je teplota proudu vzduchu do něhož je přidáván. To může přinést další výhody ve zlepšení regulace vstupu do následujícího stupně kompresoru plynové turbíny. Například, když okolní teplota je pro zvýšení účinnosti komprese vysoká, může být dusík navracen při teplotě menší než je teplota vzduchového proudu pro přeplňování vysokotlaké sekce plynové turbíny. V závislosti na charakteristikách soustavy mezistupňového chlazení, může být chladicí výkon přenesen do separační jednotky vzduchu a to lokalizací místa odebírání vzduchu pro napájení separační jednotky vzduchu a místa navracení dusíku k mezistupňovému chladiči, což dále zlepší konstrukční a provozní pružnost soustavy. Náklady na tato zlepšení jsou relativně malé, jsou vyvolány požadavkem na velmi malé zvýšení výkonu nízkotlakého stupně vzduchového kompresoru plynové turbíny, mírně větší prostor pro mezistupňový chladič kompresoru plynové turbíny, na další předřazený kompresor separační jednotky a zvýšením průtoku paliva o 0,8 % oproti základnímu stavu. Při využití možnosti předávání kompresního tepla vzduchu napájejícího integrovanou separační jednotku vzduchu do vysokotlakého kyslíku, který je přiváděn do zplynovače, může být kyslík do zplynovače přiváděn za vyšší teploty, která zvýší účinnost zplynovače. Stejně jako v předchozím případě je výměnou za toto zvýšení účinnosti zplynovače to, že méně kompresního tepla může být přeneseno do sytiče okysličovacího vzduchu, ale jelikož tímto zlepšením je teplo přenášeno přímo do procesu, může tato možnost přinášet další výhody.Také je nutno uvést, že obsah kyslíku v okysličovacím vzduchu je u tohoto provedení snížen ze zhruba 20% přebytku na 10% přebytek, což může ovlivnit konstrukci spalovače.
Čtvrté provedení vynálezu (sloupec VI) používá myšlenku navracení veškerého nebo části odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu jako regulovatelného inertního chladivá do přechodového dílu, a/nebo expandéru plynové turbíny a navracení odpadního kompresního tepla kyslíkového produktu do sytiče okysličovacího vzduchu. Toto provedení rovněž odebírá veškerý nebo alespoň část stlačeného vzduchu napájejícího separační jednotku vzduchu,která používá zvýšený tlak z výstupu sekce vysokého tlaku, ale ne nezbytně ze sekce nejvyššího tlaku vzduchového kompresoru plynové turbíny. Toto provedení, které bylo zobrazeno na obr.7, lze nejlépe porovnat se stávající technologií integrované zplynovací vlhkovzdušné turbíny se samostatnou nízkotlakou separační jednotkou vzduchu (sloupec I) . Vynález má výhodu ve zmenšení nebo úplném odstranění hlavního vzduchového kompresoru separační jednotky, což představuje úsporu kapitálu ve výši asi 7 000 000 OSD, ve významném zmenšení velikosti kompresoru kyslíku a ve zvýšení výkonu elektrárny o 7,0 MW při mírně výšší spotřebě tepla. Chlazení přechodového dílu plynové turbíny a/nebo ezpandéru bude uskutečněno nezávisle regulovatelným proudem inertního chladivá namísto proudem vzduchu, který je používán ve většině existujících technologií. Toto umožní větší provozní pružnost a mělo by také dovolit podstatné zvýšení teploty spalování. Zvýšená účinnost dosažená zvýšením teploty spalování nebyla vzata v úvahu při modelování účinnosti a výkonu elektrárny, takže skutečné přínosy budou větší než ty, které jsou vyčísleny v Tab. 1. Dále není pravděpodobné, na rozdíl od dřívější technologie navracení dusíku do proudu paliva nebo do spalovače, známé ze současného stavu techniky, že dusíkové chladivo může být dodáváno do turbínových stupňů při nižším tlaku než je tlak na výstupu vzduchového kompresoru plynové turbíny. Přínosy uvedené v Tab.1 je třeba považovat za poněkud opatrné. Varianta tohoto provedení, zobrazená na obr., 8, rovněž používá myšlenku
2f?
