DE2526884A1 - PROCESS AND EQUIPMENT FOR ELECTRICITY GENERATION AND REGASIFICATION OF LIQUIDED GAS - Google Patents
PROCESS AND EQUIPMENT FOR ELECTRICITY GENERATION AND REGASIFICATION OF LIQUIDED GASInfo
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Description
71/75 Ke/dh71/75 Ke / dh
BBC Aktxengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)BBC Aktxengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Switzerland)
Verfahren und Einrichtung zur Stromerzeugung und zum Wiedervergasen von verflüssigtem GasMethod and device for power generation and for Gasification of liquefied gas
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stromerzeugung und zum Wiedervergasen von verflüssigtem Gas, insbesondere Naturgas , unter Ausnützung der Abwärme einer Gasturbine mit geschlossenem Kreislauf, wobei in einem am unteren Ende des thermodynamischen Gasturbinen-Kreisprozesses vorgesehenen Vergaser das verflüssigte Gas auf den geforderten thermischen Zustand - beispielsweise entsprechend den Eintrittsbedingungen in eine Gasfernleitung - gebracht wird; ferner bezieht sie sich auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for generating electricity and for regasifying liquefied gas, in particular natural gas , using the waste heat from a gas turbine with a closed Circuit, being provided in one at the lower end of the thermodynamic gas turbine cycle Carburetor the liquefied gas to the required thermal state - for example according to the inlet conditions into a gas pipeline - is brought; it also relates to a facility for implementing the Procedure.
Derartige Verfahren sind bekannt und es wird ihnen von derSuch processes are known and are supported by the
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Fachwelt eine beträchtliche Steigerung des Nutzeffektes gegenüber beispielsweise Gasturbinen mit Wasserkühlung und mehrstufiger Verdichtung bestätigt. In einem Kurzauszug in der ZfK (Zeitung für kommunale Wirtschaft, Nr. 11/74, S. 21) wird die vorzügliche Eignung vom flüssigen Naturgas, für welches im folgenden der allgemein gebräuchliche Ausdruck LNG steht, als Kühlmittel für die Gasturbine hervorgehoben; dies unter anderem, weil durch die Abkühlung des Kreislaufgases mittels LNG Verdichtereintrittstemperaturen von etwa -130 C zur Verfügung stehen, was eine starke Verminderung der Verdichterarbeit und demgemäss eine entsprechende Vergrösserung der Nutzarbeit bewirkt.Experts a considerable increase in the efficiency compared to, for example, gas turbines with water cooling and multi-stage Confirmed compression. In a short excerpt in the ZfK (newspaper for communal economy, no. 11/74, p. 21) the excellent suitability of liquid natural gas, for which the commonly used term LNG stands in the following, highlighted as coolant for the gas turbine; this, among other things, because by means of the cooling of the circulating gas LNG compressor inlet temperatures of around -130 C are available stand, which results in a strong reduction in the compression work and, accordingly, a corresponding increase in the Useful work causes.
Im Prinzip handelt es sich beim Verfahren um eine kombinierte Strom- und Wärmeerzeugung, wie dies schon länger bekannt ist bei Heizkraftwerken auf Gasturbinengrundlage. (Eschwer Wyss-Mitteilungen, 39. Jahrgang, 1966, Heft 1, S. 34-42). Im vorliegenden Pail der LNG-Vergasung ist das tiefe Temperaturniveau im Gaskreislauf nicht relevant, da lediglich ein sekundäres Medium nach Erfodernis aufzuheizen ist. Dies geschieht in einem LNG-Vergaser analog dem mit getrennten Heizwasserelementen ausgerüsteten Vorkühler beim erwähnten Heizkraftwerk .In principle, the process involves combined electricity and heat generation, as has been known for a long time for thermal power stations based on gas turbines. (Eschwer Wyss reports, 39th year, 1966, issue 1, pp. 34-42). In the present pail of the LNG gasification is the low temperature level not relevant in the gas cycle, since only a secondary medium has to be heated up as required. this happens in an LNG gasifier analogous to the pre-cooler equipped with separate heating water elements in the cogeneration plant mentioned .
