HUT74649A - Pressure booster and gas transporter device - Google Patents

Pressure booster and gas transporter device Download PDF

Info

Publication number
HUT74649A
HUT74649A HU9501581A HU9501581A HUT74649A HU T74649 A HUT74649 A HU T74649A HU 9501581 A HU9501581 A HU 9501581A HU 9501581 A HU9501581 A HU 9501581A HU T74649 A HUT74649 A HU T74649A
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
gas
pressure
temperature
compressor
recuperator
Prior art date
Application number
HU9501581A
Other languages
Hungarian (hu)
Other versions
HU9501581D0 (en
Inventor
Laszlo Lengyel
Gergely Veres
Original Assignee
Lengyel
Veres
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 Lengyel, Veres filed Critical Lengyel
Priority to HU9501581A priority Critical patent/HUT74649A/en
Publication of HU9501581D0 publication Critical patent/HU9501581D0/en
Publication of HUT74649A publication Critical patent/HUT74649A/en

Links

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

A találmány viszonylag nagy tömegáramú gáznemű közegek szállítására illetve nyomásának fokozására alkalmas berendezés, amely lehetővé teszi, hogy a berendezés működtetésére felhasznált hőenergia közvetlenül, a szállított gázt munkaközegként felasználva hasznosuljon kompressziós munkavégzésre, elérve ezzel, hogy az eddigi megoldásokhoz képest jelentősen kevesebb primer energia igénnyel lehessen a nyomásfokozást megvalósítani.A berendezés egymással összeépített, a gyakorlatban ismert és bevált elemekből áll. Az adott nyomáson, csővezetékben (11) érkező gáz egy kompresszorba (12) jut, ahol nyomása a megkívánt kilépő nyomás fölé nő, majd a gáz egy hőcserélő-befendezéshe (13) kerül, ahol hőmérséklete megemelkedik. A hőcserélőből—(rekuperátorból·^* kilépve a gáz egy gázhevítő kazánba (14) jut, ahol tüzelőanyag (15) bevitelével hőmérsékletét tovább növeljük. Az ily módon felmelegített nagynyomású gáz egy xiexpanSerbe (16) (turbinába) jut, amelyben nyomása és hőmérséklete az expanzió során csökken és amely expanziós gép tengelykapcsolatban áll az érkező gáz nyomását növelő kompresszorral (12). Az expanziós turbinát( elhagyó gáz nyomása a megkívánt távozó gáz (17) nyomása, amely nyomás meghaladja az érkező gáz (11) nyomását. Az expanziós turbinábóFkilépőX ' viszonylag nagy hőmérsékletű gáz termikus energiáját a rekuperátorban (13) a kompresszorból (12) kilépő gáz hőmérsékletének növelésére fordítjuk, ily módon az érkezőnél (11) magasabb nyomású, rekuperátorban Hehűlt gáz távozik a kilépő csőben (17). Működése során a nyomásfokozó kompresszor (12) teljesítmény igényét teljes egészében és kizárólag az expanziós turbina (16) fedezi a köztük kialakított közvetlen tengelykapcsolat útján, ily módon a gázhevítő kazánba (14) bevitt tüzelőanyag termikus energiája nagyon hatékonyan kompressziós munkaként hasznosul. Jellemző ábra: 2. ábra. CO)The invention is an apparatus for transporting or increasing the pressure of gaseous fluids having a relatively high mass flow, which enables the thermal energy used to operate the apparatus to be utilized directly for compression work, using the supplied gas as a working fluid, thereby achieving a significantly lower primary energy requirement compared to the prior art. The equipment consists of assembled, well-known and proven elements. The gas arriving at a given pressure in the pipeline (11) is fed to a compressor (12), where the pressure increases above the required outlet pressure, and then the gas is passed to a heat exchanger (13) where its temperature rises. Exiting the heat exchanger (from the recuperator), the gas is fed into a gas-fired boiler (14), where the temperature of the fuel (15) is further increased, and the high-pressure gas heated in this way is supplied to an xiexpanSer (16) (turbine) with a pressure and temperature The expansion turbine (the pressure of the exiting gas is the pressure of the required outlet gas (17), which pressure exceeds the pressure of the incoming gas (11). The thermal energy of a relatively high temperature gas in the recuperator (13) is used to increase the temperature of the gas exiting the compressor (12), thereby increasing the pressure in the recuperator at a pressure higher than that of the incoming (11) in the exhaust pipe (17). ) and only the expansion turbine (16) is covered by a direct link between them, so that the thermal energy of the fuel introduced into the gas heating boiler (14) is very efficiently used as a compression work. Typical Figure 2. CO)