odebírání vzduchu napájejícího separační jednotku vzduchu ze střední sekce nebo z dochlazovací sekce vzduchového kompresoru plynové turbíny s možností připojení předřazeného kompresoru pro zajištění vhodného přívodního tlaku do separační jednotky. U této varianty je dalším přínosem, závisejícím na specifikách soustavy mezistupňového chlazení, že chladicí výkon může být přenesen do separační jednotky vzduchu a to lokalizací místa odběru vzduchu pro napájení separační jednotky vzduchu do blízkosti mezistupňových chladičů, čímž se opět dosáhne konstrukční a provozní pružnosti. Náklady u tohoto provedení představuje možné zvýšení výkonu vzduchového kompresoru plynové turbíny, zvětšení velikosti mezistupňových chladičů a dochlazovačú kompresoru plynové turbíny, přídavný expandér vzduchu, který je potřebný u provedení z obr.7, jestiže je výýstupní tlak vzduchového kompresoru plynové turbíny podstatně vyšší než tlak vysokotlakého proudu vzduchu napájejícího separační jednotku vzduchu, přídavný kompresor dusíku a zvýšení průtoku paliva o 4,2 % oproti základnímu případu. U varianty s předáváním kompresního tepla vzduchu napájejícího integrovanou separační jednotku vzduchu do vysokotlakého kyslíku přiváděného do zplynovače může být kyslík přiváděn do zplynovače při vyšší teplotě, která zvyšuje účinnost zplynovače. Stejně jako v předchozích případech je výměnou za toto zvýšení účinnosti zplynovače snížení množství kompresního tepla, které může být předáno do sytiče okysličovacího vzduchu, ale protože tímto zlepšením se teplo přenáší přímo do procesu, může tato varianta přinést další výhody. Dalších výhod se dosáhne u varianty s předáváním dalšího kompresního tepla z dusíku chladícího turbínu do proudu kyslíku. Za prvé, kyslík může být přiváděn do zplynovače při vyšší teplotě, čímž se zvyšuje jeho účinnost. Dále část nebo veškerý dusík, který chladí turbínu může být dodáván při nižší teplotě do spalovače, přechodového dílu nebo do expandéru plynové turbíny, což rovněž zvyšuje jeho účinnost.
Páté provedení vynálezu se, oproti provedením předchozím, vztahuje na soustavu integrovaného kombinovaného zplynovacího cyklu a používá princip navracení části nebo veškerého odpadního dusíku ze separační jednotky vzduchu jako regulovatelného inertního chladivá do přechodového dílu a/nebo expandéru plynové turbíny. U tohoto provedení se odebírá všechen nebo jen část stlačeného vzduchu napájejícího separační jednotku vzduchu, která pracuje se zvýšeným tlakem, z vysokotlaké sekce, ale ne nezbytně ze sekce s nejvyšším tlakem vzduchového kompresoru plynové curbíny. Toto provedení, které není zobrazeno, je nejlépe srovnatelné se stávající technologií! kombinovaného zplynovacího cyklu s integrovanou separační jednotkou pracující se zvýšeným tlakem a s dusíkem navraceným do palivového proudu spalovače. Užitky a výhody nebyly kvantitativné modelovány, ale vyplývají z chlazení přechodového dílu a/nebo expandéru plynové turbíny, které je prováděno nezávisle regulovaným proudem inertního chladivá místo proudu vzduchu užívaného ve stávající technologii. Tato nezávislá regulovatelnost umožní větší provozní pužnost a také umožní podstatné zvýšení teploty hoření. Tato zvýšená teplota hoření naopak podstatně zvýší jak účinnost, tak i výkon elektrárny. Navíc muže být dusíkové chladivo dodáváno do turbíny při mnohem nižším tlaku než je tlak paliva spalovače plynové turbíny a tím kapitálové a provozní náklady na stlačování dusíku budou rovněž podstatně nižší. Náklady na tato zlepšení ve vztahu ke stávající technologii spočívají v tom, že potlačení vzniku NOx může vyžadovat doplňování páry z tepelného rekuperačního parního generátoru, která je vstřikována do spalovače. Při použití přenosu dalšího kompresního tepla z dusíku chladícího turbínu do proudu kyslíku lze získat další výhody. Za prvé, kyslík muže být přiváděn do zplynovače s vyšší teplotou, což zlepší jeho účinnost. Dále může být část nebo veškerý dusík chladící turbínu přiváděn s nižší teplotou do spalovače, přechodového dílu nebo expandéru plynové turbíny, což může také zlepšit jeho účinnost.
Specifické výhody použití vhodných kombinací nových principů tohoto vynálezu, závisí na zvláštnostech dané soustavy pro výrobu energie. Z nejvýhodnějších provedení vynálezu, které byly výše popsány je zřejmé, že je zde dosaženo významných zlepšení v porovnání s existující technologiíí co se týká výkonu, účinnosti, provozní pružnosti a kapitálových úspor.
U opravdu optimální konstrukce integrovaného zařízení se mohou některá umístění propojovacích proudů vzduchu nebo dusíku vyskytovat uvnitř hlavních prvků zařízení t.j. proud odebíraného vzduchu ze vzduchového kompresoru plynové turbíny může být odebírán ze středního místa uvnitř kompresoru při tlaku menším než je konečný výtlačný tlak kompresorové jednotky.
Vynález byl popsán s odkazem na několik svých zvláštních provedení. Na tato provedení nelze nazírat jako na vynález omezující. Rozsah a myšlenka tohoto vynálezu je stanovena v následujících patentových nárocích.

