RU2179248C1 - Process and combined-cycle plant for heat recovery in combined cycle - Google Patents

Process and combined-cycle plant for heat recovery in combined cycle Download PDF

Info

Publication number
RU2179248C1
RU2179248C1 RU2001111085A RU2001111085A RU2179248C1 RU 2179248 C1 RU2179248 C1 RU 2179248C1 RU 2001111085 A RU2001111085 A RU 2001111085A RU 2001111085 A RU2001111085 A RU 2001111085A RU 2179248 C1 RU2179248 C1 RU 2179248C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
condensate
gas
heat
heat exchanger
steam
Prior art date
Application number
RU2001111085A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Е.Г. Шадек
В.Я. Штеренберг
В.М. Масленников
Э.А. Цалко
Ю.А. Выскубенко
Ю.А. Кашфразиев
В.С. Лавров
Original Assignee
Шадек Евгений Глебович
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 Шадек Евгений Глебович filed Critical Шадек Евгений Глебович
Priority to RU2001111085A priority Critical patent/RU2179248C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2179248C1 publication Critical patent/RU2179248C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering; contact-type combined-cycle plants. SUBSTANCE: spent steam-gas mixture is conveyed from turbine to exhaust-heat boiler/steam generator and to heat exchanger/water heater communicating with external heat consumer; mixture temperature at inlet of this heat exchanger is maintained at value higher by 10-20 C than that of water supplied to heat consumer and mixture pressure is maintained at value higher by 0.03-0.05 MPa than saturation pressure at given temperature; condensate obtained in the process is discharged, degassed, and conveyed to boiler. For implementing proposed process combined-cycle plant is provided, in addition, with condensate take-off, collection, treatment, and circulation system incorporating external water-droplet separators, steam trap on heat exchanger/water heater, condensate deaerator, direct-contact air cooler, and condensate pumps. EFFECT: reduced power loss in process, improved performance characteristics and environmental friendliness. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при создании новых и совершенствовании действующих парогазовых установок /ПГУ/ контактного типа (ПГУ-К), предназначенных для выработки электроэнергии и тепла, а также в качестве силового привода, например, компрессоров газоперекачивающих станций магистральных газопроводов. The invention relates to the field of energy and can be used to create new and improve existing combined cycle plants / CCGT / contact type (CCGT-K), designed to generate electricity and heat, as well as a power drive, for example, compressors of gas pumping stations of gas pipelines.

Известны ПГУ-К со смешением пара с продуктами сгорания: пар впрыскивают в газовый тракт под давлением в камеру сгорания, в проточную часть турбины. Рабочее тело в ПГУ-К - парогазовая смесь (ПГС). Такие установки отличаются наибольшей эффективностью по сравнению с обычными паро- или газотурбинными установками и комбинированными ПГУ, но без смешения: они превосходят лучшие современные паротурбинные установки по удельной мощности на 20-100% и более, по КПД на 5-10% и более при меньших капитальных и эксплуатационных затратах. PGU-K is known with mixing steam with products of combustion: steam is injected into the gas path under pressure into the combustion chamber, into the flow part of the turbine. The working fluid in PSU-K is a gas-vapor mixture (ASG). Such plants are most efficient compared to conventional steam or gas turbine plants and combined CCGT, but without mixing: they surpass the best modern steam turbine plants in specific power by 20-100% or more, in efficiency by 5-10% or more at lower capital and operating costs.

Преимущества цикла ПГУ-К перед ПГУ без смешения (комбинированные схемы с высоконапорным парогенератором) связаны с эффектом от впрыска пара: охлаждение турбинных лопаток, увеличение массы рабочего тела, улучшение технико-экономических показателей (ТЭП) и др. Работа на парогазовой смеси резко улучшает экологические показатели: снижается содержание оксидов азота NOx в отходящих газах в результате их подавления в присутствии водяных паров и уменьшения температуры.The advantages of the CCGT-K cycle over CCGT without mixing (combined circuits with a high-pressure steam generator) are associated with the effect of steam injection: cooling turbine blades, increasing the mass of the working fluid, improving technical and economic indicators (TEC), etc. Work on a gas-vapor mixture dramatically improves environmental indicators: the content of nitrogen oxides NO x in the exhaust gases decreases as a result of their suppression in the presence of water vapor and a decrease in temperature.

Все это обеспечивает высокие показатели контактных ПГУ, делает их перспективным направлением в развитии станционной энергетики. All this provides high rates of contact CCGT, makes them a promising direction in the development of station energy.

Известен способ регенерации тепла с установкой, заключающийся в том, что тепло отходящих газов из турбины утилизируют в котле-парогенераторе, а полученный пар направляют на впрыск в газовый тракт турбины (В.А. Зысин. Комбинированные парогазовые установки и циклы. М., ГЭИ, 1962 г., стр. 18). A known method of heat recovery with the installation, which consists in the fact that the heat of the exhaust gases from the turbine is disposed of in a steam boiler, and the resulting steam is sent for injection into the turbine gas path (V. A. Zysin. Combined combined cycle plants and cycles. M., SEI , 1962, p. 18).