Die Austrittsbedingungen des LNG aus dem Vergaser sind in derThe exit conditions of the LNG from the gasifier are in the
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Regel gegeben und entsprechen den Eintrittsbedingungen in eine Gas- Fernleitung oder denjenigen in ein am Ort aufgestelltes naturgasgefeuertes Kraftwerk. Es wird meistens ein Druck von 50 - 70 bar und eine Temperatur von 2 - 10 C verlangt.Rule given and correspond to the entry conditions in a gas pipeline or those in a locally installed one natural gas-fired power plant. It will mostly be a print of 50 - 70 bar and a temperature of 2 - 10 C required.
Von Nachteil ist beim bekannten Verfahren, dass sich zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades sehr aufwendige Kreislauf-Wärmeaustauscher mit grossem Austauschgrad und kleinen Druckabfällen kaum vermeiden lassen.A disadvantage of the known method is that very complex circuit heat exchangers are required to achieve a high degree of efficiency with a high degree of exchange and small pressure drops can hardly be avoided.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kombiniertes Verfahren zur Wiedervergasung von LNG und zur Stromerzeugung zu erstellen, mit welchem bei kaum grösserem Aufwand als beim bekannten Verfahren eine wesentlich bessere Leistungsausbeute erzielt wird.The invention is based on the object of a combined To create a process for regasification of LNG and for electricity generation, with which with hardly more effort than with known method a significantly better power output is achieved.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Flüssiggas auf einen höheren als den geforderten Druck gebracht wird und in dem mit den Abgasen der Gasturbine arbeitenden Vergaser auf eine höhere als die geforderte Temperatur erhitzt wird, worauf es in einer Expansionsturbine unter Abgabe von Nutzleistung auf den geforderten Zustand entspannt wird.According to the invention, the object is achieved in that the Liquid gas is brought to a pressure higher than the required pressure and in which working with the exhaust gases from the gas turbine Carburetor is heated to a temperature higher than the required temperature, whereupon it is placed in an expansion turbine is relaxed to the required state while releasing useful power.
Der Vorteil des Verfahrens ist in einer beträchtlichen Steige-The advantage of the process is a considerable increase in
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-r-r
rung des Anlagenwirkungsgrades zu sehen sowie insbesondere darin, dass durch die Nützung eines grossen Wärmegefälles in der Expansionsturbine auf einen kostspieligen Wärmeaustauscher grossen Umfangs im Gaskreislauf verzichtet werden kann.tion of the system efficiency and, in particular, that by using a large heat gradient in the expansion turbine can dispense with an expensive heat exchanger of large size in the gas cycle.
Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Vergaser, welcher am unteren Ende des thermodynamischen Gasturbinen-Kreisprozesses zwischen der Gasturbine und dem Verdichter vorgesehen ist, sowie durch eine Expansionsturbine, in welcher das unter hohem Druck stehende, aufgeheizte Gas unter Leistungsabgabe entspannt wird. Es ist ferner zweckmässig, wenn die Expansionsturbine auf der gleichen Welle wie der vorzugsweise als Einwellenanordnung gestaltete Verdichter-Turbine-Generator-Maschinensatz angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass kein eigener Generator erstellt werden muss; hingegen ist der zur Maschinengruppe gehörende Generator um.die von der Expansionsturbine abgegebene Nutzleistung grosser zu bemessen.A facility for carrying out the procedure is marked by a gasifier, which at the lower end of the thermodynamic gas turbine cycle between the Gas turbine and the compressor is provided, as well as by an expansion turbine, in which the under high pressure standing, heated gas is relaxed with power output. It is also useful if the expansion turbine on the same shaft as the compressor-turbine-generator-machine set, which is preferably designed as a single-shaft arrangement is arranged. This has the advantage that you do not have to create your own generator; on the other hand is that of the machine group generator belonging to the expansion turbine power output to be rated higher.
