FI94895B - Arrangement in a combined cycle power plant - Google Patents
Arrangement in a combined cycle power plant Download PDFInfo
- Publication number
- FI94895B FI94895B FI932474A FI932474A FI94895B FI 94895 B FI94895 B FI 94895B FI 932474 A FI932474 A FI 932474A FI 932474 A FI932474 A FI 932474A FI 94895 B FI94895 B FI 94895B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- steam
- turbine
- pressure
- supercharger
- arrangement according
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 60
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 15
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 3
- RYXPMWYHEBGTRV-UHFFFAOYSA-N Omeprazole sodium Chemical compound [Na+].N=1C2=CC(OC)=CC=C2[N-]C=1S(=O)CC1=NC=C(C)C(OC)=C1C RYXPMWYHEBGTRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims 1
- 230000002496 gastric effect Effects 0.000 claims 1
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 claims 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 claims 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 18
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- RLQJEEJISHYWON-UHFFFAOYSA-N flonicamid Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=NC=C1C(=O)NCC#N RLQJEEJISHYWON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010763 heavy fuel oil Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 235000014121 butter Nutrition 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
- F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B73/00—Combinations of two or more engines, not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
! 94895 Järjestely kombivoimalaitoksessa! 94895 Arrangement in a combined cycle power plant
Keksintö koskee järjestelyä kokonaishyötysuhteen nostamiseksi jätelämpöä hyödyn-5 täen kombivoimalaitoksessa, jossa ensimmäisen sähkögeneraattorin voimanlähteenä on yksi tai useampi ahdettu mäntäpolttomoottori, jonka pakokaasut viedään moottorin tuloilman ahdinta käyttävän kaasuturbiinin sekä höyrykattilan kautta paineen-alaisen höyryn tuottamiseksi, joka höyry johdetaan toiseen sähkögeneraattoriin kytketyn höyryturbiinin kautta ja edelleen kiertoon.The invention relates to an arrangement for increasing the overall efficiency of waste heat in a combined cycle power plant, in which the first electric generator is powered by one or more supercharged reciprocating internal combustion engines. circulation.
10 Jätelämmön hyödyntäminen on sinänsä ollut tunnettua jo kauan erilaisten voimalaitosten yhteydessä. Erityisesti matalassa lämpötilassa olevaa jätelämpöä voidaan käyttää erilaisiin lämmitystarkoituksiin voimalaitoksen tyypistä riippumatta. Tällainen järjestely on kuvattu esimerkiksi julkaisussa DIESEL & GAS TURBINE 15 WORDLWIDE, January-February 1993: "Prize-Winning CHP Plant Exploits Solvent Vapors", s. 18-19 ja "The Modigen Modular Power Plant Concept", s. 30-31. Nämä eivät ole varsinaisia ns. kombivoimalaitoksia, joilla tarkoitetaan sellaisia voimalaitoksia, joissa tuotetaan ensiöpiirillä sähköenergiaa generaattorin välityksellä ja jätelämpöä käytetään toisiopiirissä lisäsähköenergian tuottamiseksi. Tällöin aiheutuu 20 juuri näille kombivoimalaitoksille ominainen ongelma siitä, että toisiopiirin lämpö-energia on suhteellisen alhaisessa lämpötilassa, jolloin siitä saadaan sähköä vain melko pienellä hyötysuhteella.10 The utilization of waste heat has long been known in connection with various power plants. In particular, low-temperature waste heat can be used for various heating purposes, regardless of the type of power plant. Such an arrangement is described, for example, in DIESEL & GAS TURBINE 15 WORDLWIDE, January-February 1993: "Prize-Winning CHP Plant Exploits Solvent Vapors", pp. 18-19 and "The Modigen Modular Power Plant Concept", pp. 30-31. These are not the actual so-called combined heat and power plants, which means power plants in which the primary circuit generates electrical energy through a generator and the waste heat is used in the secondary circuit to produce additional electrical energy. In this case, the problem specific to these combined heat and power plants arises from the fact that the thermal energy of the secondary circuit is at a relatively low temperature, whereby electricity is obtained from it only at a relatively low efficiency.
Eräs keino parantaa jätelämmön käytön hyötysuhdetta kombivoimalaitoksen toisio-25 piirissä on käyttää lisälämmitystä, jolla ensiöpiiristä tulevien pakokaasujen lämpöti-laa nostetaan. Tällöin toisiopiiristä saadaan höyrykattilalla enemmän suhteellisen kuumaa höyryä, jolloin höyryturbiinille ja generaattorille saadaan parantunut hyötysuhde. Tällöin jätelämmön kokonaismäärä kuitenkin kasvaa, mikä johtaa koko voimalaitoksen kokonaishyötysuhteen alenemiseen.One way to improve the efficiency of the use of waste heat in the secondary circuit of a combined heat and power plant is to use additional heating, which raises the temperature of the exhaust gases from the primary circuit. In this case, more relatively hot steam is obtained from the secondary circuit in the steam boiler, whereby improved efficiency is obtained for the steam turbine and generator. In this case, however, the total amount of waste heat increases, which leads to a decrease in the overall efficiency of the entire power plant.
3030
On myös olemassa järjestelyjä, joilla kombivoimalaitoksissa, joissa ensiöpiiri koostuu polttomoottorista ja sähkögeneraattorista, kokonaishyötysuhdetta pyritään nostamaan. Kun polttomoottorina on kaasuturbiini, jonka pakokaasujen lämpötila on suhteellisen korkea, n. 500°C tai selvästi ylikin, voidaan pakokaasujen jätelämpöä 35 käyttää suhteellisen tehokkaasti höyryn ja edelleen sähkön tuottamiseen. Tällaisia järjestelyjä on esitetty esim. julkaisuissa DIESEL & GAS TURBINE WORLDWIDE, January-February 1993: "Industrial CHP Plant Meet Flexible Steam Requirements", s. 20-22 sekä JOURNAL OF ENGINEERING FOR GAS TURBI- 2 94895 NES AND POWER, October 1991, voi. 113, s. 475-481: "Combined Cycle Plants With Frame 9F Gas Turbines". Näissä julkaisuissa on kuvattu useita erilaisia kiertoprosesseja höyryn kehittämiseksi höyryturbiinia tai -turbiineja varten. Näissä julkaisuissa ei siten ole lainkaan kuvattu sitä, kuinka mäntäpolttomoottorin, kuten voima-5 laitoksissa käytettyjen ahdettujen dieselmoottoreiden, oleellisesti alhaisemmassa lämpötilassa, n. 300-350°C, olevaa pakokaasua voidaan tehokkaasti käyttää hyötysuhteen ja erityisesti sähköntuotannon hyötysuhteen nostamiseen. Tällä dieselmoottorin alemmassa lämpötilassa olevalla pakokaasulla ja em. viitejulkaisujen mukaisilla höyrynkehityspiireillä ei höyryturbiineja pystytä käyttämään niiden edullisella 10 toiminta-alueella.There are also arrangements for increasing the overall efficiency in combined heat and power plants where the primary circuit consists of an internal combustion engine and an electric generator. When the internal combustion engine is a gas turbine with a relatively high exhaust gas temperature, about 500 ° C or well above, the waste heat 35 of the exhaust gases can be used relatively efficiently to generate steam and further electricity. Such arrangements are described, for example, in DIESEL & GAS TURBINE WORLDWIDE, January-February 1993: "Industrial CHP Plant Meet Flexible Steam Requirements", pp. 20-22, and JOURNAL OF ENGINEERING FOR GAS TURBI- 2 94895 NES AND POWER, October 1991, butter. 113, pp. 475-481: "Combined Cycle Plants With Frame 9F Gas Turbines". These publications describe several different circulation processes for generating steam for a steam turbine or turbines. Thus, these publications do not describe at all how the exhaust gas at a substantially lower temperature, about 300-350 ° C, of a reciprocating internal combustion engine, such as supercharged diesel engines used in power plants, can be effectively used to increase efficiency, and in particular power generation efficiency. With this exhaust gas at a lower temperature of the diesel engine and the steam generating circuits according to the above-mentioned references, it is not possible to operate steam turbines in their preferred operating range.
