EA044627B1 - HEAT EXCHANGE SYSTEM - Google Patents

HEAT EXCHANGE SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
EA044627B1
EA044627B1 EA202390185 EA044627B1 EA 044627 B1 EA044627 B1 EA 044627B1 EA 202390185 EA202390185 EA 202390185 EA 044627 B1 EA044627 B1 EA 044627B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
hangers
support structure
heat exchange
exchange system
Prior art date
Application number
EA202390185
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ричард Джон ДЖИББ
Дэвид Гаймон
Рон Хербанек
Винченцо Марко Бриньоне
Роберто Гроппи
Original Assignee
ЛАММУС ТЕКНОЛОДЖИ ЭлЭлСи
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 ЛАММУС ТЕКНОЛОДЖИ ЭлЭлСи filed Critical ЛАММУС ТЕКНОЛОДЖИ ЭлЭлСи
Publication of EA044627B1 publication Critical patent/EA044627B1/en

Links

Description

Уровень техникиState of the art

В теплоэнергетических циклах обычно применяют либо цикл Брайтона с воздушно-реактивной газовой турбиной прямого сгорания, либо замкнутый цикл Ренкина косвенного нагрева с паром в качестве рабочего тела. Высокие эффективности получены сочетанием цикла Брайтона с насыщением в цикле Ренкина с образованием комбинированного цикла. В то время как выработка электроэнергии в комбинированном цикле может достигать высокой производительности, выработка электроэнергии в комбинированном цикле непригодна для улавливания СО2, и сооружение может обусловливать высокие капитальные затраты вследствие большого количества оборудования и необходимой сети трубопроводов. В некоторых случаях в теплоэнергетических циклах может быть использован сверхкритический углекислотный (СО2) термодинамический цикл Брайтона (SCCO2). Сверхкритический углекислотный (СО2) термодинамический цикл Брайтона (SCCO2) благоприятным образом может сокращать выбросы парникового газа (GHG), улучшать улавливание углерода, обеспечивать высокую эффективность, сокращение занимаемой площади и меньшее потребление воды. Однако существуют некоторые технические проблемы, которые должны быть разрешены, прежде чем будет осуществлен сверхкритический углекислотный (СО2) термодинамический цикл Брайтона с его преимуществами. В частности, текущим направлением исследований и разработок являются конструирование и эксплуатация рекуперативных теплообменников для этих сверхкритических углекислотных (СО2) термодинамических циклов Брайтона (SCCO2).Thermal power cycles typically use either a Brayton cycle with a direct combustion air-jet gas turbine or a closed indirectly heated Rankine cycle with steam as the working fluid. High efficiencies are obtained by combining the Brayton cycle with saturation in the Rankine cycle to form a combined cycle. While combined cycle power generation can achieve high productivity, combined cycle power generation is not suitable for CO2 capture, and the construction may incur high capital costs due to the large amount of equipment and piping network required. In some cases, supercritical carbon dioxide (CO2) thermodynamic Brayton cycle (SCCO2) can be used in thermal power cycles. The Brayton supercritical carbon dioxide (CO2) thermodynamic cycle (SCCO2) can beneficially reduce greenhouse gas (GHG) emissions, improve carbon capture, provide high efficiency, reduced footprint and less water consumption. However, there are some technical problems that must be resolved before the supercritical carbon dioxide (CO2) thermodynamic Brayton cycle can realize its benefits. In particular, a current area of research and development is the design and operation of recuperative heat exchangers for these supercritical carbon dioxide (CO2) thermodynamic Brayton cycles (SCCO2).

Полузамкнутый цикл Брайтона на кислородном топливе может быть назван энергетическим циклом Аллама или циклом Аллама. Цикл Аллама представляет собой процесс преобразования ископаемых топлив в механическую энергию, в то же время с улавливанием образованного диоксида углерода и воды. Как правило, для цикла Аллама требуется экономайзер-теплообменник и дополнительный внешний источник низкопотенциального тепла для достижения высокой эффективности, сравнимой с существующей технологией на основе комбинированного цикла, с ключевым добавленным преимуществом улавливания СО2 для использования или хранения. Эффективность цикла Аллама повышается, если турбина работает при высоких температурах, обычно выше 600°С, и при высоком давлении от 120 до 400 бар (12-40 МПа). Эти условия приводят к сопутствующим требованиям, связанным с высоким давлением и высокой температурой, и в отношении высокой производительности теплообменной системы. Как правило, необходимы многочисленные индивидуальные теплообменные блоки, и они должны быть размещены в виде сети для создания рекуперативного теплообменника, одновременно с рекуперацией тепла от внешнего источника низкопотенциального тепла. Примеры традиционных теплообменных систем и способов могут быть найдены в таких патентных документах, как Патент США № 8,272,429; Патент США № 8,596,075; Патент США № 8,959,887; Патент США № 10,018,115; Патент США № 10,422,252; и Публикация Патента США № 2019/0063319. Все из них включены здесь ссылкой.A semi-closed oxygen-fuelled Brayton cycle may be called the Allam power cycle or Allam cycle. The Allam cycle is the process of converting fossil fuels into mechanical energy, while trapping the carbon dioxide and water produced. Typically, the Allama cycle requires an economizer-heat exchanger and an additional external low-grade heat source to achieve high efficiency comparable to existing combined cycle technology, with the key added benefit of capturing CO2 for use or storage. The efficiency of the Allam cycle increases if the turbine operates at high temperatures, typically above 600°C, and at high pressures between 120 and 400 bar (12-40 MPa). These conditions lead to the attendant requirements of high pressure and high temperature and high performance of the heat exchange system. Typically, multiple individual heat exchange units are required and these must be arranged in a network to create a recuperative heat exchanger, while simultaneously recovering heat from an external low grade heat source. Examples of traditional heat exchange systems and methods can be found in such patent documents as US Patent No. 8,272,429; US Patent No. 8,596,075; US Patent No. 8,959,887; US Patent No. 10,018,115; US Patent No. 10,422,252; and US Patent Publication No. 2019/0063319. All of them are included here by reference.

Как правило, теплообменные системы могут быть подразделены на высоко-, средне- и низкотемпературные секции. В то время как желательно охлаждать отходящий газ в высокотемпературной секции до самой низкой температуры (например, температуры, совпадающей с температурой источника низкопотенциального тепла), это противоречит механическим требованиям, которые обусловливают компоновку, стоимость и надежность такой системы. Как правило, расчетные температуры и давление в высокотемпературной секции настраивают на наивысшие температуру и давление, которые, в свою очередь, обусловливают механические требования.Typically, heat exchange systems can be divided into high, medium and low temperature sections. While it is desirable to cool the exhaust gas in the high-temperature section to the lowest possible temperature (eg, the same temperature as the low-grade heat source), this is contrary to the mechanical requirements that dictate the design, cost, and reliability of such a system. Typically, the design temperatures and pressures in the high temperature section are set to the highest temperature and pressure, which in turn determine the mechanical requirements.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Это краткое изложение представляет введение в выбор принципов, которые дополнительно приведены ниже в подробном описании. Это краткое изложение как не предназначено для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, так и не предполагается быть использованным в качестве фактора ограничения области заявленного предмета изобретения.This summary provides an introduction to the selection of principles that are further described in detail below. This summary is neither intended to identify key or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used as a limitation on the scope of the claimed subject matter.

В одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к системе. Система может включать турбину и рекуперативную теплообменную систему. Рекуперативная теплообменная система рассчитана на прием отходящих газов из турбины. Рекуперативная теплообменная система может включать секцию предварительного охлаждения для охлаждения отходящих газов, основную нагревательную секцию для приема охлажденных отходящих газов, и вспомогательную нагревательную секцию для приема охлажденных отходящих газов.In one aspect, the embodiments disclosed herein relate to a system. The system may include a turbine and a recuperative heat exchange system. The recuperative heat exchange system is designed to receive exhaust gases from the turbine. The recuperative heat exchange system may include a pre-cooling section for cooling the exhaust gases, a main heating section for receiving the cooled exhaust gases, and an auxiliary heating section for receiving the cooled exhaust gases.

В еще одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к способу. Способ может включать образование отходящего газа в турбине; подачу отходящего газа в секцию предварительного охлаждения рекуперативной теплообменной системы для охлаждения отходящего газа; разделение охлажденного отходящего газа в основной путь потока, питающий основную нагревательную секцию рекуперативной теплообменной системы, и вспомогательный путь потока, подающийся во вспомогательную нагревательную секцию рекуперативной теплообменной системы; протекание во вспомогательном пути потока охлажденного отходящего газа через первый вспомогательный теплообменник вспомогательной нагревательной секции и второй вспомогательный теплообменник вспомогательной нагревательной секции; протекание в основном пути потока охлажденного отходящего газа через первый основной теплообменник основной нагревательной секции, второй основной теплообменник основной нагревательной секции и третий основной теплообменник основной нагревательной секции; и формированиеIn yet another aspect, embodiments disclosed herein relate to a method. The method may include generating exhaust gas in a turbine; supplying the exhaust gas to a pre-cooling section of the recuperative heat exchange system to cool the exhaust gas; separating the cooled exhaust gas into a main flow path feeding the main heating section of the recuperative heat exchange system, and an auxiliary flow path feeding the auxiliary heating section of the recuperative heat exchange system; flowing in an auxiliary flow path of cooled exhaust gas through a first auxiliary heat exchanger of the auxiliary heating section and a second auxiliary heat exchanger of the auxiliary heating section; flowing in a main flow path of the cooled exhaust gas through a first main heat exchanger of the main heating section, a second main heat exchanger of the main heating section, and a third main heat exchanger of the main heating section; and formation

- 1 044627 камеры сгорания, связанной с турбиной, с протеканием текучей среды из основного пути потока и вспомогательного пути потока.- 1 044627 combustion chamber associated with a turbine, with fluid flowing from a main flow path and an auxiliary flow path.

В еще одном дополнительном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к теплообменнику предварительного охлаждения. Теплообменник предварительного охлаждения может включать первую кольцевую оболочку, создающую границу давления. Первая кольцевая оболочка может иметь впуск для отходящего газа, предназначенный для поступления отходящего газа от турбины, и один или более выхлопные выпуски, предназначенные для выведения отходящего газа. Теплообменник предварительного охлаждения также может включать вторую кольцевую оболочку, размещенную внутри первой кольцевой оболочки. Теплообменник предварительного охлаждения может дополнительно включать пучок труб, размещенный внутри второй кольцевой оболочки. В дополнение, внутри второй кольцевой оболочки может быть предусмотрено кольцевое распределительное устройство, причем кольцевое распределительное устройство предназначено для управления потоком отходящего газа, поступающего в пучок труб.In yet another additional aspect, the embodiments disclosed herein relate to a pre-cooling heat exchanger. The pre-cooling heat exchanger may include a first annular shell creating a pressure boundary. The first annular shell may have an exhaust gas inlet for receiving exhaust gas from the turbine, and one or more exhaust outlets for removing the exhaust gas. The pre-cooling heat exchanger may also include a second annular shell disposed within the first annular shell. The pre-cooling heat exchanger may further include a tube bundle disposed within the second annular shell. In addition, an annular distributor device may be provided within the second annular shell, the annular distributor device being configured to control the flow of exhaust gas entering the tube bundle.

В одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к рекуперативной теплообменной системе. Рекуперативная теплообменная система может включать секцию предварительного охлаждения внутри первого жесткого каркаса, вспомогательную секцию внутри третьего жесткого каркаса и первую основную секцию внутри второго жесткого каркаса. Секция предварительного охлаждения может включать один или более теплообменников для приема и охлаждения отходящих газов. Вспомогательная секция может включать первый вспомогательный теплообменник и второй вспомогательный теплообменник. Первая основная секция может включать первый основной теплообменник, второй основной теплообменник и третий основной теплообменник.In one aspect, the embodiments disclosed herein relate to a recuperative heat exchange system. The recuperative heat exchange system may include a pre-cooling section within the first rigid frame, an auxiliary section within the third rigid frame, and a first main section within the second rigid frame. The pre-cooling section may include one or more heat exchangers for receiving and cooling the exhaust gases. The auxiliary section may include a first auxiliary heat exchanger and a second auxiliary heat exchanger. The first main section may include a first main heat exchanger, a second main heat exchanger, and a third main heat exchanger.

В еще одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к способу. Способ может включать охлаждение отходящих газов секцией предварительного охлаждения внутри первого жесткого каркаса; разделение отходящих газов посредством коллектора, размещенного снаружи первого жесткого каркаса, на поток в первую основную секцию внутри второго жесткого каркаса, во вторую основную секцию внутри третьего жесткого каркаса, и во вспомогательную секцию внутри третьего жесткого каркаса; протекание отходящих газов во вспомогательную секцию через первый вспомогательный теплообменник вспомогательной секции, и во второй вспомогательный теплообменник вспомогательной секции через один или более изогнутых проточных контуров; протекание отходящих газов в первую основную секцию через первый основной теплообменник первой основной секции и второй основной теплообменник первой основной секции, и затем третий основной теплообменник первой основной секции, через один или более изогнутых проточных контуров; протекание отходящих газов во вторую основную секцию через первый основной теплообменник второй основной секции и второй основной теплообменник второй основной секции, и затем третий основной теплообменник второй основной секции через один или более изогнутых проточных контуров; протекание отходящих газов из второго вспомогательного теплообменника, третьего основного теплообменника первой основной секции и третьего основного теплообменника второй основной секции в коллектор отходящего газа через вторичные изогнутые проточные контуры.In yet another aspect, embodiments disclosed herein relate to a method. The method may include cooling the exhaust gases with a pre-cooling section within the first rigid frame; separating the exhaust gases by means of a manifold located outside the first rigid frame into a first main section inside the second rigid frame, a second main section inside the third rigid frame, and an auxiliary section inside the third rigid frame; flowing exhaust gases into the auxiliary section through a first auxiliary heat exchanger of the auxiliary section, and into a second auxiliary heat exchanger of the auxiliary section through one or more curved flow circuits; flowing exhaust gases into the first main section through a first main heat exchanger of the first main section and a second main heat exchanger of the first main section, and then a third main heat exchanger of the first main section, through one or more curved flow circuits; flowing exhaust gases into the second main section through a first main heat exchanger of the second main section and a second main heat exchanger of the second main section, and then a third main heat exchanger of the second main section through one or more curved flow circuits; flowing exhaust gases from the second auxiliary heat exchanger, the third main heat exchanger of the first main section and the third main heat exchanger of the second main section into the exhaust gas header through the secondary curved flow circuits.

В одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к теплообменной системе, включающей жесткий каркас. Первый теплообменник может быть соединен с первой опорной конструкцией на верху жесткого каркаса. Второй теплообменник может быть размещен под первым теплообменником. Второй теплообменник может быть соединен со второй опорной конструкцией, причем вторая опорная конструкция подвешена на жестком каркасе посредством первого набора подвесок, причем первый набор подвесок может быть предназначен для вертикального и горизонтального перемещения второй опорной конструкции. Второй набор подвесок может быть соединен со второй опорной конструкцией и быть протяженным вниз для подвешивания опорной балки. Третий набор подвесок может быть соединен с опорной балкой и быть протяженным вниз для подвешивания третьей опорной конструкции, причем третий набор подвесок может быть рассчитан на вертикальное и горизонтальное смещение третьей опорной конструкции. Третий теплообменник может быть соединен с третьей опорной конструкцией. Вертикальное и горизонтальное смещение второй опорной конструкции может быть основано на тепловом расширении второго теплообменника. Вертикальное и горизонтальное смещение третьей опорной конструкции может быть основано на тепловом расширении третьего теплообменника.In one aspect, the embodiments disclosed herein relate to a heat exchange system including a rigid frame. The first heat exchanger may be coupled to a first support structure on top of the rigid frame. A second heat exchanger may be placed underneath the first heat exchanger. The second heat exchanger may be coupled to a second support structure, wherein the second support structure is suspended from a rigid frame by a first set of hangers, wherein the first set of hangers may be configured to move the second support structure vertically and horizontally. A second set of hangers may be coupled to the second support structure and extend downward to suspend the support beam. A third set of hangers may be coupled to the support beam and extend downwardly to suspend the third support structure, and the third set of hangers may be configured to accommodate vertical and horizontal movement of the third support structure. The third heat exchanger may be connected to the third support structure. The vertical and horizontal movement of the second support structure may be based on thermal expansion of the second heat exchanger. The vertical and horizontal displacement of the third support structure may be based on thermal expansion of the third heat exchanger.

В еще одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к теплообменной системе, включающей жесткий каркас. Первый теплообменник может быть соединен с первой опорной конструкцией на верху жесткого каркаса. Второй теплообменник может быть размещен под первым теплообменником. Второй теплообменник может быть соединен со второй опорной конструкцией. Вторая опорная конструкция может быть подвешена на жестком каркасе посредством первого набора подвесок. Первый набор подвесок может быть предназначен для вертикального и горизонтального смещения второй опорной конструкции. Вертикальное и горизонтальное смещение второй опорной конструкции может быть основано на тепловом расширении второго теплообменника.In yet another aspect, embodiments disclosed herein relate to a heat exchange system including a rigid frame. The first heat exchanger may be coupled to a first support structure on top of the rigid frame. A second heat exchanger may be placed underneath the first heat exchanger. The second heat exchanger may be coupled to the second support structure. The second support structure may be suspended from the rigid frame by a first set of hangers. The first set of hangers may be designed to vertically and horizontally move the second support structure. The vertical and horizontal movement of the second support structure may be based on thermal expansion of the second heat exchanger.

