(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) T3 (1) Int. Cl. F02C3/22 F02C9/40 (06.01) (06.01) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej Europejski Biuletyn Patentowy 09/27 EP B1 (4) Tytuł wynalazku: Układ turbiny gazowej wykorzystujący jako paliwo gaz z huty żelaza () Pierwszeństwo: IT0TO (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 08/34 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono:..09 Wiadomości Urzędu Patentowego /09 (73) Uprawniony z patentu: ANSALDO ENERGIA S.P.A., Genova, IT PL/EP T3 (72) Twórca (y) wynalazku: PRATICO' Ferdinando, Genova, IT TARTAGLIA Amedeo, Busalla, IT (74) Pełnomocnik: Polservice Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o. rzecz. pat. Kowal Elżbieta Warszawa skr. poczt. 33 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 78P24462PL00 EP B1 Opis patentowy DZIEDZINA WYNALAZKU [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy układu turbiny gazowej, wykorzystującego jako paliwo gaz z huty żelaza, to znaczy mieszaninę gazów wytwarzanych w hutach żelaza, przy wytwarzaniu stali. Niniejszy wynalazek może być zastosowany w szczególności w elektrowniach zarówno z układem złożonym jak i z układem pojedynczym. STAN TECHNIKI WYNALAZKU 1 [0002] Jak wiadomo, huty żelaza zawierają wielkie piece (wytwarzające tak zwany BFG, czyli Gaz wielkopiecowy ), elektryczne konwertory (wytwarzające tak zwany BOFG, czyli Gaz z zasadowego konwertora tlenowego ), oraz piece koksownicze (wytwarzające tak zwany COG, czyli Gaz koksowniczy ), w których jest wytwarzany tak zwany koks węglowy potrzebny do wytwarzania stali. [0003] Gaz z huty żelaza jest wytwarzany przy ciśnieniu nieznacznie wyższym od ciśnienia atmosferycznego. Ponieważ komory spalania układów turbiny gazowej, wymagają jednakże paliwa gazowego pod wyższym ciśnieniem, gaz z huty żelaza musi być sprężony przy pomocy kompresora, który pochłania znaczną część (zwykle 1% - %) mocy wytwarzanej przez układ (na przykład dokument EP-A ). [0004] Ponadto gaz z huty żelaza ma stosunkowo słabą, niską wartość cieplną, w porównaniu z tak zwanym gazem

3 2 ziemnym, i dlatego musi być zwykle spalany w dużych ilościach. 1 [000] Aby uniknąć przerw w wytwarzaniu energii elektrycznej w okresach, gdy gaz z huty żelaza jest niedostępny, układ musi być zaopatrzony w zasilanie komory spalania gazem ziemnym. [0006] W znanych rozwiązaniach, aby poprawić sprawność i zmniejszyć całkowity rozmiar układu, kompresor gazu z huty żelaza jest osadzony na tym samym wale napędowym co turbina gazowa. W rezultacie kompresor jest napędzany w sposób ciągły nawet w czasie rozruchu systemu, pracy na biegu jałowym lub przy zasilaniu gazem ziemnym co powoduje pochłanianie mocy, która nie wytwarza energii elektrycznej, i w ten sposób powoduje utracone koszty. [0007] W znanych rozwiązaniach powyższego typu, jedynym sposobem uniknięcia takiego mechanicznego pochłaniania mocy jest odłączanie kołnierza sztywno łączącego kompresor gazu z huty żelaza z wałem napędowym turbiny gazowej. Operacja ta jest niezwykle czasochłonna i wymaga zamknięcia układu, aby schłodzić jego części składowe, odłączenia kompresora, oraz ponownego uruchomienia układu. Oczywistym jest, że gdy układ jest wyłączony nie wytwarza energii elektrycznej, czego należy unikać za wszelką cenę. UJAWNIENIE WYNALAZKU [0008] Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie układu turbiny gazowej, wykorzystującego jako paliwa gazu z huty żelaza, który dostarcza prostego, taniego rozwiązania powyższych problemów.

