RU2716653C1 - Теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе - Google Patents
Теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716653C1 RU2716653C1 RU2019124377A RU2019124377A RU2716653C1 RU 2716653 C1 RU2716653 C1 RU 2716653C1 RU 2019124377 A RU2019124377 A RU 2019124377A RU 2019124377 A RU2019124377 A RU 2019124377A RU 2716653 C1 RU2716653 C1 RU 2716653C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- natural gas
- liquefied natural
- gas
- evaporator
- exhaust
- Prior art date
Links
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 48
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 18
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 25
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 abstract description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 13
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области судовых энергетических установок, а более конкретно к теплообменным комплексам судовых энергетических установок, работающих на сжиженном природном газе, может быть использовано для систем регазификации и подготовки топливного газа, касается вопроса повышения энергоэффективности судна на основе использования вторичных энергетических ресурсов и решает задачу по повышению энергоэффективности теплообменного комплекса на судне. Это достигается тем, что в теплообменном комплексе энергетической установки на сжиженном природном газе, содержащем энергетическую установку, включающую газотурбинный генератор и последовательно соединенную с ним его выхлопной системой нагревательную камеру, испаритель сжиженного природного газа с подключенным к его входу трубопроводом от источника сжиженного природного газа и с подключенным к его выходу трубопроводом паровой фазы природного газа, циркуляционный насос, причем упомянутые нагревательная камера, испаритель и циркуляционный насос последовательно соединены между собой замкнутым трубопроводом теплоносителя, согласно изобретению выхлопная система газотурбинного генератора дополнительно оснащена байпасным выхлопным трубопроводом, подключенным к ней в обход нагревательной камеры, которая выполнена в виде утилизационного парового котла. Причем в узел подключения упомянутого байпасного выхлопного трубопровода к выхлопной системе газотурбинного генератора встроено регулирующее устройство направления потока выхлопных газов с возможностью осуществления частичного или полного направления потока выхлопных газов в байпасный выхлопной трубопровод. При этом замкнутый трубопровод теплоносителя оборудован байпасным трубопроводом теплоносителя со встроенным в него охладителем-конденсатором теплоносителя, подключенным параллельно с испарителем сжиженного природного газа. Причем в узел разветвления обоих упомянутых трубопроводов встроено переключающее устройство с возможностью направления теплоносителя в испаритель сжиженного природного газа или в охладитель-конденсатор. Предлагаемый теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе обладает повышенной энергоэффективностью теплообменного комплекса на судне, что выгодно отличает его от прототипа. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области судовых энергетических установок, а более конкретно к теплообменным комплексам судовых энергетических установок, работающих на сжиженном природном газе, может быть использовано для систем регазификации и подготовки топливного газа и касается вопроса повышения энергоэффективности судна на основе использования вторичных энергетических ресурсов.
Известен теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе (испарительная установка в составе энергетической установки), включающий энергетическую установку, содержащую газотурбинный генератор и последовательно соединенную с ним его выхлопной системой нагревательную камеру, испаритель сжиженного природного газа с подключенным к его входу трубопроводом сжиженного природного газа, а на его выходе он подключен к трубопроводу паровой фазы природного газа, циркуляционный насос и упомянутую нагревательную камеру на выхлопной системе газотурбинного генератора, причем указанные нагревательная камера, испаритель и циркуляционный насос последовательно соединены между собой замкнутым трубопроводом теплоносителя (isparitelnaja_ustanovka_v_sostave_energetichtskoj_ustanovki.jpg) - прототип (см.на фиг. 1).
Известный теплообменный комплекс решает задачу регазификации сжиженного природного газа с уменьшенным количеством используемого для этой цели топливного газа за счет вовлечения в теплообмен вторичных энергетических ресурсов, а именно, тепловой энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя, передаваемой сжиженному природному газу посредством промежуточного теплоносителя - горячей воды, циркулирующей через нагнетательную камеру и испаритель горения погружного типа (далее испаритель), однако он обладает рядом недостатков.
Так, он не может быть применим в тех случаях, когда единственным потребителем получаемой в испарителе паровой фазы (топливного газа) природного газа является газотурбинный генератор. Количество получаемого в испарителе топливного газа не сбалансировано с потребностями газотурбинного генератора на любом стационарном режиме его работы, что, как правило, обусловливает избыток образующегося топливного газа. При переменных режимах работы газотурбинного генератора, например, при сбросе мощности, также образуется избыток топливного газа, который нарушает баланс теплообменного комплекса по топливному газу. В обоих случаях избыточный топливный газ необходимо повторно сжижать или бесполезно сжигать на факеле, что снижает энергоэффективность теплообменного комплекса.
