[go: up one dir, main page]

IT9020038A1 - Turbina a gas a ricupero chimico - Google Patents

Turbina a gas a ricupero chimico

Info

Publication number
IT9020038A1
IT9020038A1 IT020038A IT2003890A IT9020038A1 IT 9020038 A1 IT9020038 A1 IT 9020038A1 IT 020038 A IT020038 A IT 020038A IT 2003890 A IT2003890 A IT 2003890A IT 9020038 A1 IT9020038 A1 IT 9020038A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
reformer
turbine
combustor
downstream
outlet
Prior art date
Application number
IT020038A
Other languages
English (en)
Other versions
IT1240297B (it
IT9020038A0 (it
Inventor
William Ronald Hines
Michael William Horner
Original Assignee
Gen Electric
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gen Electric filed Critical Gen Electric
Publication of IT9020038A0 publication Critical patent/IT9020038A0/it
Publication of IT9020038A1 publication Critical patent/IT9020038A1/it
Application granted granted Critical
Publication of IT1240297B publication Critical patent/IT1240297B/it

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04Steam 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
    • F01K21/047Steam 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants 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
    • F01K23/06Plants 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
    • F01K23/10Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/103Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with afterburner in exhaust boiler
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants 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
    • F01K23/06Plants 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
    • F01K23/10Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/106Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with water evaporated or preheated at different pressures in exhaust boiler
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-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
    • F02C3/30Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Description