In der Zeichnung ist ein zum Stande der Technik zählendes Verfahren sowie ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:A prior art method and an exemplary embodiment of the invention are shown schematically in the drawing shown. Show it:
Fig. 1 ein Sehaltungsschema einer Einwellenanordnung mit geschlossenem Gaskreislauf zur Wärme- und Stromerzeugung 1 shows a schematic diagram of a single-shaft arrangement closed gas circuit for heat and power generation
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Fig. 2 ein Schaubild Leistung und Wirkungsgrad in Funktion vom Druckverhältnis einer bekannten AnlageFig. 2 is a graph of performance and efficiency as a function of the pressure ratio of a known system
Fig. 3 ein dem bekannten Verfahren entsprechendes Enthalpie Entropiediagramm (h-s)3 shows an enthalpy entropy diagram (h-s) corresponding to the known method
Fig. 4 ein dem erfindungsgemässen Verfahren entsprechendes Enthalpie-Entropiediagramm4 shows a method corresponding to the method according to the invention Enthalpy-entropy diagram
Fig. 5 ein Schaubild Leistung und Wirkungsgrad in Funktion vom Druckverhältnis der erfindungsgemässen Anlage5 shows a graph of power and efficiency as a function of the pressure ratio of the system according to the invention
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Anlage und deren Wirkungsweise wird nicht auf die Druck- und Wärmeverluste in den Maschinen, Apparaten und Leitungen eingegangen, da diese für das Verständnis der Erfindung unwesentlich sind. Desgleichen sind in der Zeichnung erfindungsunwesentliche Teile wie bspw. Anwurfmotor, Kupplungen, Luftvorwärmer und dergleichen fortgelassen. Die Strömungsrichtung der diversen Medien ist mit Pfeilen dargestellt.The following description of the system and its mode of operation does not refer to the pressure and heat losses entered into the machines, apparatus and lines, since these are immaterial for an understanding of the invention. The drawing also shows parts that are not essential to the invention, such as starter motors, clutches, air preheaters and such things are omitted. The direction of flow of the various media is shown with arrows.
Das Schema gemäss Fig. 1 zeigt einen einfachen geschlossenen Gasturbinenkreislauf, dem Wärme von einer äusseren Quelle, dem Gaserhitzer 1 indirekt zugeführt wird. Das erhitzte Ar-The scheme according to FIG. 1 shows a simple closed one Gas turbine cycle, the heat from an external source, the gas heater 1 is fed indirectly. The heated ar-
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beitsmittel, im vorliegenden Fall Stickstoff, welches dauernd unter Ueberdruck steht, expandiert in der Turbine 2 unter äusserer Leistungsabgabe an den Generator 3. Hierauf zirkuliert es unter Wärmeabgabe durch den Wärmeaustauscher M- und gibt seine restliche Wärme an den Vergaser 5 ab, welcher von rekuperativer Bauart ist. Im anschliessenden Verdichter 6, welcher ebenfalls von der Gasturbine 2 angetrieben wird, wird das Arbeitsmittel auf einen höheren Druck gebracht,■ und durchströmt unter Wärmeaufnahme ein zweites J$al den Wärmeaustauscher 4. Geschlossen wird der Kreis durch Wiedereinführung des Gases in den Gaserhitzer 1, in welchem die Uebertragung der Brennstoffenergie durch Strahlung und Konvektion erfolgt. The medium, in the present case nitrogen, which is constantly under excess pressure, expands in the turbine 2 under external power output to the generator 3. It then circulates with heat dissipation through the heat exchanger M and gives off its remaining heat to the carburetor 5, which is of recuperative design. In the subsequent compressor 6, which is also driven by the gas turbine 2, the working fluid is brought to a higher pressure, ■ and a second J $ al flows through the heat exchanger while absorbing heat 4. The circle is closed by reintroducing the gas into the gas heater 1, in which the transfer the fuel energy takes place through radiation and convection.