Dieselmoottorin pakokaasujen sisältämän jätelämmön käyttämistä sähkön tuotantoon on käsitelty julkaisussa DIESEL ENGINEERING, Spring 1980: "MAN diesel based CHP schemes", s. 5-11. Julkaisun jäijestelyssä ahdetusta dieselmoottorista 15 tulevat lämpötilassa n. 500°C olevat pakokaasut johdetaan ensin ahtimen, jolla moottorille syötetään ahdettua tuloilmaa, käyttöpuolen kautta. Tähän pakokaasujen lämpöenergia riittää hyvin. Tämän jälkeen pakokaasut johdetaan lämpötilassa n. 350°C höyrykattilaan, jolla höyiynkehitintä ja tulistinta käyttäen tuotetaan höyryä höyryturbiiniin. Höyryturbiini on kytketty toiseen sähkögeneraattoriin, kun taas die-20 selmoottori on kytketty ensimmäiseen sähkögeneraattoriin sähkön tuotantoa varten.The use of waste heat contained in the exhaust gases of a diesel engine for the production of electricity is discussed in DIESEL ENGINEERING, Spring 1980: "MAN diesel based CHP schemes", pp. 5-11. Title arrangement presented a supercharged diesel engine 15 will at a temperature of approx. 500 ° C, the exhaust gases are first conducted to the compressor, which motor is supplied with compressed air from the inlet, through the drive side. The thermal energy of the exhaust gases is good enough for this. The exhaust gases are then passed to a steam boiler at a temperature of about 350 ° C, where steam is produced in a steam turbine using a steam generator and a superheater. The steam turbine is connected to a second electric generator, while the die-20 motor is connected to the first electric generator for electricity generation.
Raskasta polttoöljyä käytettäessä höyrykattilasta poistuvien pakokaasujen on oltava lämpötilaltaan n. 160-180°C, jottei rikkiyhdisteiden kondensoitumista haitallisine seurauksineen tapahdu. Höyrykattilalla hyödynnettävä lämpötilaero n. 170°C on siten pieni ja se esiintyy vielä kaiken kaikkiaan em. matalassa lämpötilassa, joten saa- 25 vutettava sähköenergian lisäys on suhteellisen pieni. Vaikkei raskaan polttoöljyn » sisältämän rikin aiheuttamaa em. lämpötilarajoitusta olisikaan, ei sitä alemmissa lämpötiloissa saada kattilalaitoksella enää oleellisesti energiaa toiseen muotoon, ts. höyryksi.When using heavy fuel oil, the exhaust gases leaving the steam boiler must be at a temperature of approx. 160-180 ° C, so that condensation of sulfur compounds with harmful consequences does not occur. The temperature difference utilized by the steam boiler at about 170 ° C is thus small and still occurs at the above-mentioned low temperature, so the increase in electrical energy that can be achieved is relatively small. Even if the above-mentioned temperature limitation caused by the sulfur contained in heavy fuel oil »were not present, at lower temperatures the boiler plant would no longer receive essentially another form of energy, i.e. steam.
3 C DE-julkaisu 310 329 kuvaa pakokaasukierron, jossa pakokaasut johdetaan ensin veden esilämmittimeen ja vasta sieltä ahtimen turbiiniin. Viitejulkaisun järjestelyssä pakokaasut eivät käytä tulistinta, vaan tulistus tapahtuu kaikissa julkaisun toteutus-muodoissa erillisessä laitoksen osassa, jossa toteutetaan toisen polttoaineen polttoa dieselmoottorista riippumattomasti. Viitejulkaisun jäijestelyssä siten ahtimen tehon 25 lisäys otetaan pääasiassa tästä lisäenergiasta, jolloin ensisijaisena tavoitteena on alentaa polttomoottorin toimintalämpötilaa, millä ei saada sähköntuotannon koko-naishyötysuhdetta nostettua kun lisäpolttoaineen käytön hyötysuhde otetaan myös huomioon.3 C DE publication 310 329 describes an exhaust gas circuit in which the exhaust gases are first led to a water preheater and only then to a supercharger turbine. In the arrangement of the reference publication, the exhaust gases do not use a superheater, but superheating takes place in all embodiments of the publication in a separate part of the plant, where the combustion of the second fuel is carried out independently of the diesel engine. Thus, in the ice arrangement of the reference publication, the increase in the power of the supercharger 25 is mainly taken from this additional energy, the primary aim being to lower the operating temperature of the internal combustion engine without increasing the overall efficiency of electricity production when the efficiency of additional fuel consumption is also taken into account.
3 94895 JP-julkaisu 58-143114 kuvaa kattilalaitoksen kokonaisuudessaan höyrylieriöineen ja tulistimineen, mutta siinä ei lainkaan kompensoida sitä ahtimen tehonalenemaa, mikä aiheutuu ahtimen järjestelystä kattilan jälkeen. Siten tämän laitoksen sähköntuotannon hyötysuhde ei ole sen parempi kuin muidenkaan edellä käsitellyissä viitejul-5 kaisuissa kuvattujen järjestelyjen hyötysuhteet FI-89969 kuvaa järjestelyn, jossa yhdessä toteutusmuodossa ahdin on järjestetty kattilan kahden osuuden väliin. Tässä järjestelyssä on ohitusputki, jolla kattilan ensimmäinen osuus voidaan ohittaa, jolloin järjestelyksi jää perinteinen järjestely, jossa 10 ahdin on lähinnä moottoria. Keksijä ei selvästikään ole uskonut ahtimen välisijoi-tuksen toimivuuteen. Tässä julkaisussa ei ole, kuten edellä mainituissa muissa julkaisuissa, myöskään kompensoitu ahtimen tehohäviötä millään tavoin, joten järjestely on yhtä epäedullinen kuin muutkin tunnetun tekniikan mukaiset järjestelyt.3,94895 JP 58-143114 describes the boiler plant as a whole with its steam cylinders and superheater, but does not at all compensate for the reduction in power of the supercharger caused by the arrangement of the supercharger after the boiler. Thus, the efficiency of the power generation of this plant is no better than the efficiencies of the other arrangements described in the above-referenced publications FI-89969 describes an arrangement in which, in one embodiment, the supercharger is arranged between two sections of the boiler. This arrangement has a bypass tube with which the first part of the boiler can be bypassed, leaving the arrangement with a conventional arrangement in which the 10 superchargers are closest to the engine. The inventor has clearly not believed in the functionality of the supercharger. This publication, like the other publications mentioned above, also does not compensate for the power dissipation of the supercharger in any way, so the arrangement is as disadvantageous as other arrangements according to the prior art.
