NO324422B1 - Fremgangsmate og anordning for generering av varme forbrenningsgasser - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet en fremgangsmåte for generering av varme forbrenningsavgasser (11), spesielt for et gassturbinanlegg. I. en brenner (2) skjer det en forbrenning som genererer varme forbrenningsavgasser (11). En del (17) av forbrenningsavgassene (11) avgrenes og føres til en første inngang (16) i en oksygenseparasjonsinnretning (5). En oksygenholdig gass (20) føres til en andre inngang (23) i oksygenseparasjonsinnretningen (5).Oksygenseparasjonsinnretningen (5) har et oksygenseparasjonsmiddel (6) som fjerner oksygen fra den oksygenholdige gass (20) og fører det til den avgrenede avgass (17) og genererer en oksygenholdig gass (34) som med hensyn til oksygeninnholdet er redusert, samt med oksygen anriket avgrenet avgass (25). Den med oksygen anrikede, avgrenede avgass (25) samt et drivstoff (31) eller en drifstoff-damp-blanding føres til brenneren (2) og danner en forbrenningsblanding som forbrenner i brenneren (2). under dannelse av varme forbrenningsavgasser (11).For å forbedre virkningsgraden av en slik fremgangsmåte,. inneholder brenneren (2) en katalysator som initierer og/eller stabiliserer forbrenningen.

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte samt en anordning for generering av varme forbrenningsgasser, spesielt for et gassturbinanlegg, med de i ingressen i krav 1, hhv. krav 4, angitte trekk.

Fra EP 0 882 486 Al er det kjent en anordning av den innledningsvis nevnte art, som er forsynt med en brenner hvis utgangsside er forbundet med en avgassledning hvorfra en tilbakeføringsledning er avgrenet. I denne brenner skjer det en forbrenning som genererer varme forbrenningsgasser. Disse forbrenningsgasser strømmer ut fra brenneren gjennom avgassledningen, idet en del av forbrenningsgassene avgrenes via tilbakeføringsledningen. Anordningen er utstyrt med en oksygenseparasjonsinnretning hvis første inngang er forbundet med tilbakeføringsledningen og den andre inngang er forsynt med en gassforsyning som leverer oksygenholdig gass. Oksygenseparasjonsinnretningen forsynes således via sin første inngang med avgrenet, hhv. tilbakeført avgass, og via sin andre inngang med oksygenholdig gass, f.eks. fortettet omgivelsesluft. Oksygen-separasjonsinnretningen inneholder oksygenseparasjonsmidler, f.eks. en ionetransportmembran. Disse oksygenseparasjonsmidler tar ut oksygen fra den oksygenholdige gass, og fører det til avgassen, idet oksygeninnholdet i den oksygenholdige gass reduseres og oksygenanriket, avgrenet gass dannes. Oksygenseparasjonsinnretningen har en første utgang for den med oksygen anrikede, avgrenede avgass, samt en andre utgang for den med hensyn til sitt oksygeninnhold reduserte gass. En inngangsside av brenneren er forbundet med den første utgang av oksygenseparasjonsinnretningen, samt med en drivstoff-forsyning som leverer drivstoff. På denne måte dannes til slutt i brenneren en forbrenningsblanding som forbrenner i brenneren under dannelse av de ønskede varme forbrenningsgasser. De således dannede varme forbrenningsgasser kan anvendes spesielt i et gassturbinanlegg for generering av elektrisk energi.

Ved anvendelsen av en slik anordning, hhv. en slik fremgangsmåte, er det mulig ved generering av energi, spesielt ved forbrenning av fossile drivstoffer, å redusere miljø-skadelig utslipp, spesielt C02-utslipp, betraktelig.