Die Wiedervergasung vom LNG soll nun anhand dieser bekannten Schaltung näher erläutert werden.The regasification of LNG will now be explained in more detail using this known circuit.
Es versteht sich, dass im vorliegenden Rahmen auf die Bekanntgabe von allen den Berechnungen zu Grunde liegenden Absolutwerten verzichtet wird, da diese wegen ihrer Abhängigkeit von allzu zahlreichen Parametern ohnehin ungenügende Aussagekraft besitzen.It goes without saying that in the present context the disclosure of all the absolute values on which the calculations are based is dispensed with, as this is in any case insufficiently meaningful due to its dependence on all too numerous parameters own.
Zum besseren Verständnis seien einige bekannte Zusammenhänge, welche in Fig. 2 gezeigt sind, kurz wiederholt.For a better understanding, some known relationships, which are shown in FIG. 2, are briefly repeated.
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Wird ein grosstmöglicher Wirkungsgrad (A1) bei einem wirtschaftlich vertretbaren Rekuperativaustauschgrad von ^= 0,8 angestrebt, so ergeben sich ein kleines Druckverhältnis für die Gasturbine und eine entsprechend niedrige Leistung (A)If the greatest possible efficiency (A 1 ) with an economically justifiable recuperative exchange rate of ^ = 0.8 is sought, the result is a small pressure ratio for the gas turbine and a correspondingly low output (A)
- Wird höchstmöglicher Wirkungsgrad (B') angestrebt, so ist das nur durch einen extrem aufwendigen Rekuperator möglich (Sl =0,9). Dies führt zu noch kleinerem Druckverhältnis und entsprechend niedrigerer Leistung (B)- If the highest possible efficiency (B ') is sought, then this is only possible with an extremely complex recuperator (Sl = 0.9). This leads to an even smaller pressure ratio and correspondingly lower power (B)
In beiden betrachteten Fällen führt eine Leistungssteigerung (C) zu relativ tiefem Wirkungsgrad (C ,C"),In both cases considered, an increase in performance (C) leads to a relatively low level of efficiency (C, C "),
Für das nachfolgende Beispiel wurde von folgenden bekannten Voraussetzungen ausgegangen und es wurden folgende Annahmen getroffen:For the following example, the following known prerequisites were assumed and the following assumptions were made met:
- Eine möglichst tiefe Rücklauftemperatur des aufzuheizenden Mediums, entsprechend einer tiefen Eintrittemperatur in den Verdichter 6, lässt Wirkungsgrad und Leistung der Anlage ansteigen.- The lowest possible return temperature of the medium to be heated, corresponding to a low inlet temperature in the compressor 6, increases the efficiency and performance of the system.
- Der Einfluss des Druckverhältnisses im Kreislauf im Hinblick auf eine zu erzielende Vorlauftemperatur entsprechend der Austrittstemperatur des aufzuheizenden Mediums aus dem Vergaser 5 ist in der Literatur hinreichend beschrieben.- The influence of the pressure ratio in the circuit with regard to a flow temperature to be achieved accordingly the outlet temperature of the medium to be heated from the Carburetor 5 is sufficiently described in the literature.
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Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, müssen die Nichtumkehrbarkeiten des Kreislaufes sehr klein gehalten werden, was sich in einem aufwendigen Rekuperator mit grossem Austauschgrad und kleinen Druckabfällen ausdrückt. Gewählt wird ein Austauschgrad Q_= 0,8.In order to achieve high efficiency, the irreversibilities must of the circuit can be kept very small, which results in a complex recuperator with a large Expresses the degree of exchange and small pressure drops. A degree of exchange Q_ = 0.8 is chosen.
