RU2168639C2

RU2168639C2 - Thermorefrigerating power unit

Info

Publication number: RU2168639C2
Application number: RU99115939A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гриценко; В.А. Зимин; Г.Г. Кустиков; Ю.Н. Панин
Original assignee: Омский государственный технический университет
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: refrigerating engineering; complex power plants for simultaneous generation of heat, cold and electric power. SUBSTANCE: thermorefrigerating power unit includes gas loop where the following components are arranged in series: combustion product generator having compressor, combustion chamber and gas turbine, economizer, moisture separator, regenerator, turbo-expander mounted on common shaft with turbo-supercharger, solid carbon dioxide separator and heat exchanger; outlets of heat exchanger and economizer are connected by means of pipe line fitted with adjusting member; anti-surge valves are fitted at turbo-supercharge and economizer outlets; unit is additionally provided with chamber outfitted with spraying injector, water pump, ammonia solution preparation chamber and ejector; ejector and ammonia solution preparation chamber are connected by means of pipe line fitted with adjusting valves. EFFECT: enhanced operational reliability of unit; reduced amount of release of toxic nitric and sulfuric oxides into atmosphere. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно к области комплексных энергетических установок, позволяющих получать одновременно теплоту, холод, например в виде кристаллической углекислоты, электроэнергию, и может быть использовано в сельском хозяйстве, химической и нефтедобывающей отраслях народного хозяйства. The invention relates to refrigeration, and more specifically to the field of integrated power plants that can simultaneously receive heat, cold, for example in the form of crystalline carbon dioxide, electricity, and can be used in agriculture, chemical and oil industries.

Известны энергетические установки для производства тепла и твердой двуокиси углерода, содержащие газовый контур, в котором последовательно установлены генератор продуктов сгорания, включающий компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, экономайзер, влагоотделитель, регенератор, турбодетандер, установленный на одном валу с турбонагнетателем, отделитель твердой двуокиси углерода и теплообменник [1]. Known power plants for the production of heat and solid carbon dioxide, containing a gas circuit in which a combustion product generator is installed in series, including a compressor, a combustion chamber and a gas turbine, an economizer, a moisture separator, a regenerator, a turboexpander installed on the same shaft with a turbocharger, a solid dioxide separator carbon and heat exchanger [1].

Недостатком данной установки является низкая эксплуатационная надежность вследствие возможности срыва работы установки из-за возникновения помпажа в турбонагнетателе и повышения давления газа на выходе из газовой турбины. The disadvantage of this installation is the low operational reliability due to the possibility of disruption of the installation due to surging in the turbocharger and increasing gas pressure at the outlet of the gas turbine.

Наиболее близкой по технической сущности является энергетическая установка для производства тепла и твердой двуокиси углерода [2]. Данная установка содержит газовый контур, в котором последовательно установленны генератор продуктов сгорания, включающий компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, экономайзер, влагоотделитель, регенератор, турбодетандер, установленный на одном валу с турбонагнетателем, отделитель твердой двуокиси углерода и теплообменник, причем выходы теплообменника и экономайзера соединены трубопроводом, снабженным регулирующим органом, а на выходах турбонагнетателя и экономайзера установлены противопомпажные клапаны. The closest in technical essence is a power plant for the production of heat and solid carbon dioxide [2]. This installation contains a gas circuit in which a generator of combustion products is sequentially installed, including a compressor, a combustion chamber and a gas turbine, an economizer, a moisture separator, a regenerator, a turboexpander installed on the same shaft as a turbocharger, a solid carbon dioxide separator and a heat exchanger, with exits of the heat exchanger and economizer connected by a pipeline equipped with a regulatory body, and anti-surge valves are installed at the outputs of the turbocharger and economizer.

Недостатки данной установки. The disadvantages of this installation.

1. Низкая эксплуатационная надежность теплообменных аппаратов, работающих при температурах, близких к точке росы, что обусловлено коррозией теплообменной поверхности под действием слабых растворов кислот, образующихся в установке. 1. Low operational reliability of heat exchangers operating at temperatures close to the dew point, which is due to corrosion of the heat exchange surface under the influence of weak solutions of acids formed in the installation.