Grunntanken for denne fremgangsmåte og anordning består i at det for forbrenningen anvendes ren oksygen som oksidasjonsmiddel, da etterbehandlingen av avgassen således blir betraktelig enklere. Grunnen til dette er at en forbrenningsprosess med molekulær oksygen danner en avgass som i det vesentlige bare består av CO2 og H20. Da oksygen som dannes i kuldeanlegg er meget dyrt, ble det for produksjon av oksygen utviklet nye teknologier. Her er oksygenseparasjonsinnretninger av betydning, som er utstyrt med en for oksygenioner og for elektroner ledende membran, såkalt MCM-membran (mixed conducting membrane). En slik MCM-membran har en tilbakeholdelsesside hvor den oksygenholdige gass befinner seg, samt en gjennomstrømningsside hvor gassen som skal anrikes, befinner seg. MCM-membranen transporterer oksygenioner fra tilbakeholdelsessiden til gjennomstrømningssiden og bevirker en elektrontransport fra gjennomstrømningssiden til tilbakeholdelsessiden. Således trekkes oksygenet ut fra gassen på tilbakeholdelsessiden og ledes til gassen på gjennomstrømningssiden. For å øke kapasiteten ved en slik MCM-membran, er det fordelaktig å innstille en relativ høy strømningshastighet på gjennomstrømningssiden for å holde oksygenkonsentrasjonen på gjennomstrømningssiden lavest mulig. En høy strømningshastighet på gjennomstrømningssiden fører imidlertid kun til en relativt lav oksygenanrikning av de tilbakeførte avgasser, slik at denne oksygen-avgass-blanding kun har en svak reakivitet og ikke er egnet for konvensjonelle forbrenningsmetoder.

Fra US 5 976 223 er det kjent en fremgangsmåte og en anordning ved fremstilling av karbondioksid og oksygen. I en første med en MCM-membran arbeidende oksygenseparasjonsinnretning innføres på tilbakeholdelsessiden komprimert, oppvarmet og oksygenholdig gass. På gjennomstrømningssiden innføres et gassformet drivstoff som reagerer med det tilførte oksygen og danner karbondioksid. Gassen som har redusert oksygeninnhold oppvarmes ved hjelp av den derved løpende eksoterme reaksjon. Den således oppvarmede oksygenholdige gass føres deretter til en andre med en MCM-membran arbeidende oksygenseparasjonsinnretning på dennes tilbakeholdelsesside. Det ønskede oksygen samler seg da på gjennomstrømningssiden av denne andre oksygenseparasjonsinnretning.

I WO 98/55394 beskrives en fremgangsmåte ved hvilken det som brenner anvendes en oksygenseparasjonsinnretning som arbeider med en MCM-membran for å danne varme forbrenningsgasser for et gassturbinanlegg. Her komprimeres og oppvarmes omgivelsesluft og føres til tilbakeholdelsessiden av denne membran-reaktor. En blanding av tilbakeført avgass og drivstoff ledes til gjennomstrømningssiden. Oksygen fra den tilførte luft ekstraheres i membran-reaktoren og føres til blandingen. På gjennomstrømningssiden reagerer deretter drivstoffet med oksygenet på membran-overflaten som er belagt med en oksidasjonskatalysator. De således dannede varme avgasser føres deretter til en turbin.

Fra WO 98/55208 er det kjent en ytterligere fremgangsmåte ved fremstilling av varme forbrenningsgasser til drift av en turbin, ved hvilken fortettet friskluft oppvarmes i en første brenner og føres til tilbakeholdelsessiden av en med en MCM-membran arbeidende oksygenseparasjonsinnretning. Tilbakeført avgass føres sammen med drivstoffet til en andre brenner som kan være utformet som katalysator. De der dannede forbrenningsgasser ledes deretter til gjennomstrømningssiden av oksygenseparasjonsinnretningen hvor de anrikes med oksygen. De med oksygen anrikede avgasser føres deretter til en tredje brenner og forbrennes der med drivstoff for å danne varme forbrenningsgasser som driver en turbin.

Foreliggende oppfinnelse har som formål, for en fremgangsmåte, hhv. en anordning av den innledningsvis nevnte art, å tilveiebringe en utførelsesform som har en økt effektivitet.

Ifølge oppfinnelsen løses dette problem ved en fremgangsmåte med de i krav 1 angitte trekk. Oppfinnelsen er basert på den generelle teknikk å injisere katalytisk hhv. å stabilisere forbrenningen av de med oksygen anrikede avgasser med det tilførte drivstoff hhv. den tilførte drivstoff-damp-blanding. Ved denne fremgangsmåte kan forbrenningsblandingen også ved relativt små oksygenandeler reagere tilstrekkelig for å danne de ønskede varme forbrenningsgasser. Da således et ubetydelig oksygeninnhold i forbrenningsblandingen er tilstrekkelig, kan strømningshastigheten av de tilbakeførte avgasser økes på gjennomstrømningssiden av en med en MCM-membran arbeidende oksygenseparasjonsinnretning, hvorved dens effekt og således totalprosessens effekt økes.