Das aufzuheizende Medium, im vorliegenden Fall das LNG, kann als alleinige Wärmesenke für die Gasturbine 2 dienen und weist vor resp. nach der Wiedervergasung folgende Zustände auf:The medium to be heated, in the present case the LNG, can serve as the sole heat sink for the gas turbine 2 and shows resp. after regasification to the following conditions:
Eintritt Vergaser -36l°C, 70 bar Austritt Vergaser 2°C, 50 bar.Inlet carburetor -36l ° C, 70 bar outlet carburetor 2 ° C, 50 bar.
Als Kreislaufgas wirkt Stickstoff, welcher sich besonders eignet aufgrund der tiefen Temperatur des Flüssiggases; es könnten selbstverständlich auch Argon oder Helium verwendet werden.Nitrogen acts as a cycle gas, which is particularly beneficial suitable due to the low temperature of the liquid gas; Argon or helium could of course also be used will.
Bei der Wahl des Druckverhältnisses Tf des Kreislaufes liegt ein grosser Freiheitsgrad vor. Wegen der erforderlichen Erwärmung des Naturgases auf + 2°C, dem gewählten Austauschgrad des Wärmeaustauschers U sowie wegen der durch die Lagertemperatur des LNG bedingten tiefen Eintritts temperatur in den Verdichter 6 kann dessen Druckverhältnis ein bestimmtes Minimum nicht unterschreiten. Gewählt wird tT = 8,00.When choosing the pressure ratio Tf of the circuit there is a great degree of freedom. Because of the required Heating of the natural gas to + 2 ° C, the selected degree of exchange of the heat exchanger U and because of the Due to the storage temperature of the LNG-related low entry temperature into the compressor 6, its pressure ratio do not fall below a certain minimum. TT = 8.00 is selected.
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Um einen sehr günstigen, wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten, wird die obere Temperatur des Gaskreislaufes mit 720 C festgelegt, wodurch die Strahlungsheizflächen in der Brennkammer des Gaserhitzers 1 noch aus austenitischen Stählen hergestellt sein können.In order to guarantee a very cheap, economical operation, the upper temperature of the gas circuit is set at 720 C, which means that the radiant heating surfaces in the combustion chamber of the gas heater 1 can still be made of austenitic steels.
Zugrundegelegt wird ein Massenstrom von 240 kg/sec im Kreislauf und 80 kg sekundlich zu vergasendes LNG.A mass flow rate of 240 kg / sec in the circuit and 80 kg of LNG to be gasified second is taken as a basis.
Die thermodynamischen Zustandsänderungen des Kreisprozesses und der Wiedervergasung sind im Enthalpie-Entropiediagramm in Fig. 3 gezeigt. Durch die vorstehenden Ausführungen sind die Punkte 11, 13, 14, 15 und 16' gegeben. Die Auslegung der Gasturbine 2 und die verbleibenden Punkte 12, 12f und 14' sind unter Berücksichtigung der verschiedenartigen, meist ineinandergreifenden Grossen nach den allgemein bekannten Rechenverfahren zu bestimmen.The thermodynamic changes in state of the cycle and regasification are shown in the enthalpy-entropy diagram in FIG. 3. Points 11, 13, 14, 15 and 16 'are given by the above explanations. The design of the gas turbine 2 and the remaining points 12, 12 f and 14 'are to be determined according to the generally known calculation method, taking into account the various, mostly interlocking variables.
Es ergibt sich für die Anlage eine Generatorleistung von etwa 60 MWe und ein thermischer Wirkungsgrad von 47,7 %, wobei dieser als Verhältnis von Generatorleistung zu zugeführter Brenn3toffenorgie definiert ist.The system has a generator output of around 60 MWe and a thermal efficiency of 47.7%, This is defined as the ratio of generator power to the fuel orgy supplied.
Zur Erläuterung der Erfindung wird das gleiche Anlageschema beibehalten, obwohl, wie später ausgeführt wird, der Wärme-The same system scheme is used to explain the invention maintained, although, as will be explained later, the heat
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austauscher 4 nicht als notwendiges Lösungsmerkmal angesehen wird. Aufgrund der angegebenen Lösung ändert sich ein Teil der Prozessdaten (dementsprechend auch Maschinen- und Apparateauslegung), gleichwohl werden der Einfachheit halber die gleichen Bezugszeichen beibehalten.Exchanger 4 is not viewed as a necessary feature of the solution will. Due to the specified solution, part of the process data changes (accordingly also machine and apparatus design), however, the same reference numerals are retained for the sake of simplicity.
