[發明專利]利用濕式燃燒來運行燃氣渦輪機的方法和設備

在審

• 申請號: 201680068299.1
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN108291719A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 拉爾夫·克里格爾
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍夫應用研究促進協會
• 主分類號: F23R3/00
• 分類號: F23R3/00;B01D53/22;C01B13/02;F02C3/30;F23L7/00;F01K23/10
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 李驥;車文

本發明的任務是明顯提高燃氣渦輪機的電效率或有效功的份額，并且這已經針對簡單的結構類型的小型燃氣渦輪機或微型燃氣渦輪機能夠實現。根據本發明，現有技術羅列出的缺點通過利用氧氣的濕式燃燒解決，其中，氧氣通過混合引導的陶瓷薄膜提供。在此，用于使氧氣穿過的驅動力通過在薄膜模塊(5)的滲透側降低氧氣分壓來實現，并且為此需要的能量從燃氣渦輪機過程的過程能量中提取。

技術領域

本發明涉及用于針對燃料而言以氧氣作為氧化劑運行很小的(微型燃氣渦輪機)和中等的結構大小的燃氣渦輪機的方法，其中，氧氣通過混合地引導的陶瓷MIEC(MixedIonic Electronic Conductor(混合離子電子導體))薄膜在很高的溫度的情況下在使用燃氣渦輪機過程的過程能量的情況下產生。

背景技術

氧氣的常規的生產現在優選通過變壓吸附(PSA-Pressure Swing Adsorption(變壓吸附))、真空變壓吸附(VPSA-Vacuum PSA(真空PSA))或通過低溫空氣分離(方法)實現。帶有大于5000Nm³O₂/h的流量的大型設施達到大約0.4kWh_el./Nm³O₂(低溫)或0.36kWh_el./Nm³O₂(VPSA)的特殊的能量消耗。在對氧氣的純度的要求減小的情況下，可以通過低溫空氣分離設施實現0.33kWh_el./Nm³O₂的最小能量消耗，然而只有在大約500tO₂/h或350000Nm³O₂/h的生產率的情況下才實現[Fu,C.,Gundersen,T.：能量44(2012)，第60-68頁]。

在小型消耗器的很小的氧氣需求的情況下，通常使用更小的PSA設施，其最小需要0.9kWh_el./Nm³O₂。使用來自瓶子或液體罐的氧氣涉及針對出租和運輸的巨大的費用。總體上，利用氧氣運行更小的燃氣渦輪機是不經濟的，這是因為針對常規的氧氣產生的能量需求超過了效率增長，或者供應的高的成本過度補償了有效作用。

用于制造氧氣的替選的方法基于在高的溫度下的薄膜分離過程。為此使用混合引導的陶瓷薄膜(MIEC-Mixed Ionic Electronic Conductor(混合離子電子導體))，其能夠實現氧氣的高選擇性的分離。氧氣運輸基于通過氣密性的陶瓷材料運輸氧離子，并且基于平行發生地運輸電子電荷載體(電子或電子空穴)。從1980年開始，大量陶瓷材料在氧氣運輸和另外的材料特性方面得到研究。

氧氣滲透通過MIEC薄膜可以通過瓦格納方程描述，并且首先通過材料在使用溫度下的雙極性導電率、薄膜厚度并且通過驅動力確定。驅動力由原料燃氣中的氧氣分壓(p_h)和沖洗氣體或滲透中的氧氣分壓(p_I)的對數比得到。氧氣流過MIEC薄膜因此在給定的材料、恒定的模厚度和確定的溫度中與ln(p_h/p_I)成正比。相應地，在原料燃氣側的p_h的加倍導致氧氣流動的和滲透側或尾氣側的p_I的平分相同的提高。為了在技術薄膜設施中產生純氧氣，空氣可以相應地被壓縮，或者氧氣利用真空被抽吸；組合的過程當然也是可能的。