В еще одном дополнительном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к теплообменной системе, включающей жесткий каркас. Первая опорная конструкция может быть подвешена наIn yet another additional aspect, the embodiments disclosed herein relate to a heat exchange system including a rigid frame. The first support structure can be suspended from

- 2 044627 жестком каркасе посредством первого набора подвесок, имеющих один конец, соединенный с жестким каркасом, и еще один конец, соединенный с первой опорной конструкцией. Первый набор подвесок может быть рассчитан на вертикальное и горизонтальное смещение первой опорной конструкции. Первый теплообменник может быть соединен с первой опорной конструкцией. Второй набор подвесок может быть соединен с первой опорной конструкцией и быть протяженным вниз для подвешивания опорной балки. Третий набор подвесок может быть соединен с опорной балкой и быть протяженным вниз для подвешивания второй опорной конструкции. Третий набор подвесок может быть рассчитан на вертикальное и горизонтальное смещение второй опорной конструкции. Вертикальное и горизонтальное смещение первой опорной конструкции может быть основано на тепловом расширении первого теплообменника. Вертикальное и горизонтальное смещение второй опорной конструкции может быть основано на тепловом расширении второго теплообменника.- 2 044627 rigid frame by means of a first set of hangers having one end connected to the rigid frame and another end connected to the first support structure. The first set of hangers can be designed to accommodate vertical and horizontal movement of the first support structure. The first heat exchanger may be coupled to the first support structure. A second set of hangers may be coupled to the first support structure and extend downward to suspend the support beam. The third set of hangers may be connected to the support beam and extend downward to suspend the second support structure. The third set of hangers can be designed to accommodate vertical and horizontal movement of the second support structure. The vertical and horizontal displacement of the first support structure may be based on thermal expansion of the first heat exchanger. The vertical and horizontal movement of the second support structure may be based on thermal expansion of the second heat exchanger.

Прочие аспекты и преимущества изобретения будут очевидными из нижеследующего описания и пунктов прилагаемой формулы изобретения.Other aspects and advantages of the invention will be apparent from the following description and the appended claims.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фигуры 1А и 1В иллюстрируют схематический вид системы генерирования энергии в соответствии с одним или многими вариантами осуществления настоящего изобретения.Figures 1A and 1B illustrate a schematic view of a power generation system in accordance with one or more embodiments of the present invention.

Фиг. 2 иллюстрирует схематический вид рекуперативной теплообменной системы в соответствии с одним или многими вариантами осуществления настоящего изобретения.Fig. 2 illustrates a schematic view of a recuperative heat exchange system in accordance with one or more embodiments of the present invention.

Фиг. 3 иллюстрирует вид в разрезе теплообменника предварительного охлаждения в соответствии с одним или многими вариантами осуществления настоящего изобретения.Fig. 3 illustrates a cross-sectional view of a pre-cooling heat exchanger in accordance with one or more embodiments of the present invention.

Фигуры 4А и 4В иллюстрируют перспективный вид рекуперативной теплообменной системы в соответствии с одним или многими вариантами осуществления настоящего изобретения.Figures 4A and 4B illustrate a perspective view of a recuperative heat exchange system in accordance with one or more embodiments of the present invention.

Фиг. 4С представляет вид сбоку рекуперативной теплообменной системы из фигур 4А и 4В в соответствии с одним или многими вариантами осуществления настоящего изобретения.Fig. 4C is a side view of the recuperative heat exchange system of Figures 4A and 4B in accordance with one or more embodiments of the present invention.

Фиг. 4D представляет вид сверху рекуперативной теплообменной системы из фигур 4А и 4В в соответствии с одним или многими вариантами осуществления настоящего изобретения.Fig. 4D is a top view of the recuperative heat exchange system of Figures 4A and 4B in accordance with one or more embodiments of the present invention.

Фиг. 5А представляет вид сбоку теплообменной системы в соответствии с одним или многими вариантами осуществления настоящего изобретения.Fig. 5A is a side view of a heat exchange system in accordance with one or more embodiments of the present invention.

Фиг. 5В представляет вид сбоку системы подвески теплообменников из фигуры 5А в соответствии с одним или многими вариантами осуществления настоящего изобретения.Fig. 5B is a side view of the heat exchanger suspension system of FIG. 5A in accordance with one or more embodiments of the present invention.

Фигуры 6-9 представляют виды сбоку теплообменной системы в соответствии с одним или многими альтернативными относительно фигуры 5А вариантами осуществления.Figures 6-9 are side views of a heat exchange system in accordance with one or more alternative embodiments to Figure 5A.

Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention

Варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на сопроводительные фигуры. Сходные элементы в различных фигурах могут быть обозначены одинаковыми номерами для согласованности. Кроме того, в нижеследующем подробном описании нумерованные конкретные детали изложены так, чтобы обеспечивать более полное понимание заявленного предмета изобретения. Однако имеющему обычную квалификацию в этой области технологии специалисту будет очевидно, что описанные варианты исполнения могут быть осуществлены без этих конкретных деталей. В других примерах не были подробно описаны общеизвестные признаки во избежание ненужного усложнения описания. Как используемый здесь, термин связанный или связанный с, или соединенный или соединенный с может показывать установление либо непосредственного, либо косвенного соединения, и не является ограниченным одним из них, если только определенно не приведено указание на это. Как применяемые здесь, текучие среды могут подразумевать суспензии, жидкости, газы, и/или их смеси. Насколько это возможно, сходные или идентичные ссылочные позиции использованы в фигурах для идентификации общих или тех же самых элементов. Фигуры не обязательно выполнены в масштабе, и определенные признаки и определенные виды в фигурах могут быть показаны преувеличенными в масштабе для целей пояснения.Embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the accompanying figures. Similar elements in different figures may be designated by the same numbers for consistency. In addition, in the following detailed description, numbered specific details are set forth so as to provide a more complete understanding of the claimed subject matter. However, it will be apparent to one of ordinary skill in the art that the described embodiments can be implemented without these specific details. In other examples, well-known features have not been described in detail to avoid unnecessary complexity of the description. As used herein, the term associated or associated with, or connected or connected to, may indicate the establishment of either a direct or indirect connection, and is not limited to one of them unless specifically indicated thereto. As used herein, fluids may include suspensions, liquids, gases, and/or mixtures thereof. To the extent possible, similar or identical reference numerals are used in the figures to identify common or the same elements. The figures are not necessarily drawn to scale, and certain features and certain views in the figures may be shown exaggerated to scale for purposes of explanation.

В одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к системе выработки энергии для получения электроэнергии, нефтехимических предприятий, регенерации отходящего тепла, и других вариантов промышленного применения. Система выработки энергии также может быть взаимозаменяемо названа в настоящем изобретении рекуперативной теплообменной системой в виде сети или комплекса теплообменников. В дополнение, рекуперативная теплообменная система может содержать секцию предварительного охлаждения для снижения температуры выхлопного газа турбины. Рекуперативная теплообменная система может минимизировать стоимость периода эксплуатации теплообменников, которые являются критически важными для эффективного рекуперативного обмена тепловой энергией при высоком давлении и с высокими тепловыми эффективностями. В некоторых вариантах исполнения рекуперативная теплообменная система может быть использована для сверхкритических углекислотных (SCCO2) термодинамических циклов, таких как цикл Аллама.In one aspect, embodiments disclosed herein relate to a power generation system for power generation, petrochemical plants, waste heat recovery, and other industrial applications. The power generation system may also be interchangeably referred to in the present invention as a recuperative heat exchange system in the form of a network or array of heat exchangers. In addition, the recuperative heat exchange system may include a pre-cooling section to reduce the temperature of the turbine exhaust gas. A regenerative heat exchange system can minimize the lifetime cost of heat exchangers, which are critical for efficient regenerative heat exchange at high pressures and high thermal efficiencies. In some embodiments, the recuperative heat exchange system can be used for supercritical carbon dioxide (SCCO2) thermodynamic cycles, such as the Allam cycle.

В еще одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к рекуперативной теплообменной системе для выработки электроэнергии, нефтехимических предприятий, регенерации отходящего тепла, и других вариантов промышленного применения. Рекуперативная теплообменная система такжеIn yet another aspect, embodiments disclosed herein relate to a recuperative heat exchange system for power generation, petrochemical plants, waste heat recovery, and other industrial applications. The recuperative heat exchange system is also

- 3 044627 может быть взаимозаменяемо названа в настоящем изобретении сетью или комплексом теплообменников. В дополнение, рекуперативная теплообменная система может включать секцию предварительного охлаждения для снижения температуры выхлопного газа турбины. Рекуперативная теплообменная система может сводить к минимуму стоимость периода эксплуатации теплообменников, которые являются критически важными для эффективного рекуперативного обмена тепловой энергией при высоком давлении и с высокими тепловыми эффективностями. В некоторых вариантах исполнения рекуперативная теплообменная система может быть использована для сверхкритических углекислотных (SCCO2) термодинамических циклов, таких как цикл Аллама.- 3 044627 can be interchangeably referred to in the present invention as a network or set of heat exchangers. In addition, the recuperative heat exchange system may include a pre-cooling section to reduce the temperature of the turbine exhaust gas. A regenerative heat exchange system can minimize the lifetime cost of heat exchangers, which are critical for efficient regenerative heat exchange at high pressures and high thermal efficiencies. In some embodiments, the recuperative heat exchange system can be used for supercritical carbon dioxide (SCCO2) thermodynamic cycles, such as the Allam cycle.

В еще одном дополнительном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к теплообменной системе для выработки электроэнергии, нефтехимических предприятий, регенерации отходящего тепла, и других вариантов промышленного применения. Теплообменная система также может быть взаимозаменяемо названа в настоящем изобретении сетью или комплексом теплообменников. В дополнение, теплообменная система может включать систему подвески теплообменников для минимизации напряжений теплового расширения, возникающих вследствие теплового расширения теплообменников и связанной с ними трубопроводной сети. Система подвески теплообменников может сводить к минимуму стоимость периода эксплуатации теплообменников, которые являются критически важными для эффективного рекуперативного обмена тепловой энергией при высоком давлении и с высокими тепловыми эффективностями. В некоторых вариантах исполнения система подвески теплообменников может быть использована для сверхкритических углекислотных (SCCO2) термодинамических циклов, таких как цикл Аллама.In yet another additional aspect, embodiments disclosed herein relate to a heat exchange system for power generation, petrochemical plants, waste heat recovery, and other industrial applications. A heat exchange system may also be interchangeably referred to in the present invention as a network or array of heat exchangers. In addition, the heat exchange system may include a heat exchanger suspension system to minimize thermal expansion stresses resulting from thermal expansion of the heat exchangers and associated piping network. A heat exchanger suspension system can minimize the lifetime cost of heat exchangers, which are critical for efficient regenerative heat exchange at high pressures and high thermal efficiencies. In some embodiments, the heat exchanger suspension system can be used for supercritical carbon dioxide (SCCO2) thermodynamic cycles, such as the Allam cycle.

Рекуперативная теплообменная система, согласно приведенным здесь вариантам исполнения, может включать комбинацию теплообменников типа теплообменников с вытравленными каналами (с печатной схемой (Printed Circuit, PCHE)) и теплообменников кожухотрубного типа (Shell and Tube, STHE). Например, рекуперативная теплообменная система может включать секцию предварительного охлаждения, основную нагревательную секцию (рециркуляционный нагрев) и вспомогательную нагревательную секцию (нагрев окислителя). В некоторых вариантах исполнения секция регенерации тепла необязательно может быть соединена с основной нагревательной секцией и/или вспомогательной нагревательной секцией.The recuperative heat exchange system, as embodied herein, may include a combination of Printed Circuit (PCHE) and Shell and Tube (STHE) heat exchangers. For example, a recuperative heat exchange system may include a pre-cooling section, a main heating section (recirculation heating), and an auxiliary heating section (oxidizer heating). In some embodiments, the heat recovery section may optionally be connected to the main heating section and/or the auxiliary heating section.

В одном или многих вариантах исполнения в рекуперативной теплообменной системе может быть применена сеть теплообменников, которая включает параллельные секции для нагревания меньшей части высоконапорного газа и основной части газа высокого давления. Меньшая часть может состоять из содержащего кислород СО2 (окислитель), и основная часть может быть составлена остальным количеством рециркулирующего СО2 (повторно используемого СО2). Две параллельных секции могут иметь значительно различающиеся температурные профили. В одном неограничивающем примере основная часть (около 75% совокупного потока, в диапазоне 51-90%) может быть нагрета до более низкой температуры, чем меньшая часть. Меньшая часть может быть сначала нагрета до промежуточной температуры приблизительно 440°С (в диапазоне 350-550°С) перед тем, как будет использована для предварительного охлаждения всего высокотемпературного выхлопного потока от высокой температуры приблизительно 600°С (в диапазоне 550-850°С) до температуры, достаточной низкой, чтобы избежать значительных механических конструктивных ограничений, и, в частности, до температуры ниже 575°С. Предел в 575°С может представлять собой механическое конструктивное ограничение, когда используют диффузно-сварной РСНЕ, и при изготовлении из аустенитной нержавеющей стали, и, в частности, из сплава 316/316L. Блоки РСНЕ из сплава 316 могут потребовать выдерживания допустимых напряжений, которые определяются зависящими от времени характеристиками (ползучесть) при температурах выше 575°С. Кроме того, в рекуперативной теплообменной системе может быть предусмотрена секция регенерации тепла. Секция регенерации тепла может добавлять тепло при температуре ниже температуры горения, например, низкопотенциальное тепло.In one or more embodiments, a recuperative heat exchange system may employ a network of heat exchangers that includes parallel sections for heating a smaller portion of the high-pressure gas and a major portion of the high-pressure gas. A minor portion may consist of oxygen-containing CO2 (oxidizing agent), and the major portion may be composed of the remaining amount of recirculating CO2 (recycled CO2). Two parallel sections may have significantly different temperature profiles. In one non-limiting example, the major portion (about 75% of the total flow, in the range of 51-90%) may be heated to a lower temperature than the minor portion. A smaller portion may first be heated to an intermediate temperature of approximately 440°C (range 350-550°C) before being used to pre-cool the entire high temperature exhaust stream from a high temperature of approximately 600°C (range 550-850°C ) to a temperature low enough to avoid significant mechanical design limitations, and in particular to temperatures below 575°C. The 575°C limit may represent a mechanical design limitation when using diffusion-welded RSHE, and when fabricated from austenitic stainless steel, and in particular from alloy 316/316L. Alloy 316 RSNE blocks may require stress tolerances determined by time-dependent behavior (creep) at temperatures above 575°C. In addition, a heat recovery section may be provided in the recuperative heat exchange system. The heat recovery section can add heat at a temperature below the combustion temperature, such as low grade heat.

Традиционные системы генерирования энергии в промышленных вариантах применения обычно являются чрезвычайно крупными и тяжелыми. Традиционные системы генерирования энергии могут включать обширную систему и порядок размещения труб, которые занимают большое пространство и весят несколько тонн каждая. В некоторых ситуациях крупные теплообменники соединены в серии и могут включать сложные повороты или изменения в ориентации. В дополнение, требуются крупные магистрали для введения текучих сред в теплообменники, а также, когда текучие среды выходят из теплообменников. Такие системы генерирования энергии могут быть как более тяжелыми по весу, так и могут быть также более дорогостоящими в изготовлении, вследствие огромного числа частей и компонентов. Например, применяются компенсаторы для приспособления к расширению трубопроводов внутри системы. Эти дополнительные трубы в компенсаторах, необходимые для соединения различных магистралей и теплообменников друг с другом, приводят к увеличению веса, расходов на монтаж и общих затрат на системы генерирования энергии.Traditional power generation systems in industrial applications are typically extremely large and heavy. Traditional power generation systems can involve an extensive system and arrangement of pipes that take up large amounts of space and weigh several tons each. In some situations, large heat exchangers are connected in series and may involve complex rotations or changes in orientation. In addition, large lines are required to introduce fluids into the heat exchangers and as fluids exit the heat exchangers. Such power generation systems may be both heavier in weight and may also be more expensive to manufacture due to the sheer number of parts and components. For example, expansion joints are used to accommodate the expansion of pipelines within the system. These additional pipes in the expansion joints, required to connect the various lines and heat exchangers to each other, add weight, installation costs, and overall costs to the power generation systems.

Соответственно этому, один или более варианты осуществления настоящего изобретения могут быть использованы для преодоления таких проблем, а также для достижения дополнительных преимуAccordingly, one or more embodiments of the present invention can be used to overcome such problems, as well as achieve additional benefits.

- 4 044627 ществ перед традиционными системами генерирования энергии, как это будет очевидным специалисту с обычной квалификацией. В одном или многих вариантах исполнения рекуперативная теплообменная система может быть более легкой по весу и менее дорогостоящей, по сравнению с традиционными системами генерирования энергии, благодаря, отчасти, минимизации совместного действия ползучести и усталости/повреждения, независимым секциям окисления и регенерации, так, что можно регулировать разделение потока отходящей текучей среды посредством одного или многих низкотемпературных клапанов, и выхлопная текучая среда, выходящая из турбины, не требует уравнительного резервуара, размещаемого между турбиной и рекуперативным теплообменником. В дополнение, рекуперативная теплообменная система может повышать надежность и производительность на протяжении тысяч часов, где некоторые компоненты рекуперативной теплообменной системы подвергаются воздействию высоких давлений, высоких температур и эксплуатационных циклов. В общем и целом, рекуперативная теплообменная система может сводить к минимуму техническое проектирование продукта, риск, связанный с изготовлением проточных контуров, сокращать время сборки, сокращать стоимость оборудования, и уменьшать вес и рабочую зону.- 4 044627 entities in front of traditional energy generation systems, as will be obvious to a person with ordinary qualifications. In one or many embodiments, the recuperative heat exchange system may be lighter in weight and less expensive than traditional power generation systems due, in part, to minimizing the combined effects of creep and fatigue/damage, independent oxidation and regeneration sections, so that control the separation of the exhaust fluid stream through one or more low temperature valves, and the exhaust fluid leaving the turbine does not require a surge tank located between the turbine and the recuperative heat exchanger. In addition, a recuperative heat exchange system can improve reliability and performance over thousands of hours where certain components of the recuperative heat exchange system are exposed to high pressures, high temperatures and operating cycles. Overall, a recuperative heat exchange system can minimize product engineering design, flow circuit manufacturing risk, reduce assembly time, reduce equipment cost, and reduce weight and work area.