Erfindungsgemäss wird im LNG-Vergaser 5 der Anlage nach Fig. das aufzuheizende Medium auf eine höhere als die geforderte Temperatur von +2 C erhitzt, im vorgelegten Beispiel auf +127 C. Eine nichtgezeigte Hochdruckpumpe fördert das Flüssiggas mit 320 bar Druck in den Vergaser.According to the invention, in the LNG gasifier 5 of the system according to FIG. the medium to be heated is heated to a higher than the required temperature of +2 C, in the example presented to +127 C. A high-pressure pump, not shown, delivers the liquid gas with a pressure of 320 bar into the carburetor.
An Hand vom Enthalpie-Entropiediagramm in Fig. 4 sei die Betriebsweise der Erfindung näher erläutert. Der besseren Uebersicht wegen wurden die gleichen Massenströme (240 kg/sec. für das Arbeitsmedium, 80 kg/sec. für das aufzuheizende Medium) und für die Punkte 11a und 13 des Kreislaufes die gleichen Temperaturen wie bei der bekannten Anordnung nach Fig. 3 gewählt. Von den bereits erwähnten Ueberlegungen bzgl. der Wahl des Druckniveaus des Kreislaufes ausgehend, werden für den Verdichter 6 und die Turbine 2 Druck verhältnis se von cfX = 13,7 resp. 12 gewählt, womit die Punkte 12a und 14a errechnet werden können. Für das wiedervergaste LNG wird aus dem Vergaseraustritt der Zustand 127°C, 300 bar gewählt, womit bzgl. Temperatur auch der Punkt 12a gegeben ist. Damit ist auch der Tempe-The mode of operation of the invention will be explained in more detail using the enthalpy-entropy diagram in FIG. For a better overview, the same mass flows (240 kg / sec. For the working medium, 80 kg / sec. For the medium to be heated) and the same temperatures as in the known arrangement according to FIG. 3 were selected for points 11a and 13 of the circuit . Starting from the already mentioned considerations regarding the choice of the pressure level of the circuit, the pressure ratio for the compressor 6 and the turbine 2 is c fX = 13.7, respectively. 12 selected, with which the points 12a and 14a can be calculated. For the regasified LNG, the state 127 ° C, 300 bar is selected from the gasifier outlet, which means that point 12a is also given with regard to temperature. This means that the temperature
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ratursprung für den Wärmeaustauscher 4 bestimmt, welcher mit dem recht bescheidenen Austauschgrad £_= 0,6 arbeiten kann.ratursprung for the heat exchanger 4 determines which one with the rather modest exchange rate £ _ = 0.6 can work.
Erwähnenswert ist die Tatsache, dass beim bekannten Verfahren statt einer direkten Vergasung des LNG erst eine Verdampfung stattfindet. In Fig. 3 ist im Enthalpie-Entropie Diagramm die, gestrichelte Grenzkurve 8 für Naturgas angedeutet. Die.Erwärmung des LNG von der Anfangstemperatur -161 C zur Endtemperatur +20C führt rechts von der Grenzkurve 8 durch das Nassdampfgebiet, wobei eine fraktionierte Verdampfung stattfindet. Hingegen ist beim erfindungsgemässen Verfahren (Fig. aufgrund des hohen Druckes die LNG-Vergasung überkritisch, was gegenüber dem bekannten Verfahren insofern von Vorteil ist, dass zur Ueberwindung der gleichen Temperaturdifferenz die Zustandsänderung mit geringer Entropiezunahme und gestreckter verläuft. Der Temperatursprung im Vergaser wird grosser. Es findet keine eigentliche Verdampfung statt, sondern ein stetiger Uebergang von der flüssigen in die gasförmige Phase über den kritischen Zustand hinweg.It is worth mentioning that in the known process, instead of direct gasification of the LNG, vaporization takes place first. In FIG. 3, the dashed limit curve 8 for natural gas is indicated in the enthalpy-entropy diagram. The heating of the LNG from the initial temperature -161 C to the final temperature +2 0 C leads to the right of the limit curve 8 through the wet steam area, with fractional evaporation taking place. In contrast, in the method according to the invention (Fig. Due to the high pressure, the LNG gasification is supercritical, which is advantageous over the known method insofar as the change of state takes place with a slight increase in entropy and more elongated in order to overcome the same temperature difference. The temperature jump in the gasifier is greater. There is no actual evaporation, but a steady transition from the liquid to the gaseous phase beyond the critical state.