Кроме того, частичное сжигание топливного газа в испарителе также существенно снижает энергетическую эффективность всего теплообменного комплекса, особенно в тех случаях, когда для работы энергетической установки используется привозной сжиженный природный газ. При этом часть этого газа (до полутора процентов) используется не на полезную работу газотурбинного генератора (выработку электроэнергии), а на испарение сжиженного природного газа.
Задачей предполагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а именно повышение энергоэффективности теплообменного комплекса на судне.
Это достигается тем, что в известном теплообменном комплексе энергетической установки на сжиженном природном газе, содержащем энергетическую установку, включающую газотурбинный генератор и последовательно соединенную с ним его выхлопной системой нагревательную камеру, испаритель сжиженного природного газа с подключенным к его входу трубопроводом от источника сжиженного природного газа, а на его выходе он подключен к трубопроводу паровой фазы природного газа, циркуляционный насос, причем упомянутые нагревательная камера, испаритель и циркуляционный насос последовательно соединены между собой замкнутым трубопроводом теплоносителя, по изобретению выхлопная система газотурбинного генератора оснащена байпасным выхлопным трубопроводом, подключенным к ней в обход нагревательной камеры, которая выполнена в виде утилизационного парового котла. Причем в узел подключения упомянутого байпасного выхлопного трубопровода к выхлопной системе газотурбинного генератора встроено регулирующее устройство направления потока выхлопных газов с возможностью осуществления частичного или полного направления потока выхлопных газов в байпасный выхлопной трубопровод. При этом замкнутый трубопровод теплоносителя оборудован байпасным трубопроводом теплоносителя со встроенным в него охладителем-конденсатором теплоносителя, подключенным параллельно с испарителем сжиженного природного газа. Причем в узел разветвления обоих упомянутых трубопроводов встроено переключающее устройство с возможностью направления теплоносителя в испаритель сжиженного природного газа или в охладитель-конденсатор.
Оснащение выхлопной системы газотурбинного генератора байпасным выхлопным трубопроводом, подключенным к упомянутой системе в обход нагревательной камеры, выполненной в виде утилизационного парового котла, со встраиванием в узел подключения байпасного выхлопного трубопровода к выхлопной системе газотурбинного генератора регулирующего устройства потока выхлопных газов с возможностью регулирования с частичным или полным направлением потока выхлопных газов в байпасный выхлопной трубопровод, обеспечивает регулирование количества тепла от выхлопных газов, поступающего в нагревательную камеру и, соответственно, регулирование количества образующегося в испарителе топливного газа в соответствии потребностью в топливном газе газотурбинного генератора на любом установившемся режиме работы.
Оборудование замкнутого трубопровода теплоносителя байпасным трубопроводом теплоносителя со встроенным в него охладителем-конденсатором теплоносителя, подключенным параллельно с испарителем сжиженного природного газа, при том, что в узел разветвления обоих упомянутых трубопроводов встроено переключающее устройство с возможностью направления теплоносителя, обеспечивает быстрое прекращение или замедление процессов теплообмена в испарителе топливного газа и, соответственно, прекращение или уменьшение образования паровой фазы природного газа (топливного газа) при выводе из действия или снижении мощности газотурбинного генератора с отводом забортной воде избыточного количества тепла из трубопровода теплоносителя через охладитель-конденсатор. При этом восстанавливается баланс получения необходимого количества топливного газа в испарителе топливного газа и его использования в газотурбинном генераторе. Выполненные расчеты показывают, что для обеспечения процесса испарения сжиженного природного газа в испарителе (процесса получения топливного газа) при работе газотурбинного генератора на максимальной мощности достаточно примерно десяти процентов тепловой энергии выхлопных газов. Это позволяет полностью отказаться от неэффективного сжигания топливного газа (согласно прототипу) в испарителе топливного газа и повысить таким образом энергоэффективность теплообменного комплекса.
Выполнение нагревательной камеры в виде парового утилизационного котла позволяет улучшить условия теплообмена за счет фазового перехода теплоносителя в испарителе топливного газа, что способствует также повышению энергоэффективности.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется рисунком, где на фиг.2 схематически показан предлагаемый теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе.
Теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе содержит энергетическую установку 1, с газотурбинным генератором 2 и нагревательную камеру, выполненную в виде утилизационного парового котла 4, которые последовательно соединены выхлопной системой 3 газотурбинного генератора 2. В состав теплообменного комплекса входит также испаритель сжиженного природного газа 5 с подключенным к его входу трубопроводом 6 сжиженного природного газа. На выходе испаритель сжиженного природного газа 5 подключен к трубопроводу паровой фазы 7 природного газа. Между испарителем сжиженного природного газа 5 и утилизационным паровым котлом 4 встроен циркуляционный насос 8. Испаритель сжиженного природного газа 5 и утилизационный паровой котел 4 соединены замкнутым трубопроводом 9 теплоносителя. Выхлопная система 3 газотурбинного генератора 2 оснащена байпасным выхлопным трубопроводом 10, подключенным к упомянутой системе в обход утилизационного парового котла 4. В узел подключения байпасного выхлопного трубопровода 10 к выхлопной системе 3 газотурбинного генератора 2 встроено регулирующее устройство потока выхлопных газов 11 с возможностью регулирования с частичным или полным направлением потока выхлопных газов в байпасный выхлопной трубопровод 10. Замкнутый трубопровод теплоносителя 9 оборудован байпасным трубопроводом греющей среды 12 со встроенным в него охладителем-конденсатором 13 теплоносителя, подключенным параллельно с испарителем сжиженного природного газа 5. В узел разветвления трубопроводов 9 и 12 встроено переключающее устройство 14 с возможностью направления греющей среды в испаритель сжиженного природного газа 5 или в охладитель-конденсатор 13.
Теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе работает следующим образом.
При работе газотурбинного генератора 2 выхлопные газы поступают в его выхлопную систему 3. При этом с помощью регулирующего устройства потока выхлопных газов 11 происходит их распределение между выхлопной системой 3 и байпасным выхлопным трубопроводом 10. Соотношение расходов выхлопных газов в указанных выхлопных трубопроводах зависит от необходимого количества тепловой энергии, которое нужно передать теплоносителю в утилизационном котле 4 для передачи тепловой энергии в испаритель сжиженного природного газа 5. Это обеспечивает получение необходимого количества топливного газа на любом установившемся режиме работы газотурбинного генератора 2.
При изменении режима работы газотурбинного генератора 2, например, при снижении его мощности, регулирующее устройство потока выхлопных газов 11 обеспечивает увеличение потока выхлопных газов через байпасный трубопровод 10 (минуя утилизационный котел 4). Это уменьшает количество тепла, поступающее в утилизационный котел 4 и, соответственно, количество тепловой энергии, отдаваемое сжиженному природному газу в испарителе сжиженного природного газа 5. При этом уменьшается количество образующейся паровой фазы природного газа (топливный газ).
Особенностью переходных режимов в теплообменном комплексе является то, что изменение мощности газотурбинного генератора 2 происходит относительно быстро, а изменение параметров теплообмена в утилизационном котле 4 относительно медленно. Это объясняется большой теплоемкостью самого утилизационного котла 4, а также теплоемкостью теплоносителя в утилизационном котле и трубопроводе теплоносителя 9. Другими словами, на переходных (неустановившихся) режимах работы теплообменного комплекса в утилизационном котле 4 и трубопроводе теплоносителя 9 остается избыточное количество тепла, которое должно быть отведено. В этом случае переключающее устройство 14 перекрывает подвод теплоносителя по трубопроводу теплоносителя 9 к испарителю 5 с подачей его в обход испарителя сжиженного природного газа 5 в байпасный трубопровод 12 с отводом тепла в охладителе-конденсаторе 13. Данный режим циркуляции (в обход испарителя 5) будет сохраняться на период остывания утилизационного котла 4 до необходимой температуры. При полной остановке газотурбинного генератора 2 таким образом обеспечивается полное расхолаживание утилизационного котла 4 и трубопровода теплоносителя 9 с быстрым прекращением образования паровой фазы природного газа в испарителе сжиженного природного газа 5 после срабатывания переключающего устройства 14.
Предлагаемый теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе обладает повышенной энергоэффективностью теплообменного комплекса на судне, что выгодно отличает его от прототипа.