Lisäksi kaksinkertaiset pitkät putket ahtimen ja kattilalaitoksen välillä ovat raken-15 nusvaiheessa kalliit ja aiheuttavat lisää häviöitä, mitkä seikat yksistään tekevät jul kaisun rakenteen epäkäytännölliseksi.In addition, double long pipes between the supercharger and the boiler plant are expensive during the construction phase and cause additional losses, which alone make the construction of the publication impractical.
Keksinnön tavoitteena on siten saada aikaan jäijestely, jolla mäntäpolttomoottorilla ja erityisesti ahdetulla dieselmoottorilla primääristi toimivan sähkövoimalaitoksen, 20 ns. kombivoimalaitoksen, jossa ko. moottorin pakokaasujen sisältämää jätelämpöä hyödynnetään höyryvoiman, tyypillisesti höyrykattilan ja höyryturbiinin, avulla, sähköntuotannon hyötysuhdetta saadaan nostettua. Keksinnön toisena tavoitteena on tällainen järjestely, jossa höyrykattilan lisälämmitys ei ole tarpeen lainkaan tai vain hyvin rajoitetusti, jolloin erittäin matalassa lämpötilassa, ts. alle n. 160-180°C, ole-25 vaa jätelämpöä syntyy mahdollisimman vähän. Tarkoitus on siten saada mahdollisimman paljon korkean jalostusasteen energiaa, ts. sähköä, mahdollisimman pienestä polttoaineen kokonaismäärästä. Keksinnön vielä eräänä tavoitteena on järjestely, jolla saadaan myös oleellisesti alle 160-180°C:ssa olevasta pakokaasusta merkittävä osuus sen lämpösisällöstä talteen sähköntuotannon hyötysuhdetta nostaen ja tämä 30 tyypillisesti silloin kun dieselmoottorissa käytetään vähärikkistä tai rikitöntä polttoainetta, jolloin poistuvien pakokaasujen lämpötilalla ei ole korroosiosta ym. johtuvaa alarajaa.The object of the invention is thus to provide an ice arrangement in which an electric power plant operating primarily with a reciprocating internal combustion engine and in particular a supercharged diesel engine, 20 ns. a combined cycle power plant in which the the waste heat contained in the engine exhaust is utilized by steam power, typically a steam boiler and a steam turbine, to increase the efficiency of electricity generation. Another object of the invention is such an arrangement in which additional heating of the steam boiler is not necessary at all or only to a very limited extent, whereby the waste heat generated at a very low temperature, i.e. below about 160-180 ° C, is generated as little as possible. The aim is thus to obtain as much high-grade energy, i.e. electricity, as possible from the smallest possible total amount of fuel. Yet another object of the invention is an arrangement which also recovers a significant proportion of its heat content from the exhaust gas substantially below 160-180 ° C, increasing the efficiency of electricity generation, and this typically when low sulfur or sulfur-free fuel is used in the diesel engine, the exhaust gas temperature is corrosive. resulting lower limit.
Edellä kuvatut haittapuolet saadaan eliminoitua ja edellä määritellyt tavoitteet saa-35 vutetaan keksinnön mukaisella järjestelyllä, jolle on tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.The disadvantages described above can be eliminated and the objects defined above are achieved by the arrangement according to the invention, which is characterized by what is defined in the characterizing part of claim 1.
94895 494895 4
Keksinnön oleellisimpana etuna on se, että sen mukaisella järjestelyllä saadaan höy-rynkehityspiirissä lämpötilaa korotettua tekniikan tason mukaisiin järjestelyihin verrattuna, jolloin höyrypiirin hyötysuhde sähköntuotannossa nousee oleellisesti. Tämä etu säilyy kokonaishyötysuhteessakin, vaikka ahtamiseen voi olla tarpeen käyttää 5 osa näin saadusta lisäenergiasta. Keksinnön toisena etuna erityisesti tilanteessa, jossa pakokaasujen lämpötilalla ei ole alarajaa korroosio- tai muista syistä, on se, että pakokaasujen lämpöä saadaan talteen lähelle ympäristön lämpötilaa vastaaviin lämpötiloihin saakka nostamaan sähköntuotannon hyötysuhdetta ja kokonaishyö-tysuhdetta.The most essential advantage of the invention is that the arrangement according to it makes it possible to increase the temperature in the steam generating circuit compared to the arrangements according to the prior art, whereby the efficiency of the steam circuit in electricity production substantially increases. This advantage is maintained even in the overall efficiency, although it may be necessary to use 5 parts of the additional energy thus obtained for stowage. Another advantage of the invention, especially in a situation where the temperature of the exhaust gases is not lower due to corrosion or other reasons, is that the heat of the exhaust gases is recovered close to ambient temperatures up to the corresponding temperatures to increase the efficiency and overall efficiency of electricity generation.
1010
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti oheisiin piirustuksiin viittaamalla.In the following, the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti yhtä keksinnön mukaista järjestelyä sähköntuotan-15 non hyötysuhteen nostamiseksi kombivoimalaitoksessa.Figure 1 schematically shows one arrangement according to the invention for increasing the efficiency of electricity generation in a combined heat and power plant.
Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti toista keksinnön mukaista jäqestelyä sähköntuotannon hyötysuhteen nostamiseksi kombivoimalaitoksessa.Figure 2 schematically shows another arrangement according to the invention for increasing the efficiency of electricity generation in a combined heat and power plant.
20 Kuvio 3 esittää kaaviomaisesti kolmatta keksinnön mukaista järjestelyä sähköntuotannon hyötysuhteen nostamiseksi kombivoimalaitoksessa.Figure 3 schematically shows a third arrangement according to the invention for increasing the efficiency of electricity generation in a combined heat and power plant.
Kuvio 4 esittää kaaviomaisesti neljättä keksinnön mukaista järjestelyä sähköntuotannon hyötysuhteen nostamiseksi vain osa prosessista kuvattuna.Figure 4 schematically shows a fourth arrangement according to the invention for increasing the efficiency of electricity generation, illustrating only a part of the process.
2525
Kuvio 5 esittää keksinnön mukaista järjestelyä toteutettuna useita dieselmootto-reita sisältävässä kombivoimalaitoksessa.Figure 5 shows an arrangement according to the invention implemented in a combined cycle power plant comprising several diesel engines.