4 3 [0009] Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, dostarczono układ turbiny gazowej, wykorzystujący jako paliwo gaz z huty żelaza, który to układ zawiera: co najmniej kompresor spalanego powietrza; co najmniej kompresor gazu z huty żelaza; komorę spalania otrzymującą sprężone spalane powietrze oraz sprężony gaz, z huty żelaza; 1 turbinę, napędzaną przez gaz wydechowy z wymienionej komory spalania, do doprowadzania energii mechanicznej do wymienionego kompresora spalanego powietrza, do urządzenia użytkowego, w szczególności do alternatora, oraz do wału napędowego; oraz środki przenoszące łączące ze sobą wymieniony wał napędowy oraz wymieniony kompresor, gazu z huty żelaza, i który charakteryzuje się tym, że wymienione środki przenoszące zawierają środki łączące/rozłączające, dla rozłączania wymienionego kompresora gazu z huty żelaza, od wymienionego wału napędowego, podczas gdy wał napędowy (21) obraca się. [00] Wymienione środki łączące/rozłączające zawierają korzystnie konwertor momentu obrotowego. KRÓTKI OPIS RYSUNKÓW [0011] Nieograniczający przykład wykonania wynalazku zostanie opisany przykładowo, w odniesieniu do załączonych rysunków, na których:

5 4 Fig. 1 pokazuje schemat korzystnego przykładu wykonania układu turbiny gazowej, wykorzystującej jako paliwo gaz z huty żelaza, zgodnie z niniejszym wynalazkiem. Fig. 2 pokazuje, w większej skali, częściowo w przekroju, schematyczny widok perspektywiczny szczegółu układu z Fig. 1. NAJLEPSZY SPOSÓB WYKONANIA WYNALAZKU 1 [0012] Liczba 1 na Fig. 1 pokazuje układ turbiny gazowej (pokazany schematycznie) tworzący część elektrowni 2 o cyklu złożonym (pokazanej częściowo), która może być zasilana w paliwo gazem ziemnym i/lub gazem z huty żelaza. [0013] Bardziej szczegółowo, określenie gaz z huty żelaza ma oznaczać mieszaninę gazów produkowanych w hutach żelaza 3, przy wytwarzaniu stali, które są określane jako na przykład BFG ( Gaz wielkopiecowy ), gdy są wytwarzane przez wielkie piece, BOFG ( Gaz z zasadowego konwertora tlenowego ), gdy są wytwarzane przez elektryczne konwertory, lub COG ( Gaz koksowniczy ), gdy są wytwarzane przez piece koksownicze, w których jest produkowany tak zwany koks węglowy potrzebny do wytwarzania stali. [0014] Po osiągnięciu do układu 1, gaz z huty żelaza jest podawany do kompresora 6, zawierającego stopień niskiego ciśnienia 7, określony przez kompresor osiowy, oraz stopień wysokiego ciśnienia 8, określony przez kompresor promieniowy, które są ze sobą współosiowe i napędzane przez obrót wału 9. [001] Gaz z huty żelaza, sprężony przez kompresor 6 oraz gaz ziemny mieszają się ze sobą wewnątrz przyrządu regulującego 11, który reguluje przepływ paliwa gazowego do komory spalania 14, wzdłuż przewodu zasilającego 1, pomiędzy przyrządem 11 i komorą 14.

6 [0016] Komora 14 jest również zasilana przez przewód zasilający 18, powietrzem do spalania z kompresora 17. [0017] Układ 1 zawiera również turbinę, która otrzymuje gazy wydechowe z komory 14 i wytwarza energię mechaniczną napędzającą kompresory 17, 6 oraz alternator 22 do wytwarzania energii elektrycznej. [0018] Bardziej konkretnie, alternator 22 oraz wał napędowy 21, napędzany przez turbinę, są usytuowane wzdłuż tej samej osi co kompresor 17 i turbina. 1 [0019] Wał 21 jest równoległy do wału 9 i jest połączony z wałem 9 przez przekładnię zawierającą przekładnię przyspieszającą 26 do przenoszenia ruchu oraz zwiększania prędkości obrotowej wału 9. [00] Przekładnia zawiera również przyrząd łączący/rozłączający 27, który jest osadzony osiowo pomiędzy wałem 21 oraz wałem wejściowym 28 przekładni przyspieszającej 26 (Fig. 2) i może być uruchamiany, aby odłączyć wał 9, gdy wał 21 obraca się, czyli pracuje. [0021] W odniesieniu do Fig. 2, przyrząd 27 zawiera mechaniczny człon sprzęgający 29, który może być uruchamiany, aby połączyć wały 21 i 28 z bezpośrednim napędem; oraz konwertor momentu obrotowego, który po podłączeniu wałów, przyspiesza wał 28 do prędkości wału 21, przed uruchomieniem członu 29. [0022] W pokazanym przykładzie, konwertor jest znany, na przykład rodzaju znanego pod nazwą handlową Vosycon (zarejestrowany znak towarowy), mieści człon 29 i zawiera dwa zwrócone do siebie osiowo korpusy 31, 32, osadzone w stałych położeniach odpowiednio do końców wałów 21 oraz 28. Konwertor zawiera również wirnik napędzany 33, podtrzymywany przez korpus 31, aby ściskać płyn hydrauliczny, promieniowo na zewnątrz; oraz łopatki turbiny promieniowej 34,