Das nunmehr den Zustand 16 (127 C, 300 bar) aufweisende Gas wird unter Abgabe von Nutzleistung in einer Turbine 7 auf den geforderten Zustand von 2 C und 50 bar (Punkt 16f) expandiert. Zweckmässigerweiee geschieht die Entspannung und Leistungsabgabe nicht in einem aus Turbine und GeneratorThe gas, which is now in the state 16 (127 ° C., 300 bar), is expanded to the required state of 2 ° C. and 50 bar (point 16 f ) while releasing useful power in a turbine 7. Expediently, the relaxation and power output do not take place in one of the turbine and generator
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bestehenden separaten Maschinensatz, sondern die Expansionsturbine 7 wird auf die gleiche Welle wie der Verdichter 6 und die Gasturbine 2 genommen. Der Generator 3 wird um die zusätzliche Leistung grosser bemessen.existing separate machine set, but the expansion turbine 7 is taken on the same shaft as the compressor 6 and the gas turbine 2. The generator 3 is around the additional Bigger performance.
Es werden bei der erfindungsgemässen Anordnung folgende Leistungen und Wirkungsgrad erzielt:The following performance and efficiency are achieved with the arrangement according to the invention:
Zugeführte Brennstoffenergie 158,4 MW
Leistungsaufnahme des Verdichters 6 46,7 MW Leistungsabgabe der Gasturbine 2 118,8 MW
Leistungsaufnahme der LNG-Pumpe 5,6 MW Leistungsabgabe der Expansionsturbine 7 18,1 MWFuel energy supplied 158.4 MW
Power consumption of the compressor 6 46.7 MW Power output of the gas turbine 2 118.8 MW Power consumption of the LNG pump 5.6 MW Power output of the expansion turbine 7 18.1 MW
Werden die diversen mechanischen und elektrischen Wirkungsgrade mit 0,97 berücksichtigt, wie dies auch beim bekannten Verfahren zugrunde gelegt wurde, verbleibt eine elektrische Nutzleistung von 82,1 MW und es wird ein thermischer Wirkungsgrad von 52 % erzielt.If the various mechanical and electrical efficiencies are taken into account with 0.97, as is the case with the known This method is based on a useful electrical power of 82.1 MW and there is a thermal efficiency achieved by 52%.
In Fig. 5 werden die mit dem neuen Verfahren erzielbaren Verbesserungen gegenüber dem Bekannten (Schaubild in Fig. 2) aufgezeigt: The improvements that can be achieved with the new method are shown in FIG compared to the known (diagram in Fig. 2):
- Arbeitet in der erfindungsgemässen Anordnung ein Rekuperativaustauscher mit vertretbarem Austauschgrad ^. = 0,8, so wird- A recuperative exchanger works in the arrangement according to the invention with a reasonable degree of exchange ^. = 0.8 so becomes
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der thermische Wirkungsgrad um 1,5 Punkte oder um den Faktor 1,1 angehoben. (A1 in Fig. 2 gegenüber A'a in Fig. 5), und die Nutzleistung steigt von 57,5 MW (A) auf 67 MW (Aa).the thermal efficiency increased by 1.5 points or a factor of 1.1. (A 1 in Fig. 2 versus A'a in Fig. 5), and the useful power increases from 57.5 MW (A) to 67 MW (Aa).
