RU2689483C2 - Energy plant with high-temperature steam-gas condensate turbine - Google Patents

Energy plant with high-temperature steam-gas condensate turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2689483C2
RU2689483C2 RU2017137879A RU2017137879A RU2689483C2 RU 2689483 C2 RU2689483 C2 RU 2689483C2 RU 2017137879 A RU2017137879 A RU 2017137879A RU 2017137879 A RU2017137879 A RU 2017137879A RU 2689483 C2 RU2689483 C2 RU 2689483C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steam
pressure
temperature
gas
superheater
Prior art date
Application number
RU2017137879A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017137879A (en
RU2017137879A3 (en
Inventor
Владимир Васильевич Бирюк
Леонид Павлович Шелудько
Михаил Юрьевич Лившиц
Евгений Александрович Ларин
Александра Борисовна Шиманова
Артём Андреевич Шиманов
Сергей Сергеевич Корнеев
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва"
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 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва"
Priority to RU2017137879A priority Critical patent/RU2689483C2/en
Publication of RU2017137879A publication Critical patent/RU2017137879A/en
Publication of RU2017137879A3 publication Critical patent/RU2017137879A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2689483C2 publication Critical patent/RU2689483C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for

Abstract

FIELD: power engineering.SUBSTANCE: invention relates to power engineering. Power plant comprises main gas line of natural gas, air separation plant for oxygen production, electric driven compressors for pressure of oxygen and natural gas, steam-jet compressors, two adiabatic reactors for methane steam reforming, solid-fuel steam boiler, high-temperature steam superheater of high pressure, high-temperature condensing steam-gas turbine plant with condenser, vortex separator of steam and carbon dioxide, gas turbine. Oxygen produced in air separation plant is compressed in electrically driven compressor and supplied to high-temperature combustion chambers of high and medium pressure. Natural gas is compressed from main gas line in electric drive and steam-jet compressor and mixed with superheated steam generated by steam boiler. In the first adiabatic reactor at temperature of 500 °C methane-containing mixture of steam with hydrogen concentration of 5 % is obtained. Heating of this mixture, supplied to the second catalytic reactor, up to 620 °C is produced in the cooling jacket of the combustion chamber of a high-temperature high-pressure steam superheater. Use of two adiabatic conversion reactors in the installation makes it possible to supply a methane-hydrogen mixture with a hydrogen content above 20 % to the high-pressure combustion chamber.EFFECT: invention allows to increase economy and to improve environmental friendliness of the power plant.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, а точнее к энергетическим установкам, работающим на твердом топливе и природном газе (метане СН4).The invention relates to the field of energy, and more specifically to power plants operating on solid fuels and natural gas (methane CH 4 ).

Известно электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой турбиной, (патент РФ №2335642, опубликован 10.10.2008), содержащее: паровой котел, установку для получения кислорода (O2) из воздуха, установку для паровой конверсии природного газа (СН4) в водород, кислородный и водородный электроприводные компрессоры, высокотемпературную парогазовую конденсационную турбину с электрогенератором и конденсатором пара, систему утилизации углекислого газа. Его недостатками являются: невысокое количество водорода, получаемого в установке паровой конверсии природного газа, и высокая стоимость этой установки.A power generating device with a high-temperature steam turbine is known (RF Patent No. 2335642, published 10.10.2008), comprising: a steam boiler, an installation for producing oxygen (O 2 ) from air, an installation for steam reforming of natural gas (CH 4 ) into hydrogen, oxygen and hydrogen electric drive compressors, high-temperature combined-cycle condensing turbine with electric generator and steam condenser, carbon dioxide utilization system. Its disadvantages are: a low amount of hydrogen produced in a steam reformer of natural gas, and the high cost of this installation.

В патенте RU №2467187, F02C 3/28, опубликованном 20.11.2012, в установке паровой конверсии природного газа его смешивают с водяным паром высокого давления, нагревают до 350-530°С и подают в первый адиабатический реактор конверсии с получением метаносодержащего газа с концентрацией водорода около 3%, нагревают его до 620-680°С, подают во второй адиабатический каталитический реактор с повышением концентрации водорода в этом газе на 20%, полученную метано-водородную парогазовую смесь и сжатый воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки. Недостатки этой установки связаны с подачей в камеру сгорания сжатого воздуха, что вызывает ухудшение экологичности этой установки из-за азота, содержащегося в воздухе.In RU Patent No. 2467187, F02C 3/28, published on November 20, 2012, in a steam reformer of natural gas, it is mixed with high-pressure steam, heated to 350-530 ° C and fed to the first adiabatic conversion reactor to produce methane-containing gas with a concentration about 3% of hydrogen, heated to 620-680 ° C, fed to the second adiabatic catalytic reactor with an increase in hydrogen concentration in this gas by 20%, the resulting methane-hydrogen gas mixture and compressed air is fed into the combustion chamber of a gas turbine. The disadvantages of this installation are associated with the flow into the combustion chamber of compressed air, which causes a deterioration in the environmental friendliness of this installation due to the nitrogen contained in the air.