Claims (22)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY / ,
  2. 2/0 ywrt ? 'fíjf
    1. Způsob výroby elektrické energieKkde v kryogenické separační jednotce vzduchu je stlačený vzduch destilován na kyslíkový produkt a odpadní dusíkový produkt, kde alespoň z
    část tohoto kyslíkového produktu je stlačena a reaguje s uhlíkatým palivem v zplynovači nebo v jednotce Částečné oxidace za vzniku syntetického plynu obsahujícího oxid uhelnatý a vodík, kde napájecí vzduch je stlačen ve vzduchovém kompresoru plynové turbíny a následně nasycen, kde je syntetický plyn spalován s nasyceným, stlačeným, plynovou turbínu napájejícím, vzduchem ve spalovači za vzniku spalin, které procházejí přes přechodový díl a pak expandují v turbíně a produkují energii, kde alespoň část takto vytvořené energie je použita na pohon kompresoru vzduchu plynové turbíny a kde alespoň další část vytvořené práce je použita na výrobu elektřiny vyznačující se tím, že (a) alespoň část stlačeného vzduchu, přiváděného do kryogenické separační jednotky vzduchu, je částí stlačeného vzduchu napájejícího plynovou turbínu, odebranou ze vzduchového kompresoru plynové turbíny, a (b) alespoň část kompresního tepla kyslíkového produktu se použije na ohřívání vody pro nasycení stlačeného vzduchu napájejícího plynovou turbínu.
    2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že alespoň část odpadního dusíkového produktu je přiváděna do středního stupně kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu.
  3. 3. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že alespoň část odpadního dusíkového produktu je vstřikována jako regulovatelné inertní plynné chladivo, ředidlo nebo jako průtočné množství zvětšující složka do alespoň jedné části zařízení vybrané ze skupiny obsahující spalovač, přechodový díl a plynovou turbínu.
  4. 4. Způsob podle nároku 2 vyznačující se tím, že alespoň část odpadního dusíkového produktu je vstřikována jako regulovatelné inertní plynné .chladivo, ředidlo nebo jako průtočné množství zvětšující složka do alespoň jedné části zařízení vybrané ze skupiny obsahující spalovač, přechodový díl a plynovou turbínu.
  5. 5. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že se použije alespoň část tepla, obsaženého v části stlačeného vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebrané ze vzduchového kompresoru napájecího vzduchu plynové turbíny a která je vedena do kryogenické separační jednotky vzduchu pro ohřívání části kyslíkového produktu přiváděného do zlynovače nebo do jednotky částečné oxidace.
  6. 6. Způsob podle nároku 2 vyznačující se tím, že se použije alespoň část tepla, obsaženého v Části stlačeného vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebrané ze vzduchového kompresoru napájecího vzduchu plynové turbíny a která je vedena do kryogenické separační jednotky vzduchu pro ohřívání části kyslíkového produktu přiváděného do zlynovače nebo do jednotky částečné oxidace.
  7. 7. Způsob podle nároku 3 vyznačující se tím, že se použije alespoň část tepla, obsaženého v části stlačeného vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebrané ze vzduchového kompresoru napájecího vzduchu plynové turbíny a která je vedena do kryogenické separační jednotky vzduchu pro ohřívání části kyslíkového produktu přiváděného do zlynovače nebo do jednotky částečné oxidace.
  8. 8. Způsob podle nároku 4 vyznačující se tím, že se použije alespoň část tepla, obsaženého v části stlačeného vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebrané ze vzduchového kompresoru napájecího vzduchu plynové turbíny a která je vedena do kryogenické separační jednotky vzduchu
    - 32 pro ohřívání části kyslíkového produktu přiváděného do zlynovače nebo do jednotky částečné oxidace.
  9. 9. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že z kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebraná část tohoto stlačeného vzduchu je dále stlačena ve vzduchovém kompresoru separační jednotky před tím, než je přivedena do separační jednotky k destilaci a kompresní teplo, vzniklé tímto dalším stlačením, je použito k ohřívání vody pro nasycování napájecího vzduchu plynové turbíny.
  10. 10. Způsob podle nároku 2 vyznačující se tím, že z kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebraná část tohoto stlačeného vzduchu je dále stlačena ve vzduchovém kompresoru separační jednotky před tím, než je přivedena do separační jednotky k destilaci a kompresní teplo, vzniklé tímto dalším stlačením, je použito k ohřívání vody pro nasycování napájecího vzduchu plynové turbíny.
  11. 11. Způsob podle nároku 3 vyznačující se tím, že z kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebraná část tohoto stlačeného vzduchu je dále stlačena ve vzduchovém kompresoru separační jednotky před tím, než je přivedena do separační jednotky k destilaci a kompresní teplo, vzniklé tímto dalším stlačením, je použito k ohřívání vody pro nasycování napájecího vzduchu plynové turbíny.