DESCRIZIONE
dell'invenzione industriale avente per titolo: Turbina a gas a ricupero chimico”
RIASSUNTO
Impianto di produzione di energia comprendente un compressore per creare un flusso di fluido verso valle, un combustore a valle del compressore, una turbina a valle del combustore, una turbina d’azionamento a valle della turbina ed adiacente ad essa ed una regione di condotti che riceve almeno una porzione del fluido uscente dalla turbina d’azionamento. Un reformer è posizionato a valle ed è accoppiato alla regione’ di condotti mentre il reformer ha un’uscita del combustibile che è collegata al combustore.
TESTO DELLA DESCRIZIONE
L'invenzione riguarda impianti di produzione d'energia e, più particolarmente, il ricupero chimico che utilizza vapore per produrre un combustibile, avente significative quantità di idrogeno, e vapor d’acqua, che viene iniettato in un turbomotore a gas per migliorare la prestazione e produrre basse emissioni.
I turbomotori a gas sono utilizzati per una varietà di scopi ivi comprese applicazioni di centrali elettriche e di impianti industriali di produzione d'energia. Sono stati emanati dei regolamenti governativi che limitano remissione dagli impianti d’energia di particelle quali l’ossido di azoto (NOx) e monossido di carbonio -(CO). Nei tentativi per ridurre le emissioni di NOx, gli impianti d’energia hanno incorporato motori che iniettano vapore o acqua nel combustore del motore. L’iniezione di vapore nel combustore riduce la temperatura alla quale l’aria viene riscaldata dalla combustione del combustibile. Le emissioni di NOx vengono significativamente ridette mediante l’iniezione di vapore poiché le emissioni di NOx diminuiscono quando diminuiscono le temperature della fiamma. Sfortunatamente si è trovato che, quando si ottengono i più bassi livelli di NOx, aumentano significativamente le emissioni di monossido di carbonio.
Un sistema di impianto d'energia per ottenere basse emissioni di NOx e CO è la riduzione catalitica selettiva (SCR). Comunque questo sistema richiede significative spese di investimento e di gestione e questo sistema sfortunatamente comporta anche il trasposto commerciale di ammoniaca che è pericoloso e relativamente costoso.
I reformer o ricuperatori chimici trasformano i combustibili, quali il gas naturale in flussi ad elevato contenuto di idrogeno da utilizzate nella produzione d’ammoniaca o da utilizzare in processi di raffinazione che richiedono idrogeno. Questi reformer possono incorporare sistemi dì riscaldamento che utilizzano mattoni refrattari i quali riscaldano il reformer per conduzione e radiazione. Comunque questi sistemi con mattoni refrattari sono tipicamente costosi operano a temperature molto maggiori di quelle desiderate per l'applicazione a turbine a gas.
La combinazione della tecnologia del turbomotore a gas, ed in particolare dei motori derivati dagli aeroplani, coi reformer è stata tipicamente considerata non pratica in base a considerazioni di costo, di rendimento e di progetto. In un proposto impianto avanzato d’energia, descritto come turbomotore a gas a preriscaldo con iniezione di vapore e interraffreddamento, i compressori ad alta e bassa pressione di un turbomotore a gas producono un flusso di fluido verso valle mentre un intercooler (interraffreddatore) è posizionato fra i compressori. Il flusso di fluido passa attraverso un combustore che riscalda il fluido e quindi il flusso di fluido passa attraverso delie turbine ad alta e bassa pressione che azionano i compressori. Un combustore di preriscaldamento è posizionato a valle della turbina a bassa pressione per riscaldare ulteriormente il flusso dì fluido. Il flusso passa quindi attraverso una turbina d’azionamento ed il flusso di uscita dalla turbina d’azionamento fornisce calore per un reformer. Il reformer riceve acqua che viene riscaldata dall'intercooler ed il reformer riceve inoltre metano che viene riscaldato da un riscaldatore il quale utilizza l'acqua riscaldata dall’intercooler. Il reformer produce un combustibile riformato o rigenerato che viène mandato tanto al primo combustore quanto al combustore di preriscaldamento. Del vapore proveniente da una caldaia viene pure iniettato nella turbina a scopo di raffreddamento. Benché questo sistema possa essere in grado di produrre basse emissioni di NOx e CO, questo sistema è sfortunatamente complesso. Per esempio lo scarico della turbina d’azionamento che riscalda il reformer deve essere tipicamente ad almeno circa da 621 a 677*C (da USO a 12507) e generalmente deve essere a circa da 649 a 982 °C (da 1200 a 1800° F). comunque lo scarico da un turbomotore a gas È tipicamente soltanto a circa 482°C (9007). Perciò il combutore di preriscaldamento deve produrre un flusso di fluido la cui temperatura sia superiore a queste temperature e la turbina d’azionamento deve essere progettata per sopportare questi tipi di temperatura. Comunque dei combustori di reriscaldamento non sono stati generalmente incorporati in configurazioni di turbina a gas e perciò sono richieste progettazioni e sviluppi e relative spese nello sviluppo di combustori di preriscaldamento. Inoltre le turbine d’azionamento generalmente non sono attualmente in grado di sopportare queste temperature e cosi' è necessario riprogettarle e sostituirle con turbine che incorporano avanzate tecniche di raffreddamento, il che si traduce quindi in maggiori spese. Inoltre l’intercooler ed il riscaldatore del combustibile che costituiscono le entrate riscaldate per il reformer si traducono pure in una maggiore complessità di progetto ed in maggiori spese e presentano maggiori difficoltà nella modifica di sistemi esistenti.