2. Наличие в выхлопных газах большого количества вредных для здоровья оксидов азота и серы, образующихся при сгорании топлива. 2. The presence in the exhaust gas of a large number of harmful to health oxides of nitrogen and sulfur generated during the combustion of fuel.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности агрегата и уменьшение вредных выбросов оксидов азота и серы в атмосферу. The objective of the present invention is to increase the operational reliability of the unit and reduce harmful emissions of nitrogen oxides and sulfur in the atmosphere.

Поставленная задача решена за счет того, что теплохладоэнергетический агрегат, содержащий газовый контур, в котором последовательно установлены генератор продуктов сгорания, включающий компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, экономайзер, влагоотделитель, регенератор, турбодетандер, установленный на одном валу с турбонагнетателем, отделитель твердой двуокиси углерода и теплообменник, причем выходы теплообменника и экономайзера соединены трубопроводом, снабженным регулирующим органом, а на выходах турбонагнетателя и экономайзера установлены противопомпажные клапаны, дополнительно снабжен камерой с распылительной форсункой, водяным насосом, подготовительной камерой аммиачного раствора, эжектором, причем эжектор и подготовительная камера аммиачного раствора соединены трубопроводом, снабженным регулирующими вентилями. The problem is solved due to the fact that the heat and cold energy unit containing a gas circuit, in which a combustion product generator is installed in series, including a compressor, a combustion chamber and a gas turbine, an economizer, a water separator, a regenerator, a turbo expander mounted on the same shaft with a turbocharger, a solid dioxide separator carbon and heat exchanger, and the exits of the heat exchanger and economizer are connected by a pipeline equipped with a regulatory body, and at the outputs of the turbocharger and save EPA established antisurge valves, further provided with a chamber with the spray nozzle, the water pump, the preparatory chamber ammonia solution, an ejector, wherein the ejector and the preparatory chamber connected ammoniacal solution conduit provided with regulating valves.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен предлагаемый теплохладоэнергетический агрегат. The invention is illustrated by the drawing, which schematically shows the proposed heat and cold energy unit.

Теплохладоэнергетический агрегат содержит газовый контур, в котором последовательно установлены генератор продуктов сгорания, включающий компрессор 1, камеру сгорания 2, газовую турбину 3, первую ступень экономайзера 4, камеру с распылительной форсункой 5, вторую ступень экономайзера 6, влагоотделитель 7, регенератор 8, турбодетандер 9, установленный на одном валу с турбонагнетателем 10, отделитель твердой двуокиси углерода 11, теплообменник 12, подготовительная камера аммиачного раствора 13, водяной насос 14, эжектор 15, трубопровод 16, снабженный регулирующим органом 17 и противопомпажными клапанами 18 и 19, трубопровод 20, снабженный регулирующими вентилями 21 и 22. The heat and cold energy unit contains a gas circuit in which a combustion product generator is installed in series, including a compressor 1, a combustion chamber 2, a gas turbine 3, a first stage of an economizer 4, a chamber with a spray nozzle 5, a second stage of an economizer 6, a moisture separator 7, a regenerator 8, a turbine expander 9 mounted on the same shaft with a turbocharger 10, a separator of solid carbon dioxide 11, a heat exchanger 12, a preparatory chamber for ammonia solution 13, a water pump 14, an ejector 15, a pipe 16, equipped regulatory body 17 and the antisurge valve 18 and 19, conduit 20, provided with control valves 21 and 22.