Принципиальный недостаток известного способа заключается в безвозвратных потерях исходной воды, потребности в водном источнике, дорогостоящей специальной подготовке воды (по требованиям к котловой питательной воде). The fundamental disadvantage of this method is the irretrievable loss of source water, the need for a water source, costly special water treatment (according to the requirements for boiler feed water).

Наиболее близким к предлагаемому является техническое решение по а.с. СССР N 1048265 (F 25 В 29/00, F 25 В 11/00, F 01 К 25/10 от 06.05.1982 г.), которое принято в качестве прототипа. Closest to the proposed is a technical solution for as. USSR N 1048265 (F 25 В 29/00, F 25 В 11/00, F 01 К 25/10 from 05/06/1982), which was adopted as a prototype.

В предлагаемой парогазовой установке контактного типа реализуется способ, включающий сжатие воздуха в компрессоре, сжигание топлива в камере сгорания в сжатом воздухе с впрыском пара, подачу в турбину ПГС и охлаждение ее после турбины последовательно в утилизационном котле-парогенераторе и в теплообменнике-водонагревателе, соединенном с внешним потребителем тепла, дальнейшую подачу газов в детандер, сепарацию и удаление капельной влаги, впрыск полученного пара в газовый тракт турбины. In the proposed contact-type gas-vapor installation, a method is implemented that includes compressing air in a compressor, burning fuel in a combustion chamber in compressed air with steam injection, supplying it to an ASG turbine and cooling it after the turbine in series in a recovery boiler-steam generator and in a heat exchanger-water heater connected to external heat consumer, further supply of gases to the expander, separation and removal of droplet moisture, injection of the resulting steam into the gas path of the turbine.

Установка содержит газовую турбину с камерой сгорания, компрессор, детандер, электрогенератор, газовый тракт с последовательно установленными в нем утилизационным котлом-парогенератором, теплообменником-водонагревателем, соединенным с внешним потребителем тепла, и оснащена системой подачи из котла и впрыска пара в газовый тракт турбины. The installation comprises a gas turbine with a combustion chamber, a compressor, an expander, an electric generator, a gas path with a recovery boiler-steam generator, a heat exchanger-water heater connected to an external heat consumer in series, and is equipped with a system for supplying steam from the boiler and injecting steam into the gas path of the turbine.

В теплообменнике нагревается проточная вода из источника извне. Нагретая вода направляется внешнему потребителю и частично в котел-утилизатор. В сепараторе за теплообменником охлажденные газы освобождаются от капельной влаги, которая удаляется из контура; теплые газы из последней ступени хвостовых поверхностей выбрасываются в атмосферу. In the heat exchanger, running water from a source from outside is heated. Heated water is sent to an external consumer and partially to the recovery boiler. In the separator behind the heat exchanger, the cooled gases are freed from drip moisture, which is removed from the circuit; warm gases from the last stage of the tail surfaces are released into the atmosphere.

Задача регенерации тепла и воды в известном решении не ставится и не решается, а преследуется цель - повышения экономичности на переменных режимах работы, одновременная выработка тепла и холода. The task of heat and water recovery in the known solution is not posed and is not solved, but the aim is to increase efficiency in variable operating modes, while generating heat and cold.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в снижении энерготехнологических потерь и улучшении технико-экономических и экологических показателей процесса, обеспечении замкнутого контура цикловой воды путем глубокой утилизации тепла отходящих газов, включая теплоту конденсации водяных паров. The technical problem solved in the present invention is to reduce energy technology losses and improve technical, economic and environmental performance of the process, providing a closed loop of cyclic water by deep utilization of heat of exhaust gases, including the heat of condensation of water vapor.

Техническая задача решается за счет того, что в способе, включающем сжатие воздуха в компрессоре, сжигание топлива в камере сгорания с впрыском пара, подачу полученной парогазовой смеси в газовую турбину, охлаждение отработанной в турбине смеси последовательно в утилизационном котле-парогенераторе и в теплообменнике-водонагревателе, соединенном с внешним потребителем тепла, дальнейшую подачу ПГС в детандер, сепарацию и удаление капельной влаги из парогазовой смеси. Температуру ПГС на входе в теплообменник-водонагреватель поддерживают на 10-20oC выше температуры воды, подаваемой потребителю тепла, при этом давление ПГС поддерживают выше давления насыщения при указанной температуре на 0,03-0,05 МПа, а полученный конденсат отводят, подвергают дегазации и подают в утилизационный котел-парогенератор.The technical problem is solved due to the fact that in a method comprising compressing air in a compressor, burning fuel in a combustion chamber with steam injection, supplying the obtained gas-vapor mixture to a gas turbine, cooling the mixture spent in the turbine in series in a recovery boiler-steam generator and in a heat exchanger-water heater connected to an external heat consumer, further supply of ASG to the expander, separation and removal of moisture from the vapor-gas mixture. The temperature of the ASG at the inlet to the heat exchanger-water heater is maintained at 10-20 o C higher than the temperature of the water supplied to the heat consumer, while the ASG pressure is maintained above the saturation pressure at the specified temperature by 0.03-0.05 MPa, and the condensate is removed, subjected degassing and served in a recovery boiler-steam generator.

