RU2236605C2 - Method of and power plant for combined production of electric and heat energy with use of heat of secondary power sources of industrial plants - Google Patents

Method of and power plant for combined production of electric and heat energy with use of heat of secondary power sources of industrial plants Download PDF

Info

Publication number
RU2236605C2
RU2236605C2 RU2002107042/06A RU2002107042A RU2236605C2 RU 2236605 C2 RU2236605 C2 RU 2236605C2 RU 2002107042/06 A RU2002107042/06 A RU 2002107042/06A RU 2002107042 A RU2002107042 A RU 2002107042A RU 2236605 C2 RU2236605 C2 RU 2236605C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchanger
heat
hot water
condensate
steam
Prior art date
Application number
RU2002107042/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002107042A (en
Inventor
Александр Николаевич Уварычев (UA)
Александр Николаевич Уварычев
Николай Александрович Дикий (UA)
Николай Александрович Дикий
Original Assignee
Александр Николаевич Уварычев
Николай Александрович Дикий
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 Александр Николаевич Уварычев, Николай Александрович Дикий filed Critical Александр Николаевич Уварычев
Publication of RU2002107042A publication Critical patent/RU2002107042A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2236605C2 publication Critical patent/RU2236605C2/en

Links

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: according to proposed method of combined production of power and heat energy, gaseous or liquid fuel is used, second flow of condensate is brought into heat contact with waste gases in condensate heating heat exchanger, is heated and delivered in form of hot water into heat supply heat exchanger with return of cooled hot water into condensate heating heat exchanger, third flow of condensate is directed for recovery of heat of secondary power sources of industrial enterprise with formation of steam which is overheated by waste gases of gas-steam turbine plant and is delivered in form of superheated steam into combustion chamber, fourth flow is directed into hot-water supply heat exchanger, fifth flow is cooled in condensate cooler and is mixed with cooled hot water after hot water supply heat exchanger and is brought in to contact with waste gases in condenser, and at drop of temperature of ambient medium to temperature of beginning of heat and lower, steam is extracted before combustion chamber and is brought into heat contact with hot water getting into heat supply heat exchanger. Power plant is furnished additionally with heat supply heat exchanger, hot water supply heat exchanger, industrial enterprise secondary power sources heat recovery device, steam extraction unit, and gas-steam turbine engine is furnished with steam overheating heat exchanger.
EFFECT: possibility of utilization of heat of combustion fuel in full volume for heat and hot water supply.
3 cl, 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к производству электрической и тепловой энергии.The invention relates to the field of energy, in particular to the production of electric and thermal energy.

В качестве аналога принят способ производства электрической энергии, включающий процессы утилизации теплоты вторичных энергоресурсов с образованием пара, расширение его в паровой турбине с преобразованием его потенциальной энергии в механическую и одновременным преобразованием последней в электрическую в электрогенераторе (см. Розенгарт Ю.И. и др. Вторичные энергетические ресурсы черной металлургии и их использование /Ю.И. Розенгарт, Б.И. Якобсон, З.А. Мурадова. Киев: Головное издательство издательского объединения “Выща школа” 1988-328 с.).As an analogue, a method of generating electric energy was adopted, including the processes of utilizing the heat of secondary energy resources to produce steam, expanding it in a steam turbine with converting its potential energy into mechanical energy and simultaneously converting it into electrical energy in an electric generator (see Rosengart Yu.I. et al. Secondary energy resources of ferrous metallurgy and their use / YU.I. Rozengart, B.I. Yakobson, Z.A. Muradova.Kiev: Head publishing house of the Vyshcha Shkola publishing house 1988-328 .).

Известный способ обладает недостатком, заключающимся в том, что температурный потенциал утилизированной теплоты вторичных энергоресурсов низкий, а следовательно, низка и температура получаемого пара (около 300° С). Вследствие этого, доля тепловой энергии пара, превращаемой в работу, незначительна.The known method has the disadvantage that the temperature potential of the utilized heat of the secondary energy resources is low, and therefore, the temperature of the resulting steam is low (about 300 ° C). As a result of this, the fraction of thermal energy of steam converted into work is insignificant.

В качестве прототипа принят способ совместного производства электрической и тепловой энергии, включающий процессы сжатия воздуха, сжигания в нем топлива, смешения полученных продуктов сгорания с водяным паром, расширения газопаровой смеси в газопаротурбинной установке и преобразование ее потенциальной энергии в механическую с одновременным преобразованием последней в электрическую, утилизации теплоты отработавших газов в котле-утилизаторе с образованием пара и в теплообменнике-водонагревателе с образованием горячей воды, конденсации влаги из отработавших газов, в теплообменнике-водонагревателе с подачей потока конденсата в котел-утилизатор и подачей образовавшегося в нем водяного пара в камеру сгорания (см. RU 21792948 С1, МПК F 01 К 23/06, 10.02.2002).As a prototype, a method has been adopted for the joint production of electric and thermal energy, including the processes of compressing air, burning fuel in it, mixing the resulting combustion products with water vapor, expanding the gas-vapor mixture in a gas-steam turbine installation, and converting its potential energy into mechanical energy with simultaneous conversion of the latter into electrical energy, heat recovery of exhaust gases in a waste heat boiler with the formation of steam and in a heat exchanger-water heater with the formation of hot water, condens tion of moisture from the exhaust gas in the heat exchanger-heater condensate feed stream to the recovery boiler and feed the formed therein water vapor into the combustion chamber (see. RU 21792948 C1, IPC F 01 K 23/06, 10.02.2002).