Наиболее близким по технической сущности является электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой конденсационной турбиной (Патент РФ №2616148. Опубликован 12.04.2017 г.), содержащее магистральный газопровод природного газа высокого давления, воздухоразделительную установку для производства кислорода (О2), электроприводные компрессоры для сжатия природного газа (метана СН4) и О2, твердотопливный паровой котел с естественной циркуляцией, высокотемпературную конденсационную паровую турбину, состоящую из цилиндров высокого ЦВД, среднего ЦСД и низкого ЦНД давления; высокотемпературный пароперегреватель с камерой сгорания высокого давления, высокотемпературный пароперегреватель с камерой сгорания среднего давления, электрогенератор, конденсатор пара, эжекторы отсоса неконденсирующихся газов, пароструйные компрессоры высокого давления для сжатия СН4 и О2, вихревой разделитель перегретого пара и CO2, газовую турбину CO2, теплообменник охлаждения пара, регенеративные подогреватели высокого ПВД и низкого ПНД давления; причем выход воздухоразделительной установки по O2э связан через электроприводной компрессор сжатия O2 через охладитель O2 с входом пароструйного компрессора высокого давления сжатия O2, магистральный газопровод связан через электроприводной компрессор сжатия CH4 с входом пароструйного компрессора высокого давления сжатия СН4; сопла обоих пароструйных компрессоров связаны с паропроводом насыщенного пара высокого давления, а их выходные патрубки связаны трубопроводами высокого давления СН4 и O2 с входом камеры сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления, к которому также подключен «экологическими» и «энергетическими» паропроводами перегретого пара высокого давления пароперегреватель парового котла; высокотемпературный пароперегреватель среднего давления размещен между ЦВД и ЦСД высокотемпературной паровой турбины, его камера сгорания связана газопроводом с магистральным газопроводом и The closest in technical essence is an electric generating device with a high-temperature steam condensing turbine (RF Patent No. 2616148. Published on 12.04.2017), containing a high-pressure natural gas main gas line, an air separation plant for oxygen production (O 2 ), electrically driven compressors for natural compression gas (methane CH 4) and O 2, solid fuel boiler of a natural circulation, high temperature condensing steam turbine, consisting of a cylinder of high CV , Medium and low LPC IPC pressure; high temperature steam superheater with the chamber of high pressure combustion, high temperature steam superheater with the combustion chamber average pressure generator, steam condenser, ejectors suction noncondensable gases, steam jet high-pressure compressors for compression of CH 4 and O 2, the vortex separator of the superheated steam and CO 2, a gas turbine CO 2 , steam cooling heat exchanger, regenerative heaters of high LDPE and low HDPE pressure; wherein the outlet of the air separation unit is linked via O 2E motorized compressor compression O 2 O 2 through the cooler to the input of a steam compressor the high pressure compression O 2, gas pipeline is connected via an electrically CH 4 compression with a compressor inlet of the high pressure compressor compressing the diffusion of CH 4; the nozzles of both steam-jet compressors are connected to high-pressure saturated steam steam pipelines, and their output connections are connected to high-pressure pipelines CH 4 and O 2 to the inlet of a high-temperature high-temperature superheater superheater to which the environmental and high-pressure steam lines are also connected. steam boiler superheater; a high-temperature medium-pressure superheater is placed between the high-pressure cylinder and high-temperature steam turbine high-pressure central turbine; its combustion chamber is connected to the main gas pipeline by a gas pipeline and

трубопроводом О2 с выходом воздухоразделительной установки, вход вихревого разделителя, установленного между ЦСД и ЦНД высокотемпературной паровой турбины, соединен трубопроводом парогазовой смеси с выходом ее ЦСД, первый выход вихревого разделителя связан паропроводом перегретого пара с входом ЦНД паровой турбины, а его второй выход связан газопроводом СО2 через газовую турбину CO2 с атмосферой, при этом ротор газовой турбины СО2 связан с роторами ЦВД, ЦСД, ЦНД паровой турбины и с ротором электрогенератора; вход теплообменника для охлаждения пара связан по пару с выходом ЦНД, а его выход с входом конденсатора, по конденсату вход этого теплообменника связан с конденсатором, его выход - с входом ПНД, выход ПНД через деаэратор, используемый для дегазации конденсата, питательный насос и ПВД связан с паровым котлом с естественной циркуляцией, вырабатывающим насыщенный и перегретый пар высокого давления. Недостатком патента РФ №2616148 выбранного в качестве прототипа предполагаемого изобретения является юотсутствие в прототипе устройств для получения метано-водородной смеси путем паровой конверсии природного газа.O 2 pipeline with an air separation unit outlet, a vortex separator inlet installed between the central stage and low-pressure cylinder of a high-temperature steam turbine are connected by a steam-gas mixture pipe to its central stage, the first exit of the vortex separator is connected by a superheated steam line to the low-pressure cylinder of the steam turbine, and its second outlet is connected by a gas line CO 2 through the gas turbine CO 2 with the atmosphere, while the rotor of the gas turbine CO 2 is connected with the rotors of high-pressure cylinder, high-pressure cylinder, low-pressure cylinder of the steam turbine and the rotor of the electric generator; the heat exchanger inlet for steam cooling is paired with the output of the low-pressure cylinder, and its output is connected to the condenser inlet; with a steam boiler with natural circulation, producing saturated and superheated high pressure steam. The disadvantage of the patent of the Russian Federation No. 2616148 selected as the prototype of the proposed invention is the lack of presence in the prototype of devices for producing methane-hydrogen mixture by steam reforming of natural gas.

Целью изобретения является устранение недостатков аналогов и прототипа, повышение экономичности и улучшение экологичности энергетической установки с высокотемпературной парогазовой конденсационной турбиной.The aim of the invention is to eliminate the disadvantages of analogs and prototypes, increase efficiency and improve the environmental performance of a power plant with a high-temperature combined-cycle condensing turbine.