Со ссылкой на фиг. 1А, фиг. 1А показывает схематический вид системы 100 генерирования энергии в соответствии с одним или многими вариантами осуществления настоящего изобретения. В одном или многих вариантах исполнения турбина 101 может получать энергию от источника 102 топлива через камеру 103 сгорания. Как известно в технологии, такая турбина 101 может представлять собой конструкцию, применимую для извлечения энергии из потока текучей среды и преобразования потока текучей среды в полезную работу, такую, как для привода генератора для получения электроэнергии, и часто вращающееся устройство с другими компонентами (то есть, ротором, статором, и/или лопатками турбины), исполняющими различные функции, имеющие отношение к производству или преобразованию механической энергии. Следует отметить, что турбина 101 в одном или многих вариантах исполнения может быть конфигурирована как газовая или паровая турбина. Камера 103 сгорания может быть компонентом турбины 101, где происходит горение, таким как камера. В дополнение может быть предусмотрена подача 112 кислорода для подведения кислорода в камеру 103 сгорания. Как известно специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии, турбина 101 может выделять отходящие газы 104. Отходящие газы 104 могут быть направлены в рекуперативную теплообменную систему 105 (смотри квадрат из пунктирной линии) с образованием потока отходящего газа турбины.With reference to FIG. 1A, fig. 1A shows a schematic view of a power generation system 100 in accordance with one or more embodiments of the present invention. In one or many embodiments, the turbine 101 may receive energy from a fuel source 102 through a combustion chamber 103 . As is known in the art, such a turbine 101 may be a structure useful for extracting energy from a fluid stream and converting the fluid stream into useful work, such as driving a generator to produce electricity, and a frequently rotating device with other components (i.e. , rotor, stator, and/or turbine blades) performing various functions related to the production or conversion of mechanical energy. It should be noted that turbine 101, in one or more embodiments, may be configured as a gas or steam turbine. The combustion chamber 103 may be a component of the turbine 101 where combustion occurs, such as a chamber. In addition, an oxygen supply 112 may be provided to supply oxygen to the combustion chamber 103. As will be known to one of ordinary skill in the art, turbine 101 may produce exhaust gases 104. Exhaust gases 104 may be routed to a recuperative heat exchange system 105 (see dotted line square) to form a turbine exhaust gas stream.

В одном или многих вариантах исполнения рекуперативная теплообменная система 105 может включать секцию 200 предварительного охлаждения, основную нагревательную секцию 301 и вспомогательную нагревательную секцию 302. В некоторых вариантах исполнения основная нагревательная секция 301 может представлять собой рециркуляционную нагревательную секцию, и вспомогательная нагревательная секция 302 может представлять собой окислительную нагревательную секцию. Секция 200 предварительного охлаждения может представлять собой высокотемпературные предварительные охладители, имеющие конструкцию кожухотрубного типа, в которой кожух может быть объединен с кольцевым распределителем. Как основная секция 301, так и вспомогательная секция 302, могут включать по меньшей мере два теплообменника, вертикально размещенных друг поверх друга с образованием вертикального модульного пакета теплообменников.In one or many embodiments, the recuperative heat exchange system 105 may include a pre-cooling section 200, a main heating section 301, and an auxiliary heating section 302. In some embodiments, the main heating section 301 may be a recirculating heating section, and the auxiliary heating section 302 may be oxidizing heating section. The precooling section 200 may be high temperature precoolers having a shell and tube type design in which the shell may be combined with a ring distributor. Both the main section 301 and the auxiliary section 302 may include at least two heat exchangers stacked vertically on top of each other to form a vertical modular heat exchanger stack.

Все еще со ссылкой на фиг. 1А, весь отходящий газ 104, выходящий из турбины, может быть направлен в секцию 200 предварительного охлаждения. Секция 200 предварительного охлаждения может охлаждать отходящий газ 104 за счет меньшей части нагреваемого высоконапорного газа, и предпочтительно посредством потока кислорода, перед перераспределением на независимые параллельные цепи (например, основную секцию 301 и вспомогательную секцию 302). Этим путем отходящий газ 104 может быть непосредственно охлажден перед поступлением в основную секцию 301 и вспомогательную секцию 302, со значительной экономией стоимости и повышением надежности. В дополнение, коллектор 205 необязательно может быть использован для разделения охлажденного отходящего газа 104 на потоки, поступающие в основную секцию 301 и вспомогательную секцию 302. Охлажденный отходящий газ 104 может быть разделен на основной путь потока 131, подводимый в основную секцию 301, и меньший путь потока 130, подводимый во вспомогательную секцию 302. Кроме того, один или более клапанов 106 могут быть применены для согласования разделения потока 104 отходящего газа, вытекающего из основной секции 301, и поступающего во вспомогательную секцию 302. Кроме того, в обеих из основной секции 301 и вспомогательной секции 302 могут быть предусмотрены гидравлические сопротивления для согласования потока отходящего газа 104. Кроме того, поток может выходить из основной секции 301 через напорные трубопроводы 133, тогда как поток может выходить из основной секции 302 через напорные трубопроводы 132. В некоторых вариантах исполнения на напорных трубопроводах 132 могут быть размещены один или более клапанов 106.Still with reference to FIG. 1A, all of the exhaust gas 104 exiting the turbine may be directed to the pre-cooling section 200. Pre-cooling section 200 may cool exhaust gas 104 with a smaller portion of the heated high-pressure gas, and preferably through oxygen flow, before being redistributed to independent parallel circuits (eg, main section 301 and auxiliary section 302). In this way, the exhaust gas 104 can be directly cooled before entering the main section 301 and auxiliary section 302, with significant cost savings and increased reliability. In addition, manifold 205 may optionally be used to separate the cooled exhaust gas 104 into streams entering the main section 301 and the auxiliary section 302. The cooled exhaust gas 104 may be divided into a main flow path 131 supplied to the main section 301 and a minor path stream 130 supplied to the auxiliary section 302. Additionally, one or more valves 106 may be used to coordinate the splitting of the exhaust gas stream 104 flowing from the main section 301 and entering the auxiliary section 302. In addition, in both of the main section 301 and auxiliary section 302 may be provided with hydraulic resistances to match the flow of exhaust gas 104. In addition, flow may exit the main section 301 through pressure conduits 133, while flow may exit the main section 302 through pressure conduits 132. In some embodiments, One or more valves 106 may be located in the pressure lines 132.

В некоторых вариантах исполнения системы регенерации тепла могут быть функционально связаны с рекуперативной теплообменной системой 105. Системы регенерации тепла могут добавлять тепло при температуре ниже температуры горения. Дополнительные примеры систем регенерации тепла включают, но без ограничения этим, прямое или косвенное добавление тепла (через источник 108 низкопотенциального тепла) в поток отходящего газа турбины, регенированного тепла из установки разделения воздухаIn some embodiments, the heat recovery systems may be operatively coupled to the recuperative heat exchange system 105. The heat recovery systems may add heat at a temperature below the combustion temperature. Additional examples of heat recovery systems include, but are not limited to, direct or indirect addition of heat (via low grade heat source 108) to the turbine exhaust gas stream, reclaimed heat from an air separation unit

- 5 044627 (ASU), связанной с компрессором (не иллюстрировано), или регенированного тепла из компрессора рециркуляционного газа, выходящего из компрессора (не иллюстрировано). В одном неограничивающем примере напорный трубопровод 134 от насоса 111 может выполнять подачу во вспомогательную секцию 302, тогда как напорный трубопровод 135 от насоса 111 может выполнять подачу в основную секцию 301. В дополнение, сепаратор 109 может отделять жидкостный конденсат от отходящего газа так, что могут быть собраны жидкостные конденсаты 109а. Кроме того, компрессор 110 может быть соединен с сепаратором 109. В дополнение, отходящий от насоса 111 выпускной напорный трубопровод 138 может быть предназначен для выведения из системы 100 генерирования энергии диоксида углерода (СО2) как продукта. В некоторых вариантах исполнения системы регенерации тепла могут быть встроены в основную секцию 301. Кроме того, предусмотрено, что серия магистралей внутри секций рециркуляции и регенерации тепла может быть применена для перераспределения повторно используемого диоксида углерода под высоким давлением, и создания пунктов выпуска для различных потоков охлаждения турбины, которые могут потребоваться. Кроме того, могут быть применены первый напорный возвратный трубопровод 136 от основной секции 301 и второй напорный возвратный трубопровод 137 от вспомогательной секции 302 для подачи в камеру 103 сгорания потока текучей среды из основной секции 301 и вспомогательной секции 302.- 5 044627 (ASU) associated with the compressor (not illustrated), or reclaimed heat from the recirculation gas compressor exiting the compressor (not illustrated). In one non-limiting example, flow line 134 from pump 111 may supply to auxiliary section 302, while flow line 135 from pump 111 may supply to main section 301. In addition, separator 109 may separate liquid condensate from exhaust gas so that liquid condensates 109a be collected. In addition, the compressor 110 may be coupled to the separator 109. In addition, an outlet pressure line 138 extending from the pump 111 may be configured to remove carbon dioxide (CO2) as a product from the power generation system 100. In some embodiments, heat recovery systems may be built into the main section 301. In addition, it is provided that a series of manifolds within the heat recovery and recirculation sections may be used to redistribute the high pressure recycled carbon dioxide, and provide release points for various cooling streams. turbines that may be required. In addition, a first pressure return line 136 from the main section 301 and a second pressure return line 137 from the auxiliary section 302 may be provided to supply the combustion chamber 103 with a fluid flow from the main section 301 and the auxiliary section 302.

Со ссылкой теперь на фигуру 1В, иллюстрирован еще один вариант исполнения системы 100 генерирования энергии согласно приведенным здесь вариантам исполнения, где сходные номера представляют подобные части. Вариант исполнения согласно фиг. 1В подобен варианту исполнения в фиг. 1А. Однако вместо всего одного теплообменника основная секция 301 и вспомогательная секция 302 могут в каждом случае включать два или многие вертикальные модульные пакеты теплообменников в последовательном соединении. Блоки РСНЕ могут иметь максимальный размер, основанный на величине пластины, которая может быть размещена внутри диффузно-сварной печи, и тем самым могут быть благоприятными в том отношении, что имеют более, чем один вертикальный модульный пакет теплообменников. В некоторых вариантах исполнения может возникать необходимость в перераспределении высоконапорного потока между основной секцией 301 и секцией регенерации тепла, и тем самым может быть благоприятным наличие более, чем одного вертикального модульного пакета теплообменников.Referring now to FIG. 1B, another embodiment of a power generation system 100 according to the embodiments shown herein is illustrated, wherein like numerals represent like parts. The embodiment according to Fig. 1B is similar to the embodiment in FIG. 1A. However, instead of just one heat exchanger, the main section 301 and the auxiliary section 302 may in each case include two or many vertical modular heat exchanger stacks in series connection. PCHE units may have a maximum size based on the size of the plate that can be placed inside the diffusion-welded furnace, and thus may be advantageous in that they have more than one vertical modular heat exchanger stack. In some embodiments, it may be necessary to redistribute the high-pressure flow between the main section 301 and the heat recovery section, and thus it may be advantageous to have more than one vertical modular heat exchanger stack.

Фиг. 2 иллюстрирует схематический вид крупным планом рекуперативной теплообменной системы 105 согласно показанным здесь вариантам исполнения, где сходные номера представляют подобные части. Как изображено стрелками 104, отходящий газ, вытекающий из турбины, может поступать в секцию 200 предварительного охлаждения по одному или многим перекачивающим трубопроводам. В одном неограничивающем примере четыре номинально идентичных перекачивающих трубопровода могут быть применены для передачи отходящего газа (стрелки 104) в секцию 200 предварительного охлаждения. Следует отметить, что может быть использовано любое число перекачивающих трубопроводов, без выхода за пределы области настоящего изобретения.Fig. 2 illustrates a schematic close-up view of a recuperative heat exchange system 105 according to the embodiments shown herein, where like numbers represent like parts. As depicted by arrows 104, exhaust gas flowing from the turbine may enter the pre-cooling section 200 through one or more transfer lines. In one non-limiting example, four nominally identical transfer lines may be used to transfer off-gas (arrows 104) to pre-cooling section 200. It should be noted that any number of transfer lines may be used without departing from the scope of the present invention.

В одном или многих вариантах исполнения секция 200 предварительного охлаждения может включать один или более кожухотрубных теплообменников (STHE) 201. Эти STHE 201 секции 200 предварительного охлаждения могут быть изготовлены из материала, выбранного из материала Inconel (Инконель, например, сплав 625 или сплав 617), или подобного материала, который не подвержен изменению свойств в зависимости от времени при самой высокой температуре. К STHE 201 на стороне оболочки 202 могут быть присоединены один или более перекачивающих трубопроводов. В одном неограничивающем примере каждый STHE 201 может иметь один соединенный с ним перекачивающий трубопровод. На трубной стороне 203 в STHE 201, STHE 201 может принимать поток текучей среды (например, текучей среды окислителя) из вспомогательной секции (302а, 302b). В некоторых вариантах исполнения массовая теплоемкость (например, массопотокхудельная теплоемкость) текучей среды на трубной стороне STHE 201 может быть меньшей, чем массовая теплоемкость отходящего газа (стрелки 104), поступающего в STHE 201 на стороне оболочки 202. Вследствие низкой массовой теплоемкости окислительной текучей среды на трубной стороне может быть малым изменение температуры отходящего газа (например, на 15-50°С), тогда как изменение температуры потока окислителя может быть большим (например, на 100-200°С). Кроме того, предусмотрено, что STHE 201 может включать выпуск 204 для выпуска потока нагретого окислителя. Из STHE 201 отходящий газ может поступать в коллектор 205 для разделения потока отходящего газа.In one or many embodiments, the precooling section 200 may include one or more shell and tube heat exchangers (STHE) 201. These STHE 201 precooling sections 200 may be made of a material selected from Inconel (Inconel, e.g., alloy 625 or alloy 617) , or similar material which is not subject to change in properties with time at the highest temperature. One or more transfer conduits may be connected to STHE 201 on the shell 202 side. In one non-limiting example, each STHE 201 may have one transfer conduit connected thereto. At tube side 203 in STHE 201, STHE 201 may receive a flow of fluid (eg, oxidizer fluid) from the auxiliary section (302a, 302b). In some embodiments, the mass heat capacity (e.g., mass flow loss heat capacity) of the fluid on the tube side of STHE 201 may be less than the mass heat capacity of the exhaust gas (arrows 104) entering STHE 201 on the shell side 202. Due to the low mass heat capacity of the oxidizing fluid on On the pipe side, the change in temperature of the exhaust gas may be small (for example, by 15-50°C), while the change in temperature of the oxidizer flow can be large (for example, by 100-200°C). It is further contemplated that STHE 201 may include an outlet 204 for discharging a heated oxidizer stream. From STHE 201, off-gas may flow to manifold 205 to separate the off-gas stream.

В некоторых вариантах исполнения коллектор 205 может разделять отходящий газ на различные пути потока. В одном неограничивающем примере коллектор 205 разделяет отходящий газ на два пути потока, таких как меньший поток 206 отходящего газа и основной поток 207 отходящего газа.In some embodiments, the manifold 205 may separate the exhaust gas into different flow paths. In one non-limiting example, manifold 205 separates waste gas into two flow paths, such as a minor waste gas stream 206 and a main waste gas stream 207.

В меньшем потоке 206 отходящего газа отходящий газ протекает через вспомогательную секцию, имеющую первый вспомогательный теплообменник 302а и второй вспомогательный теплообменник 302b. Оба из первого вспомогательного теплообменника 302а и второго вспомогательного теплообменника 302b могут представлять собой теплообменник типа печатной схемы (РСНЕ), теплообменник типа намотанной спирали, микротрубчатый теплообменник, диффузно-сварной теплообменник с использованием штампованных пластин в дополнение к вытравленным пластинам, или теплообменник любогоIn the smaller exhaust gas stream 206, the exhaust gas flows through an auxiliary section having a first auxiliary heat exchanger 302a and a second auxiliary heat exchanger 302b. Both of the first auxiliary heat exchanger 302a and the second auxiliary heat exchanger 302b may be a printed circuit type heat exchanger (PCHE), a spiral wound type heat exchanger, a microtubular heat exchanger, a diffuse welded heat exchanger using stamped plates in addition to etched plates, or a heat exchanger of any

- 6 044627 другого типа. В дополнение, оба из первого вспомогательного теплообменника 302а и второго вспомогательного теплообменника 302b могут быть сформированы из подходящего материала, такого как соответствующая двум стандартам нержавеющая сталь 316/316L. В дополнение, первый вспомогательный теплообменник 302а может действовать при более высокой температуре, чем второй вспомогательный теплообменник 302b. Кроме того, отходящий газ может быть использован для предварительного нагрева меньшего потока 134 до 350-500°С. В некоторых вариантах исполнения как первый вспомогательный теплообменник 302а, так и второй вспомогательный теплообменник 302b могут быть использованы для нагревания окислителя.- 6 044627 other type. In addition, both of the first auxiliary heat exchanger 302a and the second auxiliary heat exchanger 302b can be formed from a suitable material such as dual standard 316/316L stainless steel. In addition, the first auxiliary heat exchanger 302a may operate at a higher temperature than the second auxiliary heat exchanger 302b. In addition, the off-gas can be used to preheat the smaller stream 134 to 350-500°C. In some embodiments, both the first auxiliary heat exchanger 302a and the second auxiliary heat exchanger 302b may be used to heat the oxidizer.