Description

Feltatálók: Dr. Lengyel László, Budapest ,ψ Ec?%>Inventors: Dr. László Lengyel, Budapest, ψ Ec?%>

Dr. Veres Gyergely, Budapested %>Dr. Gyergely Veres, Budapested%>

Bejelentés napja: 1995. júniusDate filed: June 1995

A találmány tárgya nagy tömegben szállítandó gázok, jellemzően földgáz, továbbításakor fellépő nyomásveszteség, illetve más ok miatt szükséges nyomás növelését megvalósítás berendezés, amely ismert és a gyakorlatban alkalmazott gépek és eszközök újszerű összekapcsolásával valósítja meg a kompressziót. Legfontosabb alkalmazási területe a távvezetéki földgázszállítás kompresszor állomásai, de minden olyan helyen alkalmazható, ahol a feladat viszonylag nagy tömegű gázáram kompressziója.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for increasing the pressure loss in the transport of gases in bulk, typically natural gas, or for other reasons to increase the pressure, which is achieved by a novel combination of known and practical machines and devices. Its most important application is the compressor stations of natural gas transmission in the pipeline, but it can be used in all places where the task is to compress a relatively large mass of gas stream.

Nagy tömegben szállítandó gázok, jellemzően földgáz, továbbítására ezidő szerint olyan berendezéseket, kompresszor állomásokat alkalmaznak, amelyek a sűrítő hajtásához szükséges mechanikai munkát általában valamilyen termodinamikai hőkörfolyamattal állítják elő. (Kivételnek számít ha a kompresszort villamos energia hajtja és a villamos energiát vízi energiából állították elő.) A jellemző alkalmazási területen, a földgáz távvezetéki kompresszor állomásokon, a szokásos megoldás nyílt ciklusú gázturbinák alkalmazása, amelyek tüzelőanyaga maga a szállítandó földgáz (1. ábra). Ebben az esetben a 2 gázsűritő kompresszort meghajtó 5 munkaturbma egy olyan gázturbina (Joule) körfolyamat része, amelynek munkaközege levegő, amelyet egy 3 kompresszor a teljesítmény igények megfelelő nyomásra sűrít, majd a levegő a 6 égőtérben a tüzelőanyag • · ·For the transport of gases in bulk, typically natural gas, equipment and compressor stations are now used which generally produce the mechanical work required to drive the compressor by some thermodynamic heat cycle. (The exception is when the compressor is powered by electricity and the electricity is generated from hydropower.) In the typical field of application, at natural gas transmission line compressor stations, the usual solution is to use open-cycle gas turbines fueled by the natural gas to be transported (Figure 1). In this case, the working turbine 5 driving the gas purge compressor 2 is part of a gas turbine (Joule) cycle, the working fluid of which is compressed by a compressor 3 to the pressure required by the power requirements and then the air in the combustion chamber 6 is fuel.

-7.elégetése folytán felmelegszik, ezután pedig a munkaközeg egy 4 gázturbinában expandál, amely gázturbina közvetlen tengelykapcsolatban áll a légsűrítő 3 kompresszorral. A gázturbinából kilépő munkaközeg, mivel mind nyomása, mind hőmérséklete magasabb a környezetnél, tovább expandál az 5 munkaturbinában, amely munkaturbina a 2 gázsűrítő kompresszort hajtja meg, ugyancsak általában közvetlen tengelykapcsolat útján.-7 is heated by its combustion, and then the working fluid expands in a gas turbine 4 which is in direct axial engagement with the air compressor 3. The working fluid leaving the gas turbine, since both its pressure and temperature are higher than the environment, expands further in the working turbine 5, which drives the gas compressor 2, also generally by direct coupling.