Техническим результатом данного изобретения является повышение содержания водорода в метано-водородной смеси, подаваемой в камеру сгорания, на 20%.The technical result of the present invention is to increase the hydrogen content in the methane-hydrogen mixture supplied to the combustion chamber by 20%.

Поставленная цель достигается тем, что энергетическая установка с высокотемпературной парогазовой конденсационной турбиной, содержащая магистральный газопровод природного газа высокого давления, воздухоразделительную установку для производства кислорода (O2), This goal is achieved by the fact that a power plant with a high-temperature combined-cycle condensing turbine, containing a high-pressure natural gas main gas line, an air separation plant for oxygen production (O 2 ),

электроприводные компрессоры для сжатия природного газа (метана CH4) и O2, твердотопливный паровой котел с естественной циркуляцией, высокотемпературную конденсационную паровую турбину, состоящую из цилиндров высокого ЦВД, среднего ЦСД и низкого ЦНД давления, высокотемпературный пароперегреватель с камерой сгорания высокого давления, высокотемпературный пароперегреватель с камерой сгорания среднего давления, электрогенератор, конденсатор пара, эжекторы отсоса неконденсирующихся газов, пароструйные компрессоры высокого давления для сжатия СН4 и O2, вихревой разделитель перегретого пара и CO2, газовая турбина CO2, теплообменник охлаждения пара, регенеративные подогреватели высокого ПВД и низкого ПНД давления; высокотемпературная конденсационная паровая турбина состоит из цилиндров высокого ЦВД, среднего ЦСД и низкого ЦНД давления; причем выход воздухоразделительной установки по O2 связан через электроприводной компрессор сжатия O2 с входом пароструйного компрессора высокого давления сжатия O2, выход которого связан с камерой сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления, к которому также подключены трубопроводы «экологического» и «энергетического» впрыска, связанные с паропроводом перегретого пара высокого давления, выход электроприводного компрессора сжатия O2 соединен также трубопроводом O2 с камерой сгорания высокотемпературного пароперегревателя среднего давления; магистральный газопровод связан через электроприводной компрессор сжатия СН4 с входом пароструйного компрессора высокого давления сжатия СН4; сопла обоих пароструйных компрессоров связаны паропроводами с паропроводом насыщенного пара высокого давления котла, высокотемпературный пароперегреватель среднего давления размещен между ЦВД и ЦСД высокотемпературной паровой турбины, выход цилиндра высокого давления ЦВД соединен трубопроводом парогазовой смеси через камеру сгорания высокотемпературного пароперегревателя среднего давления с входом electrically driven compressors for natural gas (methane CH 4 ) and O 2 compression, solid fuel boiler with natural circulation, high-temperature condensing steam turbine consisting of high-pressure cylinder, medium CVD and low pressure low-pressure cylinder, high-temperature superheater with high pressure combustion chamber, high-temperature steam heater with high pressure combustion chamber, high-temperature steam compressor, high-temperature LPC with medium-pressure combustion chamber, electric generator, steam condenser, non-condensable gas suction ejectors, high pressure steam jet compressors d I compressing CH 4 and O 2, the vortex separator of the superheated steam and CO 2, CO 2 gas turbine cooling steam heat exchanger, the regenerative heaters high LDPE and HDPE low pressure; The high-temperature condensation steam turbine consists of high-pressure cylinder cylinders, medium-pressure cylinder and low pressure pressure cylinder; moreover, the output of the air separation plant for O 2 is connected via an electrically driven compression compressor O 2 to the inlet of a high-pressure compression steam compressor O 2 , the output of which is connected to the combustion chamber of a high-temperature high-pressure superheater, to which the “ecological” and “energy” injection pipelines are also connected with superheated steam line of high pressure steam output electrically driven compressor is connected to the compression O 2 O 2 conduit also with the combustion chamber high temperature na operegrevatelya medium pressure; the main gas pipeline is connected via an electrically driven CH 4 compression compressor to the inlet of a high-pressure steam jet compressor CH 4 ; the nozzles of both steam-jet compressors are connected by steam lines to the high-pressure saturated steam steam line of the boiler, a high-temperature medium-pressure superheater is located between the high-pressure cylinder and high-temperature steam turbine high-temperature steam turbine;