7 6 podtrzymywanej przez korpus 32, otrzymujące płyn hydrauliczny z wirnika napędzanego 33 i obracające wał [0023] Człon 29, tworzy tarcza zamocowana w stałym położeniu kątowym do wału 28 i/lub korpusu 32. Tarcza 29 ślizga się osiowo, pomiędzy przednim położeniem, w którym jest zamocowana w stałym położeniu kątowym względem korpusu 31, za pomocą zębów 3, oraz położeniem wycofanym, w którym jest odłączona od korpusu 31, a zatem od wału 21. Tarcza 29 jest przesuwana do przedniego położenia pod działaniem regulatora ciśnienia hydraulicznego wzdłuż przewodu 36 którego jeden koniec jest utworzony bezpośrednio wewnątrz korpusu 32, i który wychodzi wewnątrz komory 37, utworzonej przez samą tarczę oraz korpus 32 przeciwnie do siły sprężystej przyrządu 38, utworzonego przez wiele podkładek sprężystych Bellevill a, osadzonych osiowo pomiędzy tarczą 29 oraz osiowym końcem wału 28. [0024] Jak to pokazano schematycznie na załączonych rysunkach, układ 1, zawiera również tak zwane połączenie bezpieczeństwa 40 (Fig. 1), osadzone osiowo pomiędzy przyrządem 27 oraz alternatorem 22; oraz przyrząd zderzakowy 41 (pokazany schematycznie na Fig. 2), który jest uruchamiany, aby zatrzymać wał 9, gdy wał 28 jest odłączany od wału 21, aby umożliwić bezpieczne utrzymanie kompresora 6. [00] W trakcie użytkowania, kompresor 6 jest odłączany od turbiny w następujący sposób: przyrząd 11 jest przystosowany do przełączania z zasilania gazem z huty żelaza na zasilanie gazem ziemnym; kompresor 6 jest opróżniany za pomocą przewodów recyrkulacyjnych oraz zaworów wydechowych (niepokazanych);

8 7 konwertor jest uruchamiany przez podawanie płynu hydraulicznego do wirnika napędzanego 33, który w ten sposób napełnia konwertor ; człon 29 jest rozłączany od korpusu 31 przez zmniejszenie ciśnienia wewnątrz komory 37, i w tym samym czasie, wały 28 i 21 są utrzymywane na tej samej prędkości obrotowej (prędkości zsynchronizowanej) przez konwertor ; konwertor jest nastawiany hydraulicznie na zmniejszenie prędkości wału 28, aż do zatrzymania wału; konwertor jest wyłączany (ustawiany na bieg jałowy) przez spuszczenie całego płynu hydraulicznego; przyrząd 41 jest nastawiany na zablokowanie wałów 28 i 9. 1 [0026] Gdy powyższe działania, które mogą być zautomatyzowane, są zakończone, układ 1 pracuje na gazie ziemnym bez napędzania kompresora 6. [0027] Przyrząd 27 jest również używany do łączenia kompresora 6, przez wykonanie operacji przeciwnych, w odwrotnej kolejności do operacji opisanych powyżej w celu rozłączenia. [0028] Przy użyciu przyrządu 27 do odłączania kompresora 6 od turbiny, alternator 22 jest oczywiście zasilany większą mocą mechaniczną, i w ten sposób wytwarza więcej energii elektrycznej, w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami, w których kompresor 6 z konieczności pozostaje połączony z wałem 21. [0029] Przy stosunkowo małym dodatkowym koszcie przyrządu 27 (około 0,4% kosztu systemu) ulega zmniejszeniu pochłanianie mocy mechanicznej, powodując w przybliżeniu - 13% wzrost produkcji energii elektrycznej.