Problemet som ligger til grunn for oppfinnelsen løses også ved hjelp av en anordning med de i krav 4 angitte trekk. Oppfinnelsen beror her på den generelle teknikk å utstyre brenneren med en katalysator som injiserer, hhv. stabiliserer, forbrenningen av forbrenningsblandingen. Også herved skapes den mulighet å forbrenne forbrenningsgasser med et relativt lavt oksygeninnhold for å danne de ønskede varme forbrenningsgasser. Som ovenfor nevnt, kan effekten ved fremstillingen av varme forbrenningsgasser økes således. Ved en integrasjon av anordningen ifølge oppfinnelsen hhv. fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i et gassturbinanlegg kan også der effekten økes.

Ved en videre utformning kan det anordnes en andre oksygenseparasjonsinnretning, der den ikke avgrenede del, hhv. den ikke tilbakeførte del av de varme forbrenningsgasser samt drivstoffet eller drivstoff-dampblandingen, føres til en første inngang i denne andre oksygenseparasjonsinnretning og således danner en blanding, der føres til en andre inngang i denne andre oksygenseparasjonsinnretning den oksygenholdige gass med redusert oksygeninnhold, der også denne andre oksygenseparasjonsinnretning oppviser oksygenseparasjonsmidler, f.eks. en MCM-membran, som fjerner enda mer oksygen fra den oksygenholdige gass og fører den til blandingen, idet på den ene side blandingen med oksygenet forbrenner og varm forbrenningsgass dannes, mens det på den andre side dannes en med hensyn til sitt oksygeninnhold enda engang redusert og oppvarmet gass, oksygenfattig gass. Ved hjelp av denne forholdsregel kan det fremstilles så vel varm forbrenningsgass som varm, oksygenfattig gass som f. eks. kan anvendes i et etterkoblet gassturbinanlegg for fremstilling av strøm. Totalt sett oppnås det en økt effekt ved det totale anlegg på grunn av de høyere oppnåelige utgangstemperaturer.

Ved en foretrukken, videre utformning kan brennerens katalysator utformes som en metalloksid-katalysator. Egnede metalloksider stammer f. eks. fra Perovskit-familien, f.eks. Lai-xSrxB03, hvorved B-siden inneholder elementer fra overgangsmetallene, f.eks. Mn, Fe, Co. Dessuten kan det anvendes enkle metalloksider fra Mn eller Ce. Metalloksid-katalysatorer utmerker seg ved sin høye varmebestandighet, men trenger til forskjell for edelmetall-katalysatorer høyere innstrømningstemperaturer, som imidlertid er til stede i foreliggende tilfelle.

Katalysatorer som har en monolittisk bærer med parallelle gjennomstrømningskanaler har vist seg å være spesielt fordelaktig. Slike katalysatorer utmerker seg ved sin relativt lave gjennomstrømningsmotstand. Katalysatorer av denne art kan komme til anvendelse ved eksosanlegg i kjøretøyer i såkalte "tre-veis-katalysatorer".

Ved en spesielt fordelaktig utførelsesform kan brenneren være varmeoverførende forbundet med en varmeutveksler som varmer opp den oksygenholdige gass før innføring i oksygenseparasjonsinnretningen. F. eks. danner varmeutveksleren den ytre hylle av en brenner, hvorved det oppnås en spesielt høy effekt hos varmeutveksleren.

Det er foretrukket en utførelsesform ved hvilken oksygenseparasjonsinnretningen har et første kammer og et andre kammer, og ved hvilken oksygenseparasjonsmidlene har en membran, f. eks. MCM-membran, som skiller de to kamrene fra hverandre og transporterer oksygen fra det ene kammer til det andre kammer. Her er en utførelsesform ved hvilken begge kamre er likerettet og gjennomstrømmes parallelt mot membranen spesielt fordelaktig. Ved denne likerettede gjennomstrømning er det mulig å danne en relativt flat temperaturprofil, så vel parallelt med strømningen som loddrett mot den. Dette har som følge at termiske spenninger reduseres.