Perciò sarebbe desiderabile avere un impianto di energia con turbine a gas che riduca le emissioni di NOx e di CO, che sia capace di produrre e di utilizzare combustibile riformato o rigenerato e che sia adattabile agli attuali sistemi senza significative modifiche di progetto e senza significative spese, eliminando preferibilmente l’uso di turbine d'azionamento a temperature estremamente elevate.
La figura 1 è una rappresentazione schematica di una realizzazione dell’invenzione;
le figure da 2 a 5 sono rappresentazioni schematiche di realizzazione alternative della presente invenzione.
Un impianto di produzione di energia comprende un turbomotore a gas avente un compressore per produrre un flusso di fluido verso valle, un combustore a valle del compressore, una turbina a valle del combustore ed una turbina d’azionamento a valle ed adiacente a detta turbina. Un reformer è posizionato a valle della turbina d'azionamento in modo che t’uscita della turbina d’azionamento costituisca un primo mezzo per riscaldare il reformer mentre il reformer ha un’uscita che è collegata al combustore.
L’invenzione comprende anche un impianto d’energia comprendente un compressore per produrre un flusso di fluido verso valle, un combustore a valle del compressore, una turbina a valle del combustore ed una regione di condotto che riceve almeno una porzione del fluido in uscita dalla turbina. Un bruciatore è posizionato nella regione dei condotti ed un reformer è posizionato a valle ed è collegato alla regione dei condotti. Il reformer ha un’uscita che è collegata al combustore.
Inoltre l’invenzione comprende un metodo per il funzionamento di un impianto di energia avente un compressore per produrre un flusso di fluido verso valle, un combustore a valle del compressore, una turbina a valle del combustore, una turbina d’azionamento a valle 'e vicina a detta turbina ed un reformer posizionato a valle della turbina d’azionamento. Il metodo comprende le fasi di riscaldare il flusso di fluido immediatamente prima del reformer, di iniettare del combustibile in una entrata del reformer e di iniettare almeno una parte dell’uscita del reformer nel combustore.
In figura 1 un impianto di produzione di energia 10 della presente invenzione comprende un motore 20 avente un compressore 30, per esempio un compressore a bassa pressione 30a ed un compressore ad alta pressione 30b per produrre un flusso verso valle, un combustore 34 posizionato a valle del compressore 30, una turbina 38, per esempio una turbina ad alta pressione 38a connessa per razionamento del compressore ad alta pressione 30b ed una turbina a bassa pressione 38b connessa per razionamento al compressore a bassa pressione 30a. Una libera turbina d’azionamento 40 è posizionata a valle ed è aereodinamicamente accoppiata e posta vicino alla turbina 38 in modo che un mezzo di riscaldamento, quale un combustore di prerìscaklamento, non è posizionato fra la turbina 38 e la turbina d'azionamento 40. Almeno una porzione del fluido o aria in uscita dalla turbina d'azionamento 40 è mandata, attraverso un condotto 44, ad un bruciatore 48 avente un ingresso del combustibile 49. Il bruciatore 48 è termodinamicamente accoppiato ad un reformer 50 avente un primo ed un secondo mezzo di entrata, rispettivamente 52 e 54, ed una uscita 56 del combustibile riformato. Un mezzo 58 per il rifornimento di combustibile è collegato al primo mezzo di entrata 52. Un mezzo 60 per il rifornimento di vapore ha una entrata dell'acqua 62 mentre i mezzi 60 che forniscono vapore comprendono tipicamente una caldaia ad alta pressione 60a ed una caldaia a bassa pressione 60b. Il mezzo 60 di rifornimento di vapore è tipicamente posizionato a valle nel reformer 50 ed ha un'uscita che è collegata al secondo mezzo di entrata 54. Il mezzo 60 di rifornimento di vapore è inoltre tipicamente collegato al combustore 34 ed alla turbina 38 e l'uscita 56 del combustibile riformato è pure collegata al combustore 34.
Il compressore 30, il combustore 34 e la turbina 38 possono essere di un qualsiasi tipo usato per impianti di energia. Tipicamente questi componenti sono derivati da quelli utilizzati in motori per aeroplani. La turbina d'azionamento 40 è tipicamente fatta di materiali normali ed è tipicamente accoppiata ad un carico 64 quale un generatore o altro dispositivo dal quale può essere prelevata energia. La turbina d'azionamento, che ruota libera, può girare a velocità sincrone di 3600 o 3000 giri al minuto per dare elettricità rispettivamente a 60 Hz e 50 Hz. Il condotto 44 può essere un qualsiasi tipo di condotto o di mezzo per trasportare al reformer 50 almeno una porzione o tutta l'aria proveniente dalla turbina 38. Il condotto 44, trasportando il flusso riscaldato del motore al reformer 50, serve cosi’ come primo mezzo di riscaldamento del reformer 50. II bruciatore 48 serve come secondo mezzo per riscaldare il reformer 50. L’entrata 49 del combustibile del bruciatore 48 può ricevere e bruciare qualsiasi opportuno combustibile. Tipicamente l'entrata 49 del combustibile è collegata all'uscita 56 del combustibile riformato del reformer 50. Comunque si possono ottenere dei miglioramenti di prestazione quando tutto il combustibile riformato viene iniettato nel combustore 34 e l'entrata 49 del combustibile del bruciatore 48 è collegata ad una sorgente alternativa di combustibile. Questi miglioramenti di prestazione vengono ottenuti perchè il vapor d'acqua del combustibile riformato passa attraverso tutte le turbine ed attraverso la turbina d’azionàmento il che si traduce in una maggiore potenza resa e questo sistema consente anche un tipo semplice di bruciatore poiché il combustibile riformato del combustore ha emissioni significativamente ridotte. In alternativa l'entrata 49 del combustibile del bruciatore 48 può essere collegata ad una sorgente esterna di gas naturale o di metano. Si deve capire che, poiché il bruciatore è a valle della turbina d’azionamento e funziona perciò a