В качестве прототипа принята энергетическая установка, содержащая газопаротурбинный двигатель, включающий последовательно расположенные компрессор, камеру сгорания с подводом водяного пара и турбину, связанную валом с преобразователем механической энергии в электрическую, и последовательно расположенные за турбиной по направлению движения отработавших газов котел-утилизатор, который своим выходом по водяному пару подключен к камере сгорания газотурбинного двигателя, теплообменник подогрева конденсата с входом по воде и выходом по горячей воде, конденсатор, выход которого по конденсату подключен через деаэратор к входу котла-утилизатора (см. RU 2179248 С1, МПК F 01 К 23/06, 10.02.2002, в документе 7 с.).As a prototype, a power plant containing a gas-turbine engine including a sequentially located compressor, a combustion chamber with a steam supply and a turbine connected by a shaft with a mechanical energy to electric converter, and sequentially located behind the turbine in the direction of exhaust gas movement, a waste heat boiler is adopted. the water vapor output is connected to the combustion chamber of a gas turbine engine, the condensate heating exchanger with water inlet and outlet hot water, a capacitor, whose output is connected on the condensate through a deaerator to the entry of the recovery boiler (see. RU 2179248 C1, IPC F 01 K 23/06, 10.02.2002, in document 7.).

Известный способ обладает недостатком, заключающимся в том, что он не использует теплоту вторичных энергоресурсов промышленных предприятий для производства электрической и тепловой энергии и имеет низкую температуру конденсата на выходе из конденсатора, что не позволяет полезно использовать его теплоту.The known method has the disadvantage that it does not use the heat of the secondary energy resources of industrial enterprises for the production of electric and thermal energy and has a low condensate temperature at the outlet of the condenser, which does not allow the use of its heat.

В изобретении решается задача создания способа производства электрической и тепловой энергии за счет использования теплоты сжигаемого топлива, утилизированной теплоты отработавших газов энергоустановки, а также теплоты вторичных энергоресурсов промышленных предприятий. Это позволяет, во-первых, полезно использовать теплоту вторичных энергоресурсов для увеличения производства электрической энергии и, во вторых, существенно поднять температурный потенциал конденсата в конденсаторе энергоустановки, что позволяет использовать его теплоту в полном объеме для нужд теплоснабжения и горячего водоснабжения. Последнее позволяет существенно приблизиться к безотходному использованию топливных ресурсов в промышленных условиях.The invention solves the problem of creating a method for the production of electric and thermal energy through the use of the heat of combusted fuel, the utilized heat of the exhaust gases of a power plant, as well as the heat of secondary energy resources of industrial enterprises. This allows, firstly, it is useful to use the heat of secondary energy resources to increase the production of electric energy and, secondly, to significantly increase the temperature potential of the condensate in the capacitor of the power plant, which allows its full use of heat for heating and hot water supply. The latter allows you to significantly approach the non-waste use of fuel resources in an industrial environment.