С целью повышения экономичности процесса путем уменьшения работы сжатия в компрессоре, сжатый воздух между первой и второй ступенями компрессора охлаждают и увлажняют в воздухоохладителе смешивающего (контактного) типа путем контактного тепломассообмена с конденсатом в капельном состоянии, после чего охлажденный и увлажненный воздух направляют во вторую ступень компрессора, а подогретый конденсат - в утилизационный котел-парогенератор. In order to increase the efficiency of the process by reducing the compression work in the compressor, the compressed air between the first and second stages of the compressor is cooled and moistened in a mixing (contact) type air cooler by contact heat and mass transfer with condensate in a dropping state, after which the cooled and humidified air is sent to the second stage of the compressor , and the heated condensate - to the recovery boiler-steam generator.

Способ реализуют в парогазовой установке, содержащей газовый контур, в котором установлены компрессор, камера сгорания, газовая турбина, утилизационный котел-парогенератор, теплообменник-водонагреватель, соединенный с внешним потребителем тепла, сепараторы капельной влаги и детандер, при этом компрессор и детандер выполнены многоступенчатыми, и установка дополнительно снабжена системой отвода, сбора, обработки и циркуляции конденсата, включающей последовательно расположенные выносные статические сепараторы капельной влаги, установленные между ступенями детандера и расположенные на его выходе, конденсатоотводчик, установленный на теплообменике-водонагревателе, воздухоохладитель смешивающего типа, деаэратор для дегазации конденсата и конденсатные насосы. The method is implemented in a combined-cycle plant containing a gas circuit in which a compressor, a combustion chamber, a gas turbine, a recovery boiler-steam generator, a heat exchanger-water heater connected to an external heat consumer, drip moisture separators and an expander are installed, wherein the compressor and the expander are multi-stage, and the installation is additionally equipped with a condensate drainage, collection, processing and circulation system, including successively located remote static drip moisture separators, lennye between the expander stages and disposed at its outlet, the trap mounted on the heat exchanger-heater, air-mixing type, degasser for degassing the condensate and the condensate pumps.

Сущность изобретения заключается в том, что создается замкнутый пароводяной тракт от входа до выхода котла, в котором полностью конденсируется пар, и рабочее тело циркулирует в замкнутом контуре. The essence of the invention lies in the fact that a closed steam-water path is created from the inlet to the outlet of the boiler, in which the steam is completely condensed, and the working fluid circulates in a closed circuit.

При использовании предлагаемого способа снижается содержание оксидов азота NOx в отходящих газах под воздействием водяных паров и уменьшения температуры отходящих газов.Using the proposed method reduces the content of nitrogen oxides NO x in the exhaust gases under the influence of water vapor and reduce the temperature of the exhaust gases.

Главная отличительная особенность способа и установки - реализуемый процесс конденсации водяного пара из ПГС в замкнутом контуре без контактного теплообмена с проточной охлаждающей водой путем переноса этого процесса в область более высоких давлений, чем в обычном конденсаторе, что влечет за собой повышение температурного уровня выделения скрытой теплоты парообразования и позволяет использовать ее, например, для целей отопления. The main distinguishing feature of the method and installation is the ongoing process of condensing water vapor from ASG in a closed circuit without contact heat exchange with flowing cooling water by transferring this process to a region of higher pressures than in a conventional condenser, which entails an increase in the temperature level of secretion of latent heat of vaporization and allows you to use it, for example, for heating purposes.

Схема ПГУ-К с конденсацией особенно эффективна при утилизации продуктов сгорания природного газа благодаря повышенному содержанию в них водяных паров и высокому качеству выделяющегося из продуктов сгорания конденсата - обессоленной воды. Он не содержит растворенных солей и является химически чистой синтетической водой. После дегазации такой конденсат может использоваться в качестве питательной воды котлов, другая механическая или химическая очистка не требуется. The CCGT-K scheme with condensation is especially effective in the utilization of natural gas combustion products due to the increased content of water vapor in them and the high quality of the condensate released from the combustion products - demineralized water. It does not contain dissolved salts and is chemically pure synthetic water. After degassing, such condensate can be used as boiler feed water; other mechanical or chemical cleaning is not required.