Látható tehát, hogy a munkaközeg teljes expanziós munkája két részre oszlik: egyrészt a munkaközeg sűrítésére fordítódik, másrészt - és csak ez a hasznos munka - felhasználható külső munkagép, jelen esetben 2 gázsűrítő kompresszor hajtására. A 5 munkaturbinát a teljes expanzió végpontján elhagyó munkaközeg vagy hőhasznosítás nélkül, a ciklus nyílt jellegének megfelelően, a szabadba kerül, vagy egy 7 rekuperátorba jut, ahol hőtartalmát átadja kompresszorból kilépő munkaközegnek, és ezután kerül a környezetbe. A 2 gázsűrítő kompresszor hajtására tehát levegő munkaközeggel dolgozó, nyílt ciklusú - adott esetben 7 hővisszanyerővei felszerelt - gázturbina körfolyamat (Joule körfolyamat) szolgál, amelynek teljes hatásfokát két tényező határozza meg: a körfolyamatot megvalósító gépek hatásfoka, valamint a körfolyamat termodinamikai hatásfoka. Az eredő, teljes hatásfok e két tényező szorzata. Megállapítható, hogy ameddig a körfolyamatot megvalósító gépek, (3 kompresszor, 6 égőtér, 4 turbina, 7 rekuperátor) hatásfokai a technika mai állás mellett igen jók, addig a termodinamikai hatásfok a termodinamika II. főtétele következtében a géphatásfokhoz képest igen alacsony, legjobb esetben is csak 40% körül van.It can thus be seen that the total expansion work of the working fluid is divided into two parts: on the one hand it is used to compress the working fluid and on the other hand - and this useful work only - can be used to drive an external machine. The working turbine 5 is either discharged at the end of the full expansion without any working fluid or heat recovery, according to the open nature of the cycle, or into a recuperator 7 where it transfers its heat content to the working fluid leaving the compressor and is then released into the environment. Thus, the gas compressor 2 is driven by an open-circuit gas turbine cycle (Joule cycle) with air working fluid, optionally equipped with a heat exchanger 7, the overall efficiency of which is determined by two factors: the efficiency of the circulating machines and the thermodynamic efficiency of the cycle. The resulting total efficiency is the product of these two factors. It can be stated that as long as the efficiency of the circulating machines (3 compressors, 6 combustion rooms, 4 turbines, 7 recuperators) is very good in the present state of the art, the thermodynamic efficiency is in the II. As a result of its principle, it is very low in relation to machine efficiency, at best only around 40%.

A fent bemutatott, a technika jelenlegi állása szerint kialakított gáznyomás fokozó rendszerben tehát 1 kW mechanikai teljesítmény generálásához - a körfolyamat hatásfokából adódóan - 3-4 kW hőteljesítményt kell az égőtérbe betáplálni. Ezt a hőteljesítményt általában az elégetett földgázból nyerjük. Ha csökkenteni akarjuk a nyomásfokozáshoz szükséges elégetendő gázmennyiséget, akkor olyan szerkezeti megoldásban kell gondolkodni, amely szerkezet alkalmas arra, hogy a gáztávvezetékre - mint nyitott és átáramlott termodinamikai rendszerre - ráültetve nyomásfokozásra legyen képes, a szokványos megoldáshoz képest kevesebb gáz elégetésével.Thus, in the gas pressure booster system described above, to generate 1 kW of mechanical power, a heat output of 3-4 kW, due to the efficiency of the cycle, must be introduced into the combustion chamber. This thermal power is usually obtained from the natural gas burned. If you want to reduce the amount of gas you need to burn for boosting, you need to think of a structural solution that is capable of boosting the gas pipeline as an open and flow thermodynamic system by burning less gas than a conventional solution.

A találmányunk szerinti nyomásfokozó eszköz ilyen szerekzet. Könnyen beláthaó, hogy a termodinamikai rendszer sajátosságainak a felhasználásával, az 1 kW hajtóteljesítmény előállításához kevesebb tüzelőanyag felhasználással jutunk.The booster device of the present invention is such an assembly. It is readily apparent that by utilizing the features of the thermodynamic system, less fuel is required to produce 1 kW of power.