Kuvioissa 1-5 on esitetty useita yksityiskohdiltaan erilaisia keksinnön mukaisia jär-30 jestelyjä kombivoimalaitoksessa. Voimalaitokset koostuvat nettotehoa antavina voi-. manlähteinä olevista ahdetuista mäntäpolttomoottoreista, kuten dieselmoottoreista 3, joita voi olla voimalaitoksessa yksi, kuten kuvioissa 1-4, tai yleensä useampia, kuten kuviossa 5. Dieselmoottori 3 käyttää ensimmäistä sähkögeneraattoria 1 sähköenergian tuottamiseksi. Dieselmoottorin tuloilmaa 8 ahdetaan pakokaasuahtimella 6, jon-35 ka käyttöpuolen 7, jona yleensä on kaasuturbiini, kautta pakokaasut johdetaan. Ahdettu ja jäähdytetty ilma syötetään polttoilmana 8' dieselmoottoriin. Kombivoimalai-toksen toisena nettotehoa antavana energialähteenä käytetään kuumaa paineenalaista höyryä 15a, b, c, joka synnytetään höyrykattilassa 10 ja johdetaan höyryturbiiniin 4.Figures 1-5 show several arrangements according to the invention in different details in a combined heat and power plant. Power plants consist of power plants that provide net power. of supercharged reciprocating internal combustion engines, such as diesel engines 3, which may be in the power plant one, as in Figures 1-4, or generally more, as in Figure 5. The diesel engine 3 drives a first electric generator 1 to generate electric energy. The diesel engine inlet air unit by means of the exhaust gas turbocharger 8 6 jon-35 fl driving side 7 which is generally a gas turbine, the exhaust gases are passed through. The supercharged and cooled air is fed as combustion air to the 8 'diesel engine. The second net power source of the combined cycle power plant is hot pressurized steam 15a, b, c, which is generated in the steam boiler 10 and fed to the steam turbine 4.
5 94895 Höyryturbiini 4 käyttää toista sähkögeneraattoria 2 sähkön tuottamiseksi. Tämä kuuma höyry 15a, b, c taas synnytetään dieselmoottorin 3 pakokaasuilla 5 johtamalla ne tämän höyrykattilan 10 läpi. Höyrykattila 10 sisältää ainakin höyrynkehittimen 18a vastaavine kattilaputkistoineen 20 sekä tulistunen 19a suurpaineista höyryä 15a var-5 ten, joka syötetään höyryturbiiniin 4.5 94895 The steam turbine 4 uses a second electric generator 2 to generate electricity. This hot steam 15a, b, c is again generated by the exhaust gases 5 of the diesel engine 3 by passing them through this steam boiler 10. The steam boiler 10 includes at least a steam generator 18a with its respective boiler piping 20 and a superheated 19a for high-pressure steam 15a, which is fed to the steam turbine 4.
Keksinnön mukaan dieselmoottorin 3 kuumat pakokaasut 5a johdetaan suoraan moottorista ensin höyrykattilaan 10 ja vasta sieltä tuloilman 8 ahtimen 6 käyttöpuo-lelle 7. Tällä järjestelyllä saadaan höyrykattilassa 10 hyödynnettyä tyypillisesti n.According to the invention, the hot exhaust gases 5a of the diesel engine 3 are led directly from the engine first to the steam boiler 10 and only from there to the drive side 7 of the supply air supercharger 7. This arrangement typically utilizes n in the steam boiler 10.
10 260°C :n lämpötilaero lämpötilaväliltä n. 500-240°C. Tällaisen höyryn käyttö saa aikaan höyryturbiinissa ja siten toiseen sähkögeneraattoriin varsin hyvän sähköntuotannon hyötysuhteen. Riippuen dieselmoottorin suunnittelusta voi sen pakokaasujen lämpötila olla korkeampikin, n. 550°C tai kehityksen edetessä jopa n. 700°C, jolloin höyryn käytön hyötysuhde nousee edelleen.10 260 ° C temperature difference between approx. 500-240 ° C. The use of such steam provides a fairly good efficiency in the production of electricity in the steam turbine and thus in the second electric generator. Depending on the design of the diesel engine, the temperature of its exhaust gases can be higher, approx. 550 ° C, or as development progresses even approx. 700 ° C, which further increases the efficiency of steam use.
1515
Keksinnön mukaisesta järjestelystä seuraa kuitenkin, että pakokaasujen lämpötila ennen ahtimen kaasuturbiinia on keksinnön mukaisessa järjestelyssä tuntuvasti alhaisempi kuin tunnetun tekniikan mukaisessa järjestelyssä. Koska tietyllä painesuh-teella ja kaasun massavirralla toimivan kaasuturbiinin teho on suoraan verrannolli-20 nen absoluuttiseen lämpötilaan, heikkenee myös ahtimen teho vastaavasti. Tämä tilanne voidaan ratkaista keksinnön mukaisesti joko a) ottamalla ahtimeen 6 tarvittava lisäteho höyryturbiinista 4 kytkennällä 13, b) mitoittamalla (valitsemalla) kaasutur-biini 7 siten, että kaasun paine ennen kaasuturbiinia on tunnetun tekniikan mukaista arvoa suurempi tai c) nostamalla palamiskaasujen lämpötilaa polttamalla höyrykat-25 tilassa 10 jotain lisäpolttoainetta. Vaihtoehdot a) ja b) ovat hyötysuhteeltaan edullisempia vaihtoehtoja kuin c), koska niissä ei jätelämmön määrää lisätä.However, it follows from the arrangement according to the invention that the temperature of the exhaust gases before the supercharger gas turbine is considerably lower in the arrangement according to the invention than in the arrangement according to the prior art. Since the power of a gas turbine operating at a certain pressure ratio and gas mass flow is directly proportional to the absolute temperature, the power of the supercharger also decreases correspondingly. According to the invention, this situation can be solved either by a) taking the additional power required for the supercharger 6 from the steam turbine 4 by connection 13, b) dimensioning (selecting) the gas turbine 7 so that the gas pressure before the gas turbine is higher than the prior art, or c) raising the combustion gas temperature by burning vapors -25 mode 10 some extra fuel. Options a) and b) are more cost-effective than options c) because they do not increase the amount of waste heat.