Современные технологии газификации низкосортных топлив, в том числе сернистых и зольных углей, с получением чистого продукта открывают возможности работы предлагаемых ПГУ-К на этих топливах, т.е. делают их топливную базу практически неограниченной. Modern gasification technologies for low-grade fuels, including sulfur and ash coals, with the production of a pure product, open up the possibilities for the proposed CCGT-K to operate on these fuels, i.e. make their fuel base virtually unlimited.

В данном способе заявляется перепад температур теплоносителей в теплообменнике-водонагревателе - ПГС и сетевой воды на выходе, т.е. горячей воды, подаваемой внешнему потребителю тепла. Этот перепад составляет пределы 10 - 20 градусов, выбран опытным путем и является оптимальным. При этом достигаются наиболее экономичные характеристики этого узла: массогабаритные параметры, стоимость, надежность и др. При температурном перепаде меньше 10 градусов эти характеристики ухудшаются: возрастают размеры, металлоемкость, стоимость конструкции, усложняется задача ее размещения в газоходе и др. При температурном интервале больше 20 градусов массогабаритные параметры улучшаются, но значительно повышается требуемое по условиям конденсации давление смеси, а с ним ужесточаются требования к конструкции самого теплообменника и всего узла, к его эксплуатации. This method claims the temperature difference of the coolants in the heat exchanger-water heater - ASG and network outlet water, i.e. hot water supplied to an external heat consumer. This difference is within the range of 10 - 20 degrees, it is chosen empirically and is optimal. In this case, the most economical characteristics of this unit are achieved: weight and size parameters, cost, reliability, etc. At a temperature difference of less than 10 degrees, these characteristics deteriorate: dimensions, metal consumption, construction cost increase, the task of placing it in a gas duct, and more becomes complicated. At a temperature interval of more than 20 mass and dimensions parameters are improved, but the pressure of the mixture required by condensation conditions is significantly increased, and with it the requirements for the design of the heat exchanger and the entire unit, for its operation.

Заявляемый перепад давлений ПГС и воды на линии насыщения - 0,03-0,05 МПа - также выбран опытным путем как оптимальный, поскольку является минимально достаточным для регенерации (выведения) основной массы водяных паров из ПГС, порядка 90% и более. The claimed pressure difference between ASG and water on the saturation line - 0.03-0.05 MPa - was also experimentally selected as optimal, since it is minimally sufficient for the regeneration (removal) of the bulk of water vapor from ASG, of the order of 90% or more.

Если перепад давления будет менее 0,03 МПа, ухудшаются условия конденсации, ее интенсивность, а если перепад давления будет более 0,05 МПа, то это приведет к удорожанию установки, ухудшению условий работы и т.д. If the pressure drop is less than 0.03 MPa, the condensation conditions worsen, its intensity, and if the pressure drop is more than 0.05 MPa, then this will increase the cost of the installation, worsen operating conditions, etc.

На чертеже изображена схема парогазовой установки. The drawing shows a diagram of a combined cycle plant.

В газовом контуре установки последовательно установлены многоступенчатый компрессор 1, газовая турбина 2 с камерой сгорания 3, утилизационный котел-парогенератор 4, теплообменник-водонагреватель 5, многоступенчатый детандер 6, оборудованный сепараторами 7 капельной влаги. A multi-stage compressor 1, a gas turbine 2 with a combustion chamber 3, a recovery boiler-steam generator 4, a heat exchanger-water heater 5, a multi-stage expander 6 equipped with drip separators 7 are sequentially installed in the gas circuit of the installation.

Котел-парогенератор 4 и теплообменник-водонагреватель 5 заключены в герметичную теплоизолированную камеру 8. На валу газовой турбины 2 установлен электрогенератор 9. Установка снабжена системой отвода, сбора, обработки и циркуляции конденсата, включающей сепараторы 7 капельной влаги, конденсатоотводчик 10 конденсата от камеры 8, деаэратор 11 и конденсатные насосы 12, 13, 14 и 15, соединенные конденсатной линией 16. The boiler-steam generator 4 and the heat exchanger-water heater 5 are enclosed in a sealed heat-insulated chamber 8. An electric generator 9 is installed on the shaft of the gas turbine 2. The installation is equipped with a condensate removal, collection, processing and circulation system, including drip moisture separators 7, condensate drain 10 from the chamber 8, deaerator 11 and condensate pumps 12, 13, 14 and 15 connected by a condensate line 16.

Между ступенями компрессора 1 установлен воздухоохладитель 17 смешивающего типа. Конденсатоотводчик 10 снабжен патрубком с вентилем 18 для удаления из конденсатной линии избыточного конденсата. Линия 19 служит для подачи топлива в камеру сгорания 3. Котел-парогенератор 4 соединен паропроводом 20 с газовой турбиной 2 и камерой сгорания 3. Between the stages of the compressor 1 is installed air cooler 17 mixing type. The steam trap 10 is equipped with a nozzle with a valve 18 for removing excess condensate from the condensate line. Line 19 serves to supply fuel to the combustion chamber 3. The boiler-steam generator 4 is connected by a steam line 20 to a gas turbine 2 and a combustion chamber 3.