- 2>—- 2> -

-4-/ΗA javasolt megoldás lényege az, hogy lehetővé teszi a hőenergiának mechanikai munkává történő átalakítása során - természettörvény alapján fellépő veszteség elkerülését azzal, hogy a gázsűrítő kompresszor hajtásához szükséges hőenergiát közvetlenül a sűrítendő gázba és nem egy különálló Joule körfolyamat munkaközegébe vezetjük. A találmány tehát azon a felismerésen alapul, hogy a gázsűrítési feladat megoldásához nem szükséges egy külön munkaközeggel működő hőkörfolyamatot megvalósítani - ez általában levegővel működő Joule körfolyamat - hanem a sűrítendő gáz önmaga szolgálhat munkaközegül. A sűrítés alapja tehát a találmány szerinti megoldásban is egy Joule körfolyamat, azonban ekkor mivel maga a sűrítendő gáz a munkaközeg - nem lép fel termodinamikai veszteség, a javasolt körfolyamat hatásfoka lényegesen jobb, azaz a gázsűrítéshez felhasznált tüzelőanyag mennyisége lényegesen lecsökken.-4- / ΗThe essence of the proposed solution is to avoid the loss of heat during the conversion of heat energy into mechanical work by injecting the heat energy required to drive the gas compressor directly into the gas to be compressed and not into the working fluid of a separate Joule cycle. Thus, the present invention is based on the recognition that the gas compression problem does not require the use of a separate working fluid heat cycle - usually a Joule air operated process - but that the gas to be compressed can itself serve as the working fluid. Thus, in the present invention, the compression is based on a Joule cycle, but since the gas to be compressed is the working fluid itself - there is no thermodynamic loss, the efficiency of the proposed cycle is significantly improved, i.e. the amount of fuel used for gas compression is significantly reduced.

A legáltalánosabb megoldást képviselő kapcsolási sémát az 2. ábra mutatja. A berendezésbe 11 csővezetéken érkező, belépő gáz egy 12 gázsűritő kompresszorba jut, amelyben a gáz nyomása a megkívánt kilépő oldali nyomás fölé nő, majd a gázsűritő kompresszorból kilépő gáz hőmérséklete egy 13 hőcserélőben (rekuperátorban) megemelkedik, mivel itt találkozik az 16 expanziós gépből kilépő nagy hőmérsékletű, már a berendezést elhagyó gázzal. A 13 rekuperátorban az előremenő gázáram megközelítőleg a 16 expanziós turbina kilépő hőmérsékletéig melegszik fel. A két közeg hőmérséklet különbsége lényegében a rekuperátor hatékonyságától függ. A hőcserélőből kilépő gáz egy 14 hevítő berendezésbe jut, ahol az 16 expanziós turbina belépő hőmérsékletére melegszik fel. A külső fűtésű, tetszőleges 15 tüzelőanyaggal működő, a vegyipari technológiákban megszokottan alkalmazott 14 gázhevítő kazánban tehát csupán annyi hőt kell közölni amennyi az expanzió hőeséséhez szükséges (rekuperátoros gázturbina ciklus). Megjegyezendő, hogy a gázáram megkívánt entalpia növélését nem szükségszerű 15 tüzelőanyag elégetésével biztosítani, lehetséges más hőcsere folyamattal pl. hulladékhő hasznosítással is megoldani. Ebben az esetben a 14 gázhevítő nem egy kazánszerű szerezet, hanem egy hőcserélő, amelybe értelemszerűen - nem tüzelőanyag, hanem hőhordozó közeg lép be. A 14 gázhevítőben felmelegített a megkívánt kilépő nyomásán nagyobb nyomású gáz az 16 expanziós turbinába kerül, ahol a megkívánt kompresszió végnyomására expandál, az 16 expanziós turbinát elhagyó gáz nyomása tehát az 11 érkező oldali csőben uralkodó nyomás felett van, így a 17 kilépő oldali csőben a megkívánt kompressziós végnyomás található.The most common circuit diagram is shown in Figure 2. The inlet gas entering the unit via pipeline 11 enters a gas purge compressor 12 where the pressure of the gas increases above the desired outlet pressure and the temperature of the gas outlet gas compressor exits in a heat exchanger 13 as it meets the expander 16 temperature, already leaving the unit. In the recuperator 13, the flow of flowing gas is heated to approximately the outlet temperature of the expansion turbine 16. The difference in temperature between the two media essentially depends on the efficiency of the recuperator. The gas exiting the heat exchanger enters a heating device 14 where it is heated to the inlet temperature of the expansion turbine 16. Therefore, the gas-fired boiler 14, which is normally used in chemical technology and is powered by an external fuel 15, is only required to supply the amount of heat required for expansion expansion (recuperator gas turbine cycle). It should be noted that the required enthalpy increase in gas flow is not necessarily achieved by combustion of fuel 15; waste heat recovery. In this case, the gas heater 14 is not a boiler-like fixture, but a heat exchanger, which, of course, enters a heat transfer medium, not fuel. The gas pressurized at the desired outlet pressure heated in the gas heater 14 passes to the expansion turbine 16 where it expands to the final pressure of the required compression, thus the pressure exiting the expansion turbine 16 is above the pressure in the inlet pipe 11. compression end pressure.