Ytterligere viktige trekk og fordeler ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav, tegningene og den tilhørende figurbeskrivelse.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er vist på tegningene og skal i det følgende beskrives nærmere. På tegningene viser

fig. 1 et koblingsskjema av en prinsippfremstilling av en anordning ifølge oppfinnelsen i en første utførelsesform,

fig. 2 en fremstilling slik som på fig. 1, men i en andre utførelsesform,

fig. 3 et koblingsskjema av en prinsippfremstilling av et gassturbinanlegg som

inneholder en anordning ifølge oppfinnelsen,

fig. 4 en prinsippfremstilling i lengdesnitt av en brenner utformet ifølge oppfinnelsen i

en første utførelsesform, og

fig. 5 et oppriss slik som på fig. 4, men i en andre utførelsesform.

Ifølge fig. 1 er en anordning 1, som her er symbolisert ved hjelp av en ramme, forsynt med en brenner 2, en varmeutveksler 3, en kompressor 4 og en

oksygenseparasjonsinnretning 5. Denne oksygenseparasjonsinnretning 5 har som oksygenseparasjonsmiddel en MCM-membran 6 som her er symbolisert med en punktert linje. Denne MCM-membran 6 skiller i oksygenseparasjonsinnretningen 5 et første kammer 7 fra et andre kammer 8, idet det første kammer 7 grenser mot en gjennomgangsside og det andre kammer 8 mot en tilbakeholdelsesside 10 i membranen 6. I brenneren 2 skjer det en forbrenning som genererer varme avgasser 11 som på en utgangsside 12 i brenneren 2 strømmer inn i en med denne forbundet avgassledning 13. Ved 14 føres de ønskede varme forbrenningsavgasser 11 ut fra anordningen 1.

Fra avgassledningen 13 avgrener det seg en tilbakeføringsledning 15 som er tilsluttet en første inngang i oksygenseparasjonsinnretningen 5. Gjennom denne første inngang 16 kan avgrenet avgass 17 nå inn i det første kammer 7, dvs. på gjennomgangssiden 9 av membranen 6.

Ved 18 strømmer oksygenholdig gass 19, f.eks. luft, inn i anordningen 1 og føres der til varmeutvekslerens 3 første inngang 21.1 varmeutveksleren 3 oppvarmes den oksygenholdige gass 19 slik at oksygenholdig gass 20 strømmer ut fra varmeutvekslerens første utgang 22. Varmeutvekslerens 3 første utgang 22 er forbundet med en første inngang 23 av oksygenseparasjonsinnretningen 5 slik at den oppvarmede, oksygenholdige gass 20 strømmer inn i det andre kammer, dvs. på membranens 6 tilbakeholdelsesside 10. MCM-membranen 6 bevirker nå en transport av oksygen fra tilbakeholdelsessiden 10 til gjennomgangssiden 9. Herved trekkes oksygen ut fra den tilførte oksygenholdige gass 20, slik at dens oksygeninnhold reduseres. Samtidig tilføres oksygen til den avgrenede avgass 17 slik at den anrikes med oksygen. Ved en første utgang 24 av oksygenseparasjonsinnretningen 5 strømmer på tilsvarende måte avgrenet avgass 25 som er anriket med oksygen, ut fra det første kammer 7 og føres via en ledning 26 til en andre inngang 27 i varmeutveksleren 3.1 varmeutveksleren 3 kjøles den med oksygen anrikede tilbakeførte avgass 25. Fra en andre utgang 28 i varmeutveksleren 3 strømmer nå avkjølt, anriket avgass 29 som fortettes dessuten i kompressoren 4. Denne fortettede, anrikede avgass 29 føres deretter til en inngangsside 30 i brenneren 2. Brennerens 2 inngangsside 30 tilføres dessuten drivstoff eller en drivstoff-damp-blanding 31 som når inn i anordningen 1 ved 32.1 brenneren 2 danner det seg deretter en forbrenningsblanding av de med oksygen anrikede tilbakeførte avgasser 29 og det tilførte drivstoff 31.

Ifølge oppfinnelsen inneholder brenneren 2 en katalysator 78 som injiserer og/eller stabiliserer forbrenningsreaksjonen. Ved denne forbrenning dannes de ønskede varme forbrenningsavgasser 11.