Edellä mainittu höyryturbiinin 4 kytkentä 13 ahtimen 6 käyttöakseliin 9 voi keksinnön mukaan tapahtua useilla eri tavoilla. Kuviossa 1 esitetyssä toteutusmuodossa 30 höyryturbiinissa 4 on korkeapaineosuus 14a ja matalapaineosuus 14c, joista mata-• lapaineosuus 14c on kytketty 13 käyttöakseliltaan 12 ahtimen akseliin 9. Tämä kytkentä voi olla suora tai toteutettu vaihteiston 16 tai vastaavan välityksellä. Korkea-painehöyryturbiiniosuus 14a on kytketty akselilla 17 vain toiseen generaattoriin 2 eikä lainkaan ahtimeen. Kuvion 2 toteutuksessa korkeapaineosuudesta 14a ja ma-35 talapaineosuudesta 14c muodostuva höyryturbiini 4 on kytketty 13 akselistaan 17 vaihteiston 16 tai vastaavan välityksen avulla epäsuorasti tai vaihtoehtoisesti suoraan ilman vaihteistoa ahtimen 6 käyttöakseliin 9. Tämä toteutusmuoto on tämänhetkisen käsityksen mukaan edullisin, koska siinä kaikki teho, jota ahdin ei tarvitse 6 94895 (moottorin osateholla ahdin tarvitsee runsaasti lisätehoa, täysteholla ahdin ei tarvitse juurikaan lisätehoa), saadaan talteen toisella sähkögeneraattorilla. Kuvion 4 toteutuksessa on höyryturbiinin 4 keskipaineosa 14b kytketty 13 suoraan ahtimen 6 käyt-töakseliin 9. Tässä höyryturbiinin 4 korkeapaine-ja matalapaineosat 14a ja vastaa-5 vasti 14c on taas kytketty akselillaan 17 suoraan toiseen generaattoriin 2.According to the invention, the above-mentioned connection of the steam turbine 4 to the drive shaft 9 of the supercharger 6 can take place in several different ways. In the embodiment 30 shown in Fig. 1, the steam turbine 4 has a high pressure portion 14a and a low pressure portion 14c, of which the low pressure portion 14c is connected 13 from its drive shaft 12 to the supercharger shaft 9. This connection can be direct or via a gearbox 16 or the like. The high-pressure steam turbine section 14a is connected by a shaft 17 only to the second generator 2 and not to the supercharger at all. In the embodiment of Figure 2, the steam turbine 4 consisting of the high pressure section 14a and the low pressure section 14c is connected indirectly or alternatively directly to the drive shaft 9 of the supercharger 6 from its shaft 17 by means of a gearbox 17 or the like. the supercharger does not need 6 94895 (at partial engine power the supercharger needs a lot of extra power, at full power the supercharger does not need much extra power), is recovered with another electric generator. In the implementation of Figure 4, the medium pressure part 14b of the steam turbine 4 is connected 13 directly to the drive shaft 9 of the supercharger 6. Here, the high pressure and low pressure parts 14a and the corresponding 14c of the steam turbine 4 are again connected to the second generator 2 by their shaft 17.
Kuten edellä olevasta jo on todettavissa, on keksinnön mukaisessa järjestelyssä, jossa höyrynkehitykseen voidaan käyttää suhteellisen kuumia pakokaasuja 5a, mahdollistaja edullista käyttää höyryä useammalla paine/lämpötila-tasolla. Siten kek-10 sinnön mukaisessa höyrynkierrossa on korkeapaineista höyryä 15a ja keskipaineista höyryä 15b ja/tai matalapaineista höyryä 15c. Näistä yleensä ainakin korkeapaineinen höyry 15a voidaan kokonaisuudessaan käyttää höyryturbiinin 4 korkeapaine-puolella 14a sähkön tuotantoon toisella generaattorilla 2, koska ahtimen 6 tarvitsema lisäenergia keksinnön mukaisessa jäijestelyssä on kuitenkin varsin pieni.As can already be seen from the above, in the arrangement according to the invention, in which relatively hot exhaust gases 5a can be used for steam generation, it is advantageous to use steam at several pressure / temperature levels. Thus, the steam circuit according to the invention comprises high-pressure steam 15a and medium-pressure steam 15b and / or low-pressure steam 15c. Of these, at least the high-pressure steam 15a can be used in its entirety on the high-pressure side 14a of the steam turbine 4 to generate electricity with the second generator 2, since the additional energy required by the supercharger 6 in the ice arrangement according to the invention is quite small.
15 Tyypillisesti ahtimen 6 tarvitsema lisäenergia otetaan joko keskipaineista höyryä 15b käyttävästä höyryturbiinin osuudesta 14b, mikäli turbiiniin on tällainen jäljestetty, tai matalapaineista höyryä 15c käyttävästä matalapaineosuudesta 14c tai näistä molemmista riippuen tarvittavan lisäenergian määrästä ja höyryturbiinin suunnitellusta rakenteesta.Typically, the additional energy required by the supercharger 6 is taken from either the medium pressure steam 15b steam turbine portion 14b, if tracked to the turbine, or the low pressure steam 15c low pressure section 14c, or both, depending on the amount of additional energy required and the steam turbine design.
2020
Kuviossa 3 on kuvattu edellä mainittu toisentyyppinen keksinnön mukainen järjestely, jolla ahtimeen 6 saadaan lisäenergiaa. Siinä höyrykattilaan 10 tuodaan lisäläm-pöä 21 polttamalla esim. kuviossa ei-esitetyllä polttimella sopivaa polttoainetta, kuten samaa polttoainetta kuin mitä käytetään päävoimanlähteenä toimivassa diesel-25 . moottorissa. Tällöin ensinnäkin höyryn painetta ja lämpötilaa saadaan hieman nostettua, koska tulipesän 22 puolella lämpötila nousee. Lisäksi voidaan höyrykattilan tulipesän 22 puolelta lähtevien pakokaasujen 5b lämpötila järjestää riittävän korkeaksi, esimerkiksi n. 300°C:ksi, jolloin tämä pakokaasujen 5b lämpötila ja määrä riittää käyttämään ahdinta 6 vaaditulla teholla. Ahtimen jälkeen jäljelle jäävä jäte-30 lämpömäärä on hieman keksinnön mukaisen ensimmäisentyyppisen ratkaisun anta-' maa suurempi, mutta sen merkitys riippuu siitä, kuinka aina kulloisessakin kombi-voimalaitoksessa tämä jätelämpö on käytetty tai jätetty käyttämättä esimerkiksi läm-mitystarkoituksiin tms. Toinen mahdollisuus ahtimen tehon nostamiseksi vastaavalla tavalla on ottaa jostain höyrykierron kohdasta höyryä ja syöttää sitä pakokaasujen 35 mukana ahtimen turbiiniin.Figure 3 illustrates the above-mentioned second type of arrangement according to the invention, with which additional energy is supplied to the supercharger 6. There, additional heat 21 is introduced into the steam boiler 10 by burning, for example with a burner (not shown) in the figure, a suitable fuel, such as the same fuel as that used in the main power source diesel-25. in the engine. In this case, firstly, the pressure and temperature of the steam can be slightly increased, because the temperature on the side of the furnace 22 rises. In addition, the temperature of the exhaust gases 5b leaving the side of the steam boiler furnace 22 can be arranged high enough, for example to about 300 ° C, whereby this temperature and amount of exhaust gases 5b is sufficient to operate the supercharger 6 with the required power. The amount of waste-30 remaining after the supercharger is slightly higher than that provided by the first type of solution according to the invention, but its significance depends on how much of this waste heat has been or is not used in each combined heat and power plant, for example for heating purposes, etc. similarly, it is to take steam from somewhere in the steam circuit and feed it with the exhaust gases 35 to the supercharger turbine.