В основном потоке 207 отходящего газа отходящий газ протекает через основную секцию, имеющую первый основной теплообменник 301а, второй основной теплообменник 301b и третий основной теплообменник 301с. Каждый из основных теплообменников 301а, 301b, 301с может представлять собой теплообменник типа печатной схемы (РСНЕ), теплообменник типа намотанной спирали, микротрубчатый теплообменник, диффузно-сварной теплообменник с использованием штампованных пластин в дополнение к вытравленным пластинам, или теплообменник любого другого типа. В дополнение, первый основной теплообменник 301а может действовать при самой высокой температуре в основной секции, тогда как третий основной теплообменник 301с может действовать при самой низкой температуре в основной секции. Второй основной теплообменник 301b может действовать при температуре между температурами первого основного теплообменника 301а и третьего основного теплообменника 301с. В дополнение, каждый из основных теплообменников 301а, 301b, 301с может быть выполнен из материала соответствующей двум стандартам нержавеющей стали 316/316L. Кроме того, основной поток 207 отходящего газа может быть использован для предварительного нагревания основного потока 135 до 520-650°С. В некоторых вариантах исполнения каждый из основных теплообменников 301а, 301b, 301с быть использован для нагревания рециркуляционного СО2. В дополнение, второй напорный трубопровод 304 может быть использован для подачи в турбину охлажденного потока. В одном неограничивающем примере охлажденный поток может представлять собой выходящий рециркуляционный газ 107а или 301b. В некоторых случаях температура охлажденного потока может не соответствовать требуемой температуре охладителя турбины. Чтобы быть согласованным с требуемой температурой охладителя турбины, в охлаждающий поток может быть добавлен горячий газ или холодный газ для повышения или снижения температуры для согласования с требуемой температурой охладителя турбины. В некоторых вариантах исполнения охлаждающий поток может представлять собой смесь, образованную смешением выходящего рециркуляционного потока 107а или 301b и выходящего рециркуляционного потока 301а с более высокой температурой.In the main exhaust gas flow 207, the exhaust gas flows through a main section having a first main heat exchanger 301a, a second main heat exchanger 301b, and a third main heat exchanger 301c. Each of the main heat exchangers 301a, 301b, 301c may be a printed circuit type heat exchanger (PCHE), a wound coil type heat exchanger, a microtubular heat exchanger, a diffusion welded heat exchanger using stamped plates in addition to etched plates, or any other type of heat exchanger. In addition, the first main heat exchanger 301a may operate at the highest temperature in the main section, while the third main heat exchanger 301c may operate at the lowest temperature in the main section. The second main heat exchanger 301b may operate at a temperature between the temperatures of the first main heat exchanger 301a and the third main heat exchanger 301c. In addition, each of the main heat exchangers 301a, 301b, 301c may be made of dual standard 316/316L stainless steel material. In addition, the main exhaust gas stream 207 can be used to preheat the main stream 135 to 520-650°C. In some embodiments, each of the main heat exchangers 301a, 301b, 301c can be used to heat the recirculated CO2. In addition, a second flow line 304 may be used to supply a cooled stream to the turbine. In one non-limiting example, the cooled stream may be the exit recycle gas 107a or 301b. In some cases, the cooled stream temperature may not match the required turbine coolant temperature. To match the required turbine coolant temperature, hot gas or cold gas may be added to the cooling stream to raise or lower the temperature to match the desired turbine coolant temperature. In some embodiments, the cooling stream may be a mixture formed by mixing the outgoing recycle stream 107a or 301b and the outgoing recycle stream 301a at a higher temperature.

В некоторых вариантах исполнения баланс течения отходящего газа между вспомогательной секцией (302а, 302b) и основной секцией (301а, 301b, 301с) может быть отрегулирован посредством гидравлических сопротивлений во вспомогательной секции (302а, 302b) и в основной секции (301а, 301b, 301с). В одном неограничивающем примере для баланса течения могут быть применены один или более клапанов на выпуске (то есть, холодном конце) вспомогательной секции (302а, 302b).In some embodiments, the balance of exhaust gas flow between the auxiliary section (302a, 302b) and the main section (301a, 301b, 301c) can be adjusted by means of hydraulic resistances in the auxiliary section (302a, 302b) and in the main section (301a, 301b, 301c) ). In one non-limiting example, one or more valves at the outlet (ie, cold end) of the auxiliary section (302a, 302b) may be used to balance the flow.

В потоке 208 регенерации тепла рециркуляционный отходящий газ или отдельный поток низкопотенциального тепла может быть использован для добавления тепла при температуре ниже температуры горения через первый рекуперативный теплообменник 107а и второй рекуперативный теплообменник 107b. В некоторых вариантах исполнения рециркуляционный отходящий газ может представлять собой отходящий газ, который является предварительно нагретым и рециркулирующим обратно через рекуперативные секции 107а и 107b. Оба из первого рекуперативного теплообменника 107а и второго рекуперативного теплообменника 107b могут представлять собой теплообменник типа печатной схемы (РСНЕ), теплообменник типа намотанной спирали, микротрубчатый теплообменник, диффузно-сварной теплообменник с использованием штампованных пластин в дополнение к вытравленным пластинам, или теплообменник любого другого типа. В дополнение, каждый из первого рекуперативного теплообменника 107а и второго рекуперативного теплообменника 107b может быть сформирован из подходящего материала, такого как соответствующая двум стандартам нержавеющая сталь 316/316L. Кроме того, первый рекуперативный теплообменник 107а может быть при более высокой температуре, чем второй рекуперативный теплообменник 107b. В некоторых вариантах исполнения первый рекуперативный теплообменник 107а и второй рекуперативный теплообменник 107b могут быть встроены во второй основной теплообменник 301b и третий основной теплообменник 301 с, соответственно.In heat recovery stream 208, recirculated exhaust gas or a separate low-grade heat stream may be used to add heat at a temperature below the combustion temperature through the first recuperative heat exchanger 107a and the second recuperative heat exchanger 107b. In some embodiments, the recirculated exhaust gas may be exhaust gas that is preheated and recirculated back through the recovery sections 107a and 107b. Both of the first recuperative heat exchanger 107a and the second recuperative heat exchanger 107b may be a printed circuit type heat exchanger (PCHE), a wound coil type heat exchanger, a microtubular heat exchanger, a diffuse welded heat exchanger using stamped plates in addition to etched plates, or any other type of heat exchanger. In addition, each of the first recuperative heat exchanger 107a and the second recuperative heat exchanger 107b may be formed from a suitable material such as dual standard 316/316L stainless steel. In addition, the first recuperative heat exchanger 107a may be at a higher temperature than the second recuperative heat exchanger 107b. In some embodiments, the first recuperative heat exchanger 107a and the second recuperative heat exchanger 107b may be integrated into the second main heat exchanger 301b and the third main heat exchanger 301c, respectively.

В одном или многих вариантах исполнения секция 200 предварительного охлаждения может охлаждать отходящий газ. В одном неограничивающем примере отходящий газ 104 может быть предварительно охлажден до температуры 575°С. Предварительным охлаждением отходящего газа 104 до 575°С может быть сокращена доступная разность температур для первого основного теплообменника 301а. Это может быть компенсировано применением дополнительной площади поверхности теплопереноса, или повышением общего коэффициента теплопередачи. Произведение общего коэффициента теплопередачи и площади поверхности теплопереноса может быть названо UA, величина которого эквивалентна тепловой нагрузке, деленной на среднюю разность температур LMTD, которая может быть рассчитана по темIn one or many embodiments, the pre-cooling section 200 may cool the exhaust gas. In one non-limiting example, off-gas 104 may be pre-cooled to a temperature of 575°C. By precooling the exhaust gas 104 to 575°C, the available temperature difference for the first main heat exchanger 301a can be reduced. This can be compensated for by using additional heat transfer surface area, or by increasing the overall heat transfer coefficient. The product of the overall heat transfer coefficient and the heat transfer surface area can be called UA, the value of which is equivalent to the thermal load divided by the average temperature difference LMTD, which can be calculated from those

- 7 044627 пературам на входе и выходе горячего потока и холодного потока. Значение UA теплообменника может быть соотнесено со стоимостью теплообменника. Включением секции 200 предварительного охлаждения в рекуперативную теплообменную систему 105 общее значение UA может быть в целом повышено примерно на 15%. Однако разница в стоимости (например, значение стоимость/UA) между высокотемпературными секциями и низкотемпературными секциями может быть ниже общей стоимости рекуперативной теплообменной системы 105. В одном неограничивающем примере значение стоимость/UA систем выше 575°С может быть более, чем на 30%, выше, чем значение стоимость/UA систем ниже 575°С. Рекуперативная теплообменная система 105 может обеспечивать более низкое значение стоимость/UA увеличением ожидаемого срока службы оборудования и сокращением применяемого материала благодаря более высокому допустимому напряжению для теплообменников при температуре ниже 575°С. Хотя материал Инконель секции 200 предварительного охлаждения может быть более дорогостоящим материалом, количество требуемого материала является относительно малым благодаря более высокой величине LMTD в секции 200 предварительного охлаждения, что сокращает необходимое значение UA.- 7 044627 temperatures at the inlet and outlet of the hot stream and cold stream. The UA value of a heat exchanger can be related to the cost of the heat exchanger. By including a pre-cooling section 200 in the recuperative heat exchange system 105, the overall UA value can be generally increased by about 15%. However, the cost difference (e.g., cost/UA value) between high temperature sections and low temperature sections may be less than the total cost of the recuperative heat exchange system 105. In one non-limiting example, the cost/UA value of systems above 575°C may be greater than 30%, higher than the cost/UA value of systems below 575°C. The regenerative heat exchange system 105 can provide lower cost/UA by increasing equipment life expectancy and reducing material usage due to higher stress tolerance for heat exchangers at temperatures below 575°C. Although the Inconel material of the precooling section 200 may be a more expensive material, the amount of material required is relatively small due to the higher LMTD in the precooling section 200, which reduces the required UA value.

Приведенные здесь варианты исполнения в отношении работы рекуперативной теплообменной системы 105 могут быть осуществлены с использованием вычислительной системы. С рекуперативной теплообменной системой 105 может быть применена любая комбинация мобильного, настольного устройства, сервера, роутера, переключателя, встроенного устройства, или оборудования других типов. Например, вычислительная система может включать один или более компьютерных процессоров, оперативную память (например, энергозависимую память, такую как память с произвольным доступом (RAM), кэшпамять), устройство постоянного хранения (например, жесткий диск, накопитель на оптических дисках, такой как привод компакт-диска (CD) или привод цифрового универсального диска (DVD), флэш-память, и т.д.), связной интерфейс (например, Bluetooth-интерфейс, инфракрасный интерфейс, сетевой интерфейс, оптический интерфейс, и т.д.), и многочисленные другие элементы и функциональности. Кроме того, предусмотрено, что могут быть сохранены команды программного обеспечения в форме машиночитаемого программного кода для исполнения вариантов осуществления изобретения, в целом или частично, временно или постоянно, на энергонезависимом машиночитаемом носителе, таком как CD, DVD, запоминающее устройство, дискета, лента, флэш-память, физическая память, или любой другой считываемый компьютером носитель информации. Например, команды программного обеспечения могут соответствовать машиночитаемой программе, которая, когда исполняется процессором(-ами), конфигурирована для исполнения одного или многих вариантов осуществления изобретения.The embodiments presented herein regarding the operation of the recuperative heat exchange system 105 may be implemented using a computer system. Any combination of mobile device, desktop device, server, router, switch, embedded device, or other types of equipment may be used with the regenerative heat exchange system 105. For example, a computing system may include one or more computer processors, a random access memory (e.g., volatile memory such as random access memory (RAM), cache memory), a persistent storage device (e.g., a hard disk drive, an optical disk drive, such as a compact disc (CD) or digital versatile disc (DVD) drive, flash memory, etc.), communication interface (such as Bluetooth interface, infrared interface, network interface, optical interface, etc.) , and numerous other elements and functionality. It is further contemplated that software instructions may be stored in the form of computer readable program code for executing embodiments of the invention, in whole or in part, temporarily or permanently, on a non-volatile computer readable medium such as a CD, DVD, storage device, floppy disk, tape, flash memory, physical memory, or any other computer-readable storage medium. For example, the software instructions may correspond to a computer-readable program that, when executed by the processor(s), is configured to execute one or more embodiments of the invention.

В одном или многих вариантах исполнения в рекуперативной теплообменной системе может быть использован теплообменник предварительного охлаждения. Теплообменник предварительного охлаждения может представлять собой кожухотрубный теплообменник (STHE) для распределения отходящего газа из турбины. В некоторых вариантах исполнения, вместо исполнения в виде STHE, теплообменник предварительного охлаждения может быть теплообменником типа печатной схемы (РСНЕ), теплообменником типа намотанной спирали, микротрубчатого теплообменника, диффузно-сварного теплообменника с использованием штампованных пластин в дополнение к вытравленным пластинам, или теплообменником любого другого типа. Теплообменник предварительного охлаждения, в свою очередь, может подавать отходящий газ непосредственно в теплообменники, тем самым устраняя необходимость в крупном высокотемпературном выпускном коллекторе. В одном неограничивающем примере STHE может заменять крупный высокотемпературный выпускной коллектор так, что отходящие газы турбины могли бы быть непосредственно охлаждены перед поступлением во вспомогательную (поток окислителя) секцию и основную (рециркуляционный поток) секцию рекуперативной теплообменной системы. В некоторых вариантах исполнения находящиеся под давлением компоненты теплообменника предварительного охлаждения могут быть изготовлены из материала, выбранного из материала Инконель (например, сплава 625 или сплава 617), или подобного материала, который не подвержен изменению свойств в зависимости от времени при самой высокой температуре. Внутренние компоненты теплообменника 500 предварительного охлаждения, которые представляют собой не испытывающие давление части, могут быть сформированы из нержавеющей стали или подобных материалов.In one or more embodiments, a pre-cooling heat exchanger may be used in the recuperative heat exchange system. The pre-cooling heat exchanger may be a shell and tube heat exchanger (STHE) for distributing exhaust gas from the turbine. In some embodiments, instead of being a STHE, the pre-cooling heat exchanger may be a printed circuit heat exchanger (PCHE), a coil-wound type heat exchanger, a microtubular heat exchanger, a diffusion-welded heat exchanger using stamped plates in addition to etched plates, or any other type of heat exchanger type. The pre-cooler heat exchanger, in turn, can supply exhaust gas directly to the heat exchangers, thereby eliminating the need for a large high-temperature exhaust manifold. In one non-limiting example, the STHE may replace a large high temperature exhaust manifold so that turbine exhaust gases can be directly cooled before entering the auxiliary (oxidizer stream) section and main (recycle stream) section of the recuperative heat exchange system. In some embodiments, the pressurized components of the pre-cooling heat exchanger may be made of a material selected from Inconel (for example, alloy 625 or alloy 617) or similar material that does not change properties over time at the highest temperature. The internal components of the pre-cooling heat exchanger 500, which are non-pressure-bearing parts, may be formed from stainless steel or similar materials.

В одном или многих вариантах исполнения текучая среда может поступать в центр и разделяться на два потока (один, уходящий вправо, и другой, уходящий влево). Текучая среда может выходить из теплообменника через два или более отдельные выпуски. Потоки могут быть объединены опять снаружи теплообменника посредством системы труб. В некоторых вариантах исполнения текучая среда может поступать в два или многие пункты, объединяться и в конечном итоге выходить через единое выпускное сопло. Большие перепады давления могут вызывать вибрацию трубопровода, которая может повреждать трубы и оболочку. Вследствие этого разделение потока в теплообменнике может быть полезным для сокращения опасности повреждения из-за вибраций, и может уменьшать перепады давления, связанные с теплообменной системой.In one or more embodiments, fluid may enter the center and split into two streams (one flowing to the right and one flowing to the left). Fluid may exit the heat exchanger through two or more separate outlets. The flows can be combined again outside the heat exchanger by means of a pipe system. In some embodiments, fluid may enter two or many points, combine, and ultimately exit through a single outlet nozzle. Large pressure changes can cause pipeline vibration, which can damage pipes and casings. As a result, splitting the flow in a heat exchanger can be beneficial in reducing the risk of damage due to vibrations, and can reduce pressure drops associated with the heat exchange system.

В некоторых вариантах исполнения теплообменник может представлять собой теплообменник с двойным разделением потока. Это значит, что теплообменник может иметь две зоны, где поток разделя- 8 044627 ется, и затем вновь соединяется, а также две опорных пластины. Когда нужно поддерживать падение давление на низком уровне, может быть применена конструкция с разделенной оболочкой. Кроме того, в конструкци теплообменника с разделенной оболочкой могут отсутствовать отражательные пластины, и смонтирована единственная опорная плита в центре кожуха.In some embodiments, the heat exchanger may be a dual-split heat exchanger. This means that the heat exchanger can have two zones where the flow is divided and then reconnected, as well as two support plates. When the pressure drop needs to be kept low, a split shell design can be used. Additionally, a split-shell heat exchanger design may eliminate baffle plates and mount a single support plate in the center of the shell.

Со ссылкой на фиг. 3, в одном или многих вариантах исполнения фиг. 3 иллюстрирует теплообменник 500 предварительного охлаждения, который может иметь две кольцевых оболочки 501, 502 и распределительную секцию 513. Первая кольцевая оболочка 501 может представлять собой наружную оболочку, образующую границу давления. В дополнение, первая кольцевая оболочка 501 может включать выпуск 503 для отходящего газа, который может быть размещен на стороне 504 оболочки для поступления отходящего газа из турбины. С выпуском 503 для отходящего газа может быть соединена подводящая труба от турбины. Кроме того, на конце теплообменника 500 предварительного охлаждения может быть предусмотрен стационарный головной канал 505 с впуском 506 и выпуском 507. Внутри стационарного головного канала 505 может быть предусмотрена разделительная перегородка 508 для разделения потока между впуском 506 и выпуском 507. Впуск 506 может быть использован для приема окислителя из вспомогательной секции. Кроме того, предусмотрено, что один или более выхлопных выпусков 515 могут быть размещены на стороне 504 оболочки для выпуска отходящего потока.With reference to FIG. 3, in one or more embodiments of FIG. 3 illustrates a pre-cooling heat exchanger 500, which may have two annular shells 501, 502 and a distribution section 513. The first annular shell 501 may be an outer shell defining a pressure boundary. In addition, the first annular shell 501 may include an exhaust gas outlet 503, which may be located on the shell side 504 for receiving exhaust gas from the turbine. A supply pipe from the turbine may be connected to the exhaust gas outlet 503. Additionally, a stationary head duct 505 may be provided at the end of the precooling heat exchanger 500 with an inlet 506 and an outlet 507. A dividing wall 508 may be provided within the stationary head duct 505 to separate flow between the inlet 506 and the outlet 507. The inlet 506 may be used to receiving oxidizer from the auxiliary section. It is further provided that one or more exhaust outlets 515 may be provided on the shell side 504 to discharge the exhaust stream.