pressioni relativamente basse, soltanto una piccola quantità di indesiderabili emissioni viene generata da questo bruciatore. Inoltre possono essere utilizzati dei semplici tipi progettuali quando il combustibile riformato viene mandato al combustore 34 poiché le emissioni prodotte dal combustibile riformato saranno significativamente ridotte. Se si desiderano delle ulteriori riduzioni delle emissioni di CO, il combustibile riformato può essere mandato anche al bruciatore 48. Comunque possono essere ugualmente applicati dei tipi alternativi di bruciatore ben noti nella tecnica. Per esempio un semplice bruciatore, quale un bruciatore costituito da una serie di singoli bruciatori, può essere utilizzato quando al bruciatore 48 viene fornito del combustibile riformato. Il reformer 50 è preferibilmente un reformer che utilizza metano, o qualsiasi altro combustibile carboidrato, e tipicamente acqua o vapore per produrre un combustibile riformato ed esso i tipicamente fatto di acciaio inossidabile, come ben noto nella tecnica. Onde produrre combustibile riformato questi reformer richiedono tipicamente un riscaldamento a più di 593°c (1100°f) e tipicamente circa fra 649 e 982<°>C (da 1200 a 1800 °F). Perciò la quantità di calore fornita al bruciatore è basata sulla temperatura di reazione richiesta dal reformer per produrre combustibile con i desiderati costituenti ed anche sulla temperatura del fluido che esce dalla turbina d’azionamento che è tipicamente a circa 482*C (900<F). Si deve capire che dei tipi alternativi di reformer, che possono incorporare differenti configurazioni o differenti catalizzatori, per esempio un catalizzatore di nichel superattivato, possono ridurre la richiesta temperatura di reazione. Perciò, quando viene ridotta la richiesta temperatura di reazione del reformer, il calore fornito dal bruciatore 48 può essere ridotto. Preferibilmente, il calore fornito dal bruciatore può essere ridotto a circa 0 ma tipicamente il bruciatore fa aumentare la temperatura del fluido uscente dalla turbina fra circa 139 e 333 C (250-600 F). Le caldaia ad alta e bassa pressione rispettivamente 60a e 60d possono essere caldaie di un qualsiasi tipo ben noto nella tecnica. L’uscita della caldaia ad alta pressione 60a è tipicamente collegata al reformer 50 ai fini del processo di reforming ed il vapore può essere pure iniettato nel combustore 34 in modo che una parte del vapore viene iniettata nel combustore 34 per il suo raffreddamento. Del vapore uscente dalla caldaia ad alta pressione 60a, che è preferibilmente di circa 28 °C (50 °F) al di sopra della temperatura di saturazione, è pure tipicamente mandato alla turbina ad alta pressione 38a per il raffreddamento delle palette e dei deflettori della turbina. Del vapore proveniente dalla caldaia a bassa pressione 60b viene pure tipicamente mandato alla turbina a bassa pressione 38 per raffreddamento e per iniezione di vapore. Il vapore proveniente dal mezzo 60 generatore, di vapore costituisce non soltanto vapore per la soppressione del NOx e per raffreddamento ma determina anche una maggior massa di flusso al fine di una maggiore resa di potenza mentre il vapore in eccesso può anche essere utilizzato per processi esterni.
Nelle figure da 2 a 5 sono illustrate altre realizzazioni della presente invenzione dove numeri uguali corrispondono ad elementi uguali. Nella figura 2 è illustrato un motore avente un singolo compressore 30 ed una singola turbina 38 mentre un mezzo per fornire combustibile non riformato 210 è collegato al combustore 34 e l'uscita del combustibile riformato è collegata al bruciatore 48. Questo sistema riduce significativamente le dimensioni richieste dal reformer riducendo contemporaneamente le emissioni di CO mediante la combustione dell’aria o del fluido scaricato dalla turbina d'azionamento 40 e riducendo il NOx mediante l'iniezione di vapore nel combustore 34. Inoltre in motori nei quali il combustibile riformato può alterare significativamente la linea di funzionamento, per esempio aumentando la linea di funzionamento del compressore ad alta pressione al di là del desiderato punto di funzionamento, questo sistema può continuare ad utilizzare un combustibile normale nel combustore 34 rendendo cosi’ minimo qualsiasi cambiamento ai motori attuali e controllando contemporaneamente le emissioni.
In figura 3 un intercooler (inter raffreddatore) 310 è posizionato sul percorso di flusso fra i compressori a bassa e ad alta pressione rispettivamente 30a e 30b. L’intercooler 310 ha un riscaldatore 312 di combustibile e acqua, un riscaldatore 314 di acqua di alimentazione ed uno stadio finale 316 dell’intercooler, tutti connessi ad un rifornitore d’acqua 320. Il riscaldatore di combustibile e acqua ha un'uscita che è collegata ad un riscaldatore 322 del combustibile il quale riscalda il combustibile che viene mandato al reformer SO o al bruciatore 48. L’acqua riscaldata proveniente dal riscaldatore del combustibile viene tipicamente scaricata o mandata ad un’entrata del rifornitore d’acqua 320. Cosi’ il bruciatore 48 brucia tanto combustibile di rifornimento quanto combustibile riformato. li riscaldatore 314 dell’acqua d’alimentazione è collegato ad un’entrata dei mezzo 60 generatore di vapore, per esempio le caldaie ad alta e bassa pressione rispettivamente 60a e 60b. Lo stadio finale 316 dell’intercooler è tipicamente collegato ad un refrigeratore d’acqua o ad altro opportuno mezzo per eliminazione dell’acqua riscaldata. In questo sistema l’intercooler raffredda il flusso d’aria o di fluido provocando cosi* una maggior potenza resa mentre l’acqua che viene usata per raffreddare il flusso dì fluido viene utilizzata per riscaldare il combustibile e riscaldare l’acqua che entra nelle caldaie, minimizzando così l'energia persa e facendo aumentare il rendimento.