  12. 12. Způsob podle nároku 4 vyznačující se tím, že z kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebraná část tohoto stlačeného vzduchu je dále stlačena ve vzduchovém kompresoru separační jednotky před tím, než je přivedena do separační jednotky k destilaci a kompresní teplo, vzniklé tímto dalším stlačením, je použito k ohřívání vody pro nasycování napájecího vzduchu plynové turbíny.
  13. 13. Způsob podle nároku 5 vyznačující se tím, že z kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebraná část tohoto stlačeného vzduchu je dále stlačena ve vzduchovém kompresoru separační jednotky před tím, než je přivedena do separační jednotky k destilaci a kompresní teplo, vzniklé tímto dalším stlačením, je použito k ohřívání vody pro nasycování napájecího vzduchu plynové turbíny.
  14. 14. Způsob podle nároku 6 vyznačující se tím, že z kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebraná Část tohoto stlačeného vzduchu je dále stlačena ve vzduchovém kompresoru separační jednotky před tím, než je přivedena do separační jednotky k destilaci a kompresní teplo, vzniklé tímto dalším stlačením, je použito k ohřívání vody pro nasycování napájecího vzduchu plynové turbíny.
  15. 15. Způsob podle nároku 7 vyznačující se tím, že z kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebraná část tohoto stlačeného vzduchu je dále stlačena ve vzduchovém kompresoru separační jednotky před tím, než je přivedena do separační jednotky k destilaci a kompresní teplo, vzniklé tímto dalším stlačením, je použito k ohřívání vody pro nasycování napájecího vzduchu plynové turbíny.
  16. 16. Způsob podle nároku 8 vyznačující se tím, že z kompresoru vzduchu napájejícího plynovou turbínu odebraná část tohoto stlačeného vzduchu je dále stlačena ve vzduchovém kompresoru separační jednotky před tím, než je přivedena do separační jednotky k destilaci a kompresní teplo, vzniklé tímto dalším stlačením, je použito k ohřívání vody pro nasycování napájecího vzduchu plynové turbíny.
  17. 17. Způsob podle nároku 2, 3 nebo 4 vyznačující se tím, že odpadní dusíkový produkt je stlačován.
  18. 18. Způsob podle nároku 17 vyznačující se tím, že kompresní teplo, vzniklé dalším stlačováním dusíkového produktu, je použito k ohřívání vody pro nasycování stlačeného vzduchu napájejícího plynovou turbínu.
  19. 19. Způsob podle nároku 1, 2, 3 nebo 9 vyznačující se tím, že kryogenická separační jednotka vzduchu pracuje při zvýšeném tlaku.
  20. 20. Způsob podle nároku 19 vyznačující se tím, že se v expandéru, za vzniku práce, snižuje tlak alespoň části odpadního dusíkového produktu.
  21. 21. Způsob podle nároku 1, 2, 3, nebo 9 vyznačující se tím, že z kompresoru napájecího vzduchu plynové turbíny odebraná část tohoto stlačeného napájecího vzduchu expanduje v expandéru za vzniku práce před tím, než je přivedena do separační jednotky vzduchu pro destilaci.
  22. 22. Způsob podle nároku 1, 2, 3, nebo 9 vyznačující se tím, že expandované spaliny se použijí pro výrobu páry.
CZ941675A 1993-07-16 1994-07-12 Process for producing electric energy by interconnection of air separation and gas turbine CZ167594A3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/093,195 US5406786A (en) 1993-07-16 1993-07-16 Integrated air separation - gas turbine electrical generation process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ167594A3 true CZ167594A3 (en) 1995-01-18

Family

ID=22237681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ941675A CZ167594A3 (en) 1993-07-16 1994-07-12 Process for producing electric energy by interconnection of air separation and gas turbine

Country Status (8)

Country Link
US (1) US5406786A (cs)
EP (1) EP0634562A3 (cs)
JP (1) JP2601631B2 (cs)
KR (1) KR960010273B1 (cs)
CN (1) CN1111321A (cs)
AU (1) AU661432B2 (cs)
CA (1) CA2127745A1 (cs)
CZ (1) CZ167594A3 (cs)

Families Citing this family (103)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5666800A (en) * 1994-06-14 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. Gasification combined cycle power generation process with heat-integrated chemical production
US5643354A (en) * 1995-04-06 1997-07-01 Air Products And Chemicals, Inc. High temperature oxygen production for ironmaking processes
US6170264B1 (en) 1997-09-22 2001-01-09 Clean Energy Systems, Inc. Hydrocarbon combustion power generation system with CO2 sequestration
US5706675A (en) * 1995-08-18 1998-01-13 G & A Associates High efficiency oxygen/air separation system
US5724805A (en) * 1995-08-21 1998-03-10 University Of Massachusetts-Lowell Power plant with carbon dioxide capture and zero pollutant emissions