Все еще со ссылкой на фиг. 3, вторая кольцевая оболочка 502 может представлять собой внутреннюю оболочку или кожух вокруг пучка 509 труб с двумя или многими проходами на трубной стороне. Пучок 509 труб может быть U-образным пучком труб. Опорная пластина 511 предназначена для поддерживания веса пучка 509 труб и предотвращения избыточной нагрузки трубы на трубную решетку и соединением канала 505 в сборе. В некоторых вариантах исполнения большая разница между скоростями течения на стороне 504 оболочки и трубной стороне 509 означает, что многочисленные проходы могут быть использованы для поддерживания надлежащих скорости на трубной стороне 509 и коэффициента теплопередачи. В дополнение, кольцевое распределительное устройство 513 может заменять функцию выпускного коллектора поэтапным замедлением течения отходящего газа и созданием регулируемого входа в пучок 509 труб. Кольцевое распределительное устройство может быть снабжено пазами, которые являются прямоугольными или овальными, и с открытой площадью, которая сокращается по мере отдаления от впуска 503. Кроме того, пучок 509 труб может иметь перегородки типа стержней или решетки для поддерживания труб и размещенных скорее на демпфирующем кольце 514, нежели на стандартных перегородках сегментированного типа. Кроме того, предусмотрено, что внутри теплообменника 500 предварительного охлаждения между различными внутренними компонентами может быть предусмотрена изоляция 517.Still with reference to FIG. 3, the second annular casing 502 may be an inner casing or casing around the tube bundle 509 with two or multiple passages on the tube side. The tube bundle 509 may be a U-shaped tube bundle. The support plate 511 is designed to support the weight of the tube bundle 509 and prevent excessive tube load on the tube sheet and connection of the channel assembly 505. In some embodiments, the large difference between the flow velocities at shell side 504 and tube side 509 means that multiple passes may be used to maintain proper tube side 509 velocity and heat transfer coefficient. In addition, the ring distributor 513 may replace the function of the exhaust manifold by gradually slowing the flow of exhaust gas and creating a controlled entry into the tube bundle 509. The ring distribution device may be provided with slots that are rectangular or oval, and with an open area that decreases the further away from the inlet 503. Additionally, the tube bundle 509 may have rod or grid type baffles to support the tubes and placed rather on a damping ring. 514 than on standard segmented partitions. It is further contemplated that within the pre-cooling heat exchanger 500, insulation 517 may be provided between the various internal components.

Теперь со ссылкой на фиг. 4А, в одном или многих вариантах исполнения фиг. 4А иллюстрирует перспективный вид рекуперативной теплообменной системы 105. Различные компоненты рекуперативной теплообменной системы 105 могут быть смонтированы в нисходящей конфигурации внутри одного или многих жестких каркасов (120, 121, 122, 123). Нисходящая конфигурация может иметь такую компоновку, что компоненты рекуперативной теплообменной системы 105, которые действуют при самой высокой температуре, размещены в самом верхнем по вертикали положении, тогда как компоненты рекуперативной теплообменной системы 105, которые действуют при самой низкой температуре, размещены в самом нижнем по вертикали положении. В одном неограничивающем примере секция 200 предварительного охлаждения может быть внутри первого жесткого каркаса 120, первая основная секция 301 может быть внутри второго жесткого каркаса 121, вторая основная секция 305 может быть внутри третьего жесткого каркаса 122, и вспомогательная секция 302 может быть внутри четвертого жесткого каркаса 123. Каждый из жестких каркасов 120, 121, 122, 123 может быть изготовлен из многочисленных ориентированных вертикально конструктивных элементов 124 и многочисленных ориентированных горизонтально конструктивных элементов 125. В одном неограничивающем примере многочисленные ориентированные вертикально конструктивные элементы 124 и многочисленные ориентированные горизонтально конструктивные элементы 125 могут быть взаимосвязанными друг с другом с образованием прямоугольной рамы вокруг различных компонентов рекуперативной теплообменной системы 105. Кроме того, предусмотрено, что многочисленные ориентированные вертикально конструктивные элементы 124 и многочисленные ориентированные горизонтально конструктивные элементы 125 могут быть наклонными в любой степени, без выхода за пределы области настоящего изобретения. Многочисленные ориентированные вертикально конструктивные элементы 124 и многочисленные ориентированные горизонтально конструктивные элементы 125 могут быть сформированы из металлического материала, такого как сталь, нержавеющая сталь, чугун, или металла любого иного типа.Now with reference to FIG. 4A, in one or more embodiments of FIG. 4A illustrates a perspective view of the recuperative heat exchange system 105. The various components of the recuperative heat exchange system 105 may be mounted in a top-down configuration within one or more rigid frames (120, 121, 122, 123). A downward configuration may be arranged such that the components of the recuperative heat exchange system 105 that operate at the highest temperature are located in the highest vertical position, while the components of the recuperative heat exchange system 105 that operate at the lowest temperature are located in the lowest vertical position. position In one non-limiting example, pre-cooling section 200 may be within a first rigid frame 120, a first main section 301 may be within a second rigid frame 121, a second main section 305 may be within a third rigid frame 122, and an auxiliary section 302 may be within a fourth rigid frame. 123. Each of the rigid frames 120, 121, 122, 123 may be made of multiple vertically oriented structural members 124 and multiple horizontally oriented structural members 125. In one non-limiting example, multiple vertically oriented structural members 124 and multiple horizontally oriented structural members 125 may be interconnected with each other to form a rectangular frame around the various components of the recuperative heat exchange system 105. It is further contemplated that the plurality of vertically oriented structural members 124 and the plurality of horizontally oriented structural members 125 may be inclined to any degree without departing from the scope of the present invention. The plurality of vertically oriented structural members 124 and the plurality of horizontally oriented structural members 125 may be formed from a metallic material such as steel, stainless steel, cast iron, or any other type of metal.

В некоторых вариантах исполнения секция 200 предварительного охлаждения может включать один или более кожухотрубных теплообменников (STHE) 201а, 201b, 201c, 201d внутри первого жесткого каркаса 120. В одном неограничивающем примере первый STHE 201а, второй STHE 201b, третий STHE 201с и четвертый STHE 201d могут быть размещены параллельно. В дополнение, все четыре STHE 201a, 201b, 201с, 201d могут действовать по существу при одной и той же температуре. Кроме того, следует отметить, что, в то время как в фиг. 4А показаны четыре STHE 201а, 201b, 201с, 201d, это представлено только в качестве примера, и любое число STHE может быть применено без выхода за пределы об- 9 044627 ласти настоящего изобретения. Все четыре STHE 201а, 201b, 201с, 201d могут быть выполнены из материала, выбранного из материала Инконель (например, сплава 625 или сплава 617), или подобного материала, который не подвержен изменению свойств в зависимости от времени при самой высокой расчетной эксплуатационной температуре. В дополнение, на каждом из STHE 201a, 201b, 201с, 201d могут быть предусмотрены впуски 209 секции предварительного охлаждения для приема отходящих газов из турбины. Каждый впуск 209 секции предварительного охлаждения может иметь перекачивающий трубопровод, соединенный с турбиной так, что число перекачивающих трубопроводов совпадает с числом STHE. Кроме того, на каждом STHE 201а, 201b, 201с, 201 d могут быть размещены выпуски 204 для возможности выпуска нагретого окислителя из секции 200 предварительного охлаждения.In some embodiments, the precooling section 200 may include one or more shell-and-tube heat exchangers (STHEs) 201a, 201b, 201c, 201d within the first rigid frame 120. In one non-limiting example, a first STHE 201a, a second STHE 201b, a third STHE 201c, and a fourth STHE 201d can be placed in parallel. In addition, all four STHEs 201a, 201b, 201c, 201d may operate at substantially the same temperature. Additionally, it should be noted that, while in FIG. 4A shows four STHEs 201a, 201b, 201c, 201d, this is provided as an example only, and any number of STHEs may be used without departing from the scope of the present invention. All four STHE 201a, 201b, 201c, 201d may be made of a material selected from Inconel (for example, Alloy 625 or Alloy 617), or a similar material that does not change properties with time at the highest design service temperature. In addition, each of the STHEs 201a, 201b, 201c, 201d may be provided with pre-cooling section inlets 209 to receive exhaust gases from the turbine. Each precooling section inlet 209 may have a transfer line connected to the turbine such that the number of transfer lines matches the number of STHE. In addition, outlets 204 may be provided at each STHE 201a, 201b, 201c, 201d to allow heated oxidizer to be discharged from the precooling section 200.

На каждом STHE 201a, 201b, 201с, 201d могут быть предусмотрены впуски 212 для возможности поступления нагретого окислителя в секцию 200 предварительного охлаждения из вспомогательной секции 302. В одном неограничивающем примере может быть предусмотрен коллектор 211 для окислителя между вспомогательной секцией 301 и секцией 200 предварительного охлаждения. Подающие трубопроводы 212 для окислителя могут быть соединены с впусками 210 каждого STHE 201а, 201b, 201с, 201d от коллектора 211 для окислителя и вспомогательной секции 302. В дополнение, впуск 306 для окислителя может быть размещен в четвертом жестком каркасе 123 для возможности протекания окислителя для соединения со вспомогательной секцией 302. В дополнение, на трубной стороне отходящий газ выходит из каждого STHE 201a, 201b, 201c, 201d для поступления в коллектор 205 через подводящие трубы 213. Коллектор 205 может быть размещен снаружи одного или многих жестких каркасов (120, 121, 122, 123) и ниже по потоку относительно секции 200 предварительного охлаждения по направлению выходящего потока.Each STHE 201a, 201b, 201c, 201d may be provided with inlets 212 to allow heated oxidizer to enter the precooling section 200 from the auxiliary section 302. In one non-limiting example, an oxidizer manifold 211 may be provided between the auxiliary section 301 and the precooling section 200 . The oxidizer supply lines 212 may be connected to the inlets 210 of each STHE 201a, 201b, 201c, 201d from the oxidizer manifold 211 and the auxiliary section 302. In addition, the oxidizer inlet 306 may be located in the fourth rigid frame 123 to allow the oxidizer to flow through connection to the auxiliary section 302. In addition, on the pipe side, exhaust gas exits each STHE 201a, 201b, 201c, 201d to enter the manifold 205 through the supply pipes 213. The manifold 205 may be located outside one or more rigid frames (120, 121 , 122, 123) and downstream of the pre-cooling section 200 in the direction of the outflow.

В некоторых вариантах исполнения коллектор 205 может быть использован для разделения потока отходящего газа во вспомогательную секцию 302, первую основную секцию 301 и вторую основную секцию 305. Проточные контуры 214 могут быть применены в качестве трубопровода для отходящего газа, вытекающего из коллектора 205 во вспомогательную секцию 302, первую основную секцию 301 и вторую основную секцию 305. В одном неограничивающем примере проточные контуры 214 могут быть протяженными от коллектора 205 до отдельных теплообменников (301а, 302а, 305а) при каждой из вспомогательной секции 302, первой основной секцией 301 и второй основной секцией 305.In some embodiments, manifold 205 may be used to separate a waste gas stream into an auxiliary section 302, a first main section 301, and a second main section 305. Flow circuits 214 may be used as a conduit for waste gas flowing from manifold 205 to an auxiliary section 302 , a first main section 301 and a second main section 305. In one non-limiting example, the flow circuits 214 may extend from the manifold 205 to individual heat exchangers (301a, 302a, 305a) at each of the auxiliary section 302, the first main section 301 and the second main section 305 .

Во вспомогательной секции 302 отходящий газ протекает через проточные контуры 214 в первый теплообменник 302а, и затем во второй теплообменник 302b. В одном неограничивающем примере один или более изогнутых проточных контуров 214 могут быть использованы в качестве трубопровода для протекания отходящего газа из первого теплообменника 302а во второй теплообменник 302b. В дополнение, вторичные изогнутые проточные контуры 216 могут быть использованы для протекания отходящего газа из второго теплообменника 302b в коллектор 217 для отходящего газа рекуперативной теплообменной системы 105. Кроме того, вторичные изогнутые проточные контуры 216 могут быть снабжены одним или многими клапанами 218 для выравнивания течения. При нисходящей конфигурации первый теплообменник 302а может действовать при более высокой температуре, чем второй теплообменник 302b. В одном или многих вариантах исполнения самый верхний теплообменник может быть подвержен воздействию более высокой температуры, и поэтому является критически важным, чтобы к самому верхнему теплообменнику мог быть обеспечен доступ для технического обслуживания и инспекции. В дополнение, самый верхний теплообменник может не испытывать расширения, насколько это возможно, не будучи стесненным соединениями с другими теплообменниками.In auxiliary section 302, exhaust gas flows through flow circuits 214 into first heat exchanger 302a, and then into second heat exchanger 302b. In one non-limiting example, one or more curved flow paths 214 may be used as a conduit for exhaust gas to flow from the first heat exchanger 302a to the second heat exchanger 302b. In addition, the secondary curved flow paths 216 may be used to flow exhaust gas from the second heat exchanger 302b to the exhaust gas manifold 217 of the recuperative heat exchange system 105. In addition, the secondary curved flow paths 216 may be provided with one or more flow equalization valves 218. In a downward configuration, the first heat exchanger 302a may operate at a higher temperature than the second heat exchanger 302b. In one or many embodiments, the uppermost heat exchanger may be exposed to higher temperatures, and therefore it is critical that the uppermost heat exchanger be accessible for maintenance and inspection. In addition, the uppermost heat exchanger may not experience expansion as much as possible without being constrained by connections to other heat exchangers.

Со ссылкой на фиг. 4В, в одном или многих вариантах исполнения иллюстрирован перспективный вид рекуперативной теплообменной системы 105, полученный при повороте фигуры 2А на 90 градусов против часовой стрелки. В первой основной секции 301 отходящий газ протекает через проточные контуры 214 в первый теплообменник 301а, чтобы затем протекать во второй теплообменник 301b, и затем в третий рециркуляционный теплообменник 301с. В одном неограничивающем примере один или более изогнутых проточных контуров 306 могут быть использованы в качестве трубопровода для протекания отходящего газа из первого теплообменника 301 а во второй теплообменник 301b. В дополнение, вторичные изогнутые проточные контуры могут быть использованы для протекания отходящего газа из второго теплообменника 301b в третий теплообменник 301с. Кроме того, подводящие трубопроводы 308 могут быть использованы для протекания отходящего газа в коллектор 217 для отходящего газа из третьего рециркуляционного теплообменника 301с. При нисходящей конфигурации первый теплообменник 301а может действовать при самой высокой температуре, тогда как третий теплообменник 301с может действовать при самой низкой температуре. Второй теплообменник 301b может действовать при температуре между температурами первого теплообменника 301а и третьего теплообменника 301с.With reference to FIG. 4B, in one or more embodiments, illustrates a perspective view of the recuperative heat exchange system 105 obtained by rotating FIG. 2A 90 degrees counterclockwise. In the first main section 301, exhaust gas flows through flow circuits 214 into a first heat exchanger 301a to then flow into a second heat exchanger 301b, and then into a third recirculation heat exchanger 301c. In one non-limiting example, one or more curved flow paths 306 may be used as a conduit for exhaust gas to flow from first heat exchanger 301a to second heat exchanger 301b. In addition, secondary curved flow paths may be used to flow exhaust gas from the second heat exchanger 301b to the third heat exchanger 301c. In addition, the supply lines 308 may be used to flow exhaust gas into the exhaust gas manifold 217 from the third recirculation heat exchanger 301c. In a downward configuration, the first heat exchanger 301a may operate at the highest temperature, while the third heat exchanger 301c may operate at the lowest temperature. The second heat exchanger 301b may operate at a temperature between the temperatures of the first heat exchanger 301a and the third heat exchanger 301c.

В одном или многих вариантах исполнения вторая основная секция 305 может иметь конфигурацию, идентичную первой основной секции 302. Например, отходящий газ протекает через проточные контуры 214 в первый теплообменник 305а, чтобы затем протекать во второй теплообменник 305b, и затем в третий теплообменник 305с. В дополнение, один или более изогнутых проточных контуров 309 могут быть использованы как трубопроводы для протекания отходящего газа из первого теплообменника 305а во второй теплообменник 305b. В дополнение, вторичные изогнутые проточные контуры (смотриIn one or many embodiments, the second main section 305 may have an identical configuration to the first main section 302. For example, exhaust gas flows through the flow circuits 214 into the first heat exchanger 305a to then flow into the second heat exchanger 305b, and then into the third heat exchanger 305c. In addition, one or more curved flow paths 309 may be used as conduits for exhaust gas to flow from the first heat exchanger 305a to the second heat exchanger 305b. In addition, secondary curved flow circuits (see

- 10 044627- 10 044627

310 в фиг. 4С) могут быть использованы для протекания отходящего газа из второго теплообменника 305b в третий теплообменник 305с. Кроме того, подводящие трубопроводы 311 могут быть использованы для протекания отходящего газа в коллектор 217 для отходящего газа из третьего теплообменника 305с. При нисходящей конфигурации первый теплообменник 305а может действовать при самой высокой температуре, тогда как третий теплообменник 305с может действовать при самой низкой температуре. Второй теплообменник 305b может действовать при температуре между температурами первого теплообменника 305а и третьего теплообменника 305с.310 in fig. 4C) may be used to flow exhaust gas from the second heat exchanger 305b to the third heat exchanger 305c. In addition, the supply lines 311 may be used to flow exhaust gas into the exhaust gas manifold 217 from the third heat exchanger 305c. In a downward configuration, the first heat exchanger 305a may operate at the highest temperature, while the third heat exchanger 305c may operate at the lowest temperature. The second heat exchanger 305b may operate at a temperature between the temperatures of the first heat exchanger 305a and the third heat exchanger 305c.