цилиндра среднего давления ЦСД, вход вихревого разделителя, установленного между ЦСД и ЦНД высокотемпературной паровой турбины соединен трубопроводом парогазовой смеси с выходом ЦСД, первый выход вихревого разделителя связан паропроводом перегретого пара с входом ЦНД паровой турбины, а его второй выход связан газопроводом CO2 через газовую турбину CO2 с атмосферой, ротор газовой турбины CO2 связан с роторами ЦВД, ЦСД, ЦНД паровой турбины и с ротором электрогенератора; вход теплообменника для охлаждения пара связан по пару с выходом ЦНД, а его выход с входом конденсатора, по конденсату вход этого теплообменника связан с конденсатором, его выход - с входом ПНД, выход ПНД через деаэратор, используемый для дегазации конденсата, питательный насос и ПВД связан с паровым котлом с естественной циркуляцией, вырабатывающим насыщенный и перегретый пар высокого давления, причем установка дополнительно снабжена двумя адиабатическими реакторами конверсии, камера сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления имеет наружную охлаждаемую обечайку; вход первого адиабатического реактора конверсии подключен к выходному патрубку пароструйного компрессора сжатия СН4 и к паропроводу насыщенного пара высокого давления, а выход связан одним газопроводом метаносодержащей парогазовой смеси с входом охлаждаемой обечайки высокотемпературного пароперегревателя высокого давления, выход которой связан газопроводом метано-водородной парогазовой смеси через второй адиабатический реактор конверсии с входом камеры сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления, а второй выход первого адиабатического реактора конверсии связан вторым газопроводом метаносодержащей парогазовой смеси с высокотемпературным пароперегревателем среднего давления.medium pressure cylinder MPC, vortex separator inlet installed between the MPC and LPC high-temperature steam turbine connected through a duct vapor mixture to yield IPC, the first output of the vortex separator associated steam pipe superheated steam input LPC steam turbine, and its second output is connected pipeline CO 2 through the gas turbine CO 2 with the atmosphere, the rotor of the gas turbine CO 2 is connected with the rotors of the HPC, CCD, LPC of the steam turbine and with the rotor of the electric generator; the heat exchanger inlet for steam cooling is paired with the output of the low-pressure cylinder, and its output is connected to the condenser inlet; with a steam boiler with natural circulation, generating saturated and superheated high-pressure steam, and the installation is additionally equipped with two adiabatic conversion reactors, the combustion chamber of the high-temperature superheater in high pressure is cooled by an outer shroud; the inlet of the first adiabatic conversion reactor is connected to the outlet of the CH 4 compression steam-jet compressor and to the high-pressure saturated steam steam line, and the output is connected by a single gas pipeline of a methane-containing vapor-gas mixture to the inlet of the cooled high-pressure superheater superheater gas tube, the outlet of which is connected by a methane-hydrogen steam – gas outlet gas pipe. an adiabatic conversion reactor with an input of the combustion chamber of a high-temperature superheater of high pressure, and th output of the first adiabatic conversion reactor associated second pipeline methane-vapor mixture to a high temperature medium pressure steam superheater.

Тепловая схема энергетической установки с высокотемпературной парогазовой конденсационной турбиной представлена на чертеже. Энергетическая установка с высокотемпературной парогазовой The thermal scheme of a power plant with a high-temperature combined-cycle condensing turbine is shown in the drawing. Power plant with high-temperature steam and gas

конденсационной турбиной содержит: 1 - атмосферный воздух, 2 - воздухоразделительную установку, 3 - электроприводной компрессор О2, 4 - трубопровод O2, 5 - пароструйный компрессор O2, 6 - второй адиабатический реактор конверсии, 7 - газопровод метановодородной парогазовой смеси, 8 - трубопровод высокого давления O2, 9 - трубопровод «экологического» впрыска пара, 10 - трубопровод «энергетического» впрыска пара, 11 - высокотемпературный пароперегреватель высокого давления с наружной охлаждаемой обечайкой, 12 - ЦВД паровой турбины, 13 - газопровод метаносодержащей парогазовой смеси, 14 высокотемпературный пароперегреватель среднего давления, 15 - ЦСД паровой турбины, 16 - ЦНД паровой турбины, 17 - вихревой разделитель, 18 - газовая турбина CO2, 19 - трубопровод CO2, 20 - электрогенератор; 21 - первый адиабатический реактор конверсии, 22 - паропровод высокого давления, 23 - электроприводной компрессор СН4, 24 - пароструйный компрессор СН4, 25 - паропровод насыщенного пара высокого давления, 26 - паропровод перегретого пара высокого давления, 27 - подогреватели высокого давления (ПВД), 28 - подогреватели низкого давления (ПНД), 29 - теплообменник охлаждения пара, 30 - паровой котел с естественной циркуляцией, 31 - деаэратор, 32 - эжекторы отсоса неконденсирующихся газов, 33 - конденсатор.condensation turbine contains: 1 - atmospheric air, 2 - air separation plant, 3 - electrically driven compressor O 2 , 4 - pipeline O 2 , 5 - steam jet compressor O 2 , 6 - second adiabatic conversion reactor, 7 - gas pipeline of hydrogen / methane gas mixture, 8 - high pressure conduit 2 O, 9 - line "ecological" steam injection, 10 - line "energy" steam injection, 11 - high temperature high pressure steam superheater with a cooled outer shell 12 - CVP steam turbine 13 - pipeline methano won vapor mixture 14, the high-temperature medium-pressure superheater 15 - MPC steam turbine 16 - LPC steam turbine 17 - vortex separator, 18 - a gas turbine CO 2, 19 - pipeline CO 2, 20 - an electric generator; 21 - the first adiabatic conversion reactor, 22 - high pressure steam pipe, 23 - CH 4 electric drive compressor, 24 - CH 4 steam jet compressor, 25 - high pressure saturated steam steam pipe, 26 - high pressure superheated steam steam pipe (27) ), 28 - low pressure heaters (PND), 29 - steam cooling heat exchanger, 30 - steam boiler with natural circulation, 31 - deaerator, 32 - non-condensable suction ejectors, 33 - condenser.