Теплохладоэнергетический агрегат работает следующим образом. Турбонагнетатель 10 сжимает атмосферный воздух и подает его через теплообменник 12 в компрессор 1, где происходит дальнейшее повышение давления. Затем сжатый воздух поступает в камеру сгорания 2, куда также подается газовое или жидкое топливо. Образующиеся продукты сгорания топлива расширяются в газовой турбине 3, расположенной на одном валу с компрессором 2. Горячие продукты сгорания топлива охлаждаются в первой ступени экономайзера 4 до температуры выше точки росы. Это позволяет изготовлять первую ступень экономайзера 4 из материалов не стойких к коррозии и, следовательно, недорогих. Далее газовоздушная смесь поступает в камеру с распылительной форсункой 5. Сюда же подается водяным насосом 14 слабый водяной раствор аммиака, образующийся в подготовительной камере аммиачного раствора 13, за счет взаимодействия разбрызгиваемой в ней воды с парами аммиака, поступающими с воздухом. Газовоздушная смесь с капельным водным раствором аммиака поступает во вторую ступень экономайзера 6, где происходит ее дальнейшее охлаждение до температуры ниже точки росы. Образующиеся после камеры сгорания 2 слабые растворы кислот взаимодействуют с раствором аммиака, подаваемого из подготовительной камеры 13, нейтрализуются, образуя раствор солей, улавливаемый во влагоотделителе 7. Heat-cold power unit operates as follows. The turbocharger 10 compresses the atmospheric air and delivers it through the heat exchanger 12 to the compressor 1, where there is a further increase in pressure. Then the compressed air enters the combustion chamber 2, which also serves gas or liquid fuel. The resulting fuel combustion products expand in a gas turbine 3 located on the same shaft as the compressor 2. Hot fuel combustion products are cooled in the first stage of the economizer 4 to a temperature above the dew point. This allows you to make the first stage of the economizer 4 of materials not resistant to corrosion and, therefore, inexpensive. Next, the gas-air mixture enters the chamber with the spray nozzle 5. The weak water ammonia solution formed in the preparatory chamber of the ammonia solution 13 is also supplied with the water pump 14 due to the interaction of the water sprayed therein with ammonia vapor coming into the air. The gas-air mixture with a droplet aqueous solution of ammonia enters the second stage of the economizer 6, where it is further cooled to a temperature below the dew point. The weak acid solutions formed after the combustion chamber 2 interact with the ammonia solution supplied from the preparatory chamber 13, are neutralized, forming a salt solution, trapped in the moisture separator 7.

Осушенные продукты сгорания, охлажденные в регенераторе 8, понижают свое давление и охлаждаются до температуры сублимации двуокиси углерода в детандере 9. Вырабатываемая при этом механическая энергия используется для привода, расположенного на одном валу с турбодетандером 9 турбонагнетателя 10. Выделившаяся из газового потока в результате охлаждения двуокись углерода отделяется в отделителе 11, а газовый поток, нагреваясь в регенераторе 8, поступает в эжектор 15. В эжекторе 15 происходит смешение выхлопных газов, содержащих остатки не прореагировавших ранее оксидов азота и серы с влажным воздухом, содержащим большое количество паров аммиака, поступающим из подготовительной камеры 13. Это позволяет проводить дальнейшую нейтрализацию выхлопных газов, уменьшить их концентрацию, уменьшая при этом количество аммиака, выбрасываемого в атмосферу, улучшая экологическую обстановку в районе крупных животноводческих комплексов или химических производств, а также компенсировать потери давления в цикле после турбодетандера 9, создавая благоприятные условия для использования более эффективных отделителей твердой двуокиси углерода, но обладающих большим гидравлическим сопротивлением (например, рукавных фильтров). The dried combustion products cooled in the regenerator 8 reduce their pressure and are cooled to the sublimation temperature of carbon dioxide in the expander 9. The generated mechanical energy is used for the drive located on the same shaft with the turbo-expander 9 of the turbocharger 10. The dioxide released from the gas stream as a result of cooling carbon is separated in the separator 11, and the gas stream, heating in the regenerator 8, enters the ejector 15. In the ejector 15, the exhaust gases are mixed containing residues not gap previously nitrogen oxides and sulfur with moist air containing a large amount of ammonia vapor coming from the preparation chamber 13. This allows further neutralization of exhaust gases, reduce their concentration, while reducing the amount of ammonia emitted into the atmosphere, improving the environmental situation in the area of large livestock complexes or chemical industries, as well as compensate for pressure losses in the cycle after the turboexpander 9, creating favorable conditions for the use of more ffektivnyh solid carbon dioxide penetrators, but possess high hydraulic resistance (e.g., baghouse filters).