In figura 4 una caldaia 410 ad alta pressione è posizionata a valle -del bruciatore 48 e dei reformer ad alta e bassa pressione rispettivamente 412 e 414 sono posizionati a valle della caldaia ad alta pressione 410. L'uscita del reformer a bassa pressione 414 è collegata all’entrata 49 del combustibile del bruciatore 48 e l’uscita del reformer ad alta pressione è collegata al combustore 34. Questo sistema provvede al raffreddamento a vapore per la turbina ad alta pressione e al controllo delle emissioni di NOx e CO.
In figura 5 l'invenzione è realizzata in una configurazione di base nella quale un compressore 30 e connesso alla turbina 38 la quale è connessa al carico mentre l’uscita della turbina 38 è collegata, tramite un condotto, al reformer 50. Anche in questo sistema non è utilizzato un combustore di reriscaldamento evitando cosi’ i problemi associati alle configurazioni di combustori di reriscaldamento. Questo sistema risulta dall'utilizzazione di un catalizzatore che riduce la temperatura richiesta dal reformer 50 tipicamente a meno di circa 621°C (1150°F) e dal fatto che l'uscita della turbina 38 è a temperatura sufficientemente elevata da darle la temperatura richiesta al reformer.
Facendo nuovamente riferimento alla figura 1, durante il funzionamento il compressore 30 produce un flusso di fluido verso valle, il combustore 34 riscalda il flusso di fluido che viene quindi spinto attraverso la turbina 38 la quale aziona il compressore 30. Dopo essere passato attraverso la turbina, il flusso di fluido senza essere ulteriormente riscaldato aziona anche la turbina d'azionamento 40 onde fornire potenza in uscita mentre almeno una porzione e preferibilmente tutto il flusso di fluido passa quindi attraverso il condotto 44. Il flusso di fluido viene riscaldato immediatamente prima del reformer 50 dal bruciatore 48 e del combustibile viene iniettato in una entrata del reformer 50, tipicamente iniettando combustibile metano in una entrata ed iniettando anche vapore o acqua in una entrata. Il reformer produce un combustibile contenente vari costituenti quali metano, biossido di carbonio, vapor d’acqua, monossido di carbonio e idrogeno. La quantità dei costituenti prodotti ed in particolare la quantità di idrogeno che si desidera produrre dipende dalla particolare configurazione c^el sistema e dalla desiderata uscita di emissioni. Tipicamente il combustibile riformato sarà composto circa fra il 5 ed il 50% in volume di idrogeno e tipicamente circa fra il 1S e il 30%. Almeno una parte del combustibile riformato in uscita dal reformer 50 viene iniettato nel combustore 34 per la combustione nel motore 20. L'uscita del reformer SO può anche essere iniettata nel bruciatore 48 per riscaldare il flusso di fluido prima del reformer SO. Il flusso di fluido riscalda quindi le caldaie ad alta e bassa pressione rispettivamente 60a e 60b ed il vapore in uscita dalle caldaie viene iniettato nel motore 20 ed è anche preferibilmente iniettato in una entrata del reformer SO. Si deve capire che per ravviamento iniziale del sistema viene tipicamente fornito un opportuno combustibile al combustore 34 fino a che il sistema riscalda sufficientemente il reformer di modo che del combustibile riformato può essere rifornito al combustore. Questo sistema costituisce un sistema capace di produrre basse emissioni di NOx e di CO. Per esempio in un particolare tipo progettati vo le emissioni di NOx possono essere ridotte a meno di otto parti per milione (ppm) e le emissioni di CO a meno di 22,7 kg. (SO libbre) per ora. Inoltre integrando i vari componenti in un sistema generale, il presente sistema ottiene queste basse emissioni con un minimo impatto negativo sul rendimento. Si deve capire che tipicamente vi è una riduzione di rendimento perchè del combustibile viene consumato dal bruciatore. Comunque il ricupero chimico fa aumentare il rendimento del ciclo e perciò, anche quando viene utilizzato il bruciatore, gli aumenti di rendimento ottenuti mediante il ricupero chimico compensano almeno una parte della riduzione di rendimento ed il sistema può presentare un complessivo aumento di rendimento. Inoltre questo sistema può essere incorporato in motori esistenti senza significative modifiche. contrario i sistemi precedentemente proposti per la combustione di reriscaldo prima delle turbine d’azionamento richiedevano l'uso di combustori di reriscaldo che espongono il sistema ad elevate sollecitazioni termiche e comportavano una avanzata tecnologia richiedente turbine d'azionamento con avanzate tecniche di raffreddamento le quali non sono convenzionalmente disponibili. Comunque raggiunta di un ulteriore mezzo di riscaldamento a valle della turbina d’azionamento che riscalda il reformer 50, quale il bruciatore, provvede il calore addizionale necessario affinchè avvenga il processo di reforming del combustibile. - Medianté l’eliminazione del combustore di reriscaldamento prima della turbina d’azionamento, il sistema della presente invenzione può utilizzare convenzionali turbine d’azionamento e altri provati equipaggiamenti, convenzionalmente disponibili in una configurazione generale del sistema onde realizzare una tecnica affidabile che evita una tecnologia costosa e non provata come quella richiesta in sistemi utilizzanti combustori di reriscaldamento prima delle turbine d’azionamento. Si deve capire che la presente invenzione è applicabile ad una varietà di configurazioni che vanno da sistemi base, aventi una singola turbina e nei quali il reformer è accoppiato all’uscita della turbina, a sistemi complessi aventi turbine multiple, compressori, reformer, caldaie, intercooler e turbine e d’azionamento. Si deve perciò capire che si intendono coprire tutte quelle modifiche e quei cambiamenti che ricadono entro il vero spirito dell’invenzione.