Поставленная задача решается тем, что в способе совместного производства электрической и тепловой энергии, включающем процессы сжатия воздуха, сжигания в нем топлива, смешения полученных продуктов сгорания с водяным паром, расширения газопаровой смеси в газопаротурбинной установке и преобразование ее потенциальной энергии в механическую с одновременным преобразованием последней в электрическую, утилизации теплоты отработавших газов в котле-утилизаторе с образованием пара и в теплообменнике подогрева конденсата с образованием горячей воды, конденсации влаги из отработавших газов в конденсаторе с подачей потока конденсата в котел-утилизатор и подачей образовавшегося в нем водяного пара в камеру сгорания, согласно изобретению в качестве топлива используют газовое или жидкое топливо, второй поток конденсата приводят в тепловой контакт с отработавшими газами в теплообменнике подогрева конденсата, нагревают и подают в виде горячей воды в теплообменник теплоснабжения с возвратом охлажденной горячей воды в теплообменник подогрева конденсата, третий поток конденсата направляют для утилизации теплоты вторичных энергоресурсов промышленного предприятия с образованием пара, который перегревают отработавшими газами газопаротурбинной установки и подают в виде перегретого пара в камеру сгорания, четвертый поток направляют в теплообменник горячего водоснабжения, причем при необходимости к нему подмешивают часть горячей воды после теплообменника подогрева конденсата, пятый поток охлаждают в охладителе конденсата, смешивают с охлажденной горячей водой после теплообменника горячего водоснабжения и приводят в конденсаторе в контакт с отработавшими газами, а при снижении температуры окружающей среды до температуры начала отопления и ниже отбирают водный пар перед камерой сгорания и приводят его в тепловой контакт с горячей водой, поступающей в теплообменник теплоснабжения.The problem is solved in that in a method for the joint production of electric and thermal energy, including the processes of compressing air, burning fuel in it, mixing the resulting combustion products with water vapor, expanding the gas-vapor mixture in a gas-steam turbine installation and converting its potential energy into mechanical energy with the simultaneous conversion of the latter into the electric one, utilizing the heat of the exhaust gases in the recovery boiler with the formation of steam and in the heat exchanger of condensate heating with the formation of heat whose water, condensation of moisture from the exhaust gases in the condenser with the flow of condensate into the recovery boiler and the supply of water vapor formed in it to the combustion chamber, according to the invention, gas or liquid fuel is used as fuel, the second condensate stream is brought into thermal contact with the exhaust gases in the condensate heating heat exchanger, they are heated and fed as hot water to the heat supply heat exchanger with the return of chilled hot water to the condensate heating heat exchanger, the third condensate stream sent for utilization of the heat of the secondary energy resources of the industrial enterprise with the formation of steam, which is overheated by the exhaust gases of the gas-steam turbine installation and fed as superheated steam into the combustion chamber, the fourth stream is sent to the hot water heat exchanger, and if necessary, part of the hot water is mixed into it after the condensate heating exchanger, the fifth stream is cooled in a condensate cooler, mixed with chilled hot water after a hot water heat exchanger, etc. they are brought into contact with the exhaust gases in the condenser, and when the ambient temperature drops to the temperature of the start of heating and lower, water vapor is taken in front of the combustion chamber and brought into thermal contact with hot water entering the heat supply heat exchanger.

Поставленная задача решается тем, что энергетическая установка, состоящая из газопаротурбинного двигателя, включающего последовательно расположенные компрессор, камеру сгорания с подводом водяного пара и турбину, связанную валом с преобразователем механической энергии в электрическую, и последовательно расположенные за турбиной по направлению движения отработавших газов котел-утилизатор, который своим выходом по водяному пару подключен к камере сгорания газопаротурбинного двигателя, теплообменник подогрева конденсата с входом по воде и выходом по горячей воде, конденсатор, выход которого по конденсату подключен через деаэратор к входу котла-утилизатора, согласно изобретению установка дополнительно снабжена теплообменником теплоснабжения, теплообменником горячего водоснабжения, утилизатором теплоты вторичных энергоресурсов промышленного предприятия, узлом отбора водяного пара, вход и выход которого подключены соответственно к выходу по водяному пару котла-утилизатора и входу теплообменника теплоснабжения, а газопаротурбинный двигатель снабжен теплообменником перегрева пара, который расположен непосредственно за турбиной и подключен своим входом по пару к выходу утилизатора теплоты вторичных энергоресурсов промышленного предприятия, а выходом - к камере сгорания газопаротурбинного двигателя, теплообменник подогрева конденсата подключен своим выходом по воде непосредственно к входу теплообменника теплоснабжения и через регулируемый клапан к входу теплообменника горячего водоснабжения, а своим входом - к выходу теплообменника теплоснабжения, выход конденсатора так же дополнительно подключен к входу теплообменника подогрева конденсата и непосредственно к входу охладителя конденсата, а так же через деаэратор к входу утилизатора теплоты вторичных энергоресурсов промышленного предприятия и к входу теплообменника горячего водоснабжения, а входом - к выходам охладителя конденсата и теплообменника горячего водоснабжения.The problem is solved in that the power plant, consisting of a gas-turbine engine, including a sequentially located compressor, a combustion chamber with a steam supply and a turbine connected by a shaft with a converter of mechanical energy into electrical energy, and a waste-heat boiler sequentially located behind the turbine in the direction of exhaust gas movement which is connected to the combustion chamber of a gas-steam turbine engine by its steam output, a condensate heating exchanger with an inlet water and hot water outlet, a condenser whose condensate outlet is connected through the deaerator to the input of the recovery boiler, according to the invention, the installation is additionally equipped with a heat supply heat exchanger, a hot water heat exchanger, a heat exchanger of secondary industrial energy resources, a water vapor extraction unit, the input and output of which respectively connected to the water outlet of the waste heat boiler and the inlet of the heat supply heat exchanger, and the gas-steam turbine engine is provided with heat exchange steam overheating, which is located directly behind the turbine and connected by its steam inlet to the output of the heat recovery unit of secondary energy resources of the industrial enterprise, and by the output to the combustion chamber of the gas-turbine engine, the condensate heating exchanger is connected via its water outlet directly to the input of the heat supply heat exchanger and through an adjustable valve to the input of the hot water heat exchanger, and its input to the output of the heat supply heat exchanger, the output of the condenser is also optional It is connected to the inlet of the condensate heating heat exchanger and directly to the inlet of the condensate cooler, as well as through the deaerator to the input of the heat recovery unit of secondary energy resources of the industrial enterprise and to the inlet of the hot water heat exchanger, and by the input to the outputs of the condensate cooler and hot water heat exchanger.