Fra en andre utgang 33 av oksygenseparasjonsinnretningen 5 strømmer det ut oksygenholdig gass 34 som nå har et redusert oksygeninnhold, men en økt temperatur. Denne oksygenholdige gass 34 strømmer ved 35 ut fra anordningen 11. Oksygenseparasjonsinnretningen 5 arbeider her dessuten som varmeutveksler, hvorved det må tas i betraktning at de to kamre 7 og 8 gjennomstrømmes likerettet for å holde temperaturspenningen i membranen 6 lavest mulig.

Ved en spesiell utførelsesform kan brenneren 2 og varmeutveksleren 3 sammenfattes til en varmeutveksler-brenner-enhet. Tilsvarende fig. 2 har en tilsvarende utførelsesform av anordningen 1 således en slik varmeutveksler-brenner-enhet 36. Anordningen 1 oppviser igjen oksygenseparasjonsinnretningen 5 som ved denne utførelsesform i det følgende skal betegnes som første oksygenseparasjonsinnretning 5. Anordningen 1 inneholder dessuten en andre oksygenseparasjonsinnretning 37 som likeledes arbeider med en MCM-membran 38 som oksygenseparasjonsmiddel. Denne membran 38 skiller et første kammer 39 fra et andre kammer 40 og oppviser en gjennomgangsside 41 som grenser mot det første kammer 39, og en tilbakeholdelsesside 42 som grenser mot det andre kammer 40.

Også i varmeutveksler-brenner-enheten 36 skjer det en forbrenning som genererer varme forbrenningsavgasser 11 som strømmer ut på en utgangsside 87. Også her avgrenes og ledes til den første oksygenseparasjonsinnretning 5 en delstrøm 17 av disse forbrenningsavgasser 11. De avgrenede avgasser 17 strømmer således inn i det første kammer 7 i den første oksygenseparasjonsinnretning 5. Den der genererte, med oksygen anrikede, avgrenede avgass 25 føres deretter til en inngangsside 43 i varmeutveksler-brenner-enheten 36. Dessuten føres drivstoff-damp-blandingen 31 til varmeutveksler-brenner-enhetens 46 inngangsside 43.

Den ikke-avgrenede, hhv. ikke-tilbakeførte del av de genererte forbrenningsavgasser 11, føres til en første inngang 44 i den andre oksygenseparasjonsinnretning 37, idet denne første inngang 44 som går inn i anordningen 1 ved 46, dessuten tilføres drivstoff 45. Således føres i det første kammer 39, dvs. på gjennomgangssiden 41, inn en blanding av forbrenningsavgasser 11 og drivstoff 45.

Den oksygenholdige gass 19 som ved 18 strømmer inn i anordningen 1, oppvarmes sterkt i varmeutveksler-brenner-enheten 36, og føres som oppvarmet oksygenholdig gass 20 til den første oksygenseparasjonsinnretning 5. Derfra strømmer den oksygenholdige gass 34 som har redusert oksygeninnhold, ut fra den andre utgang 33 og gjennom en andre inngang 47 i den andre oksygenseparasjonsinnretning 37 inn i det andre kammer, og befinner seg så på tilbakeholdelsessiden 42. Membranen 38 bevirker en transport av oksygen fra det andre kammer 40 til det første kammer 39, slik at det i det første kammer 39 danner seg en brennbar blanding. På grunn av de rådende høye temperaturer kommer det i den andre oksygenseparasjonsinnretning 37, hhv. dens første kammer 39, til en forbrenningsreaksjon. Tilsvarende arbeider den andre oksygenseparasjonsinnretning 37 som mebran-reaktor.

Ved forbrenningsreaksjonen danner det seg i det første kammer 39 igjen varme forbrenningsavgasser 48 som strømmer gjennom en første utgang 85 i den andre oksygenseparasjonsinnretning 37 fra det føreste kammer 39, og ved 14 fra anordningen 1. Ved hjelp av funksjonen av den andre oksygenseparasjonsinnretningen 37 fjernes enda mer oksygen fra den oksygenholdige gass 34, slik at det samtidig varmes opp på grunn av reaksjonen i det første kammer 39. Den oppvarmede, nå i det vesentlige oksygenfattige gass 49, strømmer gjennom en andre utgang 86 ut fra det andre kammer 40 og ved 35 ut fra anordningen 1. Her er det også verd å legge merke til den parallelle, hhv. likerettede, gjennomstrømning av kamrene 39 og 40 i den andre oksygenseparasjonsinnretning 37. Ved hjelp av den valgte gjennomstrømning kan temperaturtopper unngås, hvorved membranens 38 levetid økes.