Энергетическая установка работает следующим образом. Атмосферный воздух 1 подается в воздухоразделительную установку 2 и разделяется на кислород O2 и азот N2. Кислород сжимается до высокого давления в электроприводном компрессоре O2 3, подается в сопло 5 пароструйного компрессора O2, сжимается в нем и направляется по трубопроводу высокого давления O2 8 в камеру сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления 11, а также по трубопроводу O2 4 подается с выхода электроприводного компрессора O2 3 в камеру сгоранияThe power plant operates as follows. Atmospheric air 1 is fed to the air separation plant 2 and is divided into oxygen O 2 and nitrogen N 2 . Oxygen is compressed to a high pressure in an O 2 3 electrically driven compressor, supplied to the O 2 steam-jet compressor nozzle 5, compressed in it and routed through a high-pressure pipeline O 2 8 to the combustion chamber of a high-temperature high-pressure superheater 11, and also through an O 2 4 pipeline from the output of the motor-driven compressor O 2 3 to the combustion chamber

высокотемпературного пароперегревателя среднего давления 14. Вход пароструйного компрессора O2 5 связан с паропроводом 25 насыщенного high-pressure superheater medium pressure 14. The input of the steam jet compressor O 2 5 is connected to the steam pipe 25 saturated

пара высокого давления. Выход ЦВД паровой турбины 12 соединен через высокотемпературный пароперегреватель среднего давления 14 с ЦСД 15 паровой турбины. Природный газ из магистрального газопровода (метан СН4) сжимается в электроприводном компрессоре 23 и подается в камеру смешения пароструйного компрессора 24. В качестве инжектирующего агента в нем используется пар, подводимый из трубопровода насыщенного пара высокого давления 25, вырабатываемый в паровом котле 30 с естественной циркуляцией В метано-паровую смесь, сжатую пароструйным компрессором 24, по паропроводу высокого давления 22 подается перегретый пар из паропровода перегретого пара высокого давления 26 выработанный в паровом котле 30. Смесь этих потоков с температурой около 500°С поступает на вход первого адиабатического реактора конверсии 21. Метаносодержащая смесь из его выхода, содержащая до 5% водорода, по газопроводу метаносодержащей парогазовой смеси 13 подается в камеру сгорания высокотемпературного пароперегревателя среднего давления 14 и в наружную охлаждаемую обечайку высокотемпературного пароперегревателя высокого давления 11, где нагревается до 620°С. Нагретая в обечайке охлаждения высокотемпературного пароперегревателя высокого давления И метаносодержащая смесь подается во второй адиабатический реактор конверсии 6. Из адиабатического катализатора конверсии 6 она подается в камеру сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления 11. В нее по трубопроводу «экологического» впрыска - 9 подается перегретый пар высокого давления из паропровода перегретого пара высокого давления 26. В выходную часть камеры сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления 11 по трубопроводу «энергетического» впрыска 10 также подается перегретый пар высокого давления. Смесь продуктов сгорания, вышедшая из высокотемпературного пароперегревателя высокого давления 11, расширяется с совершением работы в цилиндре высокого давления (ЦВД) 12 паровой турбины, смешивается с метаносодержащей парогазовой смесью, high pressure steam. The output of the HPC of the steam turbine 12 is connected via a high-temperature medium-pressure steam superheater 14 with a central turbine central diesel engine 15. Natural gas from the main gas pipeline (methane CH 4 ) is compressed in an electrically driven compressor 23 and supplied to the mixing chamber of a steam jet compressor 24. It uses steam from the high pressure saturated steam pipeline 25 produced in a steam boiler 30 with natural circulation as an injecting agent. In a methane-vapor mixture, compressed by a steam-jet compressor 24, superheated steam is supplied via a high-pressure steam line 22 from a high-pressure superheated steam steam line 26 generated in a steam boiler 30. A mixture of these streams with a temperature of about 500 ° C enters the inlet of the first adiabatic conversion reactor 21. A methane-containing mixture from its output containing up to 5% hydrogen is fed through a methane-containing gas-vapor mixture 13 to the combustion chamber of a high-temperature medium-pressure superheater 14 and into an external cooled shell of a high-temperature high-pressure superheater 11, where it is heated to 620 ° C. The high-pressure high-pressure superheater and the methane-containing mixture heated to the cooling shell are fed into the second adiabatic conversion reactor 6. From the adiabatic conversion catalyst 6, it is fed to the high-pressure superheater superheater 11. High-pressure superheated steam is fed into it through the “environmental” injection 9. from the high pressure superheated steam steam line 26. To the outlet part of the high-temperature superheater high pressure superheater combustion chamber In addition, a high-pressure superheated steam is also supplied through the “energy” injection pipe 10. The mixture of combustion products, released from the high-temperature high-pressure superheater 11, expands with the performance of work in the high-pressure cylinder (CVP) 12 of the steam turbine, mixed with methane-containing vapor-gas mixture,