Новая совокупность существенных признаков отсутствует в известных технических решениях и позволяет значительно (в 3-4 раза) увеличить температурный потенциал пара, получаемого за счет утилизированной теплоты вторичных энергоресурсов и тем самым за счет этого в несколько раз увеличить производство электроэнергии при одновременном снижении габаритов, массы и стоимости киловатта установленной мощности энергетической установки.A new set of essential features is absent in the known technical solutions and can significantly (3-4 times) increase the temperature potential of the steam obtained due to the utilized heat of secondary energy resources and thereby increase the production of electricity several times while reducing overall dimensions, weight and the cost of a kilowatt of installed capacity of a power plant.

Все перечисленные преимущества направлены на повышение эффективности производства за счет роста объема и снижения себестоимости электроэнергии.All these advantages are aimed at increasing production efficiency by increasing the volume and reducing the cost of electricity.

На чертеже изображена схема энергетической установки, реализующей предложенный способ.The drawing shows a diagram of a power plant that implements the proposed method.

Энергетическая установка состоит из газопаротурбинного двигателя 1, включающего последовательно расположенные компрессор 2, камеру сгорания 3 и турбину 4, связанную валом с компрессором 2 и преобразователем механической энергии в электрическую 5. В газовыхлопном тракте за турбиной по пути движения отработавших газов последовательно расположены теплообменник перегрева пара 6, который своим входом по пару подключен к утилизатору теплоты вторичных энергоресурсов 7 промышленного предприятия, а выходом - к вторичной зоне камеры сгорания 3, котел-утилизатор теплоты отработавших газов 8, который своим выходом по пару подключен к камере сгорания 3 и одновременно через узел отбора пара 9 - к входу теплообменника теплоснабжения 10, теплообменник подогрева конденсата 11, который своим выходом по воде подключен одновременно к входу теплообменника теплоснабжения 10 и через регулируемый клапан 12 к входу теплообменника горячего водоснабжения 13, а своим входом - к выходу теплообменника теплоснабжения 10, конденсатор 14, выход которого по конденсату подключен одновременно через деаэратор (не показан) к входам утилизатора теплоты вторичных энергоресурсов 7 промышленного предприятия, котла-утилизатора 8, теплообменника подогрева конденсата 11, теплообменника горячего водоснабжения 13 и охладителя конденсата 15, а вход по конденсату подключен к выходам охладителя конденсата 15 и теплообменника горячего водоснабжения 13.The power plant consists of a gas-turbine engine 1, including a sequentially arranged compressor 2, a combustion chamber 3 and a turbine 4 connected by a shaft with a compressor 2 and a converter of mechanical energy into electric 5. In the gas exhaust path behind the turbine, a steam superheat heat exchanger is arranged sequentially along the path of the exhaust gases 6 , which is connected via a steam input to a heat recovery unit of secondary energy resources 7 of an industrial enterprise, and an output to a secondary zone of combustion chamber 3, an exhaust gas heat recovery body 8, which is connected to the combustion chamber 3 by its steam output and simultaneously through the steam extraction unit 9 to the input of the heat supply heat exchanger 10, the condensate heating heat exchanger 11, which is connected by its water output to the heat supply heat exchanger input 10 and through an adjustable valve 12 to the input of the hot water heat exchanger 13, and its input to the output of the heat supply heat exchanger 10, a condenser 14, the output of which is connected via a condensate through a deaerator (not shown) to the inputs of the heat utilizer of secondary energy resources 7 of the industrial enterprise, the recovery boiler 8, the condensate heating heat exchanger 11, the hot water heat exchanger 13 and the condensate cooler 15, and the condensate input is connected to the outputs of the condensate cooler 15 and the hot water heat exchanger 13.

Способ осуществляется энергоустановкой следующим образом.The method is carried out by a power plant as follows.