Tilsvarende fig. 3 kan anordningen 1 ifølge oppfinnelsen integreres i et gassturbinanlegg 50, som tjener til strømgenerering. Fra den komplekse konstruksjon av anordningen 1 ifølge oppfinnelsen er på fig. 3 kun oksygenseparasjonsinnretningen 5 med membranen 6 eksemplifisert. Prinsipielt kan så vel utførelsesformen ifølge fig. 1 som utførelsesformen ifølge fig. 2 samt en hvilken som helst annen variant av anordningen 1 ifølge oppfinnelsen implementeres i gassturbinanlegget 50.

En kompressor 51 komprimerer omgivelsesluft 52. Den oppvarmede og komprimerte omgivelsesluft danner den oksygenholdige gass 19 som ved 18 blir ført til anordningen 1. I denne anordning 1 oppvarmes omgivelsesluften og dens oksygeninnhold reduseres. Den oppvarmede, oksygenfattige luft 34 (variant ifølge fig. 2) hhv. 49 (variant ifølge fig. 2) strømmer ved 35 ut fra anordningen 1 og føres til en turbin 53 som er forbundet med kompressoren 51 og en generator 54 for strømgenerering. Gassen 34, hhv. 49, som er ført til turbinen, ekspanderer i turbinen 53 og danner en ekspandert strømning 55, hvis varme gjenvinnes i en dampgenerator 56. Ut fra dampgeneratoren 56 strømmer så avkjølt, oksygenfattig gass 49 som deretter kan bearbeides videre.

Ved 32 tilføres anordningen 1 drivstoff eller drivstoff-damp-blanding 31, hvorved drivstoffet i anordningens 1 indre - slik som ovenfor beskrevet - forbrenner med oksygenet fra den oksygenholdige gass 19. Den således dannede forbrenning genererer i det vesentlige kun CO2 og H2O og danner de ønskede varme forbrenningsavgasser 11 (variant ifølge fig. 1) hhv. 48 (variant ifølge fig. 2) som forlater anordningen 1 ved 14. De varme forbrenningsavgasser 11, 48 ekspanderer i en turbin 57 som driver en andre generator 58 for strømgenerering. Herved danner det seg ekspanderte forbrenningsavgasser 59 som likeledes føres til dampgeneratoren 56. Herved inneholder dampgeneratoren 56 separate kamre 60 og 61 for de ekspanderte, oksygenfattige gasser 55, hhv. for de ekspanderte forbrenningsavgasser 59. Fra dampgeneratoren 56 strømmer nå avkjølt forbrenningsavgass 62 som kan føres til en kjøler hvor vanndampen i avgassen 62 kondenseres. Vannet 64 som danner seg, føres igjen til dampgeneratoren 56. Det resterende CO2 65 forlater kjøleren 63 og kan komprimeres og eventuelt kondenseres i en kompressor 66. Det komprimerte og/eller kondenserte CO2 67 kan så bearbeides videre. Kompressoren 66 drives f.eks. ved hjelp av en motor 68. Likeledes kan en kobling med turbinen 57 tenkes.

Dampen 70 som genereres av dampgeneratoren 56, kan ekspandere i en turbin 71 som driver en ytterligere generator 72 for strømgenerering. Den avspente damp kan kondensere til vann i en kondensator 73 og igjen ledes inn i dampgeneratoren 56. Dessuten er det mulig å anvende dampen 70 som prosessdamp for andre formål, f.eks. kan dampen 70 blandes til drivstoffet 31 for å danne en drivstoff-damp-blanding.

Tilsvarende fig. 4 og 5 har brenneren 2 (fig. 4) hhv. varmeutveksler-brenner-enheten 36 (fig. 5) en drivstoff-oksidator-blander 74 som dannes f. eks. ved en innsprøytningsdyse 75 og et venturi-blandingsområde 76. Alternativt eller i tillegg kan det være anordnet en statisk blander 77. Dessuten er katalysatoren 78 anordnet, som kan bestå av ett eller flere katalysatorelementer. I foreliggende eksempel består katalysatoren 78 av to i serie anordnede katalysatorelementer 79 og 80. Hvert katalysatorelement 79, 80 er fortrinnsvis utformet som enhetlige bærere med parallelle gjennomstrømningskanaler og består fortrinnsvis av metalloksid. På grunn av de parallelle gjennomstrømningskanaler har katalysatorelementene 79, 80 og således hele katalysatoren 78 bare en relativt lav strømningsmotstand slik at trykktapet ved gjennomstrømningen av katalysatoren 78 bare er relativt lavt.