Для надежного пуска установки она снабжена перепускным трубопроводом 16, снабженным регулирующим органом 17 и противопомпажными клапанами 18 и 19. For reliable start-up of the installation, it is equipped with a bypass pipe 16, equipped with a regulatory body 17 and anti-surge valves 18 and 19.

Для регулирования расхода воздуха, поступающего в подготовительную камеру аммиачного раствора 13 и эжектор 15, предусмотрен трубопровод 20 с регулирующими вентилями 21 и 22. To regulate the flow rate of air entering the preparatory chamber of the ammonia solution 13 and the ejector 15, a pipeline 20 is provided with control valves 21 and 22.

Преимущества заявленного изобретения состоят в повышении надежности агрегата за счет расширения срока службы теплообменных поверхностей экономайзера. Данный эффект достигается за счет снабжения теплохладоэнергетического агрегата элементами, позволяющими нейтрализовать слабые растворы кислот и оксиды азота и серы, образующиеся в агрегате, влажными парами аммиака, поступающими с воздухом. При этом уменьшается количество выбрасываемого в атмосферу аммиака, а образующиеся в результате реакции соли, являются минеральными удобрениями и могут быть использованы по назначению. The advantages of the claimed invention are to increase the reliability of the unit by extending the life of the heat transfer surfaces of the economizer. This effect is achieved by supplying the heat and cold energy unit with elements that allow you to neutralize weak solutions of acids and oxides of nitrogen and sulfur formed in the unit with wet ammonia vapor coming from the air. At the same time, the amount of ammonia emitted into the atmosphere decreases, and the salts formed as a result of the reaction are mineral fertilizers and can be used for their intended purpose.

Источники
1. А.с. N 706549 СССР, МКИ³ F 01 K 25/00. Комплексная парогазовая установка. В. И. Гриценко, А.Н. Ложкин (СССР)-2334314/26-06; заяв. 26.06.78; опубл. 30.12.79, БИ N 48.Sources
1. A.S. N 706549 USSR, MKI ³ F 01 K 25/00. Integrated combined cycle plant. V.I. Gritsenko, A.N. Lozhkin (USSR) -2334314 / 26-06; application 06/26/78; publ. 12/30/79, BI N 48.

2. А.с. N 918727 СССР, МКИ³ F 25 B 29/00; F 25 B 11/00; F 01K 25/10. Энергетическая установка для производства тепла и твердой двуокиси углерода. В. И. Гриценко, Ю.Д. Терентьев, А.В. Приходченко и др. (СССР) - 2961413/23-06; заяв. 24.07.80; БИ N 13.2. A.S. N 918727 USSR, MKI ³ F 25 B 29/00; F 25 B 11/00; F 01K 25/10. Power plant for the production of heat and solid carbon dioxide. V.I. Gritsenko, Yu.D. Terentyev, A.V. Prikhodchenko et al. (USSR) - 2961413 / 23-06; application 07.24.80; BI N 13.

Claims

A heat energy unit containing a gas circuit in which a combustion product generator is installed in series, including a compressor, a combustion chamber and a gas turbine, an economizer, a water separator, a regenerator, a turboexpander installed on one shaft with a turbocharger, a solid carbon dioxide separator and a heat exchanger, the exchanger outputs and the economizer is connected by a pipeline equipped with a regulatory body, and at the outputs of the turbocharger and economizer anti-surge valves are installed, excellent In that the unit is additionally equipped with a chamber with a spray nozzle, a water pump, an ammonia solution preparation chamber, an ejector, the ejector and the ammonia solution preparation chamber being connected by a pipeline equipped with control valves.