Kaikille edellä kuvatuille keksinnön mukaisille järjestelyille, joissa siis ahdinta käyttävä kaasuturbiini sijaitsee höyrykattilan perässä, on tunnusomaista se erityinen piir- 7 94895 re, että höyrykattilan 10 tulipesän 22 puolella tai savukaasupuolella, ts. höyrykattilan putkistojen 20 sillä puolella, jolla kuumat pakokaasut 5 virtaavat (tässä hakemuksessa käytetään käsitettä tulipesä tai savukaasupuoli riippumatta siitä, polte-taanko kattilassa polttoainetta vai ei), on oleellisesti korkeampi paine P2 kuin ulkoil-5 man paine pj. Tulipesän 22 puolella on siten ylipaine pj-p2 = Δρ suhteessa ulkoilmaan, mikä merkitsee sitä, että tulipesä on paineistettu. Tämä ylipaine Δρ riippuu ahtimen 6 käyttöpuolen 7, ts. ahtimen kaasuturbiinin 7, virtausvastuksesta. Tämä sama höyrykattilan tulipesän 22 paine kohdistuu sellaisenaan myös dieselmoottorista lähteviin pakokaasuihin 5a moottorin vastapaineena. Mikäli dieselmoottorin 3 toi-10 mintaolosuhteet pidetään likimain tavanomaisina, jolloin em. vastapainetta ei nosteta niin, että moottorin toimintaperiaate oleellisesti muuttuu, on tämä tulipesän 22 ylipaine keksinnön mukaan edullisesti likimain alueella 1,0-3 bar, mutta voi nousta aina 6 bardin, jolloin kaasuturbiinin teho oleellisesti kasvaa ja moottorin pienenee. Tavanomaisimmalla alueellaan dieselmoottori toimii, kun tämä ylipaine Δρ on suu-15 ruusluokkaa 2 bar. Tämä ylipaine saadaan halutun suuruiseksi suunnittelemalla ja valmistamalla ahdinta 6 käyttävän pakokaasuturbiinin 7 virtauspoikkipinta sellaiseksi, että virtausvastus johtaa tarkoitettuun ylipaineeseen. Pääasiassa pakokaasu-turbiinin 7 virtauspoikkipintaa voidaan mitoittaa turbiinisiipien pituudella, mutta tätä ei tässä selosteta yksityiskohtaisesti, koska kyse on omasta tekniikan alastaan.All the arrangements according to the invention described above, i.e. in which the supercharged gas turbine is located behind the steam boiler, are characterized by the special feature that on the furnace 22 side or flue gas side of the steam boiler 10, i.e. on the side of the steam boiler piping 20 the application uses the term furnace or flue gas side, regardless of whether the boiler burns fuel or not), there is a substantially higher pressure P2 than the outdoor pressure pj. The furnace 22 side thus has an overpressure pj-p2 = Δρ relative to the outside air, which means that the furnace is pressurized. The excess pressure depends on the supercharger 6 Δρ driving side 7, ie. The compressor of the gas turbine 7, the flow resistance. This same pressure of the boiler furnace 22 as such is also applied to the exhaust gases 5a leaving the diesel engine as a back pressure of the engine. If the operating conditions of the diesel engine 3 are considered to be approximately normal, in which case the above-mentioned back pressure is not increased so that the operating principle of the engine substantially changes, this overpressure of the furnace 22 according to the invention is preferably in the range of about 1.0-3 bar. the power of the gas turbine substantially increases and the engine decreases. In its most common range, the diesel engine operates when this overpressure Δρ is in the order of magnitude of 15 bar 2 bar. This overpressure is obtained to the desired extent by designing and manufacturing the flow cross-section of the exhaust gas turbine 7 driving the supercharger 6 such that the flow resistance leads to the intended overpressure. Mainly, the flow cross-section of the exhaust gas turbine 7 can be dimensioned along the length of the turbine blades, but this will not be described in detail here, as it is a matter of its own field.
2020
Siinä tapauksessa, että kombivoimalaitos käsittää useita mäntäpolttomoottoreita, kuten ahdettuja dieselmoottoreita 3a, 3b, 3c, ja vastaavat sähkögeneraattorit 1, kuten kuviossa 5 on esitetty, on yleensä edullista käyttää vain yhtä höyrykattilaa 10, johon moottoreista 3a, 3b, 3c lähtevät pakokaasut 5a yhdessä johdetaan. Samoin on yleen-25 sä edullista käyttää näille useille moottoreille yhtä yhteistä ahdinta 6, jonka käyttö-puolelle 7 kaikki höyrykattilasta tulevat pakokaasut 5b johdetaan. Tällä tavoin tulo-ilma 8 johdetaan ja jaetaan ahdettuna ja jäähdytettynä polttoilmana 8' kaikille dieselmoottoreille. On tietenkin selvää, että kukin dieselmoottori voi olla varustettu omalla höyrykattilallaan ja ahtimellaan tai kombivoimalaitos voi käsittää yhden höyry-30 kattilan ja useita ahtimia tai lukumäärät voivat olla jäljestetyt jollain muulla tavoin.In case the combined cycle power plant comprises several piston internal combustion engines, such as supercharged diesel engines 3a, 3b, 3c, and corresponding electric generators 1, as shown in Figure 5, it is generally advantageous to use only one steam boiler 10 to which the exhaust gases 5a from the engines 3a, 3b, 3c are fed together. . It is also generally advantageous to use one supercharger 6 common to these several engines, to the drive side 7 of which all the exhaust gases 5b coming from the steam boiler are led. In this way, the supply air 8 is led and distributed as compressed and cooled combustion air 8 'to all diesel engines. Of course, it is clear that each diesel engine may be equipped with its own steam boiler and supercharger, or the combined cycle power plant may comprise one steam boiler and several superchargers or numbers may be tracked in some other way.
, · On selvää, että tässäkin tapauksessa ahtimen 6 tai ahtimien tarvitsema lisäenergia on jäljestetty keksinnön mukaisesti joko kytkemällä toista sähkögeneraattoria käyttävän höyryturbiinin 4 akseli 17 tai turbiinin jonkin osuuden 14a, b, c akseli ahtimen akseliin 9 tai tuomalla lisälämpöenergiaa höyrykattilaan 10 tai näiden jollain yhdistel-35 mällä.· It is clear that in this case too the additional energy required by the supercharger 6 or supercharges is traced according to the invention either by connecting the shaft 17 of the steam turbine 4 using the second electric generator or the shaft 14a, b, c of the turbine to the supercharger shaft 9 or by introducing additional heat energy to the steam boiler 10 or some combination thereof. 35 by.