Способ реализуют следующим образом. The method is implemented as follows.

Наружный воздух засасывают и сжимают в многоступенчатом компрессоре 1, сжатый воздух и топливо по линии 19 подают в камеру сгорания 3, куда также впрыскивают пар из утилизационного котла-парогенератора 4 по паропроводу 20. Образующуюся парогазовую смесь направляют в турбину 2. Отработавшую в турбине ПГС охлаждают последовательно в утилизационном котле-парогенераторе 4 и теплообменнике-водонагревателе 5, соединенном с внешним потребителем тепла (тепловая нагрузка). На входе в теплообменник-водонагреватель 5 температуру ПГС поддерживают на 10-20oC выше температуры воды, подаваемой потребителю, а давление ПГС поддерживают выше давления насыщения при указанной температуре на 0,03-0,05 МПа. В этих условиях происходит конденсация основной части водяных паров, содержащихся в ПГС, а полученный конденсат отводят, подвергают дегазации и подают в котел-парогенератор 4. Охлажденную ПГС из теплообменника 5 подают в многоступенчатый детандер 6 для срабатывания избыточного давления и сепараторы 7 для улавливания и отвода конденсата в виде капельной влаги.Outside air is sucked in and compressed in a multi-stage compressor 1, compressed air and fuel are fed through line 19 to the combustion chamber 3, where steam is also injected from the recovery boiler-steam generator 4 through the steam line 20. The resulting vapor-gas mixture is sent to the turbine 2. The exhaust gas mixture in the turbine is cooled sequentially in the recovery boiler-steam generator 4 and the heat exchanger-water heater 5 connected to an external heat consumer (heat load). At the inlet to the heat exchanger-water heater 5, the temperature of the ASG is maintained at 10-20 ° C higher than the temperature of the water supplied to the consumer, and the pressure of the ASG is maintained above the saturation pressure at the indicated temperature by 0.03-0.05 MPa. Under these conditions, the main part of the water vapor contained in the ASG is condensed, and the resulting condensate is removed, subjected to degassing, and fed to the steam boiler 4. The cooled ASG from the heat exchanger 5 is fed to a multi-stage expander 6 for operating excess pressure and separators 7 for trapping and removal condensate in the form of a drop of moisture.

Конденсат из сепараторов 7 откачивают конденсатным насосом 12 в конденсатную линию 16. Конденсат от теплообменника 5 отводят с помощью конденсатоотводчика 10, а избыточную воду удаляют через патрубок 18. Далее насосом 13 конденсат закачивают под напором в верхнюю часть воздухоохладителя 17, где его распыляют с помощью форсунок; в его нижнюю часть подают сжатый воздух из первой ступени компрессора 1. В воздухоохладителе 17 в процессе противоточного контактного теплообмена сжатого воздуха и конденсата в капельном состоянии воздух увлажняют и охлаждают, а конденсат нагревают. После этого воздух направляют во вторую ступень компрессора 1, а конденсат с помощью насоса 14 откачивают в деаэратор 11, где производят его дегазацию. Из деаэратора 11 насосом 15 очищенный конденсат подают в утилизационный котел-парогенератор 4. The condensate from the separators 7 is pumped out by the condensate pump 12 to the condensate line 16. The condensate from the heat exchanger 5 is removed using the condensate drain 10, and the excess water is removed through the pipe 18. Next, the condensate is pumped under pressure into the upper part of the air cooler 17 with a pump 13, where it is sprayed using nozzles ; compressed air from the first stage of compressor 1 is supplied to its lower part. In the air cooler 17 during countercurrent contact heat exchange of compressed air and condensate in the dropping state, the air is humidified and cooled, and the condensate is heated. After that, the air is sent to the second stage of the compressor 1, and the condensate is pumped to the deaerator 11 using the pump 14, where it is degassed. From the deaerator 11 by pump 15, the purified condensate is fed to a recovery boiler-steam generator 4.

Пример конкретной реализации способа. An example of a specific implementation of the method.

Наружный атмосферный воздух с температурой 15oC засасывается в количестве 100 кг/с (модельный режим) в первую ступень компрессора 1, где его сжимают до давления 0,655 МПа, при этом он нагревается до 248oC. Из первой ступени воздух с такими параметрами подают на промежуточное охлаждение в воздухоохладитель 17; сюда же под напором подают конденсат из конденсатной линии в количестве 58,4 кг/с и распыляют с помощью форсунок-распылителей. В результате контактного тепломассообмена в противотоке конденсата в капельном состоянии и компрессорного воздуха последний охлаждают до 88oC и подают во вторую ступень компрессора 1. В ней воздух сжимают до 6,45 МПа, его температура повышается до 451oC.Outside atmospheric air with a temperature of 15 o C is sucked in an amount of 100 kg / s (model mode) to the first stage of compressor 1, where it is compressed to a pressure of 0.655 MPa, while it is heated to 248 o C. From the first stage, air with these parameters is supplied for intermediate cooling in the air cooler 17; 58.4 kg / s condensate from the condensate line is supplied here under pressure and sprayed using nozzles-sprayers. As a result of contact heat and mass transfer in countercurrent condensate in a dropping state and compressor air, the latter is cooled to 88 o C and fed to the second stage of compressor 1. In it, air is compressed to 6.45 MPa, its temperature rises to 451 o C.