AU3568395A (en) * 1995-09-16 1997-04-01 Krupp Uhde Gmbh Power-generation method using combined gas and steam turbines
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
US5600970A (en) * 1995-12-19 1997-02-11 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with nitrogen turboexpander heat pump
US5666823A (en) 1996-01-31 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. High pressure combustion turbine and air separation system integration
US5930990A (en) * 1996-05-14 1999-08-03 The Dow Chemical Company Method and apparatus for achieving power augmentation in gas turbines via wet compression
US5867977A (en) * 1996-05-14 1999-02-09 The Dow Chemical Company Method and apparatus for achieving power augmentation in gas turbines via wet compression
US5901547A (en) * 1996-06-03 1999-05-11 Air Products And Chemicals, Inc. Operation method for integrated gasification combined cycle power generation system
US5697207A (en) * 1996-08-02 1997-12-16 General Electric Co. Combined gas turbine inlet chiller, nox control device and power augmentation system and methods of operation
US5845481A (en) * 1997-01-24 1998-12-08 Westinghouse Electric Corporation Combustion turbine with fuel heating system
US5918466A (en) * 1997-02-27 1999-07-06 Siemens Westinghouse Power Corporation Coal fuel gas turbine system
US5929125A (en) * 1997-04-12 1999-07-27 Atlantic Richfield Company Method for producing heavy crude oil via a wellbore from a subterranean formation and converting the heavy crude oil into a distillate product stream
US5802875A (en) * 1997-05-28 1998-09-08 Praxair Technology, Inc. Method and apparatus for control of an integrated croyogenic air separation unit/gas turbine system
US6054496A (en) * 1997-09-11 2000-04-25 Atlantic Richfield Company Method for transporting a heavy crude oil produced via a wellbore from a subterranean formation to a market location and converting it into a distillate product stream using a solvent deasphalting process
CA2306710A1 (en) * 1997-10-28 1999-05-06 Rudi Beichel An advanced technology pollution free, highly efficient industrial power generation system
US6141950A (en) 1997-12-23 2000-11-07 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation and combustion turbine process with steam generation by indirect heat exchange with nitrogen
CA2319552C (en) * 1998-02-04 2004-04-20 Texaco Development Corporation Combined cryogenic air separation with integrated gasifier
GB0025150D0 (en) † 2000-10-13 2000-11-29 Air Prod & Chem A process and apparatus for the production of synthesis gas
US5979183A (en) * 1998-05-22 1999-11-09 Air Products And Chemicals, Inc. High availability gas turbine drive for an air separation unit
US5964085A (en) * 1998-06-08 1999-10-12 Siemens Westinghouse Power Corporation System and method for generating a gaseous fuel from a solid fuel for use in a gas turbine based power plant
US5958365A (en) * 1998-06-25 1999-09-28 Atlantic Richfield Company Method of producing hydrogen from heavy crude oil using solvent deasphalting and partial oxidation methods
DE19837251C1 (de) * 1998-08-17 2000-02-10 Siemens Ag Gas- und Dampfturbinenanlage
JP3973772B2 (ja) * 1998-08-28 2007-09-12 株式会社東芝 石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント
US6116027A (en) * 1998-09-29 2000-09-12 Air Products And Chemicals, Inc. Supplemental air supply for an air separation system
US6216436B1 (en) * 1998-10-15 2001-04-17 General Electric Co. Integrated gasification combined cycle power plant with kalina bottoming cycle
US6343462B1 (en) 1998-11-13 2002-02-05 Praxair Technology, Inc. Gas turbine power augmentation by the addition of nitrogen and moisture to the fuel gas
US6256994B1 (en) 1999-06-04 2001-07-10 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of an air separation process with a combustion engine for the production of atmospheric gas products and electric power
US6263659B1 (en) 1999-06-04 2001-07-24 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process integrated with gas turbine combustion engine driver
US6345493B1 (en) 1999-06-04 2002-02-12 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process and system with gas turbine drivers
FR2806755B1 (fr) * 2000-03-21 2002-09-27 Air Liquide Procede et installation de generation d'energie utilisant un appareil de separation d'air
US6247316B1 (en) 2000-03-22 2001-06-19 Clean Energy Systems, Inc. Clean air engines for transportation and other power applications
US6622470B2 (en) 2000-05-12 2003-09-23 Clean Energy Systems, Inc. Semi-closed brayton cycle gas turbine power systems