подводимой по газопроводу метаносодержащей парогазовой смеси 13, и с кислородом, подаваемым по трубопроводу 4. Эта смесь поступает в камеру сгорания высокотемпературного пароперегревателя среднего давления 14 и сжигается в ней. Вышедшая из пароперегревателя среднего давления 14 высокотемпературная смесь продуктов сгорания и пара расширятся с совершением работы в цилиндре среднего давления 15 (ЦСД) паровой турбины и поступает в вихревой разделитель 17, где она вращается с разделением этой парогазовой смеси на два потока, - первого основного потока, состоящего из перегретого пара, и второго, меньшего потока, содержащего углекислый газ (CO2). Первый поток перегретого пара, вышедший из вихревого разделителя 17 поступает в цилиндр низкого давления (ЦНД) 16, где он расширяется с совершением полезной работы. Перегретый пар расширившийся в ЦНД 16, проходит через теплообменник охлаждения пара 29, охлаждается в нем, нагревая при этом конденсат пара, и поступает в конденсатор 33, где пар конденсируется с отводом теплоты конденсации к охлаждающей воде. Поток углекислого газа отводится из вихревого разделителя 17 по трубопроводу CO2 19 и поступает в газовую турбину CO2 18 и расширяется в ней с совершением полезной работы. Полезная работа расширения получаемая в ЦВД 12, ЦСД 15, ЦНД 16 высокотемпературной паровой турбины и в газовой турбине CO2 18 используется в электрогенераторе 20 для выработки электрической энергии. Неконденсирующиеся газы отсасываются из конденсатора 33 с помощью эжекторов отсоса неконденсирующихся газов 32 и сбрасываются в атмосферу. Конденсат пара из конденсатора 33 подается конденсатным насосом через теплообменник охлаждения пара 29, где производится его подогрев за счет теплоты пара, поступающего из конденсатора, далее он подается в подогреватели низкого давления (ПНД) 18. Конденсат подогревается в ПНД 18 за счет теплоты отборного пара из ЦНД 16 и ЦСД 15 высокотемпературной паровой турбины. В деаэраторе 31 производится деаэрация подогретого конденсата. Давление конденсата повышается в supplied through the pipeline methane-containing gas-vapor mixture 13, and with oxygen supplied through the pipeline 4. This mixture enters the combustion chamber of the high-temperature medium-pressure superheater 14 and is burned in it. The high-temperature mixture of combustion products and steam released from the medium-pressure superheater 14 expands to perform work in the cylinder of the average pressure 15 (DSC) of the steam turbine and enters the vortex separator 17, where it rotates with the separation of this vapor-gas mixture into two streams, the first main stream, consisting of superheated steam, and a second, smaller stream containing carbon dioxide (CO 2 ). The first stream of superheated steam that has come out of the vortex separator 17 enters the low-pressure cylinder (LPC) 16, where it expands to do useful work. Superheated steam expanded in the low-pressure cylinder 16, passes through the heat exchanger for cooling steam 29, cools in it, heating the condensate of steam, and enters the condenser 33, where the steam condenses with condensation heat to the cooling water. The carbon dioxide flow is discharged from the vortex separator 17 through a CO 2 19 pipeline and enters the CO 2 18 gas turbine and expands therein with the accomplishment of useful work. Useful expansion work obtained in the HPC 12, CCD 15, LPC 16 high-temperature steam turbine and in the gas turbine CO 2 18 is used in the generator 20 to generate electrical energy. Non-condensable gases are sucked off from condenser 33 using suction ejectors of non-condensable gases 32 and are vented to the atmosphere. The steam condensate from condenser 33 is supplied by a condensate pump through a steam cooling heat exchanger 29, where it is heated by the heat of steam supplied from the condenser, then it is fed to low pressure heaters (HDPE) 18. The condensate is heated in HDPE 18 due to the heat of selected steam from Low-pressure diesel engine 16 and high-temperature steam turbine CA 15 In the deaerator 31 is deaerated heated condensate. Condensate pressure rises in

питательном насосе и питательная вода через ПВД 23, нагреваясь паром, отбираемым из регенеративных отборов ЦВД, подается в паровой котел с естественной циркуляцией 30 для выработки в нем насыщенного и перегретого пара высокого давления.feed pump and feed water through the LDPE 23, heated by steam taken from the regenerative selections of high-pressure cylinders, is supplied to the steam boiler with natural circulation 30 for generating high-pressure saturated and superheated steam therein.

Смешение метана с паром высокого давления, выработанного в паровом котле и проведение каталитических процессов паровой конверсии метана в двух адиабатических реакторах конверсии при температуре смеси перед первым из них 500°С и перед вторым адиабатическим реактором конверсии 620°С позволяет подать в камеру сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления метано-водородную парогазовую смесь с содержанием водорода выше 20%, что обеспечит повышение экономичности установки. Использование охлаждаемой обечайки камеры сгорания высокого давления для нагрева метаносодержащей смеси до 620°С позволяет отказаться от применения в установке дополнительного огневого подогревателя и уменьшить ее стоимость.Mixing methane with high-pressure steam produced in a steam boiler and carrying out catalytic steam reforming of methane in two adiabatic conversion reactors at a mixture temperature of 500 ° C before the first and 620 ° C of the second adiabatic conversion reactor allows to feed a high-temperature superheater pressure methane-hydrogen gas-vapor mixture with a hydrogen content above 20%, which will increase the efficiency of the installation. The use of a cooled shell of the high-pressure combustion chamber to heat the methane-containing mixture up to 620 ° С makes it possible to abandon the use of an additional fired heater in the installation and reduce its cost.

Применение в установке двух адиабатических реакторов конверсии позволяет подавать в камеру сгорания высокого давления метано-водородную смесь с содержанием в ней водорода выше 20%.The use of two adiabatic conversion reactors in the installation allows a methane-hydrogen mixture with a hydrogen content above 20% to be fed into the high-pressure combustion chamber.

Claims (1)