Wird mit dem höchstmöglichen Wirkungsgrad des bekannten Verfahrens verglichen, nämlich 52 % (B1 in Fig. 2 gegenüber B'a in Fig. 5), was gemäss den bereits erwähnten Ausführungen mit einem extrem aufwendigen Rekuperator und einer beträchtlichen Leistungsminderung verbunden ist, so wird mit dem neuen Verfahren durch die Expansionsturbine die Leistung von 54 MW (B in Fig. 2) auf 74 MW (Ba in Fig. 5) angehoben, also um den Faktor 1,37; und zudem kann der Rekuperator etwa zehnmal kleiner ausgeführt werden, CEL= 0j9 in Fig. 2 gegenüber £1 = 0,5 in Fig. 5).If compared with the highest possible efficiency of the known method, namely 52% (B 1 in Fig. 2 compared to B'a in Fig. 5), which according to the above-mentioned statements is associated with an extremely expensive recuperator and a considerable reduction in performance, then With the new process, the expansion turbine increased the output from 54 MW (B in FIG. 2) to 74 MW (Ba in FIG. 5), that is to say by a factor of 1.37; and the recuperator can also be made about ten times smaller, CEL = 0j9 in Fig. 2 compared to £ 1 = 0.5 in Fig. 5).
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass hinsichtlich Wirkungsgrad das bekannte Verfahren nicht ohne Wärmeaustauscher 4 durchführbar ist. Hingegen ist Fig. 5 zu entnehmen, dass ab einem bestimmten Druckverhältnis JX ein Rekuperator sich erübrigt.From FIG. 2 it can be seen that, in terms of efficiency, the known method cannot be carried out without a heat exchanger 4. On the other hand, it can be seen from FIG. 5 that, from a certain pressure ratio JX, a recuperator is unnecessary.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung Dargestellte sowie auf die beschriebenen, teils willkürlich gewählten Zustände im Gaskreislauf beschränkt. In Abweichung hierzu könnte beispielsweise die obere Tempe-Of course, the invention does not apply to what is shown in the drawing or to those described in part arbitrarily selected states in the gas circuit limited. Deviating from this, for example, the upper temperature
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ratur des Kreislaufes mit 520 C festgelegt sein; dies entspricht etwa der höchstzulässigen Temperatur, wenn der Gaserhitzer mit Schweröl befeuert ist, und bei welcher kostengünstige, ferritische Materialien verwendet werden können. Die erfindungsgemässe Nachexpansion hätte bei gleichbleibendem Wirkungsgrad den Vorteil, dass der Brennluftvorwärmer am Gaserhitzer 1 entfallen würde, weil die Möglichkeit gegeben ist, dessen Rauchgase am Kreislaufgas direkt auf die zulässige Minimaltemperatur von etwa 150 - 180 C herunterzukühlen. Bei einer derartigen Anordnung könnte auf einen kostspieligen Wärmeaustauscher verzichtet werden; um allerdings der Gefahr von Tieftemperaturkorrosion vorzubeugen, ist eine massige Vorwärmung in einem kleinen Rekuperator zweckmässig (entsprechend 14'a in Fig. U).temperature of the circuit must be set at 520 C; this corresponds approximately to the maximum permissible temperature when the gas heater is fired with heavy oil, and in which inexpensive, ferritic materials can be used. The post-expansion according to the invention would have remained the same Efficiency has the advantage that the combustion air preheater on the gas heater 1 would be omitted because the possibility is given is to cool the flue gases directly to the minimum permissible temperature of around 150 - 180 C on the circulating gas. at such an arrangement could dispense with an expensive heat exchanger; around the danger, however Preventing low-temperature corrosion is a massive one Preheating in a small recuperator is expedient (corresponding to 14'a in FIG. U).
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