Katalysatorelementet 79, som ligger oppstrøms for gjennomstrømningen av brenneren 2, hhv. varmeutveksler-brenner-enheten 36, består hensiktsmessig av et mer aktivt katalysatormateriale enn det nedstrøms liggende katalystorelement 80. Dessuten er det hensiktsmessig å fremstille det nedstrøms liggende katalysatorelement 80 av et termisk stabilere materiale enn katalysatorelementet 79, som ligger oppstrøms. Mens det oppstrøms liggende katalysatorelement 70 således egner seg på en spesiell måte for en injisering av forbrenningen, kan det nedstrøms liggende katalysatorelement 80 tjene spesielt godt for stabilisering av forbrenningen. Ved flere enn to katalysatorelementer 79, 80 kan på tilsvarende måte ett eller flere oppstrøms liggende katalysatorelementer 79 være mer aktive og/eller ett eller flere nedstrøms liggende katalysatorelementer 80 være mer stabile.

En stabiliseringssone 81 slutter seg til katalysatoren og bevirker en aerodynamisk stabilisering av den homogene reaksjonssone. Nedstrøms denne stabiliseringssone 81

dannes det en utbrenningssone 82 der den homogene reaksjon løper helt frem til slutten.

Fig. 5 viser et hus 83 hvor den egentlige brenner av varmeutveksler-brenner-enheten 36 er utformet, i det minste i området for katalysatoren 78 omgitt av en varmeutveklser 84 i hvilken ved 21 relativt kalt oksygenholdig gass 19 strømmer inn og ved 22 en relativt varm oksygenholdig gass 20 strømmer ut. Denne konstruksjon gir en spesielt kompakt konstruksjon for varmeutveksler-brenner-enheten 36.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for generering av varme forbrenningsavgasser, spesielt for et gassturbinanlegg, ved hvilken det i en brenner (2; 36) skjer en forbrenning som genererer varme forbrenningsavgasser (11), ved hvilken en del av forbrenningsavgassene (17) avgrenes og føres til en første inngang (16) i en oksygenseparasjonsinnretning (5), - ved hvilken det i en andre inngang (23) i oksygenseparasjonsinnretningen (5) tilføres en oksygenholdig gass (20), - ved hvilken oksygenseparasjonsinnretningen (5) er forsynt med oksygenseparasjonsmidler (6) som fjerner oksygen fra den oksygenholdige gass (20) og fører det til den avgrenede avgass (17) og dermed reduserer oksygeninnholdet i den oksygenholdige gass (20) og genererer oksygenanriket, avgrenet avgass (25), ved hvilken den med oksygen anrikede, avgrenede avgass (25) samt et drivstoff (31) eller en drivstoff-damp-blanding føres til brenneren (2; 36) og danner en forbrenningsblanding som forbrenner i brenneren (2; 36) under dannelse av varme forbrenningsavgasser (11), karakterisert ved at forbrenningen i brenneren (2; 36) initieres og/eller stabiliseres katalytisk.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den oksygenholdige gass (20) oppvarmes før den strømmer inn i den andre inngang (23) i oksygenseparasjonsinnretningen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det er anordnet en andre oksygenseparasjonsinnretning (37) hvor den ikke avgrenede del av de varme forbrenningsavgasser (11) samt drivstoffet (45) eller en drivstoff-damp-blanding føres til en første inngang (44) i den andre oksygenseparasjonsinnretning (37) og danner en blanding, idet den oksygenholdige gass (34) med redusert oksygeninnhold føres til en andre inngang (47) i den andre oksygenseparasjonsinnretning (37), idet også denne andre oksygenseparasjonsinnretning (37) er forsynt med oksygenseparasjonsmidler (38) som fjerner enda mer oksygen fra den oksygenholdige gass (34) og fører det til blandingen, idet blandingen på den ene side forbrenner med oksygenet og genererer varme forbrenningsavgasser og det på den andre side genereres en med hensyn til oksygeninnholdet enda engang redusert og oppvarmet gass (49).