US6295838B1 (en) * 2000-08-16 2001-10-02 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation and gas turbine integration using heated nitrogen
US6430915B1 (en) 2000-08-31 2002-08-13 Siemens Westinghouse Power Corporation Flow balanced gas turbine power plant
US6745573B2 (en) 2001-03-23 2004-06-08 American Air Liquide, Inc. Integrated air separation and power generation process
US6487863B1 (en) 2001-03-30 2002-12-03 Siemens Westinghouse Power Corporation Method and apparatus for cooling high temperature components in a gas turbine
US6619041B2 (en) 2001-06-29 2003-09-16 L'air Liquide - Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Steam generation apparatus and methods
FR2827186A1 (fr) * 2001-07-12 2003-01-17 Air Liquide Procede et installation de distillation d'air et de production de vapeur d'eau
US6568185B1 (en) 2001-12-03 2003-05-27 L'air Liquide Societe Anonyme A'directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Combination air separation and steam-generation processes and plants therefore
GB0129607D0 (en) * 2001-12-11 2002-01-30 Sui See C Exhaust eater energy generator
AU2003295610B2 (en) 2002-11-15 2010-01-28 Clean Energy Systems, Inc. Low pollution power generation system with ion transfer membrane air separation
US7021063B2 (en) 2003-03-10 2006-04-04 Clean Energy Systems, Inc. Reheat heat exchanger power generation systems
US6925818B1 (en) * 2003-07-07 2005-08-09 Cryogenic Group, Inc. Air cycle pre-cooling system for air separation unit
FR2858398B1 (fr) * 2003-07-30 2005-12-02 Air Liquide Procede et installation d'alimentation d'une unite de separation d'air au moyen d'une turbine a gaz
US7128005B2 (en) * 2003-11-07 2006-10-31 Carter Jr Greg Non-polluting high temperature combustion system
US20050151019A1 (en) * 2003-12-18 2005-07-14 Curtis Edgar Stevens Electrically pressurized on-board inert gas generation system
US7479468B2 (en) * 2004-04-15 2009-01-20 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Integrating an air separation unit into an oxygenate-to-olefins reaction system
WO2005100754A2 (en) 2004-04-16 2005-10-27 Clean Energy Systems, Inc. Zero emissions closed rankine cycle power system
EP1630384A1 (de) * 2004-08-26 2006-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Kühlen mindestens einer Turbinenstufe und/oder mindestens einer Brennkammer, Turbinenanlage und kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlage
CN101287893B (zh) 2005-08-05 2012-06-13 西门子公司 提高带有一体化燃料气化器的燃气和蒸汽联合发电厂效率的方法
WO2007017487A1 (de) * 2005-08-10 2007-02-15 Alstom Technology Ltd Verfahren zum betrieb einer gasturbine sowie gasturbine zur durchführung des verfahrens
DE112006001974B4 (de) * 2005-08-10 2019-05-09 Ansaldo Energia Ip Uk Limited Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine sowie Gasturbine zur Durchführung des Verfahrens
US7584599B2 (en) * 2005-08-10 2009-09-08 Alstom Technology Ltd. Method for operating a gas turbine as well as a gas turbine for implementing the method
DE112006002028B4 (de) * 2005-08-10 2022-01-13 Ansaldo Energia Ip Uk Limited Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine sowie Gasturbine zur Durchführung des Verfahrens
CA2617986C (en) 2005-08-10 2014-07-22 Eribert Benz Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
US7584598B2 (en) 2005-08-10 2009-09-08 Alstom Technology Ltd. Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
US7513118B2 (en) 2005-08-10 2009-04-07 Alstom Technology Ltd. Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
US7574855B2 (en) 2005-08-10 2009-08-18 Alstom Technology Ltd. Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
US7581401B2 (en) * 2005-09-15 2009-09-01 General Electric Company Methods and apparatus for cooling gas turbine engine components
US20070240451A1 (en) * 2005-09-29 2007-10-18 Fogarty James M Integration of IGCC plant with superconducting power island
JP2007147161A (ja) * 2005-11-28 2007-06-14 Electric Power Dev Co Ltd 燃焼装置の排ガス処分方法及び装置
US20070181854A1 (en) 2006-02-09 2007-08-09 Siemens Power Generation, Inc. Advanced integration for improved integrated gasification combined cycle efficiency
US7617687B2 (en) * 2006-02-28 2009-11-17 General Electric Company Methods and systems of variable extraction for gas turbine control
US20080047276A1 (en) * 2006-08-25 2008-02-28 Siemens Power Generation, Inc. Combustion turbine having a single compressor with inter-cooling between stages
US7947115B2 (en) * 2006-11-16 2011-05-24 Siemens Energy, Inc. System and method for generation of high pressure air in an integrated gasification combined cycle system