Атмосферный воздух через компрессор 2 газопаротурбинного двигателя 1 подают в камеру сгорания 3, куда одновременно направляют топливо и сжигают. Продукты сгорания, что образовались при этом, смешивают с водяным паром, полученным в котле-утилизаторе 8. Полученную в камере сгорания 3 газопаровую смесь направляют в турбину 4, где ее расширяют, превращая при этом ее потенциальную энергию в механическую, которую одновременно превращают в электрическую энергию в электрогенераторе 5. Отработавшую в турбине 4 газопаровую смесь (отработавшие газы) направляют в теплообменник перегрева пара 6, где частично утилизируют ее теплоту путем перегрева пара, поступающего из утилизатора вторичных энергоресурсов 7 промышленного предприятия, который подают в камеру сгорания 3, а частично охлажденные отработавшие газы направляют в котел-утилизатор 8, где за счет дальнейшей утилизации их теплоты получают перегретый пар, который также направляют в камеру сгорания 3. После котла-утилизатора 8 отработавшие газы направляют в теплообменник подогрева конденсата 11, где за счет углубленной утилизации их теплоты нагревают конденсат, который подают в теплообменники теплоснабжения 10 и через регулировочный клапан 12 в теплообменник горячего водоснабжения 13, а охлажденные отработавшие газы направляют в конденсатор 14, где их дополнительно охлаждают и конденсируют пар при смешении с непрерывно подаваемым туда конденсатом, охлажденным в охладителе конденсата 15 и теплообменнике горячего водоснабжения 13. Конденсат, получаемый в конденсаторе 14, разделяют на несколько потоков: один из них направляют на вход утилизатора теплоты вторичных энергоресурсов 7 промышленного предприятия, другой - на вход котла-утилизатора 8, третий - на вход теплообменника подогрева конденсата 11, четвертый - на вход теплообменника горячего водоснабжения 13, а пятый - на вход охладителя конденсата 15.Atmospheric air through the compressor 2 of the gas-turbine engine 1 is fed into the combustion chamber 3, where fuel is simultaneously directed and burned. The combustion products that were formed in this case are mixed with the steam received in the recovery boiler 8. The gas-vapor mixture obtained in the combustion chamber 3 is sent to the turbine 4, where it is expanded, turning its potential energy into mechanical energy, which is simultaneously converted into electrical energy energy in the electric generator 5. The gas-vapor mixture (exhaust gases) spent in the turbine 4 is sent to the steam superheater 6, where its heat is partially utilized by overheating the steam from the secondary energy utilizer resources 7 of the industrial enterprise, which is fed into the combustion chamber 3, and partially cooled exhaust gases are sent to the recovery boiler 8, where due to further utilization of their heat, superheated steam is obtained, which is also sent to the combustion chamber 3. After the recovery boiler 8, the exhaust gases sent to the condensate heating heat exchanger 11, where due to the deep utilization of their heat, the condensate is heated, which is supplied to the heat supply heat exchangers 10 and through the control valve 12 to the hot water heat exchanger 13, and the cooled exhaust gases are sent to a condenser 14, where they are additionally cooled and steam is condensed when mixed with a continuously supplied condensate cooled in a condensate cooler 15 and a hot water heat exchanger 13. The condensate obtained in the condenser 14 is divided into several streams: one of them is sent to the input of the heat utilizer of secondary energy resources 7 of the industrial enterprise, the other is sent to the input of the recovery boiler 8, the third is sent to the input of the condensate heating heat exchanger 11, and the fourth to the input hot water supply heat exchanger 13, and the fifth - the coolant condensate on input 15.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ работы энергоустановки обеспечивает ее работу с использованием утилизированной теплоты вторичных энергоресурсов промышленных предприятий для производства электрической и тепловой энергии. По сравнению с аналогом предлагаемый способ работы энергоустановки позволяет существенно увеличить эффективность процесса преобразования в работу утилизированной теплоты вторичных энергоресурсов, к которым относятся процессы плавки и термообработки металла, обжига доломита, химические процессы, процессы сжигания мусора, процессы компремирования газа на компрессорных станциях и многие другие.Compared with the prototype, the proposed method of operation of a power plant ensures its operation using the utilized heat of the secondary energy resources of industrial enterprises for the production of electric and thermal energy. Compared with the analogue, the proposed method of operation of a power plant can significantly increase the efficiency of the process of converting secondary energy resources into utilized heat, which include melting and heat treatment of metal, dolomite firing, chemical processes, waste incineration processes, gas compression processes at compressor stations, and many others.

Обусловлено это тем, что температурный потенциал утилизированной теплоты технологических процессов невысокий, что является причиной неэффективного превращения его в работу.This is due to the fact that the temperature potential of the utilized heat of technological processes is low, which is the reason for its inefficient conversion into work.

Это подтверждается следующей зависимостью:This is confirmed by the following relationship:

L=Q(1-T0/Tт)L = Q (1-T 0 / T t )

где L - доля теплоты, превращаемая в работу;where L is the fraction of heat converted into work;

Q - утилизированная теплота;Q - utilized heat;

Т0, Тт - абсолютные температуры соответственно окружающей среды и утилизированной теплоты.T 0 , T t - absolute temperature, respectively, of the environment and the recovered heat.