9 8 [00] Ponadto czas przestoju zakładu 2 ulega zmniejszeniu w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami, ponieważ nie jest już konieczne wyłączanie zakładu 2, aby odłączyć kompresor 6, który może być odłączony, w trakcie pracy turbiny. 1 [0031] Inną zaletą jest ulepszenie sprawności przy uruchamianiu turbiny oraz alternatora 22, ponownie za pomocą zmniejszenia pochłaniania mocy przez wyeliminowanie obrotu kompresora 6. [0032] Ponadto, przy podłączaniu kompresora 6, wał 28 jest przyspieszany do tej samej prędkości co wał 21 stopniowo, za pomocą konwertora, zapobiegając w ten sposób blokowaniu przekładni przyśpieszającej 26. [0033] Oczywiście, można dokonać zmian układu 1, jak to opisano w niniejszym, nie odbiegając jednakże od zakresu niniejszego wynalazku. [0034] W szczególności, przekładnia przyśpieszająca 26 może być pominięta lub może różnić się od przekładni przyspieszającej opisanej jako przykład; i/lub przyrząd 27 i/lub 41 może być zamocowany bezpośrednio do wału 9; i/lub bezpośredni napęd pomiędzy wałami 21 oraz 28 może być różnym przyrządem lub przyrządem usytuowanym odmiennie od przyrządu opisanego jako przykład; i/lub kompresor 17 i turbina mogą również mieć wiele stopni; i/lub system 1 może być używany do napędzania urządzenia użytkowego innego niż alternator 22, na przykład pompy lub innego kompresora, lub do elektrowni z układem pojedynczym. ANSALDO ENERGIA S.P.A. Pełnomocnik:

10 9 78P24462PL00 EP B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Układ (1) turbiny gazowej, wykorzystujący jako paliwo gaz z huty żelaza, który to układ zawiera: co najmniej kompresor (17) spalanego powietrza; co najmniej kompresor (16) gazu z huty żelaza; 1 komorę spalania (14) otrzymującą sprężone spalane powietrze oraz sprężony gaz, z huty żelaza; turbinę (), napędzaną przez gaz wydechowy z wymienionej komory spalania (14), do doprowadzania energii mechanicznej do wymienionego kompresora (17) spalanego powietrza, do urządzenia użytkowego, w szczególności do alternatora (22), oraz do wału napędowego; oraz środki przenoszące () łączące ze sobą wymieniony wał napędowy (21) oraz wymieniony kompresor (6), gazu z huty żelaza, znamienny tym, że wymienione środki przenoszące () zawierają środki łączące/rozłączające (27), dla rozłączania wymienionego kompresora (6), gazu z huty żelaza, od wymienionego wału napędowego (21), gdy wał napędowy (21) obraca się. 2. Układ według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wymienione środki łączące/rozłączające (27) zawierają mechaniczne środki sprzęgające (29), które mogą być uruchamiane, aby łączyć wymieniony wał napędowy (21), o bezpośrednim napędzie, z kolejnym wałem napędowym (28), napędzającym wymieniony kompresor (6), gazu z huty żelaza; oraz środki

11 synchronizujące () do synchronizacji prędkości wymienionego kolejnego wału napędowego (28) z prędkością wymienionego wału napędowego (21) przed uruchomieniem wymienionych mechanicznych środków sprzęgających (29). 3. Układ według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wymienione środki synchronizujące () są hydrauliczne. 4. Układ według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że wymienione środki łączące/rozłączające (27) zawierają konwertor () momentu obrotowego. 1. Układ według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że zawiera mechaniczne środki blokujące (41) do zatrzymywania obrotu wału wejściowego (9), wymienionego kompresora (6) gazu z huty żelaza, gdy wymieniony kompresor (6) gazu z huty żelaza jest odłączony od wymienionego wału napędowego (21). 6. Układ według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że wymienione środki przenoszące () zawierają przekładnię przyspieszającą (26). 7. Układ według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że zawiera generator energii elektrycznej (22) napędzany przez wymienioną turbinę (). 8. Układ według zastrzeżenia 7, znamienny tym, że tworzy część elektrowni z układem złożonym. 9. Układ według zastrzeżenia 7, znamienny tym, że tworzy część elektrowni z układem pojedynczym. ANSALDO ENERGIA S.P.A. Pełnomocnik:

12

13