В камеру сгорания 3 подают по линии 19 топливо (природный газ, состоящий в основном из метана) в количестве 5,263 кг/с с коэффициентом расхода воздуха 1,1 и впрыскивают пар из котла-парогенератора 4 с параметрами впрыска: расход 46,8 кг/с, температура 287oC, давление 6,69 МПа. Пар впрыскивают и в турбину 2 для охлаждения лопаток (экологический впрыск).In the combustion chamber 3, fuel (natural gas, consisting mainly of methane) is supplied via line 19 in an amount of 5.263 kg / s with an air flow coefficient of 1.1 and steam is injected from the steam boiler 4 with injection parameters: flow rate 46.8 kg / s, temperature 287 o C, pressure 6.69 MPa. Steam is also injected into the turbine 2 for cooling the blades (environmental injection).

На входе в турбину 2 образующаяся ПГС в количестве 158,4 кг/с имеет давление 6,26 МПа и температуру 1310oC. Отработавшую в турбине 2 ПГС с расходом 163,6 кг/с, температурой 632oC и давлением 0,315 МПа направляют в герметичную камеру 8, где она отдает тепло последовательно утилизационному котлу-парогенератору 4 и теплообменнику 5. При этом давление и температуру ПГС поддерживают на уровне: на входе 0,3101 МПа и 123oC и на выходе 0,3054 МПа и 80oC (ср. с давлением на линии насыщения при температурах 123 и 80oC соответственно 0,22 и 0,1013 МПа).At the entrance to the turbine 2, the resulting ASG in the amount of 158.4 kg / s has a pressure of 6.26 MPa and a temperature of 1310 o C. The spent ASG 2 in the turbine with a flow rate of 163.6 kg / s, a temperature of 632 o C and a pressure of 0.315 MPa are directed in a sealed chamber 8, where it gives off heat to the recovery boiler-steam generator 4 and heat exchanger 5. In this case, the pressure and temperature of the ASG are maintained at the level of 0.3101 MPa and 123 o C at the inlet and 0.3054 MPa and 80 o C at the outlet (compare with the pressure on the saturation line at temperatures of 123 and 80 o C, respectively 0.22 and 0.1013 MPa).

Далее ПГС с большим избыточным давлением (0,3054 МПа) направляют в многоступенчатый детандер 6 для срабатывания этого давления. Режим работы последнего поддерживают таким, что на его выходе отработавшая ПГС имеет температуру 49,5oC и давление 0,1013 МПа, т.е. минимально достаточное для выхлопа в атмосферу. Такие параметры обеспечивают максимально возможную тепловую эффективность процесса.Next, the ASG with a large overpressure (0.3054 MPa) is sent to the multi-stage expander 6 to trigger this pressure. The mode of operation of the latter is maintained such that at its outlet the spent ASG has a temperature of 49.5 o C and a pressure of 0.1013 MPa, i.e. minimum sufficient for exhaust into the atmosphere. Such parameters provide the highest possible thermal efficiency of the process.

При заявляемом температурном перепаде теплоносителей 10-20oC в теплообменнике возможен подогрев воды до 103-113oC, что, в порядке примера, соответствует средним тепловым нагрузкам для России в отопительном сезоне, т.е. рассматривается характерная практическая ситуация.At the claimed temperature difference of heat carriers 10-20 o C in the heat exchanger, water can be heated to 103-113 o C, which, by way of example, corresponds to the average heat loads for Russia in the heating season, i.e. The characteristic practical situation is considered.

Поскольку поддерживаемые в камере 8 на участке теплообменника 5 давления 0,3101 и 0,3054 МПа существенно выше давления насыщения при данных температурах ПГС соответственно 0,22 и 0,1013 МПа, то на этом участке камеры 8 происходит практически полная конденсация содержащихся в ПГС водяных паров (порядка 93% в данном примере), включая и пары, образующиеся от сжигания водорода топлива, с выделением соответствующего количества тепла парообразования. Остальное выделяется и конденсируется в детандере 6, так что в атмосферу выбрасывают практически сухие и холодные газы - продукты сгорания. Since the pressures 0.3101 and 0.3054 MPa supported in the chamber 8 at the heat exchanger section 5 are significantly higher than the saturation pressure at the given temperature of the CBC, respectively 0.22 and 0.1013 MPa, almost complete condensation of the water contained in the CBC occurs in this section of the chamber 8 vapors (about 93% in this example), including vapors generated from the combustion of hydrogen fuel, with the release of the corresponding amount of heat of vaporization. The rest is released and condensed in expander 6, so that practically dry and cold gases - combustion products - are emitted into the atmosphere.