Из зависимости видно, что при постоянной температуре Т0 окружающей среды тем больше теплоты превращается в работу, чем выше ее температура Тт, которая определяется как температура рабочего тела, к которому она подведена. В рассматриваемом аналоге Тт не превышает 550-573 К. Поэтому теоретическое количество утилизированной теплоты, превращаемое в работу при стандартной температуре атмосферы Т0=288 К, не превышает 50%. С учетом необратимости процессов превращения теплоты в работу в реальных тепловых машинах уменьшается до 15-18%.The dependence shows that at a constant ambient temperature T 0 , the more heat is converted into work, the higher its temperature T t , which is defined as the temperature of the working fluid to which it is supplied. In the analogue under consideration, T m does not exceed 550-573 K. Therefore, the theoretical amount of utilized heat converted to work at a standard atmosphere temperature T 0 = 288 K does not exceed 50%. Given the irreversibility of the processes of converting heat into work in real heat engines, it decreases to 15-18%.

В предлагаемом способе производства электрической и тепловой энергии температурный потенциал теплоты технологических процессов повышается до Тт=1373-1523 К, что увеличивает его долю, превращаемую в работу, до 81%. С учетом же процессов необратимости в реальных газопаротурбинных двигателях она достигает 45-48% (против 15-18% аналога).In the proposed method for the production of electric and thermal energy, the temperature potential of the heat of technological processes rises to T t = 1373-1523 K, which increases its share, converted into work, up to 81%. Taking into account the irreversibility processes in real gas-turbine engines, it reaches 45-48% (against 15-18% of the analogue).

Одновременно при этом резко примерно в 1,8-2,1 раза возрастает и электрическая мощность энергоустановки, что существенно уменьшает капитальные вложения, а следовательно, и снижает стоимость киловатта установленной мощности. Последнее подтверждается нижеприведенной зависимостью, из которой следует, что мощность энергоустановки растет пропорционально росту температуры рабочего тела на входе в турбину (потенциала утилизированной теплоты вторичных энергоресурсов)At the same time, the electric power of the power plant increases sharply about 1.8-2.1 times, which significantly reduces capital investments, and therefore reduces the cost of a kilowatt of installed capacity. The latter is confirmed by the dependence given below, from which it follows that the power of the power plant increases in proportion to the increase in the temperature of the working fluid at the turbine inlet (the potential of the utilized heat of secondary energy resources)

Nт=G· Cp· Tт(1-1/П к-1/к т т,N t = G · C p · T t (1-1 / P k-1 / k t ) η t ,

где G - расход рабочего тела;where G is the flow rate of the working fluid;

Ср - изобарная теплоемкость рабочего тела;With p is the isobaric heat capacity of the working fluid;

Пт - степень расширения рабочего тела в турбине;P t - the degree of expansion of the working fluid in the turbine;

η т - адиабатный кпд турбины;η t - adiabatic efficiency of the turbine;

Nт - мощность на валу турбины.N t - power on the turbine shaft.

В таблице приведены сравнительные данные по мощности, развиваемые паротурбинной установкой (аналог) и газопаротурбинным двигателем при пропускании через них одного килограмма пара, полученного за счет утилизированной теплоты вторичных энергоресурсов.The table shows comparative power data developed by a steam turbine unit (analogue) and a gas-turbine engine when passing through them one kilogram of steam obtained due to the utilized heat of secondary energy resources.

Figure 00000002
Figure 00000002

Приведенные данные подтверждают вышеотмеченную высокую эффективность предлагаемого способа производства электрической и тепловой энергии с использованием теплоты вторичных энергоресурсов промышленных предприятий.The above data confirm the aforementioned high efficiency of the proposed method for the production of electric and thermal energy using the heat of secondary energy resources of industrial enterprises.

Одновременно при этом, вследствие значительно большого поступления пара в камеру сгорания (более чем в 5 раз) по сравнению с прототипом температура конденсата в конденсаторе газопаротурбинного двигателя предлагаемой энергоустановки достигает 80-85° С, что обеспечивает возможность полного использования его тепла на нужды теплоснабжения и горячего водоснабжения. Последнее позволяет вплотную приблизиться к созданию безотходной технологии использования топливных ресурсов.At the same time, due to the significantly larger steam flow into the combustion chamber (more than 5 times) compared with the prototype, the temperature of the condensate in the condenser of the gas-turbine engine of the proposed power plant reaches 80-85 ° C, which makes it possible to fully use its heat for heating and hot water supply. The latter allows you to come close to creating a non-waste technology for the use of fuel resources.