US20080250814A1 (en) * 2007-04-10 2008-10-16 Marut Todd P Dehazing a lubes product by integrating an air separation unit with the dehazing process
EP1992793B1 (de) * 2007-05-14 2014-11-26 Litesso-Anstalt Verfahren zur Erzeugung von Strom aus Abfallgütern aller Art
CN102016415B (zh) * 2008-03-06 2012-08-15 株式会社Ihi 氧燃烧锅炉的二氧化碳供给方法以及二氧化碳供给设备
US8677761B2 (en) * 2009-02-25 2014-03-25 General Electric Company Systems and methods for engine turn down by controlling extraction air flows
EP2256317A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-01 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A process for generating power
US8529679B2 (en) * 2009-11-05 2013-09-10 General Electric Company System and method for improving performance of an IGCC power plant
GB2484254A (en) * 2010-08-04 2012-04-11 Combined Cycle Enhancements Ltd Gas turbine apparatus with energy recovery heat exchange system
US8978380B2 (en) * 2010-08-10 2015-03-17 Dresser-Rand Company Adiabatic compressed air energy storage process
US8186169B2 (en) * 2010-10-22 2012-05-29 General Electric Company Nitrogen cooled gas turbine with combustor nitrogen injection and partial nitrogen recycling
US8752391B2 (en) * 2010-11-08 2014-06-17 General Electric Company Integrated turbomachine oxygen plant
CN102564064A (zh) * 2010-11-25 2012-07-11 林德股份公司 通过低温分离空气获得气态压力产物的方法
US9546814B2 (en) * 2011-03-16 2017-01-17 8 Rivers Capital, Llc Cryogenic air separation method and system
US9222410B2 (en) 2011-04-13 2015-12-29 General Electric Company Power plant
US8671688B2 (en) 2011-04-13 2014-03-18 General Electric Company Combined cycle power plant with thermal load reduction system
US8281596B1 (en) 2011-05-16 2012-10-09 General Electric Company Combustor assembly for a turbomachine
CN104040274B (zh) * 2011-05-26 2016-09-14 普莱克斯技术有限公司 空气分离、功率生成的集成
US20130061600A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-14 General Electric Company Method of controlling temperature of gas turbine components using a compressed moisurized coolant
US9267687B2 (en) 2011-11-04 2016-02-23 General Electric Company Combustion system having a venturi for reducing wakes in an airflow
US8899975B2 (en) 2011-11-04 2014-12-02 General Electric Company Combustor having wake air injection
US20130133337A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-30 General Electric Company Hydrogen assisted oxy-fuel combustion
US20130167557A1 (en) * 2012-01-04 2013-07-04 General Electric Company Power plant
EP2620732A1 (de) * 2012-01-26 2013-07-31 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung und Dampferzeugung in einem kombinierten System
CN102809262B (zh) * 2012-08-22 2015-08-26 杭州杭氧股份有限公司 一种利用igcc燃气轮机压缩空气生产氧气的方法及装置
US9322553B2 (en) 2013-05-08 2016-04-26 General Electric Company Wake manipulating structure for a turbine system
US9739201B2 (en) 2013-05-08 2017-08-22 General Electric Company Wake reducing structure for a turbine system and method of reducing wake
WO2014205216A2 (en) * 2013-06-19 2014-12-24 Bechtel Hydrocarbon Technology Solutions, Inc. Systems and methods for natural gas liquefaction capacity augmentation
US9435221B2 (en) 2013-08-09 2016-09-06 General Electric Company Turbomachine airfoil positioning
EP3507556A2 (en) 2016-08-30 2019-07-10 8 Rivers Capital, LLC Cryogenic air separation method for producing oxygen at high pressures
CN106988996A (zh) * 2017-03-02 2017-07-28 西安交通大学 一种回收空分压缩机级间冷却余热发电的装置
US10888815B2 (en) 2018-07-27 2021-01-12 Saudi Arabian Oil Company Drying compressed gas
CN111412065B (zh) * 2020-03-30 2021-05-07 郭宣华 一种中冷回热燃气轮机与有机介质复合底循环的联合系统
CN112392597A (zh) * 2020-11-17 2021-02-23 哈尔滨工程大学 一种核动力发动机装置
CN115608095B (zh) * 2022-09-30 2026-03-10 本溪北营钢铁（集团）股份有限公司 一种低压氮气联通系统及其使用方法
US20240426242A1 (en) * 2023-06-23 2024-12-26 Raytheon Technologies Corporation Cryogenic air separation enhanced gas turbine

Family Cites Families (31)

* 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
US3783614A (en) * 1972-02-10 1974-01-08 H Walker Turbine engine
US3973396A (en) * 1974-10-16 1976-08-10 United Turbine Ab & Co., Kommanditbolag Gas turbine power plant
DE2503193A1 (de) * 1975-01-27 1976-07-29 Linde Ag Verfahren zur herstellung eines heizgases durch druckvergasung kohlenstoffhaltiger brennstoffe
JPS5477820A (en) * 1977-12-02 1979-06-21 Hitachi Ltd Method of cooling gas turbine blade
US4224045A (en) * 1978-08-23 1980-09-23 Union Carbide Corporation Cryogenic system for producing low-purity oxygen
US4571935A (en) * 1978-10-26 1986-02-25 Rice Ivan G Process for steam cooling a power turbine