Claims (23)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto di produzione di energia comprendente: un turbomotore a gas avente un compressore per produrre un flusso di fluido verso valle, un combustore a valle del compressore, una turbina a valle del combustore ed una turbina d’azionamento a valle ed adiacente alla turbina; un reformer che è posizionato a valle della turbina d’azionamento di modo che l’uscita della turbina d’azionamento costituisce un primo mezzo per riscaldare il reformer, dove detto reformer ha un’uscita che è collegata a detto combustore.
  2. 2. L’impianto d’energia della rivendicazione 1, ulteriormente comprendente un secondo mezzo per riscaldare il reformer.
  3. 3. L’impianto d’energia della rivendicazione 1, dove detto primo mezzo riscaldatore comprende un condotto che è posizionato a valle di detta turbina e dove detto condotto è collegato all’uscita della turbina.
  4. 4. L’impianto di energia della rivendicazione 3, ulteriormente comprendente un rotore che è posizionato in detto condotto vicino a detto reformer.
  5. 5. L’impianto d’energia della rivendicazione 1, ulteriormente comprendente un mezzo per produrre un rotore che è posizionato a valle di detto reformer, dove l’uscita di detto mezzo per produrre vapore è collegata ad un'entrata di detto reformer.
  6. 6. L’impianto di energia della rivendicazione S, dove l’uscita di detto mezzo per produrre vapore è collegata a detto combustore.
  7. 7. L’impianto di energia della rivendicazione 5, dove Tuscita di detto mezzo per produrre vapore è collegata a detta turbina.
  8. 8. L'impianto di energia della rivendicazione 5, dove detto mezzo per produrre vapore comprende una prima caldaia per produrre vapore ad una prima pressione ed una seconda caldaia per produrre vapore ad una pressione più bassa di detta prima pressione. I
  9. 9. L’impianto di energia della rivendicazione 8, dove detta turbina comprende una turbina ad alta pressione ed una turbina a bassa pressione e dove un’uscita di detta prima caldaia è collegata a detto combustore ed un'uscita di detta seconda caldaia è collegata a detta turbina a bassa pressione.
  10. 10. L’impianto d’energia della rivendicazione 1, dove Tunica uscita di detto reformer è collegata direttamente a detto combustore.
  11. 11. Impianto di produzione di energia comprendente: un compressore per produrre un flusso di fluido verso valle; un combustore a valle del compressore; una turbina a valle del combustore; una regione di condotti che riceve almeno una porzione del fluido in uscita dalla turbina; un bruciatore posizionato entro detta regione di condotti; un reformer posizionato a valle del bruciatore e collegato a detta regione di condotti, dove detto reformer ha un’uscita.
  12. 12. L’impianto di energia della rivendicazione 11, dove detta uscita di detto reformer è collegata a detto bruciatore.
  13. 13. L'impianto di energia della rivendicazione 12, dove detta uscita di detto reformer è pure collegata a detto combustore.
  14. 14. L’impianto di energia della rivendicazione 11, dove detta uscita di detto reformer è collegata a detto combustore.
  15. 15. L’impianto d’energia della rivendicazione 11 ulteriormente comprendente una caldaia posizionata a valle del reformer, dove detta caldaia ha un’uscita che è collegata ad una entrata di detto reformer.
  16. 16. L'impianto d’energia della rivendicazion† 15, dove un’uscita di detta caldaia è collegata a detta turbina.
  17. 17. L’impianto d’energia della rivendicazione 15, dove un’uscita di detta caldaia è collegata a detto combustore.
  18. 18. L’impianto di energia della rivendicazione 15, dove un'uscita di detta caldaia è col legata a detta turbina al fine di raffreddamento.
  19. 19. Metodo di funzionamento di un impianto di produzione di energia comprendente un compressore per produrre un flusso di fluido verso valle, un combustore a valle del compressore, una turbina a valle del combustore, una turbina d’azionamento a valle e vicino alla turbina, un reformer posizionato a valle della turbina d’azionamento, metodo comprendente le fasi di: riscaldare il flusso di fluido immediatamente prima del reformer; iniettare del combustibile in una entrata di detto reformer; iniettare almeno una porzione dell’uscita del reformer nel combustore.
  20. 20. Il metodo della rivendicazione 19, dove la fase di iniettare combustibile nel reformer comprende inoltre la fase di iniettare metano nel reformer.
  21. 21. Il metodo della rivendicazione 19, ulteriormente comprendente le fasi di: produrre vapore mediante una caldaia posizionata a valle di detto reformer; iniettare almeno una parte di detto vapore in una entrata di detto reformer.
  22. 22. Il metodo della rivendicazione 19 ulteriormente comprendente la fase di iniettare metano in un bruciatore per riscaldare il flusso di fluido prima del reformer.
  23. 23. Il metodo della rivendicazione 19 ulteriormente comprendente la fase di iniettare una parte dell'uscita del reformer in un bruciatore per riscaldare il flusso di fluido prima del reformer.
IT20038A 1989-04-18 1990-04-13 Turbina a gas a ricupero chimico IT1240297B (it)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US33984889A 1989-04-18 1989-04-18