On selvää, että keksinnön mukainen höyrynkehityspiiri käsittää tarvittavassa määrin ja suunnitellulla tavalla myös höyrynkehittimiä 18b ja tulistimia 19b alempipaineisia 8 94895 höyrykiertoja 15b ja 15c varten sekä aina vastaavat kattilaputkistot 20 tulipesässä 22. Samoin keksinnön mukainen höyrynkehityspiiri voi sisältää sinänsä tunnettuja sekoitusesilämmittimiä 23, lämmönvaihtimia 24 ja/tai muita mahdollisia komponentteja. Koska ne ovat tunnettua tekniikkaa, niitä ei selosteta tarkemmin tässä ha-5 kemuksessa. Kuvioissa 4 ja 5 on kaikki nämä lisäkomponentit kuvattu lohkolla 25, joka voi sisältää mitä tahansa tunnettuja höyiyprosesseissa käytettyjä komponentteja.It is clear that the steam generating circuit according to the invention also comprises, as necessary and as designed, steam generators 18b and superheaters 19b for lower pressure 8 94895 steam circuits 15b and 15c and always corresponding boiler pipes 20 in the furnace 22. or other possible components. Because they are known in the art, they are not described in more detail in this application. Figures 4 and 5 illustrate all of these additional components in block 25, which may include any of the known components used in steam processes.
Seuraavassa verrataan tekniikan tason mukaista kombivoimalaitosta keksinnön mu-10 kaiseen kombivoimalaitokseen niistä saatujen sähkötehojen ja siten sähköntuotan non hyötysuhteen kannalta. Pidetään lähtökohtana sellaista tunnetun tekniikan mukaista dieselmoottorin ja sähkögeneraattorin muodostamaa kombivoimalaitosta, jossa generaattorien yhteinen sähköteho on 100 MW. Voimalaitoksessa pakokaasujen lämpötila heti sylinterien jälkeen on 495°C ja välittömästi seuraavan turboahtimen 15 jälkeen 325°C. Alimpana sallittuna savukaasujen lämpötilana pidetään 160°C.The following is a comparison of a combined cycle power plant according to the prior art with a combined cycle power plant according to the invention in terms of the electric powers obtained therefrom and thus the efficiency of electricity generation. The starting point is a prior art combined cycle power plant consisting of a diesel engine and an electric generator, in which the combined electrical power of the generators is 100 MW. In the power plant, the exhaust gas temperature immediately after the cylinders is 495 ° C and immediately after the next turbocharger 15 325 ° C. The minimum permissible flue gas temperature is considered to be 160 ° C.
Lauhduttimen paine on 0,03 bar ja generaattorien kokonaishyötysuhde = 0,95.The condenser pressure is 0.03 bar and the total efficiency of the generators = 0.95.
Tekniikan tason mukaisessa laitoksessa on dieselmoottorin kehittämän tehon lisäksi laskettava höyryturbiinin teho. Kaksipaineprosessin kyseessä ollen ovat ahtimen jäl-20 keisen höyryprosessin paineet 20 bar ja 6 bar ja vastaavat tulistuslämpötilat 300°C ja 200°C. Pakokaasuturbiinin isentrooppinen hyötysuhde η56 = 0,81. Syöttöveden esilämmitys tapahtuu moottorin jäähdytysvettä käyttävän esilämmittimen, ekono-maiserin ja sekoitusesilämmittimen avulla. Höyryturbiinin kehittämä sähköteho, kun ^gt= 0,95, on 9,4 MW (ilman omakäyttötehoa).In addition to the power generated by the diesel engine, the power of the steam turbine must be calculated in a prior art plant. In the case of a two-pressure process, the pressures of the steam process after the supercharger are 20 bar and 6 bar and the respective superheat temperatures are 300 ° C and 200 ° C. Exhaust turbine isentropic efficiency η56 = 0.81. The feed water is preheated by means of a preheater using the engine cooling water, an Ekono mixer and a mixing preheater. The electrical power generated by a steam turbine at ^ gt = 0.95 is 9.4 MW (excluding self-propelled power).
25 .25.
Keksinnön mukaisessa laitoksessa on höyryturbiinin kehittämän tehon lisäksi otettava huomioon, että höyrykattilan jälkeen sijoitettu pakokaasuturbiini kehittää vähemmän tehoa ahtimeen kuin tekniikan tason mukaisessa laitoksessa, kuten edellä on kuvattu, koska pakokaasut ovat sen kohdalla jo jäähtyneitä. Höyryprosessi on 30 tässäkin kaksipaineprosessi, jonka paineet ovat 80 bar ja 23,2 bar ja vastaavat tulis-• tuslämpötilat 470°C ja 270°C. Turbiinin isentrooppinen hyötysuhde %e = 0,83. Syöttöveden esilämmitys koostuu dieselmoottorin jäähdytysvettä käyttävästä esi-lämmittimestä ja kolmesta regeneratiivisesta esilämmittimestä, joista keskimmäinen on sekoitusesilämmitin.In addition to the power generated by the steam turbine in the plant according to the invention, it must be taken into account that the exhaust turbine placed downstream of the steam boiler generates less power in the supercharger than in the prior art plant, as described above, because the exhaust gases are already cooled. Here again, the steam process is a two-pressure process with pressures of 80 bar and 23.2 bar and corresponding heating temperatures of 470 ° C and 270 ° C. Turbine isentropic efficiency% e = 0.83. The feed water preheater consists of a diesel engine cooling water preheater and three regenerative preheaters, the middle of which is a mixing preheater.
Tällöin höyryturbiinin kehittämä mekaaninen teho on 23,9 MW. Pakokaasuturbiini-en tehoiksi saadaan olettaen painesuhteeksi, ts. pakokaasuturbiinin vastapaineeksi, joka keksinnön järjestelyssä on samalla höyrykattilan tulipesän puoleinen ylipaine Δ 35 9 94895 p, 1,9 bar ja isentrooppiseksi hyötysuhteeksi η se = 0,85, seuraavat arvot: "perinteisen tekniikan mukainen laitos" = 24,1 MW ja keksinnön mukainen laitos = 15,3 MW, joiden erotus on 8,8 MW. Tämä teho otetaan tässä keksinnön toteutus-muodossa suoraan höyryturbiinin akselilta, jolloin nettoteho keksinnön laitoksen 5 höyryturbiinista on 15,1 MW.In this case, the mechanical power generated by the steam turbine is 23.9 MW. The efficiencies of the exhaust gas turbines are assumed to be the pressure ratio, i.e. the back pressure of the exhaust turbine, which in the arrangement of the invention is at the same time boiler furnace overpressure Δ 35 9 94895 p, 1.9 bar and isentropic efficiency η se = 0.85, the following values: "= 24.1 MW and plant according to the invention = 15.3 MW with a difference of 8.8 MW. In this embodiment of the invention, this power is taken directly from the shaft of the steam turbine, whereby the net power from the steam turbine of the plant 5 of the invention is 15.1 MW.
Kaiken kaikkiaan keksinnön mukaisen jäijestelyn antama nettotehon lisäys on siis 5,7 MW, ts. n. 6 % verrattuna aluksi esitettyyn tekniikan tason mukaiseen järjestelyyn.Overall, the increase in net power provided by the ice arrangement according to the invention is thus 5.7 MW, i.e. about 6% compared to the arrangement according to the prior art presented at the outset.