Все еще со ссылкой на фиг. 4В, секция 107 регенерации тепла может быть соединена с первой основной секцией 301 и второй основной секцией 305 через трубопроводы 312 регенерации тепла. Трубопроводы 312 регенерации тепла могут быть предусмотрены между первым теплообменником 301а, 305а, и вторым теплообменником 301b, 305b, а также между вторым теплообменником 301b, 305b и третьим теплообменником 301с, 305с первой основной секции 301 и второй основной секции 305. Кроме того, предусмотрено, что впуск 313 для рециркуляционного СО2 может быть размещен у дна первой основной секции 301 и второй основной секции 305. Из впуска 313 для рециркуляционного СО2 повторно используемый СО2 может проходить через коллектор для рециркуляционного СО2 (смотри 315 в фиг. 2С), будучи распределяемым на третий теплообменник 301с, 305с, второй теплообменник 301b, 305b, и нагревающим первый теплообменник 301а, 305а, и затем выходит через коллектор 314 для горячего рециркуляционного СО2.Still with reference to FIG. 4B, the heat recovery section 107 may be connected to the first main section 301 and the second main section 305 via heat recovery conduits 312. Heat recovery lines 312 may be provided between the first heat exchanger 301a, 305a, and the second heat exchanger 301b, 305b, and between the second heat exchanger 301b, 305b and the third heat exchanger 301c, 305c of the first main section 301 and the second main section 305. Moreover, it is provided that a recycle CO2 inlet 313 may be located at the bottom of the first main section 301 and a second main section 305. From the recycle CO2 inlet 313, recycle CO2 may pass through a recycle CO2 manifold (see 315 in FIG. 2C) to be distributed to the third heat exchanger 301c, 305c, second heat exchanger 301b, 305b, and heating the first heat exchanger 301a, 305a, and then exits through the hot recycle CO2 manifold 314.

Теперь со ссылкой на фиг. 4С, иллюстрирован вид сбоку рекуперативной теплообменной системы 105 из фигур 4А и 4В, в соответствии с одним или многими вариантами осуществления изобретения. Как показано в фиг. 4С, первый жесткий каркас 120 для секции 200 предварительного охлаждения может быть размещен на расстоянии D от второго жесткого каркаса (смотри 121 в фигурах 4А и 4В) для первой основной секции (смотри 301 в фигурах 4А и 4В), третьего жесткого каркаса (смотри 122 в фигурах 4А и 4В) для второй основной секции 305, и четвертого жесткого каркаса 123 для вспомогательной секции 302. В одном неограничивающем примере коллектор 205 может быть размещен в пространстве, созданном дистанцией D между первым жестким каркасом 120 и другими жесткими каркасами (121, 122, 123). Кроме того, высота Н первого жесткого каркаса 120 может быть меньшей, чем высота Н' других жестких каркасов (121, 122, 123).Now with reference to FIG. 4C illustrates a side view of the recuperative heat exchange system 105 of Figures 4A and 4B, in accordance with one or more embodiments of the invention. As shown in FIG. 4C, the first rigid frame 120 for the pre-cooling section 200 may be positioned at a distance D from the second rigid frame (see 121 in Figures 4A and 4B) for the first main section (see 301 in Figures 4A and 4B), the third rigid frame (see 122 in figures 4A and 4B) for the second main section 305, and the fourth rigid frame 123 for the auxiliary section 302. In one non-limiting example, the manifold 205 can be located in the space created by the distance D between the first rigid frame 120 and the other rigid frames (121, 122 , 123). In addition, the height H of the first rigid frame 120 may be less than the height H' of the other rigid frames (121, 122, 123).

В одном или многих вариантах исполнения изогнутые проточные контуры 215, 309 и вторичные изогнутые проточные контуры 216, 310 в каждой из вспомогательной секции 302, первой основной секции (301) и второй основной секции 305 могут иметь часть, которая является протяженной от соответствующих жестких каркасов (121, 122, 123). В этой конфигурации изогнутые проточные контуры и вторичные изогнутые проточные контуры являются более гибкими, чем линейные соединения, и могут расширяться с минимальным ограничением.In one or more embodiments, the curved flow paths 215, 309 and the secondary curved flow paths 216, 310 in each of the auxiliary section 302, the first main section (301) and the second main section 305 may have a portion that extends from the respective rigid frames ( 121, 122, 123). In this configuration, curved flow loops and secondary curved flow loops are more flexible than linear connections and can expand with minimal restriction.

Теперь со ссылкой на фиг. 4D иллюстрирован вид сверху рекуперативной теплообменной системы 105 из фигур 4А и 4В, в соответствии с одним или многими вариантами осуществления изобретения. Как показано в фиг. 4D, ширина W первого жесткого каркаса 120 может быть равным ширине W' второго жесткого каркаса 121, третьего жесткого каркаса 122 и четвертого жесткого каркаса 123. Второй жесткий каркас 121 может отстоять на расстояние D' от третьего жесткого каркаса 122. Третий жесткий каркас 122 может быть на расстоянии D от четвертого жесткого каркаса 123. В одном неограничивающем примере расстояние D' может быть большим, чем расстояние D. Фигуры 4С и 4D иллюстрируют примеры того, как каждый из жестких каркасов (120, 121, 122, 123) может иметь различные размеры (высоту и ширину) так, что компоненты рекуперативной теплообменной системы 105 могут быть легко размещены рядом друг с другом для возможности соединений текучих сред.Now with reference to FIG. 4D illustrates a top view of the recuperative heat exchange system 105 of Figures 4A and 4B, in accordance with one or more embodiments of the invention. As shown in FIG. 4D, the width W of the first rigid frame 120 may be equal to the width W' of the second rigid frame 121, the third rigid frame 122, and the fourth rigid frame 123. The second rigid frame 121 may be spaced a distance D' from the third rigid frame 122. The third rigid frame 122 may be a distance D from the fourth rigid frame 123. In one non-limiting example, the distance D' may be greater than the distance D. Figures 4C and 4D illustrate examples of how each of the rigid frames (120, 121, 122, 123) may have different dimensions (height and width) so that components of the recuperative heat exchange system 105 can be easily placed adjacent to each other to allow fluid connections.

Как показано в фигурах 4A-4D, в одном или многих вариантах исполнения различные компоненты (секция 200 предварительного охлаждения, вспомогательная секция 302, первая основная секция 301, и вторая основная секция 305) рекуперативной теплообменной системы 105, имеющей нисходящую конфигурацию, могут обеспечивать создание модульной и компактной системы. При формировании нисходящей конфигурации площадь опорной поверхности рекуперативной теплообменной системы 105 может иметь гораздо меньшие размеры, чем для традиционной линейной системы, собранной на одном уровне. В одном неограничивающем примере площадь основания всей рекуперативной теплообменной системы 105 может составлять величину около 11 футов на 14 футов (3,4 м на 4,3 м). Кроме того, предусматривается, что площадь основания может иметь любой габаритный размер, без выхода за пределы области настоящего изобретения. В дополнение, площадь основания может быть основана на эксплуатационными и транспортными требованиями, такими как учет специальных дорожных условий в отношении высоты мостов и размерных ограничений, связанных с длинами грузового автомобиля, железнодорожного транспорта и судна.As shown in Figures 4A-4D, in one or more embodiments, various components (pre-cooling section 200, auxiliary section 302, first main section 301, and second main section 305) of the downstream recuperative heat exchange system 105 may provide a modular and compact system. When forming a downward configuration, the supporting surface area of the recuperative heat exchange system 105 can be much smaller than for a traditional linear system assembled at one level. In one non-limiting example, the footprint of the entire recuperative heat exchange system 105 may be about 11 feet by 14 feet (3.4 m by 4.3 m). It is further contemplated that the base area may be of any overall size without departing from the scope of the present invention. In addition, the footprint may be based on operational and transportation requirements, such as consideration of special road conditions regarding bridge heights and dimensional restrictions associated with truck, rail, and vessel lengths.

В дополнение, рекуперативная теплообменная система 105 может позволить отказаться от необходимости прокладывания высокотемпературного трубопровода к турбине и от нее под уклоном. Кроме того, каждая из секции 200 предварительного охлаждения, вспомогательной секции 302, первой основной секции 301, и второй основной секции 305 может быть сформирована в модульной и компактной конструкции, чтобы упростить изготовление и перевозку на место сборки с минимальным числом монIn addition, the recuperative heat exchange system 105 may eliminate the need for high temperature piping to and from the turbine on an incline. In addition, each of the pre-cooling section 200, the auxiliary section 302, the first main section 301, and the second main section 305 can be formed in a modular and compact structure to facilitate fabrication and transportation to the assembly site with a minimum number of parts.

- 11 044627 тажных соединений. В одном или многих вариантах исполнения каждая из секции 200 предварительного охлаждения, вспомогательной секции 302, первой основной секции 301, и второй основной секции 305 поддерживается внутри соответствующих жестких каркасов (120, 121, 122, 123), и обеспечивает возможность независимого расширения внутри соответствующих жестких каркасов (120, 121, 122, 123). Поскольку соответствующие жесткие каркасы (120, 121, 122, 123) не ограничивают расширение секции 200 предварительного охлаждения, вспомогательной секции 302, первой основной секции 301, и второй основной секции 305 при термической нагрузке, может быть весьма упрощена прокладка соединительных труб для обеспечения достаточной гибкости. Это является особенно важным для теплообменников при переходе от жесткого блока к гибкой магистрали и сопловому сборному узлу. Кроме того, предусмотрено, что, поскольку высокотемпературные теплообменники, испытывающие наибольшие нагрузки при тепловом расширении, могут быть размещены в самом верхнем положении, где модули будут иметь наибольшую гибкость, высокотемпературные теплообменники могут быть наиболее доступными для инспекции или ремонта. Кроме того, конденсат из высокотемпературных теплообменников или других секций может естественным образом стекать вниз из рекуперативной теплообменной системы 105.- 11 044627 tazh connections. In one or more embodiments, each of the pre-cooling section 200, the auxiliary section 302, the first main section 301, and the second main section 305 is supported within respective rigid frames (120, 121, 122, 123), and is capable of independent expansion within the respective rigid frames. frames (120, 121, 122, 123). Since the respective rigid frames (120, 121, 122, 123) do not limit the expansion of the pre-cooling section 200, the auxiliary section 302, the first main section 301, and the second main section 305 under thermal load, the routing of the connecting pipes can be greatly simplified to provide sufficient flexibility . This is especially important for heat exchangers when moving from a rigid block to a flexible line and nozzle assembly. It is further contemplated that since high temperature heat exchangers, which experience the greatest thermal expansion stress, can be placed in the highest position where the modules will have the greatest flexibility, high temperature heat exchangers can be most accessible for inspection or repair. Additionally, condensate from high temperature heat exchangers or other sections may naturally drain downward from the recuperative heat exchange system 105.

Для работы рекуперативной теплообменной системы 105 могут быть предусмотрены локальные или дистанционные системы управления. Приведенные здесь варианты исполнения работы рекуперативной теплообменной системы 105 могут быть осуществлены на компьютеризированной системе. С рекуперативной теплообменной системой 105 может быть использована любая комбинация мобильного, настольного устройства, сервера, роутера, переключателя, встроенного устройства, или оборудования других типов. Например, вычислительная система может включать один или более компьютерных процессоров, оперативную память (например, энергозависимую память, такую как память с произвольным доступом (RAM), кэш-память), устройство постоянного хранения (например, жесткий диск, накопитель на оптических дисках, такой как привод компакт-диска (CD) или привод цифрового универсального диска (DVD), флэш-память, и т.д.), связной интерфейс (например, Bluetooth-интерфейс, инфракрасный интерфейс, сетевой интерфейс, оптический интерфейс, и т.д.), и многочисленные другие элементы и функциональности. Кроме того, предусмотрено, что могут быть сохранены команды программного обеспечения в форме машиночитаемого программного кода для исполнения варианты осуществления изобретения, в целом или частично, временно или постоянно, на энергонезависимом машиночитаемом носителе, таком как CD, DVD, запоминающее устройство, дискета, лента, флэш-память, физическая память, или любой другой считываемый компьютером носитель информации. Например, команды программного обеспечения могут соответствовать машиночитаемой программе, которая, когда исполняется процессором(-ами), конфигурирована для исполнения одного или многих вариантов осуществления изобретения.Local or remote control systems may be provided to operate the recuperative heat exchange system 105. The embodiments shown herein of the operation of the recuperative heat exchange system 105 may be implemented on a computerized system. Any combination of mobile device, desktop device, server, router, switch, embedded device, or other types of equipment may be used with the regenerative heat exchange system 105. For example, a computing system may include one or more computer processors, a random access memory (e.g., volatile memory such as random access memory (RAM), cache memory), a persistent storage device (e.g., a hard disk drive, an optical disk drive, such such as Compact Disc (CD) drive or Digital Versatile Disc (DVD) drive, flash memory, etc.), communication interface (such as Bluetooth interface, infrared interface, network interface, optical interface, etc. .), and numerous other elements and functionality. It is further contemplated that software instructions may be stored in the form of computer readable program code for executing embodiments of the invention, in whole or in part, temporarily or permanently, on a non-volatile computer readable medium such as a CD, DVD, storage device, floppy disk, tape, flash memory, physical memory, or any other computer-readable storage medium. For example, the software instructions may correspond to a computer-readable program that, when executed by the processor(s), is configured to execute one or more embodiments of the invention.

Со ссылкой на фиг. 5А, фиг. 5А показывает пример системы подвески теплообменников в соответствии с одним или многими вариантами исполнения. Нижеследующий пример представлен только для целей разъяснения, и не предполагает ограничения области изобретения. Теплообменная система 400, как показано в фиг. 5А, может быть использована в любом промышленном варианте применения, таком как выработка энергии. В некоторых вариантах исполнения теплообменная система 400 может быть использована в любых промышленных вариантах применения, где требуются теплообменники.With reference to FIG. 5A, fig. 5A shows an example of a heat exchanger suspension system in accordance with one or more embodiments. The following example is presented for purposes of explanation only, and is not intended to limit the scope of the invention. Heat exchange system 400, as shown in FIG. 5A can be used in any industrial application such as power generation. In some embodiments, the heat exchange system 400 can be used in any industrial application where heat exchangers are required.

В одном или многих вариантах исполнения теплообменная система 400 может иметь нисходящую конфигурацию, чтобы обеспечивать возможность более легкого монтажа на месте. Жесткий каркас может включать две стойки 401, 402, отстоящие друг от друга на расстояние D'. Две стойки 401, 402 могут быть сделаны из металлического материала и быть протяженными вверх на высоту Н. Первый конец 401а, 402а каждой стойки может быть съемно закреплен на полу на рабочем месте. В дополнение, две стойки 401, 402 могут быть жесткими, чтобы обеспечивать возможность подъема теплообменной системы 400 кранами, трейлерами или вильчатыми погрузчиками с использованием двух стоек 401а, 402а как точек привязки. Между двумя стойками 401, 402 в теплообменной системе 400 могут быть размещены один или более теплообменников 403, 404, 405. В то время как отмечено, что в фиг. 5А показаны три теплообменника 403, 404, 405, это представлено только для целей примера, и может быть применено любое число теплообменников без выхода за пределы области изобретения. Например, вспомогательная (поток окислителя) секция может иметь два теплообменника, тогда как основная (рециркуляционный поток) секция может иметь три теплообменника. Теплообменники 403, 404, 405 могут представлять собой теплообменник типа печатной схемы (РСНЕ), теплообменник типа намотанной спирали, микротрубчатый теплообменник, диффузно-сварной теплообменник с использованием штампованных пластин в дополнение к вытравленным пластинам, или теплообменник любого другого типа. Кроме того, предусмотрено, что теплообменники 403, 404, 405 могут быть заменены теплообменниками криогенного или бойлерного типа.In one or many embodiments, the heat exchange system 400 may be configured in a downward configuration to allow for easier field installation. The rigid frame may include two posts 401, 402 spaced apart by a distance D'. The two posts 401, 402 may be made of a metallic material and extend upward to a height H. The first end 401a, 402a of each post may be removably secured to the floor of a work station. In addition, the two posts 401, 402 may be rigid to allow the heat exchange system 400 to be lifted by cranes, trailers, or forklifts using the two posts 401a, 402a as anchor points. One or more heat exchangers 403, 404, 405 may be located between the two posts 401, 402 in the heat exchange system 400. While it is noted that in FIG. 5A shows three heat exchangers 403, 404, 405, this is for exemplary purposes only and any number of heat exchangers may be used without departing from the scope of the invention. For example, the auxiliary (oxidizer stream) section may have two heat exchangers, while the main (recycle stream) section may have three heat exchangers. The heat exchangers 403, 404, 405 may be a printed circuit type heat exchanger (PCHE), a wound coil type heat exchanger, a microtubular heat exchanger, a diffuse welded heat exchanger using stamped plates in addition to etched plates, or any other type of heat exchanger. In addition, it is provided that the heat exchangers 403, 404, 405 can be replaced by cryogenic or boiler type heat exchangers.

В конфигурации согласно фиг. 5А, в одном или многих вариантах исполнения теплообменники 403, 404, 405 могут быть размещены последовательно и выстроены по вертикали. Первый теплообменник 403 может находиться в теплообменной системе 400 в самом верхнем по вертикали положении. В одном неограничивающем примере первый теплообменник 403 может быть соединен с первой опорной конструкцией 406. Первая опорная конструкция 406 может представлять собой жесткую металлическую пластину, соединенную со вторым концом 401b, 402b каждой стойки 401, 402. В дополнение, на втором концеIn the configuration according to FIG. 5A, in one or more embodiments, heat exchangers 403, 404, 405 may be arranged in series and vertically aligned. The first heat exchanger 403 may be located in the heat exchange system 400 in the highest vertical position. In one non-limiting example, the first heat exchanger 403 may be coupled to the first support structure 406. The first support structure 406 may be a rigid metal plate coupled to the second end 401b, 402b of each post 401, 402. In addition, at the second end

- 12 044627- 12 044627

401b, 402b каждой стойки 401, 402 может быть размещена пластина или крышка 407 для первой опорной конструкции 406, будучи подвижно соединенной с ним. В дополнение, часть первого теплообменника401b, 402b of each post 401, 402, a plate or cover 407 for the first support structure 406 may be placed in movable connection therewith. In addition, part of the first heat exchanger

403 может быть протяженной за пределы высоты Н двух стоек 401, 402.403 may extend beyond the height H of the two posts 401, 402.