4. Anordning for generering av varme forbrenningsavgasser, spesielt et gasturbin-anlegg, omfattende en brenner (2; 36) hvis utgangsside (12; 87) er forbundet med en avgassledning (13) fra hvilken en tilbakeføringsledning (15) avgrener, og en oksygenseparasjonsinnretning (5) hvis første inngang (16) er forbundet med tilbakeføringsledningen (15) og hvis andre inngang (23) er forbundet med en gassforsyning som leverer oksygenholdig gass (20), der oksygenseparasjonsinnretningen (5) inneholder oksygenseparasjonsmidler (6) som fjerner oksygen fra den oksygenholdige gass (20) og fører det til den avgrenede avgass (17), oksygenseparasjonsinnretningen (5) har en første utgang (24) for oksygenanriket avgrenet avgass (25) og en andre utgang (33) for gass (34) som har redusert oksygeninnhold, en inngangsside (30; 43) i brenneren (2; 36) kommuniserer med den første utgang (24) i oksygenseparasjonsinnretningen (5) samt med en drivstoff-forsyning som leverer drivstoff (31) eller en drivstoff-damp-blanding, karakterisert ved at brenneren (2; 36) inneholder en katalysator (78) som initierer og/eller stabiliserer forbrenningen.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at det er anordnet en andre oksygenseparsjonsinnretning (37) hvis første inngang (44) kommuniserer med avgassledningen (13) og en drivstoff-forsyning som leverer drivstoff (45), en andre inngang (47) i den andre oksygenseparasjonsinnretning (37) kommuniserer med den andre utgang (33) i den første oksygenseparasjonsinnretning (5), den andre oksygenseparasjonsinnretning (37) har oksygenseparasjonsmidler (38) som fjerner fra den oksygenholdige gass (34) enda mer oksygen og fører det til blandingen av drivstoff (45) og forbrenningsavgasser (11), idet blandingen på den ene side forbrennes med oksygenet, og på den andre side genereres en med hensyn til oksygeninnholdet enda engang redusert og oppvarmet gass (49), den andre oksygenseparasjonsinnretning (37) har en første utgang (85) for de varmeforbrenningsavgasser (48) og en andre utgang (86) for varm, oksygenfattig gass (49).

6. Anordning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at katalysatoren (78) er utformet som metalloksidkata-lysator.

7. Anordning ifølge ett av kravene 4 til 6, karakterisert ved at katalysatoren (78) har en enhetlig bærer som omfatter parallelle gj ennomstrømningskanaler.

8. Anordning ifølge ett av kravene 4 til 7, karakterisert ved at brenneren (36) er varmeoverførende forbundet med en varmeutveksler (84) som oppvarmer den oksygenholdige gass (19) før den strømmer inn i oksygenseparasjonsinnretningen (5).

9. Anordning ifølge ett av kravene 4 til 8, karakterisert ved at - minst én av oksygenseparasjonsinnretningene (5; 37) er forsynt med et første kammer (7; 39) og et andre kammer (8; 40), oksygenseparasjonsmidlene (6; 38) er forsynt med en membran som skiller de to kamrene (7, 8; 39,40) fra hverandre og transporterer oksygen fra det ene kammer (8; 40) til det andre kammer (7; 39), - begge kamre (7, 8; 39,40) gjennomstrømmes likerettet og parallelt med membranen.

10. Anordning ifølge ett av kravene 4 til 9, karakterisert ved at brenneren (2; 36) nedstrøms katalysatoren har en utbrenningssone (82).

11. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at brenneren (2; 36) har en stabiliseringssone mellom katalysator (78) og utbrenningssonen (82).

12. Anordning ifølge ett av kravene 4 til 11, karakterisert ved at katalysatoren (78) er forsynt med ett eller flere i serie anordnete katalysatorelementer (79, 80).

13. Anordning ifølge krav 12, karakterisert ved at minst ett oppstrøms liggende katalysatorelement (79) består ev et mer aktivt katalysatormateriale enn minst ett nedstrøms liggende katalysatorelement (80).

14. Anordning ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at minst ett nedstrøms liggende katalysatorelement (80) består av et termisk mer stabilt katalysatormateriale enn minst ett oppstrøms liggende katalysatorelement (79).