В предложенном способе главное значение имеет давление ПГС на входе в теплообменник 5, так как падение давления на участке невелико, в нашем примере 0,0047 МПа. In the proposed method, the pressure of the ASG at the inlet to the heat exchanger 5 is of primary importance, since the pressure drop in the area is small, in our example 0.0047 MPa.

Работа по предлагаемому способу характеризуется следующими показателями:
- мощность компрессора, первой и второй ступеней 23,9 и 43,1 МВт;
- степень расширения и мощность турбины 19,9 и 182,8 МВт;
- расход воды в котле-парогенераторе 52 кг/с;
- давление и температура воды на входе 8,7 МПа и 88oC;
- параметры впрыска: расход 46,8 кг/с, температура 287oC, давление 6,7 МПа;
- расход и температура конденсата 60,4 кг/с, 80oC;
- мощность детандера 9,59 МВт;
- полезная мощность установки 124 МВт;
- отпуск тепла потребителю 148,8 МВт, в том числе за счет конденсации 98,6%;
- избыток конденсата в цикле 4,7 кг/с;
- КПД брутто 47,1%;
- коэффициент использования топлива (с учетом выработки тепла и электроэнергии) 93%.
Work on the proposed method is characterized by the following indicators:
- power of the compressor, the first and second stages 23.9 and 43.1 MW;
- the degree of expansion and power of the turbine 19.9 and 182.8 MW;
- water consumption in the boiler-steam generator 52 kg / s;
- pressure and water temperature at the inlet of 8.7 MPa and 88 o C;
- injection parameters: flow rate 46.8 kg / s, temperature 287 o C, pressure 6.7 MPa;
- flow rate and condensate temperature 60.4 kg / s, 80 o C;
- expander power 9.59 MW;
- net power of the installation is 124 MW;
- heat supply to the consumer 148.8 MW, including through condensation 98.6%;
- excess condensate in a cycle of 4.7 kg / s;
- gross efficiency of 47.1%;
- fuel utilization factor (taking into account the generation of heat and electricity) 93%.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство решают поставленную задачу: обеспечивают высокоэкономичную комбинированную выработку электроэнергии и тепла для отопительных целей и других нужд в парогазовом цикле контактного типа с полной регенерацией воды, т.е. с замкнутым контуром цикловой воды. При этом практически все отпускаемое внешнему потребителю тепло вырабатывается за счет конденсации паров ПГС. Таковы эффект, преимущества и отличительная особенность заявляемого технического решения. Thus, the proposed method and device solve the problem: provide a highly economical combined generation of electricity and heat for heating purposes and other needs in the combined cycle gas contact type with complete water recovery, i.e. closed loop water cycle. At the same time, almost all the heat released to an external consumer is generated due to the condensation of ASG vapor. These are the effect, advantages and distinctive features of the claimed technical solution.

Claims (3)