Az 16 expanziós turbinát elhagyó, még mindig nagy hőmérsékletű gáz a 13 rekuperátorba kerül, ahol átadja energiatartalmát az előremenő, a 12The still high-temperature gas leaving the expansion turbine 16 enters the recuperator 13 where it transfers its energy content to the upstream 12

-1,• 5 “/H· gázsűritő kompresszorból kilépő gáznak. A 13 rekuperátorból kilépő, az 17 elvezető csőbe került távozó gáz hőmérséklete tehát a 12 gázsűritő kompresszor kilépő oldali hőmérséklete felett lesz, mégpedig a 13 rekuperátor hatékonyságától függő mértékben. A kilépő gáz nyomása megfelel a megkívánt szállítási gáznyomásnak. Amennyiben a kilépő gáz hőmérséklete a szállítás körülményei, vagy eszközei szempontjából túl magas, úgy mód van - az ábrán fel nem tüntetett módon - utóhűtést alkalmazni és azzal al3 rekuperátorból kilépő gáz hőmérsékletét tovább csökkenteni.-1, • 5 "/ H · gas outlet compressor gas. Thus, the temperature of the gas leaving the recuperator 13 and entering the outlet pipe 17 will be above the outlet temperature of the gas purge compressor 12, depending on the efficiency of the recuperator 13. The outlet gas pressure corresponds to the required transport gas pressure. If the temperature of the exhaust gas is too high for the conditions of transport or the means of transport, it is possible to apply post-cooling, not shown in the figure, and thereby reduce the temperature of the gas leaving the recuperator.

Az üzemi paraméterek beállítása, azaz a 12 gázsűritő kompresszor kilépő nyomása - amely felette van mind a belépő, mind a távozó nyomásnak-, valamint az 16 expanziós gép belépő hőmérsékletének megválasztása függvénye részben a komprimálandó-szállítandó gáz fizikai tulajdonságainak és a megkívánt érkező és kilépő oldali nyomások különbségének, valamint a nyomások abszolút szintéjének. A 12 kompresszor energiaigényét normál üzemben teljes egészében az 16 expander fedezi, külső meghajtásra csak indításkor van szükség.The setting of operating parameters, that is, the outlet pressure of the gas purge compressor 12, which is above both the inlet and outlet pressures, and the inlet temperature of the expansion machine 16 depend in part on the physical properties of the gas to be compressed and the required and the absolute level of the pressures. The power requirement of the compressor 12 in normal operation is fully covered by the expander 16, external drive only required at start-up.