Claims (1)
- Теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе, содержащий энергетическую установку 1, включающую газотурбинный генератор 2 и последовательно соединенную с ним его выхлопной системой 3 нагревательную камеру 4, испаритель сжиженного природного газа 5 с подключенным к его входу трубопроводом 6 от источника сжиженного природного газа, а на его выходе он подключен к трубопроводу паровой фазы 7 природного газа, циркуляционный насос 8, причем упомянутые нагревательная камера 4, испаритель 5 и циркуляционный насос 8 последовательно соединены между собой замкнутым трубопроводом 9 теплоносителя, отличающийся тем, что выхлопная система 3 газотурбинного генератора 2 оснащена байпасным выхлопным трубопроводом 10, подключенным к ней в обход нагревательной камеры 4, которая выполнена в виде утилизационного парового котла, причем в узел подключения упомянутого байпасного выхлопного трубопровода 10 к выхлопной системе 3 газотурбинного генератора 2 встроено регулирующее устройство направления потока выхлопных газов 11 с возможностью осуществления частичного или полного направления потока выхлопных газов в байпасный выхлопной трубопровод 10, при этом замкнутый трубопровод 9 теплоносителя оборудован байпасным трубопроводом теплоносителя 12 со встроенным в него охладителем-конденсатором 13 теплоносителя, подключенным параллельно с испарителем сжиженного природного газа 5, причем в узел разветвления обоих упомянутых трубопроводов встроено переключающее устройство 14 с возможностью направления теплоносителя в испаритель сжиженного природного газа 5 или в охладитель-конденсатор 13.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019124377A RU2716653C1 (ru) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | Теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019124377A RU2716653C1 (ru) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | Теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2716653C1 true RU2716653C1 (ru) | 2020-03-13 |
Family
ID=69898289
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019124377A RU2716653C1 (ru) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | Теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2716653C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2082929C1 (ru) * | 1994-11-03 | 1997-06-27 | Акционерное общество "ТЕХНОЛИГА" | Устройство охлаждения и утилизации тепла отходящих из печи газов |
RU2557823C2 (ru) * | 2013-05-13 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения |
RU2685158C1 (ru) * | 2018-07-19 | 2019-04-16 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Выхлопная система газоперекачивающего агрегата |
-
2019
- 2019-07-29 RU RU2019124377A patent/RU2716653C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2082929C1 (ru) * | 1994-11-03 | 1997-06-27 | Акционерное общество "ТЕХНОЛИГА" | Устройство охлаждения и утилизации тепла отходящих из печи газов |
RU2557823C2 (ru) * | 2013-05-13 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения |
RU2685158C1 (ru) * | 2018-07-19 | 2019-04-16 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Выхлопная система газоперекачивающего агрегата |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Song et al. | Thermo-economic optimization of organic Rankine cycle (ORC) systems for geothermal power generation: A comparative study of system configurations | |
JP5999322B2 (ja) | 発電システム | |
US11274575B2 (en) | Gas turbine plant and operation method therefor | |
JP6230344B2 (ja) | 蒸気タービンプラント | |
US9279347B2 (en) | High temperature ORC system | |
KR101188335B1 (ko) | 다단 재열 랭킨 사이클을 이용한 해양 지열 발전시스템 | |
US20140345276A1 (en) | Organic rankine cycle for concentrated solar power system with saturated liquid storage and method | |
KR20150138661A (ko) | 석탄화력 발전소에서 온배수 폐열 회수 시스템 및 제어 방법 | |
CN114607481A (zh) | 旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统及运行方法 | |
RU2755501C1 (ru) | Способ теплохладоснабжения с применением абсорбционного термотрансформатора с двухступенчатой абсорбцией | |
RU2716653C1 (ru) | Теплообменный комплекс энергетической установки на сжиженном природном газе | |
KR101922026B1 (ko) | 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 시스템 | |
JPH0242102A (ja) | 熱エネルギ回収方法、及び熱エネルギ回収装置 | |
Rad et al. | Thermodynamic feasibility and multiobjective optimization of a closed Brayton cycle-based clean cogeneration system | |
RU2306489C1 (ru) | Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения | |
KR20120127015A (ko) | 선박용 폐열 회수 시스템 | |
CN108980616A (zh) | 一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽系统 | |
KR20110115196A (ko) | 재열과정을 포함한 해양 온도차 발전시스템 | |
CN110107368B (zh) | 蒸汽冷凝方法、蒸汽冷凝系统及发电系统 | |
CN209976590U (zh) | 蒸汽冷凝系统及发电系统 | |
Wang et al. | Design and Optimization of a Waste Heat Recovery Organic Rankine Cycle System with a Steam–Water Dual Heat Source | |
KR20170138267A (ko) | 선박의 폐열회수 시스템 | |
CN208703575U (zh) | 一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽系统 | |
CN217109506U (zh) | 锅炉余热回收利用装置 | |
RU2163703C1 (ru) | Система централизованного теплоснабжения |