Publications (3)

Publication Number Publication Date
IT9020038A0 IT9020038A0 (it) 1990-04-13
IT9020038A1 true IT9020038A1 (it) 1991-10-13
IT1240297B IT1240297B (it) 1993-12-07

Family

ID=23330887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT20038A IT1240297B (it) 1989-04-18 1990-04-13 Turbina a gas a ricupero chimico

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5133180A (it)
JP (1) JP2581825B2 (it)
GB (1) GB2232721B (it)
IT (1) IT1240297B (it)
SE (1) SE468910B (it)

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5582000A (en) * 1989-02-08 1996-12-10 United Technologies Corporation Coolable rocket nozzle for a rocket engine
DE4118062A1 (de) * 1991-06-01 1992-12-03 Asea Brown Boveri Kombinierte gas/dampf-kraftwerksanlage
US5291735A (en) * 1993-03-23 1994-03-08 United Technologies Corporation High efficiency, hydrogen-driven cooling device
AU8122794A (en) * 1993-10-19 1995-05-08 State Of California Energy Resources Conservation And Development Commission Performance enhanced gas turbine powerplants
US5535584A (en) * 1993-10-19 1996-07-16 California Energy Commission Performance enhanced gas turbine powerplants
US5490377A (en) * 1993-10-19 1996-02-13 California Energy Commission Performance enhanced gas turbine powerplants
US5881549A (en) * 1993-10-19 1999-03-16 California Energy Commission Reheat enhanced gas turbine powerplants
US5431007A (en) * 1994-03-04 1995-07-11 Westinghouse Elec Corp Thermochemically recuperated and steam cooled gas turbine system
JP2680782B2 (ja) * 1994-05-24 1997-11-19 三菱重工業株式会社 燃料改質器を組み合せた石炭焚きコンバインド発電プラント
US5628183A (en) * 1994-10-12 1997-05-13 Rice; Ivan G. Split stream boiler for combined cycle power plants
DK171830B1 (da) * 1995-01-20 1997-06-23 Topsoe Haldor As Fremgangsmåde til generering af elektrisk energi
US5595059A (en) * 1995-03-02 1997-01-21 Westingthouse Electric Corporation Combined cycle power plant with thermochemical recuperation and flue gas recirculation
DE19536836C2 (de) * 1995-10-02 2003-11-13 Alstom Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage
DE19539773A1 (de) * 1995-10-26 1997-04-30 Asea Brown Boveri Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe
US6058856A (en) * 1996-05-28 2000-05-09 Hitachi, Ltd. Waste processing system and fuel reformer used in the waste processing system
DK146196A (da) * 1996-06-21 1997-12-22 Haldor Topsoe As Fremgangsmåde til fremstilling af syntesegas og elektrisk energi.
DE19627189A1 (de) * 1996-07-05 1998-01-15 Siemens Ag Kohle-(Öl-)Erdgas-Kombi-/Verbundkraftwerk mit Erdgasreformierung mit verbessertem Wirkungsgrad
US5896738A (en) * 1997-04-07 1999-04-27 Siemens Westinghouse Power Corporation Thermal chemical recuperation method and system for use with gas turbine systems
US6282902B1 (en) 1997-10-28 2001-09-04 Hitachi, Ltd. Waste processing system and fuel reformer used in the waste processing 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
JP2000080927A (ja) 1998-09-04 2000-03-21 Toshiba Corp ガスタービンシステム
US6363706B1 (en) 1998-12-24 2002-04-02 Alliedsignal Apparatus and method to increase turbine power
EP1065347B1 (en) * 1999-07-01 2007-03-07 General Electric Company Method for fuel gas moisturization and heating
WO2001012754A1 (en) * 1999-08-19 2001-02-22 Manufacturing And Technology Conversion International, Inc. Gas turbine with indirectly heated steam reforming system
DE19952885A1 (de) * 1999-11-03 2001-05-10 Alstom Power Schweiz Ag Baden Verfahren und Betrieb einer Kraftwerksanlage
US6830596B1 (en) * 2000-06-29 2004-12-14 Exxonmobil Research And Engineering Company Electric power generation with heat exchanged membrane reactor (law 917)
US7121097B2 (en) 2001-01-16 2006-10-17 Catalytica Energy Systems, Inc. Control strategy for flexible catalytic combustion system
US6718772B2 (en) 2000-10-27 2004-04-13 Catalytica Energy Systems, Inc. Method of thermal NOx reduction in catalytic combustion systems
US6796129B2 (en) 2001-08-29 2004-09-28 Catalytica Energy Systems, Inc. Design and control strategy for catalytic combustion system with a wide operating range
US20040255588A1 (en) * 2002-12-11 2004-12-23 Kare Lundberg Catalytic preburner and associated methods of operation
US7254951B2 (en) * 2003-01-07 2007-08-14 Lockwood Jr Hanford N High compression gas turbine with superheat enhancement
WO2004065777A2 (en) * 2003-01-17 2004-08-05 Catalytica Energy Systems, Inc. Dynamic control system and method for multi-combustor catalytic gas turbine engine
US7975489B2 (en) * 2003-09-05 2011-07-12 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Catalyst module overheating detection and methods of response
US20050121532A1 (en) * 2003-12-05 2005-06-09 Reale Michael J. System and method for district heating with intercooled gas turbine engine
JP4496950B2 (ja) * 2004-01-09 2010-07-07 株式会社日立製作所 改質炉システム
US7111462B2 (en) * 2004-07-21 2006-09-26 Steward-Davis International, Inc. Onboard supplemental power system at varying high altitudes
US7089744B2 (en) * 2004-07-21 2006-08-15 Steward Davis International, Inc. Onboard supplemental power system at varying high altitudes
EP1669572A1 (en) * 2004-12-08 2006-06-14 Vrije Universiteit Brussel Process and installation for producing electric power
US7254950B2 (en) * 2005-02-11 2007-08-14 General Electric Company Methods and apparatus for operating gas turbine engines
US20060236608A1 (en) * 2005-04-22 2006-10-26 Amjad Khan System for dispensing hydrogen to a vehicle
CN101878283A (zh) * 2007-09-14 2010-11-03 赫多特普索化工设备公司 烃和电力的联合生产
BRPI0820933B1 (pt) * 2007-12-07 2020-09-24 Dresser-Rand Company Sistema para comprimir um refrigerante e método de comprimir um refrigerante e de converter um gás para um gás liquefeito
SE0900236A1 (sv) * 2009-02-24 2010-08-25 Euroturbine Ab Förfarande för drift av en gasturbinkraftanläggning och en gasturbinkraftanläggning
US20120055168A1 (en) * 2010-09-08 2012-03-08 General Electric Company System and method for producing hydrogen rich fuel
US20130081407A1 (en) 2011-10-04 2013-04-04 David J. Wiebe Aero-derivative gas turbine engine with an advanced transition duct combustion assembly
DE102016216437A1 (de) * 2016-08-31 2018-03-01 Dürr Systems Ag Dampfanlage und Verfahren zum Betreiben einer Dampfanlage
EP3650757A1 (de) * 2018-11-08 2020-05-13 Siemens Aktiengesellschaft Gasturbine und verfahren zum betreiben einer gasturbine
US20220289582A1 (en) * 2021-03-12 2022-09-15 Kellog Brown & Root Llc Power Augmentation for a Gas Turbine
EP4151839A1 (en) * 2021-09-20 2023-03-22 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Method and system for producing a fuel for driving a gas turbine
US11920526B1 (en) * 2022-08-12 2024-03-05 Rtx Corporation Inter-cooled preheat of steam injected turbine engine