1. Способ регенерации тепла в парогазовом цикле, включающий сжатие воздуха в компрессоре, сжигание топлива в камере сгорания с впрыском пара, подачу полученной парогазовой смеси в газовую турбину, охлаждение отработанной в турбине смеси последовательно в утилизационном котле-парогенераторе и в теплообменнике-водонагревателе, соединенном с внешним потребителем тепла, дальнейшую подачу парогазовой смеси в детандер, сепарацию и удаление капельной влаги из парогазовой смеси, отличающийся тем, что сжатие воздуха осуществляют в многоступенчатом компрессоре, температуру парогазовой смеси на входе в теплообменник-водонагреватель поддерживают на 10-20oС выше температуры воды, подаваемой потребителю тепла, при этом давление парогазовой смеси поддерживают выше давления насыщения при указанной температуре на 0,03-0,05 МПа, а полученный конденсат отводят, подвергают дегазации и подают в утилизационный котел-парогенератор.1. A method of heat recovery in a steam-gas cycle, comprising compressing air in a compressor, burning fuel in a combustion chamber with steam injection, supplying the obtained gas-vapor mixture to a gas turbine, cooling the mixture spent in the turbine in series in a recovery boiler-steam generator and in a heat exchanger-water heater connected with an external heat consumer, further supplying the vapor-gas mixture to the expander, separating and removing droplet moisture from the vapor-gas mixture, characterized in that the air is compressed in multiple stages compressor, the temperature of the gas-vapor mixture at the inlet to the heat exchanger-water heater is maintained at 10-20 o C higher than the temperature of the water supplied to the heat consumer, while the pressure of the gas-vapor mixture is maintained above the saturation pressure at the specified temperature by 0.03-0.05 MPa, and the condensate obtained is drained, degassed and fed to a recovery boiler-steam generator. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сжатый воздух между первой и второй ступенями компрессора охлаждают и увлажняют в воздухоохладителе смешивающего типа путем контактного тепломассообмена с конденсатом в капельном состоянии, после чего охлажденный и увлажненный воздух направляют во вторую ступень компрессора, а подогретый конденсат - в утилизационный котел-парогенератор. 2. The method according to p. 1, characterized in that the compressed air between the first and second stages of the compressor is cooled and moistened in a mixing type air cooler by contact heat and mass transfer with condensate in a droplet state, after which the cooled and moistened air is sent to the second stage of the compressor, and heated condensate - to the recovery boiler-steam generator. 3. Парогазовая установка, содержащая газовый контур, в котором установлены компрессор, камера сгорания, газовая турбина, утилизационный котел-парогенератор, теплообменник-водонагреватель, соединенный с внешним потребителем тепла, и детандер, отличающаяся тем, что компрессор и детандер выполнены многоступенчатыми и установка дополнительно снабжена системой отвода, сбора, обработки и циркуляции конденсата, включающей последовательно расположенные выносные статические сепараторы капельной влаги, установленные между ступенями многоступенчатого детандера и расположенные на его выходе, конденсатоотводчик, установленный на теплообменнике-водонагревателе, воздухоохладитель смешивающего типа, деаэратор для дегазации конденсата и конденсатные насосы. 3. Combined-cycle plant containing a gas circuit in which a compressor, a combustion chamber, a gas turbine, a recovery boiler-steam generator, a heat exchanger-water heater connected to an external heat consumer, and an expander are installed, wherein the compressor and expander are multistage and the installation is additional equipped with a condensate drainage, collection, processing and circulation system, including consecutively located remote static drip moisture separators installed between several stages a step expander and an outlet located on it, a steam trap mounted on a heat exchanger-water heater, a mixing type air cooler, a deaerator for condensate degassing and condensate pumps.
RU2001111085A 2001-04-25 2001-04-25 Process and combined-cycle plant for heat recovery in combined cycle RU2179248C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001111085A RU2179248C1 (en) 2001-04-25 2001-04-25 Process and combined-cycle plant for heat recovery in combined cycle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001111085A RU2179248C1 (en) 2001-04-25 2001-04-25 Process and combined-cycle plant for heat recovery in combined cycle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2179248C1 true RU2179248C1 (en) 2002-02-10

Family

ID=20248833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001111085A RU2179248C1 (en) 2001-04-25 2001-04-25 Process and combined-cycle plant for heat recovery in combined cycle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2179248C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2015353C1 (en) Method of operation of steam-gas-turbine power plant
RU2373403C1 (en) Electric power station steam-gas unit
CN102451599A (en) Carbon dioxide recovery method and carbon-dioxide-recovery-type steam power generation system
RU2273741C1 (en) Gas-steam plant
CN104474851A (en) Device and method for supplying steam for pre-combustion CO2 capturing system
RU2698865C1 (en) Control method and apparatus for generating mechanical and thermal energy
RU2665794C1 (en) Method and plant for mechanical and thermal energy generation
RU2616148C2 (en) Electric power generation device with high temperature vapour-gas condensing turbine
CN111420516A (en) Steam waste heat cascade utilization system for carbon capture absorbent regeneration system
CN101787930A (en) Thermal circulation process of gas turbine based on pure oxygen or oxygen-enriched combustion
CN102278205A (en) Combined cycle method capable of being used for distributed air and fuel humidified gas turbine
WO1997044574A1 (en) Method and plant for power generation in a gas turbine based on gaseous fuels in a cycle with the residual products carbon dioxide and water, respectively
RU2412359C1 (en) Operating method of combined cycle plant
RU2411368C2 (en) Operating method of power plant with gas turbine unit
RU2179248C1 (en) Process and combined-cycle plant for heat recovery in combined cycle
CN109681325A (en) Natural gas-supercritical CO of zero carbon emission2Combined cycle generating process
RU2211343C1 (en) Method of and plant for recovery of heat in contact-type steam-gas plant
RU2561770C2 (en) Operating method of combined-cycle plant
RU2666271C1 (en) Gas turbine co-generation plant
RU118360U1 (en) INSTALLATION OF ELECTRIC-HEAT-WATER SUPPLY OF ENTERPRISES OF MINING, TRANSPORT AND PROCESSING OF HYDROCARBON RAW MATERIALS
RU2476690C2 (en) Method of combined cycle plant operation
RU2611921C2 (en) Method of combined generating electric power, heat and cold in combined-cycle plant with steam injection and combined-cycle plant for its implementation
CA2479985A1 (en) Enhanced energy conversion system from a fluid heat stream
RU2272915C1 (en) Method of operation of gas-steam plant
RU2272914C1 (en) Gas-steam thermoelectric plant