Второй теплообменник 404 может быть размещен ниже первого теплообменника 403. Второй теплообменник 404 может быть соединен со второй опорной конструкцией 408. Вторая опорная конструкция 408 может представлять собой жесткую металлическую пластину для соединенного с нею второго теплообменника 404. Первый набор подвесок 409 может удерживать вторую опорную конструкцию 408 в подвешенном состоянии на двух стойках 401, 402. Первый набор подвесок 409 может включать две или многие подвески. В одном неограничивающем примере подвески 409 первого набора могут быть наклонными на угол к центру второй опорной конструкции 408 между двумя стойками 401, 402. Подвески 409 первого набора могут представлять собой растягиваемый элемент, стальной стержень, звенья цепи, проволочный трос, или стержень или рейку любого типа для удерживания веса и смещения второго теплообменника 404. Кроме того, концы 410 подвесок 409 первого набора могут быть точками соединения для первого набора подвесок 409 на двух стойках 401, 402 и второй опорной конструкции 408. В некоторых вариантах исполнения точка соединения может быть в переменном положении посредством зубчатой рейки и зубчатого колеса или шестерни с движущей собачкой для возможности перестановки первого набора подвесок 409. Посредством зубчатой рейки и зубчатого колеса или шестерни с движущей собачкой точка соединения может быть отрегулирована для возможности активного контроля непосредственного смещения второго теплообменника 404 и третьего теплообменника 405.A second heat exchanger 404 may be positioned below the first heat exchanger 403. A second heat exchanger 404 may be coupled to a second support structure 408. A second support structure 408 may be a rigid metal plate for a second heat exchanger 404 coupled thereto. A first set of hangers 409 may support the second support structure 408 suspended from two posts 401, 402. The first set of hangers 409 may include two or more hangers. In one non-limiting example, the first set of hangers 409 may be inclined at an angle to the center of the second support structure 408 between two posts 401, 402. The first set of hangers 409 may be a tensile member, a steel rod, chain links, wire rope, or any rod or rack type to support the weight and displacement of the second heat exchanger 404. In addition, the ends 410 of the first set of hangers 409 may be connection points for the first set of hangers 409 on the two posts 401, 402 and the second support structure 408. In some embodiments, the connection point may be variable position by means of a rack and pinion or pinion with a driving pawl to allow the first set of hangers 409 to be repositioned. By means of a rack and pinion or pinion with a driving pawl, the coupling point may be adjusted to enable active control of direct displacement of the second heat exchanger 404 and the third heat exchanger 405.

От второй опорной конструкции 408 вертикально вниз может свисать второй набор подвесок 411 для подвешивания опорной балки 412. Второй набор подвесок 411 может включать две или многие подвески. Концы 413 подвесок 411 второго набора могут составлять точку соединения для второго набора подвесок 411 на второй опорной конструкции 408 и опорной балке 412. В некоторых вариантах исполнения точка соединения может занимать переменное положение посредством зубчатой рейки и зубчатого колеса или шестерни с движущей собачкой для возможности перестановки второго набора подвесок 409. Посредством зубчатой рейки и зубчатого колеса или шестерни с движущей собачкой точка соединения может быть отрегулирована для возможности активного контроля непосредственного смещения третьего теплообменника 405. Подвески 411 второго набора могут представлять собой растягиваемый элемент, стальной стержень, звенья цепи, проволочный трос, или стержень или рейку любого типа для удерживания веса и смещения опорной балки 412.A second set of hangers 411 may hang vertically downward from the second support structure 408 to suspend the support beam 412. The second set of hangers 411 may include two or more hangers. The ends 413 of the second set of hangers 411 may constitute a connection point for a second set of hangers 411 on the second support structure 408 and support beam 412. In some embodiments, the connection point may be variably positioned by means of a rack and pinion or pinion with a driving pawl to allow the second set to be repositioned. a set of hangers 409. By means of a rack and pinion or a pinion with a driving pawl, the connection point can be adjusted to enable active control of the immediate displacement of the third heat exchanger 405. The second set of hangers 411 can be a tensile member, a steel rod, chain links, wire rope, or a rod or rail of any type to support the weight and displacement of the support beam 412.

В одном или многих вариантах исполнения третий теплообменник 405 может быть размещен вблизи первых концов 401а, 402а двух стоек 401, 402, и ниже второго теплообменника 404. Третий теплообменник 405 может быть соединен с третьей опорной конструкцией 415. Третья опорная конструкция 415 может представлять собой жесткую металлическую пластину для связанного с нею третьего теплообменника 405.In one or many embodiments, the third heat exchanger 405 may be located proximate the first ends 401a, 402a of the two posts 401, 402, and below the second heat exchanger 404. The third heat exchanger 405 may be coupled to the third support structure 415. The third support structure 415 may be a rigid structure. a metal plate for a third heat exchanger 405 associated with it.

От опорной балки 412 третий набор подвесок 414 может быть протяженным вниз для подвешивания третьей опорной конструкции 415. Третий набор подвесок 414 может включать две или многие подвески. В одном неограничивающем примере подвески 414 третьего набора могут быть наклонными на угол к центру третьей опорной конструкции 415 между двумя стойками 401, 402. В некоторых вариантах исполнения концы 416 подвесок 414 третьего набора могут быть точками соединения для третьего набора подвесок 414 на опорной балке 412 и третьей опорной конструкции 415. В одном неограничивающем примере точка соединения может быть в переменном положении посредством зубчатой рейки и зубчатого колеса или шестерни с движущей собачкой для возможности перестановки третьего набора подвесок 414. Посредством зубчатой рейки и зубчатого колеса или шестерни с движущей собачкой точка соединения может быть отрегулирована для возможности активного контроля непосредственного смещения третьего теплообменника 405. Подвески 414 третьего набора могут представлять собой растягиваемый элемент, стальной стержень, звенья цепи, проволочный трос, или стержень или рейку любого типа для удерживания веса и смещения третьего теплообменника 405.From the support beam 412, a third set of hangers 414 may extend downwardly to suspend a third support structure 415. The third set of hangers 414 may include two or more hangers. In one non-limiting example, the third set of hangers 414 may be inclined at an angle to the center of the third support structure 415 between two posts 401, 402. In some embodiments, the ends 416 of the third set of hangers 414 may be connection points for the third set of hangers 414 on the support beam 412 and third support structure 415. In one non-limiting example, the connection point may be in a variable position by means of a rack and pinion or pinion with a driving pawl to allow the third set of hangers 414 to be interchanged. By means of a rack and pinion or pinion with a driving dog, the connection point may be adjusted to enable active control of direct displacement of the third heat exchanger 405. The third set of hangers 414 may be a tensile member, a steel rod, a chain link, a wire rope, or any type of rod or rail to support the weight and displacement of the third heat exchanger 405.

Все еще со ссылкой на фиг. 5А, первый теплообменник 403 может действовать при самой высокой температуре из трех теплообменников 403, 404, 405 в теплообменной системе 400. Третий теплообменник 405 может работать при самой низкой температуре из трех теплообменников 403, 404, 405 в теплообменной системе 400. Второй теплообменник 404 может действовать при температуре между температурами первого теплообменника 403 и третьего теплообменника 405. При размещении первого теплообменника 403 на самом верхнем уровне в теплообменной системе 400 первый теплообменник 403 может расширяться без любого ограничения смещения от того, что второй теплообменник 404 и третий теплообменник 405 также могут сдвигаться. В дополнение, поскольку второй теплообменник 404 и третий теплообменник 405 работают при более низкой температуре, чем первый теплообменник 403, второй теплообменник 404 и третий теплообменник 405 могут испытывать более высокое допустимое напряжение, чем первый теплообменник 403. Поэтому подвижность второго теплообменника 404 и третьего теплообменника 405 может быть обеспечена проще, чем подвижность первого теплообменника 403. В дополнение, любое тепловое расширение системы труб 417, образующей соединения между тремя теплообменниками 403, 404, 405, может быть компенсировано набором подвесок 409, 411, 414.Still with reference to FIG. 5A, the first heat exchanger 403 may operate at the highest temperature of the three heat exchangers 403, 404, 405 in the heat exchange system 400. The third heat exchanger 405 may operate at the lowest temperature of the three heat exchangers 403, 404, 405 in the heat exchange system 400. The second heat exchanger 404 may operate at a temperature between the temperatures of the first heat exchanger 403 and the third heat exchanger 405. By placing the first heat exchanger 403 at the highest level in the heat exchange system 400, the first heat exchanger 403 can expand without any displacement limitation from the fact that the second heat exchanger 404 and the third heat exchanger 405 can also move. In addition, since the second heat exchanger 404 and the third heat exchanger 405 operate at a lower temperature than the first heat exchanger 403, the second heat exchanger 404 and the third heat exchanger 405 may experience a higher stress rating than the first heat exchanger 403. Therefore, the mobility of the second heat exchanger 404 and the third heat exchanger 405 can be provided more easily than the mobility of the first heat exchanger 403. In addition, any thermal expansion of the pipe system 417 forming the connections between the three heat exchangers 403, 404, 405 can be compensated by a set of hangers 409, 411, 414.

- 13 044627- 13 044627

В одном или многих вариантах исполнения три теплообменника 403, 404, 405 термически отсоединены друг от друга внутри теплообменной системы 400. При наличии соединения первого теплообменника 403 с первой опорной конструкцией 406 в самом верхнем положении, первый теплообменник 403 может претерпевать тепловое расширение независимо без влияния на второй теплообменник 404 и третий теплообменник 405. В дополнение, первый набор подвесок 409 может обеспечивать возможность термической изоляции второго теплообменника 404 от первого теплообменника 403. Когда происходит тепловое расширение второго теплообменника 404, первый набор подвесок 409 может вертикально смещать вторую опорную конструкцию 408 так, что второй теплообменник 404 является термически независимым от первого теплообменника 403 и третьего теплообменника 405. Кроме того, при наличии опорной балки 412, подвешенной на втором наборе подвесок 411, опорная балка 412 может термически отсоединены друг от друга второй теплообменник 404 и третий теплообменник 405.In one or many embodiments, three heat exchangers 403, 404, 405 are thermally decoupled from each other within the heat exchange system 400. By having the first heat exchanger 403 coupled to the first support structure 406 in the highest position, the first heat exchanger 403 can undergo thermal expansion independently without affecting a second heat exchanger 404 and a third heat exchanger 405. In addition, the first set of hangers 409 may allow the second heat exchanger 404 to be thermally isolated from the first heat exchanger 403. When thermal expansion of the second heat exchanger 404 occurs, the first set of hangers 409 may vertically displace the second support structure 408 such that the second heat exchanger 404 is thermally independent from the first heat exchanger 403 and the third heat exchanger 405. Additionally, by having a support beam 412 suspended from a second set of hangers 411, the support beam 412 can thermally decouple the second heat exchanger 404 and the third heat exchanger 405 from each other.

Теперь со ссылкой на фиг. 5В, фиг. 5В показывает пример системы 420 подвески теплообменников для теплообменной системы (смотри 400) согласно фиг. 1А в соответствии с одним или многими вариантами исполнения. Нижеследующий пример представлен только для целей разъяснения, и не предполагает ограничения области изобретения. Система 420 подвески теплообменников может включать первый набор подвесок 409, второй набор подвесок 411 и третий набор подвесок 414, соединенный со второй опорной конструкцией 408, опорной балкой 412 и третьей опорной конструкцией 415.Now with reference to FIG. 5B, FIG. 5B shows an example of a heat exchanger suspension system 420 for the heat exchange system (see 400) of FIG. 1A in accordance with one or more embodiments. The following example is presented for purposes of explanation only, and is not intended to limit the scope of the invention. The heat exchanger hanger system 420 may include a first set of hangers 409, a second set of hangers 411, and a third set of hangers 414 coupled to a second support structure 408, a support beam 412, and a third support structure 415.

В одном или многих вариантах исполнения первый теплообменник (смотри 403) может быть связан по вертикали, тогда как второй теплообменник (смотри 404) и третий теплообменник (смотри 405) могут поддерживаться второй опорной конструкцией 408 и третьей опорной конструкцией 415, соответственно. Поэтому второй теплообменник (смотри 404) и третий теплообменник (смотри 405) могут претерпевать вертикальное смещение как результат теплового расширения теплообменника 403, а также их собственного теплового расширения при работе.In one or many embodiments, a first heat exchanger (see 403) may be vertically coupled, while a second heat exchanger (see 404) and a third heat exchanger (see 405) may be supported by a second support structure 408 and a third support structure 415, respectively. Therefore, the second heat exchanger (see 404) and the third heat exchanger (see 405) may experience vertical displacement as a result of thermal expansion of heat exchanger 403 as well as their own thermal expansion during operation.

Как показано в фиг. 5В, стрелки 421 представляют вертикальное смещение второго теплообменника (смотри 404) и третьего теплообменника (смотри 405). В дополнение, стрелки 422а, 422b представляют горизонтальное тепловое расширение второго теплообменника (смотри 404) и третьего теплообменника (смотри 405). В одном неограничивающем примере, когда второй теплообменник (смотри 404) испытывает тепловое расширение в горизонтальном направлении (Стрелка 422а), первый набор подвесок 409 может смещаться на расстояние Th в горизонтальной плоскости. Дистанция Th смещения дополнительно изменяет угол первого набора подвесок 409, чтобы затем снижать второй теплообменник (смотри 404) на дистанцию Tv вследствие изменения угла. Когда второй теплообменник (смотри 404) опускается на дистанцию Tv, третий теплообменник (смотри 405) также может опускаться на дистанцию Tv. Однако, когда третий теплообменник (смотри 405) испытывает тепловое расширение в горизонтальном направлении (Стрелка 422b), второй набор подвесок 411 может смещаться на расстояние Th' в горизонтальной плоскости с изменением угла второго набора подвесок 411. При изменении угла второго набора подвесок 411 третий теплообменник (смотри 405) дополнительно смещается на величину ниже так, что дистанция Tv' вертикально смещаемого третьего теплообменника (смотри 405) может быть суммой дистанции Tv и дополнительной величины сдвига вниз.As shown in FIG. 5B, arrows 421 represent the vertical displacement of the second heat exchanger (see 404) and the third heat exchanger (see 405). In addition, arrows 422a, 422b represent horizontal thermal expansion of the second heat exchanger (see 404) and the third heat exchanger (see 405). In one non-limiting example, when the second heat exchanger (see 404) experiences thermal expansion in the horizontal direction (Arrow 422a), the first set of hangers 409 may be displaced by a distance Th in the horizontal plane. The offset distance Th further changes the angle of the first set of hangers 409 to then lower the second heat exchanger (see 404) by a distance Tv due to the change in angle. When the second heat exchanger (see 404) is lowered by distance Tv, the third heat exchanger (see 405) can also be lowered by distance Tv. However, when the third heat exchanger (see 405) experiences thermal expansion in the horizontal direction (Arrow 422b), the second set of hangers 411 may move by a distance Th' in the horizontal plane by changing the angle of the second set of hangers 411. When the angle of the second set of hangers 411 changes, the third heat exchanger (see 405) is further shifted by an amount lower so that the distance Tv' of the vertically displaced third heat exchanger (see 405) can be the sum of the distance Tv and the additional downward shift amount.

В системе 420 подвески теплообменников как горизонтальное, так и вертикальное тепловое расширение в различных компонентах теплообменной системы (смотри 400) может изменять или корректировать углы набора подвесок 409, 411, 414 для компенсации теплового расширения. Посредством компенсации теплового расширения система 420 подвески теплообменников может управлять термическими дисбалансами среди различных компонентов, охлаждаемых и нагреваемых с различными скоростями. Кроме того, система 420 подвески теплообменников минимизирует возникающие при тепловом расширении напряжения расширения в теплообменниках и связанной с ними системе труб в теплообменной системе (смотри 400). Кроме того, предусмотрено, что в сочетании с системой 420 подвески теплообменников может быть применена изоляция, чтобы дополнительно содействовать устранению термических дисбалансов. Изоляция может быть использована для предотвращения потерь тепла, и для улучшения эффективности системы, которая также может быть благоприятной в содействии регулированию термического баланса, и имеет результатом более точные прогнозы смещений вследствие теплового расширения.In the heat exchanger hanger system 420, both horizontal and vertical thermal expansion in various components of the heat exchange system (see 400) may change or adjust the angles of the hanger array 409, 411, 414 to compensate for thermal expansion. By compensating for thermal expansion, the heat exchanger suspension system 420 can manage thermal imbalances among various components being cooled and heated at different rates. In addition, the heat exchanger suspension system 420 minimizes thermal expansion stresses in the heat exchangers and associated piping in the heat exchange system (see 400). It is further contemplated that insulation may be applied in conjunction with the heat exchanger suspension system 420 to further assist in eliminating thermal imbalances. Insulation can be used to prevent heat loss, and to improve system efficiency, which can also be beneficial in helping to regulate thermal balance, and result in more accurate predictions of displacements due to thermal expansion.

Со ссылкой теперь на фиг. 6, иллюстрирован еще один вариант исполнения теплообменной системы согласно приведенным здесь вариантам осуществления, где сходные номера представляют подобные части. Вариант исполнения согласно фиг. 6 подобен варианту исполнения согласно фиг. 5А. Однако теплообменная система 400 может иметь только первый теплообменник 403 и второй теплообменник 404 без третьего теплообменника (смотри 405 в фиг. 5А).With reference now to FIG. 6 illustrates another embodiment of a heat exchange system according to the embodiments herein, where like numbers represent like parts. The embodiment according to Fig. 6 is similar to the embodiment according to FIG. 5A. However, the heat exchange system 400 may have only a first heat exchanger 403 and a second heat exchanger 404 without a third heat exchanger (see 405 in FIG. 5A).