Claims (2)

1. Способ совместного производства электрической и тепловой энергии, включающий процессы сжатия воздуха, сжигания в нем топлива, смешения полученных продуктов сгорания с водяным паром, расширения газопаровой смеси в газопаротурбинной установке и преобразование ее потенциальной энергии в механическую с одновременным преобразованием последней в электрическую, утилизации теплоты отработавших газов в котле-утилизаторе и в теплообменнике подогрева конденсата с образованием горячей воды, конденсации влаги из отработавших газов в конденсаторе с подачей потока конденсата в котел-утилизатор и подачей образовавшегося в нем водяного пара в камеру сгорания, отличающийся тем, что в качестве топлива используют газовое или жидкое топливо, второй поток конденсата приводят в тепловой контакт с отработавшими газами в теплообменнике подогрева конденсата, нагревают и подают в виде горячей воды в теплообменник теплоснабжения с возвратом охлажденной горячей воды в теплообменник подогрева конденсата, третий поток конденсата направляют для утилизации теплоты вторичных энергоресурсов промышленного предприятия с образованием пара, который перегревают отработавшими газами газопаротурбинной установки и подают в виде перегретого пара в камеру сгорания, четвертый поток направляют в теплообменник горячего водоснабжения, причем при необходимости к нему подмешивают часть горячей воды после теплообменника подогрева конденсата, пятый поток охлаждают в охладителе конденсата, смешивают с охлажденной горячей водой после теплообменника горячего водоснабжения и приводят в конденсаторе в контакт с отработавшими газами, а при снижении температуры окружающей среды до температуры начала отопления и ниже отбирают водяной пар перед камерой сгорания и приводят его в тепловой контакт с горячей водой, поступающей в теплообменник теплоснабжения.1. A method for the joint production of electric and thermal energy, including the processes of compressing air, burning fuel in it, mixing the resulting combustion products with water vapor, expanding the gas-vapor mixture in a gas-steam turbine installation, and converting its potential energy into mechanical energy with the simultaneous conversion of the latter into electrical energy and heat recovery the exhaust gas in the recovery boiler and in the heat exchanger of the condensate heating with the formation of hot water, moisture condensation from the exhaust gas into the condensate reactor with the flow of condensate into the recovery boiler and the supply of water vapor formed in it to the combustion chamber, characterized in that gas or liquid fuel is used as fuel, the second condensate stream is brought into thermal contact with the exhaust gases in the condensate heating exchanger, heated and served in the form of hot water in a heat supply heat exchanger with the return of chilled hot water to a condensate heating heat exchanger, the third condensate stream is sent to utilize the heat of secondary energy in an industrial enterprise with the formation of steam, which is overheated by the exhaust gases of a gas-steam turbine installation and fed as superheated steam into the combustion chamber, the fourth stream is sent to the hot water heat exchanger, and if necessary, part of the hot water is mixed after the condensate heating exchanger, the fifth stream is cooled in the cooler condensate, mixed with chilled hot water after the hot water heat exchanger and brought into the condenser in contact with the exhaust gases, and p and reducing the ambient temperature to the start temperature and below the selected heating steam before the combustion chamber and lead it into thermal contact with hot water entering the heat exchanger. 2. Энергетическая установка, состоящая из газопаротурбинного двигателя, включающего последовательно расположенные компрессор, камеру сгорания с подводом водяного пара и турбину, связанную валом с преобразователем механической энергии в электрическую и последовательно расположенные за турбиной по направлению движения отработавших газов котел-утилизатор, который своим выходом по водяному пару подключен к камере сгорания газопаротурбинного двигателя, теплообменник подогрева конденсата с входом по воде и выходом по горячей воде, конденсатор, выход которого по конденсату подключен через деаэратор к входу котла-утилизатора, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена теплообменником теплоснабжения, теплообменником горячего водоснабжения, утилизатором теплоты вторичных энергоресурсов промышленного предприятия, узлом отбора водяного пара, вход и выход которого подключены соответственно к выходу по водяному пару котла-утилизатора и входу теплообменника теплоснабжения, а газопаротурбинный двигатель снабжен теплообменником перегрева пара, который расположен непосредственно за турбиной и подключен своим входом по пару к выходу утилизатора теплоты вторичных энергоресурсов промышленного предприятия, а выходом – к камере сгорания газопаротурбинного двигателя, теплообменник подогрева конденсата подключен своим выходом по воде непосредственно к входу теплообменника теплоснабжения и через регулируемый клапан к входу теплообменника горячего водоснабжения, а своим входом – к выходу теплообменника теплоснабжения, выход конденсатора также дополнительно подключен к входу теплообменника подогрева конденсата и непосредственно к входу охладителя конденсата, а также через деаэратор к входу утилизатора теплоты вторичных энергоресурсов промышленного предприятия и к входу теплообменника горячего водоснабжения, а входом – к выходам охладителя конденсата и теплообменника горячего водоснабжения.2. Power plant, consisting of a gas-turbine engine, including a sequentially located compressor, a combustion chamber with a water vapor supply and a turbine connected by a shaft with a converter of mechanical energy into electrical energy and disposed of behind the turbine in the direction of exhaust gas movement, the recovery boiler, which steam is connected to the combustion chamber of a gas-turbine engine, a condensate heating exchanger with water inlet and hot water outlet, condo a condenser outlet, whose condensate outlet is connected through the deaerator to the input of the recovery boiler, characterized in that the installation is additionally equipped with a heat supply heat exchanger, a hot water heat exchanger, a heat exchanger of secondary energy resources of an industrial enterprise, a steam extraction unit, the input and output of which are connected respectively to the output through the steam of the recovery boiler and the inlet of the heat supply heat exchanger, and the gas-turbine engine is equipped with a heat exchanger for superheating the steam, which is located it is directly behind the turbine and connected by steam inlet to the outlet of the heat recovery unit of secondary energy resources of the industrial enterprise, and by the outlet to the combustion chamber of the gas-turbine engine, the condensate heating exchanger is connected by its outlet through water directly to the inlet of the heat supply heat exchanger and through an adjustable valve to the inlet of the hot water heat exchanger and with its input to the output of the heat supply heat exchanger, the output of the condenser is also additionally connected to the input of the heat exchanger reheating condensate and condensate directly to the input of the cooler, as well as through the deaerator heat exchanger to the entry of secondary energy industrial plant and to the input of the heat exchanger hot water, and an input - to the outputs of the condensate cooler heat exchanger and hot water supply.
RU2002107042/06A 2001-11-21 2002-03-21 Method of and power plant for combined production of electric and heat energy with use of heat of secondary power sources of industrial plants RU2236605C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2001031679 2001-03-12
UA2001117950A UA68433C2 (en) 2001-11-21 2001-11-21 Method for joint production of electric and thermal energy with application of heat of secondary energy sources from industrial enterprises and power unit for its implementation
UA2001117950 2001-11-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002107042A RU2002107042A (en) 2003-09-20
RU2236605C2 true RU2236605C2 (en) 2004-09-20