Claims (7)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI932474A FI94895C (en) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | Arrangements in a combined power plant |
PCT/FI1994/000210 WO1994028298A1 (en) | 1993-05-31 | 1994-05-26 | Arrangement in combined-cycle power plant |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI932474 | 1993-05-31 | ||
FI932474A FI94895C (en) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | Arrangements in a combined power plant |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI932474A0 FI932474A0 (en) | 1993-05-31 |
FI932474A FI932474A (en) | 1994-12-01 |
FI94895B true FI94895B (en) | 1995-07-31 |
FI94895C FI94895C (en) | 1995-11-10 |
Family
ID=8538036
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI932474A FI94895C (en) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | Arrangements in a combined power plant |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI94895C (en) |
WO (1) | WO1994028298A1 (en) |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1408224A1 (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-14 | Hubert Antoine | Piston engine combined with a Joule cycle |
AT414156B (en) * | 2002-10-11 | 2006-09-15 | Dirk Peter Dipl Ing Claassen | METHOD AND DEVICE FOR RECOVERING ENERGY |
UA78460C2 (en) | 2003-06-13 | 2007-03-15 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Electric power supply system |
ITMI20042513A1 (en) * | 2004-12-27 | 2005-03-27 | Iveco Motorenforschung Ag | METHOD OF ADJUSTING THE TEMPERATURE OF A DISCHARGE GAS TREATMENT SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND ENGINE SYSTEM |
FR2899646B1 (en) * | 2006-04-05 | 2012-05-04 | Nicolas Gilbert Ugolin | SYSTEM FOR TRANSFORMING THERMAL ENERGY OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES IN ELECTRICITY (TURBIDYN) |
KR101238728B1 (en) * | 2006-04-12 | 2013-03-05 | 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드 | A large turbocharged diesel engine with energy recovery arrangement |
DE102006057247A1 (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-12 | Robert Bosch Gmbh | charging |
GB0624599D0 (en) | 2006-12-09 | 2007-01-17 | Aeristech Ltd | Engine induction system |
DE102007052169A1 (en) * | 2007-10-30 | 2009-05-07 | Voith Patent Gmbh | Drive train, in particular vehicle drive train |
DK178371B1 (en) * | 2008-09-29 | 2016-01-18 | Man Diesel & Turbo Deutschland | Large turbocharged diesel engine with energy recovery device |
DE102008058210A1 (en) * | 2008-11-19 | 2010-05-20 | Voith Patent Gmbh | Heat exchanger and method for its production |
JP5138643B2 (en) * | 2009-07-28 | 2013-02-06 | 三菱重工業株式会社 | Turbine generator, turbine generator control method, control device, and ship equipped with the turbine generator |
GB2474021B (en) * | 2009-09-30 | 2016-03-30 | Stephen Francis Mongan | Electricity-generating installation |
JP5185910B2 (en) * | 2009-10-16 | 2013-04-17 | 三菱重工業株式会社 | Mirror cycle engine |
GB2489753A (en) * | 2011-04-08 | 2012-10-10 | Cummins Generator Technologies | Power generation system |
JP2013029111A (en) * | 2012-09-28 | 2013-02-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Power generation method, turbine power generator, method of controlling turbine power generator, control device, and ship including the turbine power generator |
JP2019507275A (en) * | 2016-02-01 | 2019-03-14 | ボーグワーナー インコーポレーテッド | Waste heat recovery system and method for internal combustion engine |
RU2635425C1 (en) * | 2017-02-09 | 2017-11-13 | Никишин ГмбХ | Device to control turbocharged internal combustion engine |
US11592009B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-02-28 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
US11293414B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-04-05 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power in an organic rankine cycle operation |
US11187212B1 (en) | 2021-04-02 | 2021-11-30 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Methods for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on working fluid temperature |
US11421663B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-08-23 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation |
US11326550B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-05-10 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
US11493029B2 (en) | 2021-04-02 | 2022-11-08 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
US11644015B2 (en) | 2021-04-02 | 2023-05-09 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig |
US11486370B2 (en) | 2021-04-02 | 2022-11-01 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations |
US11480074B1 (en) | 2021-04-02 | 2022-10-25 | Ice Thermal Harvesting, Llc | Systems and methods utilizing gas temperature as a power source |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE310329C (en) * | ||||
DE2743149A1 (en) * | 1977-09-24 | 1979-04-05 | Rudolf Dr Wieser | Combustion engine cooled by compressed air - which is subsequently used to drive expansion engine |
FI89969C (en) * | 1989-12-21 | 1993-12-10 | Waertsilae Diesel Int | Procedure and arrangement for improving the utilization of exhaust gas heat energy in large diesel engines |
-
1993
- 1993-05-31 FI FI932474A patent/FI94895C/en not_active IP Right Cessation
-
1994
- 1994-05-26 WO PCT/FI1994/000210 patent/WO1994028298A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1994028298A1 (en) | 1994-12-08 |
FI932474A0 (en) | 1993-05-31 |
FI94895C (en) | 1995-11-10 |
FI932474A (en) | 1994-12-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI94895B (en) | Arrangement in a combined cycle power plant | |
US10934894B2 (en) | Inverted brayton cycle heat engine | |
US20090301078A1 (en) | System for recovering the waste heat generated by an auxiliary system of a turbomachine | |
CN103459816B (en) | Exhaust-heat recovery power generation device | |
CA2324162C (en) | Gas turbine combined cycle system | |
AU2019286912B2 (en) | System for recovering waste heat and method thereof | |
US8205451B2 (en) | System and assemblies for pre-heating fuel in a combined cycle power plant | |
US20190316846A1 (en) | Waste heat recovery and conversion system and related methods | |
US9030034B2 (en) | Stationary power plant, in particular a gas power plant, for generating electricity | |
EP0902168B1 (en) | Method and arrangement for a combi power plant | |
US9074491B2 (en) | Steam cycle system with thermoelectric generator | |
KR102153769B1 (en) | System for recycling wasted heat of vessel | |
JP5612187B2 (en) | Turbocharged large low-speed two-stroke uniflow internal combustion engine with crosshead and steam turbine | |
RU2725583C1 (en) | Cogeneration plant with deep recovery of thermal energy of internal combustion engine | |
EP1028233B1 (en) | Combi power plant | |
CN111527297A (en) | Device for converting thermal energy from heat lost from an internal combustion engine | |
US20140069078A1 (en) | Combined Cycle System with a Water Turbine | |
RU2237820C2 (en) | Turbocharged internal combustion engine and method of its operation | |
GB1585596A (en) | Combined cycle electric power generating system | |
JPS627905A (en) | Internal-combustion engine with steam turbine | |
RU2811729C2 (en) | Combined-cycle power plant | |
FI125066B (en) | Piston combustion engine and method for operating a piston combustion engine | |
Petrov | Steam bottoming cycles for the W20V34SG gas engine | |
Balanescu et al. | An innovative solution for clean terrestrial propulsion: Small scale combine cycle unit. Performance evaluation | |
Hamam | Low-Speed Compound Boosting with Thermoelectric Generator for a Turbocharged Gasoline Engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB | Publication of examined application | ||
MM | Patent lapsed |