Со ссылкой теперь на фиг. 7, иллюстрирован еще один вариант исполнения теплообменной системы согласно приведенным здесь вариантам осуществления, где сходные номера представляют подобные части. Вариант исполнения согласно фиг. 7 подобен варианту исполнения согласно фиг. 5А. Однако теплообменная система 400 может иметь только два теплообменника, оба из которых подвешены в системе подвески теплообменников (смотри 420 в фиг. 5В). В одном неограничивающем примере первый теплообменник 403 может быть удален так, что остаются второй теплообменник 404 и третий теплообменникWith reference now to FIG. 7 illustrates yet another embodiment of a heat exchange system according to the embodiments herein, where like numbers represent like parts. The embodiment according to Fig. 7 is similar to the embodiment according to FIG. 5A. However, the heat exchange system 400 may have only two heat exchangers, both of which are suspended in a heat exchanger suspension system (see 420 in FIG. 5B). In one non-limiting example, the first heat exchanger 403 may be removed so that the second heat exchanger 404 and the third heat exchanger remain

--

Claims (17)

405, подвешенные на своих соответствующих наборах подвесок (409, 414).405, suspended from their respective sets of hangers (409, 414). Со ссылкой теперь на фиг. 8, иллюстрирован еще один вариант исполнения теплообменной системы согласно приведенным здесь вариантам осуществления, где сходные номера представляют подобные части. Вариант исполнения согласно фиг. 8 подобен варианту исполнения согласно фиг. 5А. Однако вместо наклоненных наружу первого набора подвесок 409 и третьего набора подвесок 414 (смотри фиг. 5А), первый набор подвесок 409 может быть наклонен внутрь. В одном неограничивающем примере один или более выступов 430 могут выдаваться внутрь из жесткой рамы (две стойки 401, 402) так, что один конец 410 первого набора подвесок 409 может быть точкой соединения на одном или многих выступах 430. При наклоне первого набора подвесок 409 внутрь тепловое расширение второго теплообменника 404 может вызывать подъем второй опорной конструкции 408 вертикально вверх. В дополнение, третий набор подвесок 414 также может быть наклонен внутрь, обусловливая подъем третьей опорной конструкции 415 вертикально вверх вследствие теплового расширения третьего теплообменника 405.With reference now to FIG. 8 illustrates yet another embodiment of a heat exchange system according to the embodiments herein, where like numbers represent like parts. The embodiment according to Fig. 8 is similar to the embodiment according to FIG. 5A. However, instead of the first set of hangers 409 and the third set of hangers 414 being angled outward (see FIG. 5A), the first set of hangers 409 may be angled inward. In one non-limiting example, one or more projections 430 may protrude inwardly from a rigid frame (two posts 401, 402) such that one end 410 of the first set of hangers 409 may be a connection point on one or more of the projections 430. When the first set of hangers 409 is tilted inward thermal expansion of the second heat exchanger 404 may cause the second support structure 408 to rise vertically. In addition, the third set of hangers 414 may also be inclined inwardly, causing the third support structure 415 to rise vertically upward due to thermal expansion of the third heat exchanger 405. Со ссылкой теперь на фиг. 9, иллюстрирован еще один вариант исполнения теплообменной системы согласно приведенным здесь вариантам осуществления, где сходные номера представляют подобные части. Вариант исполнения согласно фиг. 9 подобен варианту исполнения согласно фиг. 5А. Однако две стойки 401, 402 жесткой рамы могут быть сдвинуты ближе друг к другу так, что дистанция D между двумя стойками 401, 402 является меньшей, чем дистанция D'. При сдвигании двух стоек 401, 402 ближе друг к другу первый набор подвесок 409 может быть наклонен внутрь. В результате наклона первого набора подвесок 409 внутрь тепловое расширение второго теплообменника 404 может вызывать подъем второй опорной конструкции 408 вертикально вверх. В дополнение, третий набор подвесок 414 также может быть наклонен внутрь, обусловливая подъем третьей опорной конструкции 415 вертикально вверх вследствие теплового расширения третьего теплообменника 405.With reference now to FIG. 9 illustrates yet another embodiment of a heat exchange system according to the embodiments herein, where like numbers represent like parts. The embodiment according to Fig. 9 is similar to the embodiment according to FIG. 5A. However, the two rigid frame posts 401, 402 can be moved closer to each other so that the distance D between the two posts 401, 402 is less than the distance D'. By moving the two posts 401, 402 closer together, the first set of hangers 409 may be tilted inward. By tilting the first set of hangers 409 inward, thermal expansion of the second heat exchanger 404 may cause the second support structure 408 to rise vertically upward. In addition, the third set of hangers 414 may also be inclined inwardly, causing the third support structure 415 to rise vertically upward due to thermal expansion of the third heat exchanger 405. Как описано в фигурах 5А-9, теплообменные системы 400 объединяют серию независимо движущихся частей. Описанные здесь теплообменные системы 400 создают для серии независимо движущихся частей возможность оставаться соединенными, в то же время с учетом независимого смещения и обусловливая преимущества всей системы в целом, в том числе низкую нагрузку от теплообменников (404, 405), например, на трубопроводы к соплам (417). Для теплообменных систем 400 в фигурах 5А-9 система (420) подвески теплообменников может иметь систему подвесок 409, 411, 414, которая может быть конфигурирована для регулирования положения (то есть, нейтрального, повышения, снижения) нижних теплообменников (404, 405). В одном или многих вариантах исполнения конфигурация системы подвесок 409, 411, 414 может быть основана на ожидаемом тепловом расширении или сжатии компонентов во время пускового режима, работы и отключения теплообменных систем 400. В дополнение, угол наклона подвесок может быть выбран на основе ожидаемого теплового расширения или сжатия. Кроме того, каждый угол наклона подвесок может быть настроен независимо.As described in Figures 5A-9, heat exchange systems 400 combine a series of independently moving parts. The heat exchange systems 400 described herein enable a series of independently moving parts to remain connected while still allowing for independent displacement and providing benefits to the overall system, including low stress on the heat exchangers (404, 405), such as the piping to the nozzles (417). For the heat exchange systems 400 in Figures 5A-9, the heat exchanger suspension system (420) may have a suspension system 409, 411, 414 that may be configured to adjust the position (i.e., neutral, boost, decline) of the lower heat exchangers (404, 405). In one or many embodiments, the configuration of the hangers 409, 411, 414 may be based on the expected thermal expansion or contraction of the components during startup, operation, and shutdown of the heat exchange systems 400. In addition, the angle of the hangers may be selected based on the expected thermal expansion or compression. In addition, each suspension angle can be adjusted independently. В теплообменных системах 400 опорный стержень 412 может усиливать независимое смещение теплообменников (404, 405). При включении опорного стержня 412 второй теплообменник 404 не влияет на способность третьего теплообменника 405 независимо смещаться. Таким образом, опорный стержень 412 создает различные степени свободы для восприятия смещения трубопроводов и расширения внутри теплообменных систем 400. Опорный стержень 412 обеспечивает возможность изолировать и использовать способы расширения для благоприятного разделения теплового расширения каждого из теплообменников для минимизации нагрузки на сопла, и может обеспечивать возможность сокращения расширения трубопроводов в длину. Минимизацией нагрузки и созданием более коротких труб может быть снижен общий вес установки. В дополнение, напряжения, связанные с системой (420) подвески теплообменников, позволяют сократить длину труб и сделать всю систему более компактной.In heat exchange systems 400, support rod 412 may enhance independent displacement of heat exchangers (404, 405). When the support rod 412 is engaged, the second heat exchanger 404 does not affect the ability of the third heat exchanger 405 to move independently. Thus, the support rod 412 provides various degrees of freedom to accommodate piping movement and expansion within the heat exchange systems 400. The support rod 412 provides the ability to isolate and utilize expansion methods to favorably separate the thermal expansion of each of the heat exchangers to minimize nozzle loads, and may provide the ability to reduce extension of pipelines in length. By minimizing the load and creating shorter pipes, the overall weight of the installation can be reduced. In addition, the stresses associated with the heat exchanger suspension system (420) allow the length of the pipes to be reduced and the overall system to be more compact. В то время, как настоящее изобретение было описано в отношении ограниченного числа вариантов исполнения, квалифицированным специалистам в этой области технологии, имеющим благоприятную возможность ознакомиться с этим изобретением, будет понятно, что могут быть разработаны другие варианты исполнения, которые не выходят за пределы области изобретения, как здесь описанного. Соответственно этому, область изобретения должна быть ограничена только пунктами прилагаемой формулы изобретения.While the present invention has been described with respect to a limited number of embodiments, those skilled in the art having the opportunity to become familiar with the invention will appreciate that other embodiments may be developed that are within the scope of the invention. as described here. Accordingly, the scope of the invention should be limited only by the claims contained in the appended claims. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Теплообменная система, содержащая:1. Heat exchange system containing: жесткий каркас;rigid frame; первый теплообменник, соединенный с первой опорной конструкцией на верху жесткого каркаса;a first heat exchanger coupled to a first support structure on top of the rigid frame; второй теплообменник, размещенный ниже первого теплообменника, причем второй теплообменник соединен со второй опорной конструкцией, причем вторая опорная конструкция подвешена на жестком каркасе посредством первого набора подвесок, причем первый набор подвесок выполнен с возможностью вертикального и горизонтального перемещения второй опорной конструкции;a second heat exchanger located below the first heat exchanger, wherein the second heat exchanger is connected to a second support structure, wherein the second support structure is suspended from a rigid frame by a first set of hangers, wherein the first set of hangers is configured to move the second support structure vertically and horizontally; второй набор подвесок, соединенный со второй опорной конструкцией и протяженный вниз для подвешивания опорной балки;a second set of hangers coupled to the second support structure and extending downwardly to suspend the support beam; - 15 044627 третий набор подвесок, соединенный с опорной балкой и протяженный вниз для подвешивания третьей опорной конструкции, причем третий набор подвесок выполнен с возможностью вертикального и горизонтального перемещения третьей опорной конструкции; и третий теплообменник, соединенный с третьей опорной конструкцией, причем вертикальное и горизонтальное перемещение второй опорной конструкции основано на тепловом расширении второго теплообменника, и причем вертикальное и горизонтальное перемещение третьей опорной конструкции основано на тепловом расширении третьего теплообменника.- 15 044627 a third set of hangers connected to the support beam and extending downward to suspend the third support structure, the third set of hangers being configured to move the third support structure vertically and horizontally; and a third heat exchanger coupled to the third support structure, wherein vertical and horizontal movement of the second support structure is based on thermal expansion of the second heat exchanger, and wherein vertical and horizontal movement of the third support structure is based on thermal expansion of the third heat exchanger. 2. Теплообменная система по п.1, в которой первый теплообменник выполнен с возможностью работы при более высокой температуре, чем второй теплообменник, и второй теплообменник выполнен с возможностью работы при более высокой температуре, чем третий теплообменник.2. The heat exchange system of claim 1, wherein the first heat exchanger is configured to operate at a higher temperature than the second heat exchanger, and the second heat exchanger is configured to operate at a higher temperature than the third heat exchanger. 3. Теплообменная система по п.1, в которой первый набор подвесок, второй набор подвесок и третий набор подвесок выбраны из конструктивного растягиваемого элемента, стального стержня, звеньев цепи или проволочного троса.3. The heat exchange system of claim 1, wherein the first set of hangers, the second set of hangers and the third set of hangers are selected from a structural tensile member, a steel rod, chain links or wire rope. 4. Теплообменная система по п.1, в которой первый набор подвесок и третий набор подвесок наклонены.4. The heat exchange system according to claim 1, wherein the first set of hangers and the third set of hangers are inclined. 5. Теплообменная система по п.1, в которой жесткий каркас содержит две стойки, отстоящих друг от друга.5. Heat exchange system according to claim 1, in which the rigid frame contains two racks spaced apart from each other. 6. Теплообменная система по п.5, в которой первый теплообменник, второй теплообменник и третий теплообменник находятся между двумя стойками.6. The heat exchange system according to claim 5, wherein the first heat exchanger, the second heat exchanger and the third heat exchanger are located between two racks. 7. Теплообменная система по п.5, в которой первый конец каждой из двух стоек закреплен с возможностью снятия на полу.7. Heat exchange system according to claim 5, in which the first end of each of the two racks is removably fixed to the floor. 8. Теплообменная система по п.7, в которой первая опорная конструкция подвижно соединена со вторым концом каждой из двух стоек, отдаленным от первого конца.8. The heat exchange system of claim 7, wherein the first support structure is movably connected to a second end of each of the two struts remote from the first end. 9. Теплообменная система по п.1, дополнительно содержащая один или более выступов, проходящих из жесткого каркаса, причем конец первого набора подвесок соединен с одним или более выступами.9. The heat exchange system of claim 1, further comprising one or more protrusions extending from the rigid frame, wherein an end of the first set of hangers is connected to the one or more protrusions. 10. Теплообменная система по п.1, в которой первый теплообменник термически отсоединен от второго теплообменника, и второй теплообменник термически отсоединен от третьего теплообменника.10. The heat exchange system of claim 1, wherein the first heat exchanger is thermally disconnected from the second heat exchanger, and the second heat exchanger is thermally disconnected from the third heat exchanger. 11. Теплообменная система, содержащая:11. Heat exchange system containing: жесткий каркас;rigid frame; первый теплообменник, соединенный с первой опорной конструкцией на верху жесткого каркаса; и второй теплообменник, размещенный ниже первого теплообменника, причем второй теплообменник соединен со второй опорной конструкцией, причем вторая опорная конструкция подвешена на жестком каркасе посредством первого набора подвесок, причем первый набор подвесок выполнен с возможностью вертикального и горизонтального перемещения второй опорной конструкции;a first heat exchanger coupled to a first support structure on top of the rigid frame; and a second heat exchanger located below the first heat exchanger, wherein the second heat exchanger is connected to a second support structure, wherein the second support structure is suspended from a rigid frame by a first set of hangers, wherein the first set of hangers is movable vertically and horizontally of the second support structure; причем вертикальное и горизонтальное перемещение второй опорной конструкции основано на тепловом расширении второго теплообменника.wherein the vertical and horizontal movement of the second support structure is based on thermal expansion of the second heat exchanger. 12. Теплообменная система по п.11, в которой первый теплообменник термически отсоединен от второго теплообменника.12. The heat exchange system according to claim 11, wherein the first heat exchanger is thermally disconnected from the second heat exchanger. 13. Теплообменная система по п.11, в которой первый набор подвесок является наклонным.13. Heat exchange system according to claim 11, in which the first set of hangers is inclined. 14. Теплообменная система по п.13, в которой концы первого набора подвесок соединены с жестким каркасом и второй опорной конструкцией посредством зубчатой рейки и зубчатого колеса или шестерни с движущей собачкой.14. The heat exchange system of claim 13, wherein the ends of the first set of hangers are connected to the rigid frame and the second support structure by means of a rack and pinion or pinion with a driving pawl. 15. Теплообменная система по п.13, в которой угол наклона первого набора подвесок выбирают на основе предварительно определенного теплового расширения или сжатия.15. The heat exchange system of claim 13, wherein the angle of the first set of hangers is selected based on a predetermined thermal expansion or contraction. 16. Теплообменная система по п.11, в которой первый теплообменник выполнен с возможностью работы при более высокой температуре, чем второй теплообменник.16. The heat exchange system according to claim 11, wherein the first heat exchanger is configured to operate at a higher temperature than the second heat exchanger. 17. Теплообменная система, содержащая:17. Heat exchange system containing: жесткий каркас;rigid frame; первую опорную конструкцию, подвешенную на жестком каркасе посредством первого набора подвесок, имеющих один конец, соединенный с жестким каркасом, и другой конец, соединенный с первой опорной конструкцией, причем первый набор подвесок выполнен с возможностью вертикального и горизонтального перемещения первой опорной конструкции;a first support structure suspended from a rigid frame by a first set of hangers having one end connected to the rigid frame and another end connected to the first support structure, the first set of hangers being configured to move the first support structure vertically and horizontally; первый теплообменник, соединенный с первой опорной конструкцией;a first heat exchanger coupled to the first support structure; второй набор подвесок, соединенный с первой опорной конструкцией и протяженный вниз для подвешивания опорной балки;a second set of hangers coupled to the first support structure and extending downwardly to suspend the support beam; третий набор подвесок, соединенный с опорной балкой и протяженный вниз для подвешивания второй опорной конструкции, причем третий набор подвесок выполнен с возможностью вертикального и горизонтального перемещения второй опорной конструкции; и второй теплообменник, соединенный со второй опорной конструкцией, причем вертикальное и горизонтальное перемещение первой опорной конструкции основано на тепловом расширении первого теплообменника, иa third set of hangers connected to the support beam and extending downwardly to suspend the second support structure, the third set of hangers being configured to move the second support structure vertically and horizontally; and a second heat exchanger coupled to the second support structure, wherein vertical and horizontal movement of the first support structure is based on thermal expansion of the first heat exchanger, and --
EA202390185 2020-06-29 2021-05-14 HEAT EXCHANGE SYSTEM EA044627B1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US63/045,743 2020-06-29
US63/045,675 2020-06-29
US63/045,697 2020-06-29
US63/045,721 2020-06-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044627B1 true EA044627B1 (en) 2023-09-18

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6019070A (en) Circuit assembly for once-through steam generators
AU2005227175B2 (en) Heat exchanger having plural tubular arrays
EP2834561B1 (en) Tube arrangement in a once-through horizontal evaporator
US9696098B2 (en) Method and apparatus for connecting sections of a once-through horizontal evaporator
JP6895024B2 (en) Systems and methods for generating heat and power using multiple closed loops with primary heat transfer loops, power generation cycle loops, and intermediate heat transfer loops.
US11604030B2 (en) Air-cooled condenser system
CN107002987B (en) Direct-current vertical tube type supercritical evaporator coil for HRSG
EA036885B1 (en) System and method for power production utilizing ion transport devices
JP2012127548A (en) Shell plate heat exchanger and power generation plant including the same
EA044627B1 (en) HEAT EXCHANGE SYSTEM
US11821699B2 (en) Heat exchanger hanger system
TWI825419B (en) Heat exchanger system
JP2018524547A (en) Tube arrangement of once-through horizontal evaporator
TW202413789A (en) Heat exchanger system
US11719141B2 (en) Recuperative heat exchanger system
US20230058456A1 (en) Power generation system
US20220178278A1 (en) Multiple loop power generation using super critical cycle fluid with split recuperator
McDonald et al. Heat exchanger design considerations for gas turbine HTGR power plant