Family

ID=34391219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002107042/06A RU2236605C2 (en) 2001-11-21 2002-03-21 Method of and power plant for combined production of electric and heat energy with use of heat of secondary power sources of industrial plants

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2236605C2 (en)
UA (1) UA68433C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8176722B2 (en) 2004-07-30 2012-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for the transfer of heat from a heat source to a thermodynamic cycle with a working medium of at least two substances with non-isothermal evaporation and condensation

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107965753A (en) * 2016-10-19 2018-04-27 华北电力大学(保定) One kind utilizes low-temperature industrial hot water production vapor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8176722B2 (en) 2004-07-30 2012-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for the transfer of heat from a heat source to a thermodynamic cycle with a working medium of at least two substances with non-isothermal evaporation and condensation

Also Published As

Publication number Publication date
UA68433C2 (en) 2004-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5623822A (en) Method of operating a waste-to-energy plant having a waste boiler and gas turbine cycle
US5603218A (en) Conversion of waste heat to power
US7356993B2 (en) Method of converting energy
US5293841A (en) Arrangement for utilizing the heat contained in the exhaust gas of a coal-fired boiler
KR100363071B1 (en) Gas Turbine and Steam Turbine Plants and Methods for Operating Gas Turbine and Steam Turbine Plants
US5327726A (en) Staged furnaces for firing coal pyrolysis gas and char
US6256978B1 (en) Power generation in a combination power plant with a gas turbine and a steam turbine
EP2253807A1 (en) Gas turbine cycle or combined steam-gas cycle for production of power from solid fuels and waste heat
US6244033B1 (en) Process for generating electric power
US4998408A (en) Apparatus for generating electrical and/or mechanical energy from at least a low grade fuel
AU2008349706A1 (en) Method for operating a thermodynamic circuit, as well as a thermodynamic circuit
JP2757290B2 (en) Gas / steam turbine combined facility with coal gasification facility
Koc et al. First and second law-based thermal optimisation of the Kalina cycle integrated into an existing burner-based cogeneration system using waste chips as fuel
US5950418A (en) Electrical power plant
EP3844371B1 (en) System for generating energy in a working fluid from hydrogen and oxygen and method of operating this system
RU2236605C2 (en) Method of and power plant for combined production of electric and heat energy with use of heat of secondary power sources of industrial plants
RU2230921C2 (en) Method of operation and steam-gas plant of power station operating on combination fuel (solid and gaseous or liquid fuel)
US20030145596A1 (en) Method for operating a steam turbine installation and a steam turbine installation that functions according thereto
Ighodaro et al. Thermo-economic analysis of a heat recovery steam generator combined cycle
RU2115000C1 (en) Combination boiler house
RU2001132885A (en) The method of operation of a combined cycle gas-fired power plant (solid with gaseous or liquid, or nuclear with gaseous or liquid) and a combined-cycle plant for its implementation
US20060266040A1 (en) Steam power plant
JPS60138213A (en) Composite cycle waste heat recovery power generating plant
RU2767427C1 (en) Gas heater operation method (versions)
RU2814174C1 (en) Oxygen-fuel power plant for co-production of electricity and hydrogen

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090322