Энергетическая установка с высокотемпературной парогазовой конденсационной турбиной, содержащая магистральный газопровод природного газа высокого давления, воздухоразделительную установку для производства кислорода (O2), электроприводные компрессоры для сжатия природного газа (метана СН4) и O2, твердотопливный паровой котел с естественной циркуляцией, высокотемпературную конденсационную паровую турбину, состоящую из цилиндров высокого ЦВД, среднего ЦСД и низкого ЦНД давления, высокотемпературный пароперегреватель с камерой сгорания высокого давления, высокотемпературный пароперегреватель с камерой сгорания среднего давления, электрогенератор, конденсатор пара, эжекторы отсоса неконденсирующихся газов, пароструйные компрессоры высокого давления для сжатия СН4 и O2, вихревой разделитель перегретого пара и CO2, газовую турбину CO2, теплообменник охлаждения пара, регенеративные подогреватели высокого ПВД и низкого ПНД давления; высокотемпературная конденсационная паровая турбина состоит из цилиндров высокого ЦВД, среднего ЦСД и низкого ЦНД давления; причем выход воздухоразделительной установки по O2 связан через электроприводной компрессор сжатия O2 с входом пароструйного компрессора высокого давления сжатия O2, выход которого связан с камерой сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления, к которому также подключены трубопроводы «экологического» и «энергетического» впрыска, связанные с паропроводом перегретого пара высокого давления, выход электроприводного компрессора сжатия O2 соединен также трубопроводом O2 с камерой сгорания высокотемпературного пароперегревателя среднего давления; магистральный газопровод связан через электроприводной компрессор сжатия СН4 с входом пароструйного компрессора высокого давления сжатия СН4; сопла обоих пароструйных компрессоров связаны паропроводами с паропроводом насыщенного пара высокого давления котла, высокотемпературный пароперегреватель среднего давления размещен между ЦВД и ЦСД высокотемпературной паровой турбины, выход цилиндра высокого давления ЦВД соединен трубопроводом парогазовой смеси через камеру сгорания высокотемпературного пароперегревателя среднего давления с входом ЦСД, вход вихревого разделителя, установленного между ЦСД и ЦНД высокотемпературной паровой турбины, соединен трубопроводом парогазовой смеси с выходом ЦСД, первый выход вихревого разделителя связан паропроводом перегретого пара с входом ЦНД паровой турбины, а его второй выход связан газопроводом CO2 через газовую турбину CO2 с атмосферой, ротор газовой турбины CO2 связан с роторами ЦВД, ЦСД, ЦНД паровой турбины и с ротором электрогенератора; вход теплообменника для охлаждения пара связан по пару с выходом ЦНД, а его выход с входом конденсатора, по конденсату вход этого теплообменника связан с конденсатором, его выход - с входом ПНД, выход ПНД через деаэратор, используемый для дегазации конденсата, питательный насос и ПВД, связан с паровым котлом с естественной циркуляцией, вырабатывающим насыщенный и перегретый пар высокого давления, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена двумя адиабатическими реакторами конверсии, камера сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления имеет наружную охлаждаемую обечайку; вход первого адиабатического реактора конверсии подключен к выходному патрубку пароструйного компрессора сжатия CH4 и к паропроводу насыщенного пара высокого давления, а выход связан одним газопроводом метаносодержащей парогазовой смеси с входом охлаждаемой обечайки высокотемпературного пароперегревателя высокого давления, выход которой связан газопроводом метано-водородной парогазовой смеси через второй адиабатический реактор конверсии с входом камеры сгорания высокотемпературного пароперегревателя высокого давления, а второй выход первого адиабатического реактора конверсии связан вторым газопроводом метаносодержащей парогазовой смеси с высокотемпературным пароперегревателем среднего давления.Power plant with a high-temperature combined-cycle condensing turbine, containing a natural gas main gas of high pressure, an air separation plant for oxygen production (O 2 ), electrically driven compressors for compressing natural gas (methane CH 4 ) and O 2 , a solid-fuel steam boiler with natural circulation, high-temperature condensing steam turbine consisting of high-pressure cylinder cylinders, medium-pressure cylinder and low pressure pressure cylinder, high-temperature superheater with combustion chamber High pressure, high temperature superheater with medium pressure chamber, electric generator, steam condenser, non-condensable gas suction ejectors, high pressure steam jet compressors for CH 4 and O 2 compression, vortex separator of superheated steam and CO 2 , gas CO 2 turbine, heat exchanger for steam cooling , regenerative heaters of high LDPE and low HDPE pressure; The high-temperature condensation steam turbine consists of high-pressure cylinder cylinders, medium-pressure cylinder and low pressure pressure cylinder; moreover, the output of the air separation plant for O 2 is connected via an electrically driven compression compressor O 2 to the inlet of a high-pressure compression steam compressor O 2 , the output of which is connected to the combustion chamber of a high-temperature high-pressure superheater, to which the “ecological” and “energy” injection pipelines are also connected with superheated steam line of high pressure steam output electrically driven compressor is connected to the compression O 2 O 2 conduit also with the combustion chamber high temperature na operegrevatelya medium pressure; the main gas pipeline is connected via an electrically driven CH 4 compression compressor to the inlet of a high-pressure steam jet compressor CH 4 ; the nozzles of both steam-jet compressors are connected by steam lines to the high-pressure steam steam line of the boiler, a high-temperature medium-pressure steam superheater is located between the high-pressure cylinder and high-temperature steam turbine CVD, and the output of the high-pressure cylinder is connected to the steam and gas section through the combustion chamber of the high-temperature steam generator and the maker; installed between the CSD and LPC of the high-temperature steam turbine is connected by a steam pipe gaseous mixture in a yield of IPC, the first output of the vortex separator associated steam pipe superheated steam input LPC steam turbine, and its second output is connected pipeline CO 2 through a gas turbine CO 2 atmosphere, the rotor of the gas turbine CO 2 is associated with the rotors CVD, CSD, LPC steam turbines and with a rotor of the electric generator; the heat exchanger inlet for steam cooling is paired with the output of the low-pressure cylinder, and its output is connected to the condenser inlet; associated with a steam boiler with natural circulation, generating high-pressure saturated and superheated steam, characterized in that the installation is additionally equipped with two adiabatic conversion reactors, a high-temperature steam combustion chamber The high pressure reheater has an outer cooled shell; the inlet of the first adiabatic conversion reactor is connected to the outlet of the CH 4 compression steam jet compressor and to the high-pressure saturated steam steam line, and the output is connected by a single gas pipeline of methane-containing gas-vapor mixture to the input of the cooled shell of the high-temperature superheater superheater, whose outlet is connected by a methane-hydrogen vapor mixture gas mixture an adiabatic conversion reactor with an inlet of the combustion chamber of a high-temperature high-pressure superheater, and output of the first adiabatic conversion reactor associated second pipeline methane-vapor mixture to a high temperature medium pressure steam superheater.
RU2017137879A 2017-10-30 2017-10-30 Energy plant with high-temperature steam-gas condensate turbine RU2689483C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137879A RU2689483C2 (en) 2017-10-30 2017-10-30 Energy plant with high-temperature steam-gas condensate turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137879A RU2689483C2 (en) 2017-10-30 2017-10-30 Energy plant with high-temperature steam-gas condensate turbine