Claims (1)

Szabadalmi igénypontA patent claim Csőben áramló gáznemü közeg nyomásának növelésére alkalmas berendezés azzal jellemezve, hogy a berendezésbe belépő gáz (11) egy kompresszorba jut (12), amelyben a gáz nyomása a megkívánt kilépő oldali nyomás fölé nő, a kompresszorból kilépő gáz hőmérséklete egy hőcserélőben (13) megemelkedik, ahonnan az áramló gáz gázhevítő kazánba (14) jut, ahol tüzelőanyag (15) felhasználással hőmérséklete tovább emelkedik, majd ez a nagy nyomású és hőmérsékletű gáz egy expanziós turbinába (16) kerül, amely expanziós turbina meghajtja a belépő gázt sűrítő kompresszort (12), és amely expanziós turbinából távozó gáz a rekuperátor hőcserélőben (13) átadja termikus energiatartalmát a kompresszorból (12) kilépő gáznak, majd, ily módon lehűlve, a gáz az érkező csőben uralkodó nyomásnál nagyobb nyomáson távozik (17) a berendezésből.Apparatus for increasing the pressure of a gaseous medium flowing in a tube, characterized in that the gas entering the apparatus (11) is supplied to a compressor (12) in which the pressure of the gas increases above the desired outlet pressure; whereupon the flowing gas enters the gas heating boiler (14), where the temperature is further increased by the use of the fuel (15), and this high pressure and temperature gas is fed to an expansion turbine (16) which drives the inlet gas compressor (12); and the gas exiting the expansion turbine in the recuperator heat exchanger (13) transfers its thermal energy content to the gas exiting the compressor (12), and when cooled, the gas exits the apparatus (17) at a pressure higher than the pressure in the incoming pipe.
HU9501581A 1995-06-01 1995-06-01 Pressure booster and gas transporter device HUT74649A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU9501581A HUT74649A (en) 1995-06-01 1995-06-01 Pressure booster and gas transporter device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU9501581A HUT74649A (en) 1995-06-01 1995-06-01 Pressure booster and gas transporter device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
HU9501581D0 HU9501581D0 (en) 1995-07-28
HUT74649A true HUT74649A (en) 1997-01-28

Family

ID=10986893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU9501581A HUT74649A (en) 1995-06-01 1995-06-01 Pressure booster and gas transporter device

Country Status (1)

Country Link
HU (1) HUT74649A (en)

Also Published As

Publication number Publication date
HU9501581D0 (en) 1995-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5678401A (en) Energy supply system utilizing gas and steam turbines
US3971211A (en) Thermodynamic cycles with supercritical CO2 cycle topping
EP1872002B1 (en) Energy recovery system
US9410451B2 (en) Gas turbine engine with integrated bottoming cycle system
KR100341646B1 (en) Method of cooling thermally loaded components of a gas turbine group
US5799481A (en) Method of operating a gas-turbine group combined with a waste-heat steam generator and a steam consumer
US8881528B2 (en) System for the generation of mechanical and/or electrical energy
JP5476003B2 (en) Apparatus and method for start-up of a power plant
ATE212695T1 (en) MULTI-SHAFT, INTERMEDIATE HEATING GAS TURBINE WITH INTERMEDIATE COOLING AND HEAT RECOVERY
US20070256424A1 (en) Heat recovery gas turbine in combined brayton cycle power generation
SK287637B6 (en) Method for converting thermal energy into mechanical work
US20110016870A1 (en) Method and apparatus for improved gas turbine efficiency and augmented power output
JPS595761B2 (en) A device that converts heat into work
CA1284586C (en) Air turbine cycle
RU2199020C2 (en) Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system
JP2711085B2 (en) Gas turbine equipment
HUT69893A (en) Combined gas- and steam turbine for servicing electric energy
US7647762B2 (en) Combined apparatus for fluid heating and electrical power generation
HUT74649A (en) Pressure booster and gas transporter device
EP1178195A2 (en) Gas turbine system
RU2734127C1 (en) Manoeuvrable combined heat and power plant with steam drive of compressor
JP2009097389A (en) Decompression installation provided with energy recovery function
JP7472035B2 (en) Cogeneration system for boilers
CN107687352A (en) Combined cycle gas-steam turbine heating system
JPH11117712A (en) Gas turbine combined plant

Legal Events

Date Code Title Description
DFC4 Cancellation of temporary prot. due to refusal