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1219732B (de) * 1958-07-12 1966-06-23 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit kontinuierlicher Verbrennung, beispielsweise einer Gasturbine
DE1228856B (de) * 1965-06-09 1966-11-17 M A N Turbo G M B H Brennkraftmaschine mit kontinuierlicher Verbrennung, insbesondere Gasturbinenanlage
DE2303586B2 (de) * 1973-01-25 1976-10-21 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Gasturbinenanlage mit vollstaendiger kontinuierlicher verbrennung des ihr zugefuehrten brennstoffs
GB1581334A (en) * 1976-07-02 1980-12-10 Cummings D R Providing energy from the combustion of methanol
BE845824A (fr) * 1976-07-14 1977-03-03 Moteur thermique a deux fluides et a recuperation de chaleur
US4315893A (en) * 1980-12-17 1982-02-16 Foster Wheeler Energy Corporation Reformer employing finned heat pipes
JPS59108809A (ja) * 1982-12-13 1984-06-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 複合原動システム
JPS60122232A (ja) * 1983-12-07 1985-06-29 Toshiba Corp コンバインドサイクルタ−ビンプラント制御装置
FR2577990B1 (fr) * 1985-02-22 1989-03-03 Electricite De France Procede et installation de production d'energie motrice ou electrique, notamment a turbine a gaz
JPS6267239A (ja) * 1985-09-20 1987-03-26 Toyo Eng Corp ガスタ−ビン動力発生法
JPH0789494B2 (ja) * 1986-05-23 1995-09-27 株式会社日立製作所 複合発電プラント
JPS63280824A (ja) * 1987-05-12 1988-11-17 Agency Of Ind Science & Technol メタノ−ル改質型ガスタ−ビンの運転法

Also Published As

Publication number Publication date
SE9001258L (sv) 1990-10-19
IT1240297B (it) 1993-12-07
IT9020038A0 (it) 1990-04-13
SE9001258D0 (sv) 1990-04-05
JP2581825B2 (ja) 1997-02-12
JPH02286835A (ja) 1990-11-27
SE468910B (sv) 1993-04-05
GB2232721A (en) 1990-12-19
GB2232721B (en) 1994-03-30
GB9008459D0 (en) 1990-06-13
US5133180A (en) 1992-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
IT9020038A1 (it) Turbina a gas a ricupero chimico
JP3984314B2 (ja) パワーステーションプラントの運転法
US5590518A (en) Hydrogen-rich fuel, closed-loop cooled, and reheat enhanced gas turbine powerplants
US7543438B2 (en) Gas turbine topping device in a system for manufacturing sulfuric acid and method of using turbine to recover energy in manufacture of sulfuric acid
US5595059A (en) Combined cycle power plant with thermochemical recuperation and flue gas recirculation
US7926292B2 (en) Partial oxidation gas turbine cooling
US10767855B2 (en) Method and equipment for combustion of ammonia
JP2010164048A (ja) 予混合部分酸化合成ガス発生装置及びガスタービンシステム
US5095693A (en) High-efficiency gas turbine engine
SK264690A3 (en) Method and device for generating electrical energy
JPH10505145A (ja) 汚染を減少した動力発生システム及びそのためのガス発生機
US20110192139A1 (en) Hydrogen combustion system with closed-cycle recycling of exhaust gas and method thereof
US20240167417A1 (en) Power generation system, method for dynamically adjusting a power generation system, and method for controlling a power generation system
US5233823A (en) High-efficiency gas turbine engine
WO2024223225A1 (en) Gas turbine arrangement with ammonia cracker and power plant with such and method to operate a gas turbine arrangement
JP3706455B2 (ja) 水素燃焼タービン用水素・酸素燃焼器
US8869502B2 (en) Fuel reformer system for a turbomachine system
CN101025272A (zh) 多级高效环保型燃气轮机气体燃料分级燃烧方法及系统
IT202200026685A1 (it) Sistema ausiliario di turbinaa gas per il condizionamento di NH3
CN118009353B (zh) 一种耦合氨燃料预裂解的燃气轮机分级燃烧装置
CN101551121A (zh) 多级高效环保型燃气轮机气体燃料分级燃烧方法及系统
CN1116508C (zh) 燃气涡轮机组工作方法
WO2024132218A1 (en) A gas turbine auxiliary system for nh3 conditioning
JP2024527732A (ja) 酸素燃焼複合サイクル発電プラント
WO2024223214A1 (en) Gas turbine arrangement with ammonia cracker and power plant with such and method to operate a gas turbine arrangement

Legal Events

Date Code Title Description
0001 Granted
TA Fee payment date (situation as of event date), data collected since 19931001

Effective date: 19950426