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017137879A RU2017137879A (en) 2019-05-06
RU2017137879A3 RU2017137879A3 (en) 2019-05-06
RU2689483C2 true RU2689483C2 (en) 2019-05-28

Family

ID=66430078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137879A RU2689483C2 (en) 2017-10-30 2017-10-30 Energy plant with high-temperature steam-gas condensate turbine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2689483C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2791380C1 (en) * 2021-12-28 2023-03-07 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Method for operation of gas turbine gas pumping unit and device for its implementation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2273741C1 (en) * 2005-03-10 2006-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" Gas-steam plant
RU2385836C2 (en) * 2008-04-07 2010-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительной техники" (ОАО "НИИВТ") Method of developing hydrogen energy chemical complex and device for its realisation
RU2467187C2 (en) * 2010-11-03 2012-11-20 ООО "Центр КОРТЭС" Method of operating gas turbine unit
RU2525569C2 (en) * 2012-09-10 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный университет Combined-cycle topping plant for steam power plant with subcritical steam parameters
RU2588313C1 (en) * 2015-07-13 2016-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Energy conversion method
RU2616148C2 (en) * 2015-07-23 2017-04-12 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Electric power generation device with high temperature vapour-gas condensing turbine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2273741C1 (en) * 2005-03-10 2006-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" Gas-steam plant
RU2385836C2 (en) * 2008-04-07 2010-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт вычислительной техники" (ОАО "НИИВТ") Method of developing hydrogen energy chemical complex and device for its realisation
RU2467187C2 (en) * 2010-11-03 2012-11-20 ООО "Центр КОРТЭС" Method of operating gas turbine unit
RU2525569C2 (en) * 2012-09-10 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный университет Combined-cycle topping plant for steam power plant with subcritical steam parameters
RU2588313C1 (en) * 2015-07-13 2016-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Energy conversion method
RU2616148C2 (en) * 2015-07-23 2017-04-12 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Electric power generation device with high temperature vapour-gas condensing turbine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2791380C1 (en) * 2021-12-28 2023-03-07 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Method for operation of gas turbine gas pumping unit and device for its implementation
RU2813644C1 (en) * 2023-10-26 2024-02-14 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Method for preparing methane-hydrogen fuel with increased hydrogen content for boiler units of thermal power plants and gas turbine expander power plants

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017137879A (en) 2019-05-06
RU2017137879A3 (en) 2019-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2467187C2 (en) Method of operating gas turbine unit
UA111423C2 (en) Method of operation and device of the gas-turbine unit
RU2273741C1 (en) Gas-steam plant
RU2335641C2 (en) Method of enhancing efficiency and output of two-loop nuclear power station
RU2616148C2 (en) Electric power generation device with high temperature vapour-gas condensing turbine
RU2639397C1 (en) Mode of gas turbine plant operation on methane-contained steam-gas mixture and its actualization device
RU2409746C2 (en) Steam-gas plant with steam turbine drive of compressor and regenerative gas turbine
RU2689483C2 (en) Energy plant with high-temperature steam-gas condensate turbine
RU2328045C2 (en) Method of operating atomic steam-turbine power generating system and equipment for implementing method
RU2272914C1 (en) Gas-steam thermoelectric plant
RU2261337C1 (en) Power and heating plant with open power and heat supply system
RU2533601C2 (en) Power plant with combined-cycle plant
RU2666271C1 (en) Gas turbine co-generation plant
RU2774007C1 (en) Method of contact gas turbine plant operation on methane-hydrogen steam-gas mixture
RU2813644C1 (en) Method for preparing methane-hydrogen fuel with increased hydrogen content for boiler units of thermal power plants and gas turbine expander power plants
RU2791380C1 (en) Method for operation of gas turbine gas pumping unit and device for its implementation
RU2076929C1 (en) Peak power generation process and combined-cycle plant for its implementation
RU2814174C1 (en) Oxygen-fuel power plant for co-production of electricity and hydrogen
RU2811228C1 (en) Oxygen-fuel power plant for co-production of ammonia and electricity
RU2273740C1 (en) Method of operation of gas-steam thermoelectric plant
RU2791638C1 (en) Gas-steam power plant
RU44171U1 (en) HEAT ELECTROCENTRAL WITH AN OPEN HEATING SYSTEM
RU2775732C1 (en) Oxygen-fuel power plant
RU2259488C1 (en) Method for operation of main electrical and heating line with closed thermal system
RU2756880C1 (en) Combined gas and steam unit of a power plant with parallel operation

Legal Events

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

Effective date: 20201031