US4314442A (en) * 1978-10-26 1982-02-09 Rice Ivan G Steam-cooled blading with steam thermal barrier for reheat gas turbine combined with steam turbine
GB2067668A (en) * 1980-01-21 1981-07-30 Gen Electric Control of NOx emissions in a stationary gas turbine
US4297842A (en) * 1980-01-21 1981-11-03 General Electric Company NOx suppressant stationary gas turbine combustor
CA1213737A (en) * 1981-12-10 1986-11-12 Hiromi Nakamura Regenerative gas turbine cycle
US4537023A (en) * 1981-12-10 1985-08-27 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Regenerative gas turbine cycle
ZA85528B (en) * 1984-02-01 1986-12-30 Fluor Corp Process for producing power
US4829763A (en) * 1984-02-01 1989-05-16 Fluor Corporation Process for producing power
US4557735A (en) * 1984-02-21 1985-12-10 Union Carbide Corporation Method for preparing air for separation by rectification
EP0184137A1 (en) * 1984-12-03 1986-06-11 General Electric Company Integrated coal gasification plant and combined cycle system with air bleed and steam injection
DE3446715A1 (de) * 1984-12-21 1986-06-26 Krupp Koppers GmbH, 4300 Essen Verfahren zur kuehlung von staubfoermige verunreinigungen enthaltendem partialoxidationsgas, das zur verwendung in einem kombinierten gas-dampfturbinenkraftwerk bestimmt ist
US4631914A (en) * 1985-02-25 1986-12-30 General Electric Company Gas turbine engine of improved thermal efficiency
EP0211335B1 (de) * 1985-08-05 1988-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Kombiniertes Gas- und Dampfturbinenkraftwerk
US4707994A (en) * 1986-03-10 1987-11-24 Air Products And Chemicals, Inc. Gas separation process with single distillation column
GB8820582D0 (en) * 1988-08-31 1988-09-28 Boc Group Plc Air separation
EP0383994A3 (de) * 1989-02-23 1990-11-07 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Rektifikation
GB8904275D0 (en) * 1989-02-24 1989-04-12 Boc Group Plc Air separation
US5095693A (en) * 1989-08-04 1992-03-17 United Technologies Corporation High-efficiency gas turbine engine
US5081845A (en) * 1990-07-02 1992-01-21 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation plant - integrated gasification combined cycle power generator
US5181376A (en) * 1990-08-10 1993-01-26 Fluor Corporation Process and system for producing power
US5160096A (en) * 1991-10-11 1992-11-03 United Technologies Corporation Gas turbine cycle
US5241816A (en) * 1991-12-09 1993-09-07 Praxair Technology, Inc. Gas turbine steam addition
GB9208646D0 (en) * 1992-04-22 1992-06-10 Boc Group Plc Air separation
US5295350A (en) * 1992-06-26 1994-03-22 Texaco Inc. Combined power cycle with liquefied natural gas (LNG) and synthesis or fuel gas
SE9300500D0 (sv) * 1993-02-16 1993-02-16 Nycomb Synergetics Ab New power process

Also Published As

Publication number Publication date
EP0634562A3 (en) 1995-08-16
JPH07151460A (ja) 1995-06-16
EP0634562A2 (en) 1995-01-18
KR960010273B1 (ko) 1996-07-27
CA2127745A1 (en) 1995-01-17
CN1111321A (zh) 1995-11-08
AU6737294A (en) 1995-02-09
AU661432B2 (en) 1995-07-20
US5406786A (en) 1995-04-18
JP2601631B2 (ja) 1997-04-16
KR950003548A (ko) 1995-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ167594A3 (en) Process for producing electric energy by interconnection of air separation and gas turbine
US11560838B2 (en) Systems and methods for power production using a carbon dioxide working fluid
CA1100863A (en) Cryogenic system for producing low-purity oxygen
US6684643B2 (en) Process for the operation of a gas turbine plant
CN109296460B (zh) 用于加热再循环气流的方法及发电方法
US4829763A (en) Process for producing power
US7827778B2 (en) Power plants that utilize gas turbines for power generation and processes for lowering CO2 emissions
US20080010967A1 (en) Method for Generating Energy in an Energy Generating Installation Having a Gas Turbine, and Energy Generating Installation Useful for Carrying Out the Method
EP0718472A1 (en) Power process utilizing humidified combusted air to gas turbine
US20050028529A1 (en) Method of generating energy in a power plant comprising a gas turbine, and power plant for carrying out the method
US6499300B2 (en) Method for operating a power plant
EP0150990B1 (en) Process for producing power
JPH04232334A (ja) 一貫式ガス化組合せサイクル電力発生方法
CN1630769A (zh) 组合的空气分离和氧助发电系统
WO2003021702A1 (en) A power generation apparatus
JP2002522739A (ja) 空気から流体を生成する装置と少なくとも１つの化学反応が生じるユニットで構成される複合プラントおよびその操作方法
US9644533B2 (en) Method and apparatus for supplying a combustion chamber with nitrogen
KR102903757B1 (ko) 고효율 연료를 기계적 에너지로 변환하는 플랜트
Smith et al. Air separation unit integration for alternative fuel projects

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic