RU2726702C1 - Ultra-supercritical working agent generator - Google Patents

Ultra-supercritical working agent generator Download PDF

Info

Publication number
RU2726702C1
RU2726702C1 RU2019130319A RU2019130319A RU2726702C1 RU 2726702 C1 RU2726702 C1 RU 2726702C1 RU 2019130319 A RU2019130319 A RU 2019130319A RU 2019130319 A RU2019130319 A RU 2019130319A RU 2726702 C1 RU2726702 C1 RU 2726702C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
section
heating
housing
generating
Prior art date
Application number
RU2019130319A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Александрович Чернов
Анатолий Петрович Федорченко
Original Assignee
Анатолий Александрович Чернов
Анатолий Петрович Федорченко
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 Анатолий Александрович Чернов, Анатолий Петрович Федорченко filed Critical Анатолий Александрович Чернов
Priority to RU2019130319A priority Critical patent/RU2726702C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2726702C1 publication Critical patent/RU2726702C1/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00—Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Abstract

FIELD: oil, gas and coke-chemical industries.SUBSTANCE: invention relates to equipment for oil and gas industry and can be used for generation of ultra-supercritical working agent injected into petrocylogenic-containing formations. Generator of ultra-supercritical working agent contains the first heat generating module, in lower part of housing of which heat carrier is arranged, above which in housing cavity first, second and third heating sections are located. First heating section is located in the upper part of the housing and is equipped with an inlet header having the possibility of connection with the feed water supply line. Second heating section is located in the lower part of the housing directly above the device of heat carrier generation, its inlet is connected to the output of the first section, and by its output - to the input of the third heating section located in the cavity of the housing between the first and the second sections. At that, the generator is equipped with the second heat generating module, which includes heat carrier generation device, located in the housing lower part of this module, overheating section, a sealed container mounted in the housing above the heat carrier generation device, in which a closed circulation channel filled with a heat generating agent is formed. Generator is additionally equipped with a heat-generating agent circulation mechanism located in the circulation channel, in which the overheating section is also located, its input is connected to the output of the third section of the first heat-generating module, and the output can be connected to the user of the working agent.EFFECT: technical result is higher efficiency and efficiency of generator, as well as reduction of its weight and size characteristics due to more efficient heating of overheating section.4 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к оборудованию для нефтегазовой промышленности и может быть использовано для генерации ультра-сверхкритического рабочего агента, инжектируемого в нефтекерогеносодержащие пласты для повышения их нефтеотдачи и внутрипластовой генерации синтетических углеводородов.The invention relates to equipment for the oil and gas industry and can be used to generate an ultra-supercritical working agent injected into oil-kerogen-containing formations to enhance their oil recovery and in-situ generation of synthetic hydrocarbons.

В настоящее время на территории России открыты месторождения углеводородов (в частности, баженовская и доманиковая свиты), основной углеводородный потенциал которых заключен не в подвижной нефти плотных пород (НПП) (S1), а в малоподвижной и/или неподвижной битуминозной нефти (S2a) и в неподвижном керогене (S2b).Currently, hydrocarbon fields (in particular, the Bazhenov and Domanikovaya formations) have been discovered in Russia, the main hydrocarbon potential of which is not contained in the mobile oil of tight rocks (NPP) (S 1 ), but in low-mobile and / or stationary bituminous oil (S 2a ) and in immobile kerogen (S 2b ).

Комплексное освоение таких месторождений предполагает использование термохимического воздействия рабочими агентами на их продуктивные пласты для внутрипластовой генерации синтетических углеводородов из керогена и битуминозной нефти, а также для частичного внутрипластового улучшения качества и интенсификации добычи содержащейся в их продуктивных пластах НПП. При использовании термохимического воздействия в продуктивных нефтекерогеносодержащих пластах в результате, преимущественно, пиролиза/гидропиролиза, генерируются синтетические углеводороды как в жидкой, так и в газообразной формах.The integrated development of such fields involves the use of thermochemical action by working agents on their productive formations for the in-situ generation of synthetic hydrocarbons from kerogen and bituminous oil, as well as for partial in-situ improvement of the quality and intensification of production of the NPP contained in their productive formations. When using thermochemical treatment in productive oil-kerogen-containing formations, as a result, mainly of pyrolysis / hydropyrolysis, synthetic hydrocarbons are generated in both liquid and gaseous forms.

Как показали исследования, осуществление процесса внутрипластового пиролиза/гидропиролиза, или, иначе, внутрипластового ретортинга, как более общего понятия, а также реэнергизация и увеличение проницаемости продуктивных пластов, могут быть осуществлены за счет инжектирования в них рабочего агента, параметры которого (температура (Т) и давление (Р)) обеспечивают нагрев продуктивных пластов до температуры от 400°С до 480°С. Для достижения этого результата, с учетом тепловых транспортных потерь, которые неизбежно возникают при доставке рабочего агента с дневной поверхности скважины в ее подпакерную зону, необходимо чтобы наземное оборудование генерировало рабочий агент с температурой от 600 до 800°С и давлением от 30 до 60 МПа.Studies have shown that the implementation of the process of in-situ pyrolysis / hydropyrolysis, or, in other words, in-situ retorting, as a more general concept, as well as re-energization and an increase in the permeability of productive formations, can be carried out by injecting a working agent into them, the parameters of which (temperature (T) and pressure (P)) provide heating of productive formations to temperatures from 400 ° C to 480 ° C. To achieve this result, taking into account the heat transport losses that inevitably arise when the working agent is delivered from the day surface of the well to its sub-packer zone, it is necessary that the surface equipment generates a working agent with a temperature of 600 to 800 ° C and a pressure of 30 to 60 MPa.

Генерируемый с такими рабочими параметрами рабочий агент на дневной поверхности скважины находится в ультра-сверхкритическом состоянии. Термин «ультра-сверхкритическая вода» (УСК-вода) используется в технической литературе [1] и техническими специалистами для обозначения проектных режимов работы устройств с параметрами выше тех, которые принято называть «сверхкритическими». В теплоэнергетике типичный диапазон сверхкритических параметров находится в диапазоне от 245 до 285 бар при температуре от 540 до 630°С. Американский Исследовательский Институт Электроэнергетики (ERPI) называет ультра-сверхкритическими такие «паровые циклы», где «пар» прогревается до температуры более 593°С при давлении более 280 бар [1]. В заявленном изобретении под термином «ультра-сверхкритический рабочий агент» понимается рабочий агент (пароводяная смесь), имеющий температуру от 593 до 800°С и давление от 30 до 60 МПа.The working agent generated with such operating parameters is in an ultra-supercritical state on the day surface of the well. The term "ultra-supercritical water" (USK-water) is used in the technical literature [1] and technical specialists to denote the design operating modes of devices with parameters higher than those that are commonly called "supercritical". In thermal power engineering, the typical supercritical range is from 245 to 285 bar at temperatures from 540 to 630 ° C. The American Electric Power Research Institute (ERPI) calls ultra-supercritical such "steam cycles", where "steam" heats up to a temperature of over 593 ° C at a pressure of over 280 bar [1]. In the claimed invention, the term "ultra-supercritical working agent" means a working agent (steam-water mixture) having a temperature from 593 to 800 ° C and a pressure from 30 to 60 MPa.

Для генерации рабочих агентов широкого спектра назначения, в том числе и закачиваемого в скважины, используется довольно широкая гамма оборудования.A wide range of equipment is used to generate working agents for a wide range of purposes, including those pumped into wells.

Так, например, известен прямоточный котел-утилизатор, содержащий вертикально ориентированный корпус с присоединенным к его нижней части коллектором для подачи в полость корпуса теплоносителя и отводным коллектором в его верхней части для отвода отработанного теплоносителя из полости корпуса.So, for example, a direct-flow waste heat boiler is known, containing a vertically oriented casing with a collector connected to its lower part for supplying a coolant to the cavity of the casing and a drain collector in its upper part for removing the spent heat carrier from the casing cavity.

Внутри корпуса последовательно, по ходу потока теплоносителя, смонтированы два не связанных между собой змеевиковых пакета нагревательных теплообменных труб, один из пакетов предназначен для выработки рабочего агента - пара высокого давления, а другой - для выработки рабочего агента - пара низкого давления. Каждый из змеевиковых пакетов оснащен входным смесительным коллектором для подачи питательной воды и выходным смесительным коллектором для отвода рабочего агента - сгенерированного пара.Inside the casing, in series, along the flow of the coolant, two unconnected coil packs of heating heat exchange tubes are mounted, one of the packs is designed to generate a working agent - high pressure steam, and the other - to generate a working agent - low pressure steam. Each of the coil packs is equipped with an inlet mixing manifold for supplying feed water and an outlet mixing manifold for removing the working agent - generated steam.

Каждый из змеевиковых пакетов состоит из экономайзерного участка и испарительно-пароперегревательного участка (ИППУ), при этом экономайзерные участки пакетов расположены по отношению к ходу газов за соответствующими ИППУ, а трубы каждого змеевикового пакета, соединяющие участки, образуют петлю с вынесенным за пределы корпуса опускным участком и расположенным внутри него подъемным участком, при этом экономайзерные участки, опускные участки и подъемные участки разделены промежуточными смесительными коллекторами.Each of the coil packs consists of an economizer section and an evaporative-steam superheating section (IPPU), while the economizer sections of the packs are located in relation to the gas flow behind the corresponding IPPU, and the pipes of each coil pack, connecting the sections, form a loop with a lowering section outside the body and a lifting section located inside it, while the economizer sections, lowering sections and lifting sections are separated by intermediate mixing headers.

В процессе работы котла во входные смесительные коллекторы, посредством питательных насосов, подается питательная вода, которая в каждом змеевиковом пакете проходит вначале экономайзерный участок, затем подогретая в экономайзерном участке вода последовательно через опускной участок и подъемный участок, поступает в ИППУ для выработки пара. Выработанный в ИППУ рабочий агент - пар высокого и низкого давлений из выходных смесительных коллекторов направляется потребителям.During the operation of the boiler, feed water is supplied to the inlet mixing headers by means of feed pumps, which in each coil package first passes the economizer section, then the water heated in the economizer section sequentially through the downward section and the rise section enters the IPPU for steam generation. The working agent generated in the IPPU - high and low pressure steam from the outlet mixing headers is sent to consumers.

(см. патент РФ на полезную модель №89666, кл. F22 B1/18, 2009).(see RF patent for useful model No. 89666, class F22 B1 / 18, 2009).

В результате анализа выполнения данного котла необходимо отметить, что введение в пакеты трубных петель с неохлаждаемыми опускными и обогреваемыми подъемными участками позволяет обеспечить надежную гидравлическую устойчивость ИППУ без необходимости переноса экономайзерного участка поверхностей нагрева в высокотемпературную зону, что повышает эффективность нагрева, способствуя повышению КПД котла.As a result of the analysis of the implementation of this boiler, it should be noted that the introduction of pipe loops with uncooled lowering and heated lifting sections into the packages allows ensuring reliable hydraulic stability of the IPPU without the need to transfer the economizer section of the heating surfaces to the high-temperature zone, which increases the heating efficiency, thereby increasing the boiler efficiency.

Однако объединение в контуре одного пакета испарительного и пароперегревательного процессов парообразования не позволяет получить перегретый пар высоких температуры и давления, близких к сверхкритическим параметрам даже в нижнем змеевиковом пакете, где температура теплоносителя достаточно велика, и, тем более, такой рабочий агент - пар невозможно получить в верхнем змеевиковом пакете.However, combining the evaporative and superheating vaporization processes in the loop in one package does not allow obtaining superheated steam of high temperature and pressure close to supercritical parameters even in the lower coil pack, where the coolant temperature is high enough, and, moreover, such a working agent - steam cannot be obtained in top coil pack.

Известен прямоточный парогенератор вертикальной компоновки, содержащий корпус, к нижней части которого подведен канал подачи теплоносителя, например, отходящих дымовых газов работающей газотурбинной установки. Отвод теплоносителя осуществляется через канал в верхней части корпуса.Known straight-through steam generator of a vertical arrangement, containing a housing, to the bottom of which a channel for supplying a coolant, for example, exhaust flue gases of an operating gas turbine plant, is connected. The coolant is removed through a channel in the upper part of the housing.

В полости корпуса смонтирован пароводяной контур в виде пучков (пакетов) нагревательных теплообменных труб, образующих три последовательно соединенные между собой секции- подогревательную (экономайзерную), испарительную и перегревательную.In the cavity of the body, a steam-water circuit is mounted in the form of bundles (packages) of heating heat-exchange tubes, forming three sections connected in series - heating (economizer), evaporation and superheating.

Подогревательная секция смонтирована в верхней части корпуса и оснащена на входе входным коллектором, к которому подведена линия подачи питательной воды. На выходе подогревательной секции имеется выходной коллектор, который является входным коллектором включенной после подогревательной секции испарительной секции, расположенной в средней части корпуса. Для достижения стабильного режима работы испарительной секции на ее входе расположено дроссельное устройство, выполненное в виде дросселя на входе каждой нагревательной трубы, за счет которого достигается повышенная потеря давления в широком диапазоне нагрузки в испарительной секции.The heating section is mounted in the upper part of the body and is equipped at the inlet with an inlet manifold, to which the feed water supply line is connected. At the outlet of the heating section, there is an outlet manifold, which is the inlet manifold of the evaporating section connected after the preheating section, located in the middle of the body. To achieve a stable operating mode of the evaporation section, a throttle device is located at its inlet, made in the form of a throttle at the inlet of each heating pipe, due to which an increased pressure loss is achieved in a wide range of loads in the evaporator section.

В области изгиба испарительной секции предусмотрен уравнивающий давление коллектор в форме относительно тонкой трубы для соединения с отверстием каждой нагревательной трубы испарительной секции. На стороне выхода нагревательные трубы испарительной секции входят в выходной коллектор, который через паропровод подключен к пусковому баллону. Подключение паропровода предусмотрено на стороне пара на головном конце пускового баллона, на котором подключен другой паропровод, соединенный с входным коллектором перегревательной секции, к выходному коллектору которой подключен паропровод для отвода сгенерированного рабочего агента потребителю.A pressure equalizing manifold in the form of a relatively thin tube is provided in the bend area of the evaporating section for connection to the opening of each heating tube of the evaporating section. On the outlet side, the heating pipes of the evaporating section enter the outlet manifold, which is connected to the starting cylinder via a steam line. A steam line connection is provided on the steam side at the head end of the starting cylinder, on which another steam line is connected, connected to the inlet header of the superheating section, to the outlet header of which a steam line is connected to remove the generated working agent to the consumer.

При работе парогенератора, питательная вода подается через линию питательной воды на входной коллектор подогревательной секции, проходя по нагревательным трубам которой подогревается до заданной температуры теплоносителем, пропускаемым через полость корпуса.When the steam generator is operating, feed water is supplied through the feed water line to the inlet header of the heating section, passing through the heating pipes of which it is heated to a predetermined temperature by a coolant passed through the cavity of the body.

С выходного коллектора подогревательной секции подогретая вода поступает через дроссели в нагревательные трубы испарительной секции, дроссели которой обеспечивают практически во всем диапазоне нагрузки повышенную потерю давления в испарительной секции.From the outlet manifold of the heating section, the heated water flows through throttles into the heating pipes of the evaporating section, the throttles of which ensure an increased pressure loss in the evaporating section practically in the entire load range.

Полученный в испарительной секции пар на выходе в выходном коллекторе и в подключенном к нему паропроводе в каждой рабочей точке является слегка перегретым. Таким образом, в перегревательную секцию не могут попадать никакие капли воды. За счет этого надежно исключаются повреждения на поверхностях нагрева перегревательной секции вследствие недопустимых температурных градиентов. Произведенный в испарительной секции пар поступает непосредственно в перегревательную секцию для дальнейшего перегрева и оттуда в перегретом состоянии в качестве рабочего агента - главного пара или свежего пара направляется потребителю.The steam obtained in the evaporator section at the outlet in the outlet header and in the steam line connected to it is slightly overheated at each operating point. Thus, no water droplets can enter the superheating section. This reliably prevents damage on the heating surfaces of the superheating section due to unacceptable temperature gradients. The steam produced in the evaporation section is fed directly to the superheating section for further superheating and from there in the superheated state as a working agent - main steam or live steam is sent to the consumer.

(см. патент РФ №2193726, кл. F22B 1/18, 2002).(see RF patent No. 2193726, class F22B 1/18, 2002).

В результате анализа известного парогенератора необходимо отметить, что его конструкция обеспечивает получение пара в критическом или сверхкритическом диапазоне с обеспечением стабильного гидродинамического режима работы во всех областях нагрузок.As a result of the analysis of the known steam generator, it should be noted that its design provides for the production of steam in the critical or supercritical range with the provision of a stable hydrodynamic mode of operation in all areas of loads.

Однако относительное расположение в полости корпуса секций сверху вниз (подогревательная - испарительная - перегревательная) не позволяет обеспечить надежную работу данного парогенератора вследствие высокой вероятности перегрева нижних труб перегревательной секции, что не позволяет получать рабочий агент высокой температуры (выше 600°С). Наличие дополнительных элементов (дросселей, соединительных трубок и пр.) также снижает надежность работы данного оборудования.However, the relative location of the sections from top to bottom in the cavity of the casing (heating - evaporation - superheating) does not allow the reliable operation of this steam generator due to the high probability of overheating of the lower pipes of the superheating section, which does not allow obtaining a working agent of high temperature (above 600 ° C). The presence of additional elements (chokes, connecting pipes, etc.) also reduces the reliability of this equipment.

Известен модуль генерации ультра-сверхкритического рабочего агента, содержащий корпус, в котором смонтированы соединенные друг с другом посредством коллекторов генерирующие рабочий агент секции, образующие пароводяной контур, а именно, первая секция нагревателя, вторая секция нагревателя и перегревательная секция, каждая из которых выполнена в виде пакета нагревательных теплообменных труб, причем первая секция нагревателя оснащена входным коллектором, имеющим возможность соединения с линией подачи питательной воды, а перегревательная секция оснащена выходным коллектором, имеющим возможность соединения с потребителем сгенерированного ультра-сверхкритического рабочего агента. Модуль оснащен блоком выработки теплоносителя, расположенным в нижней части корпуса, первая секция нагревателя расположена в верхней части корпуса, перегревательная секция - в средней, а вторая секция нагревателя - в нижней части корпуса, причем выход первой секции нагревателя посредством соединительного коллектора связан с входом второй секции нагревателя, выход которой посредством соединительного коллектора связан с входом перегревательной секции.Known is a module for generating an ultra-supercritical working agent, containing a housing in which are mounted sections connected to each other by means of collectors that form a steam-water circuit, namely, the first section of the heater, the second section of the heater and the superheating section, each of which is made in the form package of heating heat exchange tubes, the first section of the heater is equipped with an inlet manifold that can be connected to the feed water supply line, and the superheating section is equipped with an outlet manifold that can be connected to the consumer of the generated ultra-supercritical working agent. The module is equipped with a heat carrier generation unit located in the lower part of the body, the first heater section is located in the upper part of the body, the superheating section is in the middle part, and the second heater section is in the lower part of the body, and the outlet of the first heater section is connected to the inlet of the second section by means of a connecting manifold heater, the outlet of which is connected by means of a connecting manifold to the inlet of the superheating section.

(см. патент РФ на полезную модель №189433, кл. Е21В 43/24, 2019) - наиболее близкий аналог.(see RF patent for utility model No. 189433, class E21B 43/24, 2019) - the closest analogue.

В результате анализа выполнения известного модуля необходимо отметить, что он, в отличие от приведенных выше устройств, обеспечивает генерацию ультра-сверхкритического рабочего агента. Однако использование в конструкции модуля для генерации рабочего агента только одного теплоносителя в виде топочных газов, который обладает низкой теплоотдачей (теплоотдача топочных газов, как правило, не превышает 50 Вт/м2*К) приводит в значительным временным затратам в процессе разогрева рабочего агента до температуры от 600 до 800°С в модуле генерации ультра-сверхкритического рабочего агента. Кроме того, для достижения такой температуры нагрева рабочего агента, необходимо значительно увеличить площадь теплообменной поверхности, то есть, использовать в перегревательной секции нагревательные трубы значительной длины и в большем количестве, что значительно увеличивает массогабаритные характеристики модуля.As a result of the analysis of the performance of the known module, it should be noted that, in contrast to the above devices, it provides the generation of an ultra-supercritical working agent. However, the use of the module structure to generate the working agent only one heat medium in the form of flue gas, which has a low emissivity (heat transfer of the flue gases, usually not more than 50 W / m 2 * K) results in a significant time-consuming process of heating the working agent to temperatures from 600 to 800 ° C in the ultra-supercritical working agent generation module. In addition, in order to achieve such a heating temperature of the working agent, it is necessary to significantly increase the area of the heat exchange surface, that is, to use heating pipes of considerable length and in a larger amount in the superheating section, which significantly increases the mass and size characteristics of the module.

Учитывая, что примерно, треть теплообменных труб модуля приходится на теплообменные трубы перегревательной секции, которые выполнены из сплава Инконель-617 или Инконель-740Н, стоимость которых, в зависимости от диаметра, толщины стенки и объема поставки колеблется в пределах от 70 до 130 тысяч долларов США за тонну, стоимость изготовления известного модуля весьма велика.Considering that approximately one third of the heat exchange tubes of the module are the heat exchange tubes of the superheating section, which are made of Inconel-617 or Inconel-740N alloy, the cost of which, depending on the diameter, wall thickness and scope of supply, ranges from 70 to 130 thousand dollars US per ton, the cost of manufacturing a known module is very high.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение КПД и производительности генератора, а также снижение его массогабаритных характеристик за счет обеспечения более эффективного разогрева перегревательной секции, а также за счет более эффективного использования теплоносителя - топочных газов.The technical result of the present invention is to increase the efficiency and productivity of the generator, as well as to reduce its weight and size characteristics by providing more efficient heating of the superheating section, as well as by more efficient use of the heat carrier - flue gases.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в генераторе ультра-сверхкритического рабочего агента, содержащем первый теплогенерирующий модуль, в нижней части корпуса которого размещено устройство выработки теплоносителя, над которым в полости корпуса размещены первая, вторая и третья нагревательные секции, первая нагревательная секция размещена в верхней части корпуса и оснащена входным коллектором, имеющим возможность соединения с линией подачи питательной воды, вторая нагревательная секция расположена в нижней части корпуса непосредственно над устройством выработки теплоносителя, своим входом соединена с выходом первой секции, а выходом - с входом третьей нагревательной секции, размещенной в полости корпуса между первой и второй секциями, новым является то, что генератор оснащен вторым теплогенерирующим модулем, включающим устройство выработки теплоносителя, расположенное в нижней части корпуса данного модуля, перегревательную секцию, смонтированную в корпусе над устройством выработки теплоносителя герметичную емкость, в которой образован замкнутый циркуляционный канал, заполненный теплогенерирующим агентом, при этом, генератор дополнительно оснащен механизмом циркуляции теплогенерирующего агента, расположенным в циркуляционном канале, в котором также размещена перегревательная секция, ее вход соединен с выходом третьей секции первого теплогенерирующего модуля, а выход имеет возможность соединения с потребителем рабочего агента, при этом корпуса теплогенерирующих модулей могут быть состыкованы друг с другом посредством переходника и образуют единую полость, а в качестве теплогенерирующего агента может быть использован эвтектический сплав металлов или эвтектическая смесь неорганических солей.The specified technical result is provided by the fact that in the generator of the ultra-supercritical working agent containing the first heat-generating module, in the lower part of the body of which there is a device for generating the heat carrier, above which the first, second and third heating sections are located in the cavity of the body, the first heating section is located in the upper part of the body and is equipped with an inlet manifold that can be connected to the feed water supply line, the second heating section is located in the lower part of the body directly above the coolant generation device, its inlet is connected to the outlet of the first section, and the outlet is connected to the inlet of the third heating section located in the cavity housing between the first and second sections, the novelty is that the generator is equipped with a second heat-generating module, which includes a device for generating a heat carrier located in the lower part of the housing of this module, a superheating section mounted in the housing above the device In the process of generating a coolant, a sealed container in which a closed circulation channel is formed, filled with a heat-generating agent, while the generator is additionally equipped with a heat-generating agent circulation mechanism located in the circulation channel, which also contains a superheating section, its inlet is connected to the outlet of the third section of the first heat-generating module , and the outlet has the ability to connect to the consumer of the working agent, while the bodies of the heat-generating modules can be docked with each other through an adapter and form a single cavity, and a eutectic alloy of metals or a eutectic mixture of inorganic salts can be used as a heat-generating agent.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами и таблицами, на которых:The essence of the claimed invention is illustrated by graphic materials and tables, on which:

- на фиг. 1 - схема генератора ультра-сверхкритического рабочего агента;- in Fig. 1 is a schematic diagram of an ultra-supercritical working agent generator;

- таблица №1 - эвтектические смеси неорганических солей;- Table 1 - eutectic mixtures of inorganic salts;

- таблица №2 - эвтектические сплавы металлов.- table number 2 - eutectic metal alloys.

В описании приведенными ниже позициями обозначены следующие конструктивные элементы заявленного генератора.In the description, the following reference numbers designate the following structural elements of the claimed generator.

1. Корпус первого теплогенерирующего модуля.1. The body of the first heat generating module.

2. Магистраль подвода топлива к устройствам выработки теплоносителя первого и второго теплогенерирующих модулей.2. The line for supplying fuel to the devices for generating the coolant of the first and second heat-generating modules.

3. Устройство выработки теплоносителя первого теплогенерирующего модуля.3. Device for generating the coolant of the first heat-generating module.

4. Первая нагревательная секция первого теплогенерирующего модуля.4. The first heating section of the first heat generating module.

5. Входной коллектор первой нагревательной секции первого теплогенерирующего модуля.5. Inlet manifold of the first heating section of the first heat generating module.

6. Вторая нагревательная секция первого теплогенерирующего модуля.6. The second heating section of the first heat generating module.

7. Входной коллектор второй нагревательной секции первого теплогенерирующего модуля.7. Inlet manifold of the second heating section of the first heat generating module.

8. Выходной коллектор второй нагревательной секции первого теплогенерирующего модуля.8. Outlet collector of the second heating section of the first heat generating module.

9. Третья нагревательная секция первого теплогенерирующего модуля.9. The third heating section of the first heat generating module.

10. Выходной коллектор первой нагревательной секции первого теплогенерирующего модуля.10. Outlet header of the first heating section of the first heat generating module.

11. Трубная линия, соединяющая выходной коллектор первой нагревательной секции с входным коллектором второй нагревательной секции.11. Piping line connecting the outlet header of the first heating section to the inlet header of the second heating section.

12. Трубная линия, соединяющая выходной коллектор второй нагревательной секции с входным коллектором третьей нагревательной секции.12. Piping line connecting the outlet header of the second heating section to the inlet header of the third heating section.

13. Входной коллектор третьей нагревательной секции первого теплогенерирующего модуля.13. Inlet manifold of the third heating section of the first heat generating module.

14. Выходной коллектор третьей нагревательной секции первого теплогенерирующего модуля.14. Outlet collector of the third heating section of the first heat generating module.

15. Соединительная муфта.15. Coupling.

16. Входной коллектор нагревательной (перегревательной) секции второго модуля.16. Input manifold of the heating (superheating) section of the second module.

17. Нагревательная (перегревательная) секция второго теплогенерирующего модуля;17. Heating (overheating) section of the second heat-generating module;

18. Корпус второго теплогенерирующего модуля.18. Body of the second heat-generating module.

19. Переходник для стыковки корпусов 1 и 18;19. Adapter for joining bodies 1 and 18;

20. Теплоноситель, генерируемый устройством 3.20. Heat carrier generated by the device 3.

21. Теплоноситель, генерируемый устройством 35.21. Heat carrier generated by the device 35.

22. Теплогенерирующий агент.22. Heat generating agent.

23. Поток теплоносителя, поступающего из полости корпуса 18 в полость корпуса 1.23. The flow of the coolant coming from the cavity of the housing 18 into the cavity of the housing 1.

24. Выходной коллектор нагревательной (перегревательной) секции второго теплогенерирующего модуля.24. Output collector of the heating (superheating) section of the second heat generating module.

25. Герметичная емкость второго теплогенерирующего модуля.25. Sealed tank of the second heat generating module.

26. Часть герметичной емкости.26. Part of a sealed container.

27. Шнек шнекового насоса.27. Auger auger pump.

28. Приводной электродвигатель шнекового насоса.28. Driving motor of the screw pump.

29. Часть герметичной емкости.29. Part of a sealed container.

30. Сгенерированный рабочий агент.30. The generated worker agent.

31. Линия подвода питательной воды.31. Feed water supply line.

32. Канал емкости 25.32. Channel of capacity 25.

33. Канал емкости 25.33. Tank channel 25.

34. Теплогенерирующий агент.34. Heat generating agent.

35. Устройство выработки теплоносителя второго теплогенерирующего модуля.35. Device for generating the coolant of the second heat-generating module.

36. Шнековый насос.36. Screw pump.

37. Отдавшие свое тепло (охлажденные) топочные газы.37. Flue gases that have given up their heat (cooled).

38. Канал для отвода охлажденных топочных газов.38. Channel for removal of cooled flue gases.

Генератор ультра-сверхкритического рабочего агента выполнен в виде двух теплогенерирующих модулей, узлы и агрегаты первого из которых смонтированы в полости корпуса 1, а второго - в полости корпуса 18. Наиболее предпочтительно, чтобы корпуса 1 и 18 были состыкованы друг с другом, например, посредством переходника 19 и образовывали в состыкованном положении единую полость.The generator of the ultra-supercritical working agent is made in the form of two heat-generating modules, the units and assemblies of the first of which are mounted in the cavity of the housing 1, and the second in the cavity of the housing 18. It is most preferable that the housings 1 and 18 be docked with each other, for example, by adapter 19 and formed a single cavity in the docked position.

В нижней части корпуса 1 первого теплогенерирующего модуля смонтировано устройство 3 выработки теплоносителя. Данное устройство может быть выполнено различным известным образом. Так, оно может быть выполнено, например, в виде системы горелок или в виде металловолоконных горелочных элементов (Metal Fiber Burner (MFB). Металловолоконные горелочные элементы имеют горелочную поверхность, материалом которой является термостойкий сплав, например, FeCrAl, способный выдерживать высокую рабочую температуру, имеющий высокую стойкость к окислительным процессам. Характерной чертой данного типа горелок является небольшая высота пламени при работе в режиме «голубого пламени», низкие выбросы NOx, а также возможность гибкого регулирования производительности.In the lower part of the housing 1 of the first heat-generating module, a device 3 for generating a heat carrier is mounted. This device can be made in various known ways. So, it can be made, for example, in the form of a burner system or in the form of metal fiber burners (Metal Fiber Burner (MFB). The metal fiber burners have a burner surface, the material of which is a heat-resistant alloy, for example, FeCrAl, capable of withstanding high operating temperatures, It has a high resistance to oxidation processes.The characteristic feature of this type of burner is a low flame height when operating in the "blue flame" mode, low NO x emissions, as well as the possibility of flexible capacity regulation.

Для компоновки генератора могут быть использованы горелки на основе высокопористого ячеистого материала (ВПЯМ), выполненные из оксида циркония (пенокерамика - CrO2), имеющего температуру плавления 1700°С или из карбамида кремния (пенокерамика - Si 66%+С 34%), имеющего температуру плавления 1500°С.To build the generator can be used burner based on highly porous cellular material (HPCM) made of zirconia (ceramic foam - CrO 2) having a melting point of 1700 ° C or silicon carbamide (ceramic foam - Si 66% + 34%), having melting point 1500 ° C.

Для компоновки генератора также могут быть использованы горелки на основе проволочного проницаемого материала (ППМ) - металлорезины, разработанного в Лаборатории №1 Куйбышевского авиационного института и, производимого компанией ООО «РЕАМ-РТИ» (Россия). Результаты испытаний пластин ППМ показали перспективность их применения в горелочных устройствах благодаря высокой надежности, эффективности и экологичности, которые обеспечиваются особенностями структуры пластин ППМ: (1) упругость тела пластины практически снимает внутренние температурные напряжения как самой пластины, так и горелки в целом, которые свойственны жестким матрицам из-за неравномерного теплового расширения материала; (2) каналы, образованные проволочным материалом пластины, имеют переменное сечение, что способствует микродиффузионным процессам при смешении газа и воздуха и поверхностном горении; (3) возможность организации процесса горения при температурах до 850°С и обеспечения этим высокого ресурса материала горелочного устройства. Для инфракрасных горелочных устройств с горелочными элементами из ППМ могут быть использованы различные газовые топлива, включая природный метан, пропан-бутановые смеси, попутные газы, биогаз. Удельная мощность такого инфракрасного горелочного устройства на метане достигает 100 Вт/см рабочей поверхности горелки, диапазон регулирования мощности от 20 до 100%. КПД горелки от 96 до 98%. Выбросы по СО не более 35 ppm, а по NOx не более 10 ppm.For the layout of the generator can also be used burners based on wire permeable material (PPM) - metal rubber, developed in Laboratory No. 1 of the Kuibyshev Aviation Institute and manufactured by LLC "REAM-RTI" (Russia). The results of testing the PPM plates showed that they are promising for use in burners due to their high reliability, efficiency and environmental friendliness, which are provided by the structural features of the PPM plates: (1) the elasticity of the plate body practically removes the internal temperature stresses of both the plate itself and the burner as a whole, which matrices due to uneven thermal expansion of the material; (2) the channels formed by the wire material of the plate have a variable cross-section, which promotes microdiffusion processes during mixing of gas and air and surface combustion; (3) the possibility of organizing the combustion process at temperatures up to 850 ° C and thereby providing a high resource of the material of the burner. Various gas fuels can be used for infrared burners with PPM burners, including natural methane, propane-butane mixtures, associated gases, biogas. The specific power of such an infrared methane burner reaches 100 W / cm of the working surface of the burner, the power control range is from 20 to 100%. Burner efficiency from 96 to 98%. CO emissions are not more than 35 ppm, and NO x emissions are not more than 10 ppm.

В любом случае устройство 3 выработки теплоносителя выполнено известным для специалистов образом и его конструкция не является предметом патентной охраны.In any case, the device 3 for generating the coolant is made in a manner known to specialists and its structure is not subject to patent protection.

В полости корпуса 1 над устройством 3 размещены нагревательные секции, предназначенные для постепенного нагрева прокачиваемой через них воды при генерации из нее рабочего агента. Каждая такая секция скомпонована в виде одного или нескольких пакетов теплообменных (нагревательных) труб.In the cavity of the housing 1 above the device 3 there are heating sections designed for gradual heating of the water pumped through them when generating a working agent from it. Each such section is configured in the form of one or more packages of heat exchange (heating) pipes.

Первая нагревательная секция 4 первого теплогенерирующего модуля по своему назначению выполняет функцию подогрева питательной воды до определенной рабочей температуры. Она размещена в верхней части корпуса 1, наиболее удаленной от устройства 3 выработки теплоносителя. Секция 4 оснащена на входе входным коллектором 5, имеющим возможность соединения с линией 31 подвода питательной воды, в которой установлен нагнетательный насос (не показан). На выходе данная секция оснащена выходным коллектором 10.The first heating section 4 of the first heat generating module, according to its purpose, performs the function of heating the feed water to a certain operating temperature. It is located in the upper part of the housing 1, which is farthest from the device 3 for generating the coolant. Section 4 is equipped at the inlet with an inlet manifold 5, which can be connected to the feed water supply line 31, in which a pressure pump (not shown) is installed. At the outlet, this section is equipped with an outlet collector 10.

Вторая нагревательная секция 6 по своему назначению выполняет функцию донагрева среды (воды), поступающей из первой секции 4. Данная секция размещена в нижней части корпуса 1 и наиболее приближена к устройству 3 выработки теплоносителя. Секция 6 оснащена на входе входным коллектором 7, а на выходе - выходным коллектором 8.The second heating section 6, by its purpose, performs the function of additional heating of the medium (water) coming from the first section 4. This section is located in the lower part of the housing 1 and is closest to the device 3 for generating the heat carrier. Section 6 is equipped with an inlet collector 7 at the inlet and an outlet collector 8 at the outlet.

Третья нагревательная секция 9 предназначена для генерации поступившего из секции 6 докритического рабочего агента в форме воды, находящейся в до критическом состоянии (Т до 374°С), но максимально приближенной по своим температурным характеристикам к воде, находящейся в сверхкритическом состоянии (Т выше 374°С). Секция 9 размещена в средней части корпуса 1 между двух упомянутых выше секций 4 и 6 и оснащена входным 13 и выходным 14 коллекторами. Выходной коллектор 14 имеет возможность соединения с соединительной муфтой 15.The third heating section 9 is designed to generate the subcritical working agent supplied from section 6 in the form of water in a critical state (T up to 374 ° C), but as close as possible in its temperature characteristics to water in a supercritical state (T above 374 ° FROM). Section 9 is located in the middle part of the housing 1 between the two above-mentioned sections 4 and 6 and is equipped with inlet 13 and outlet 14 collectors. The outlet manifold 14 is capable of being connected to the coupling 15.

Выходной коллектор 10 нагревательной секции 4 трубной линией 11 связан с входным коллектором 7 нагревательной секции 6, выходной коллектор 8 которой трубной линией 12 связан с входным коллектором 13 третьей нагревательной секции 9. Нетрудно заметить, что теплообменные трубы секций 4, 6, 9 образуют при их соединении посредством коллекторов единый тракт - пароводяной контур для прокачки генерируемого в них рабочего агента.The outlet manifold 10 of the heating section 4 by a pipe line 11 is connected to the inlet manifold 7 of the heating section 6, the outlet manifold 8 of which is connected by a pipe line 12 to the inlet manifold 13 of the third heating section 9. It is easy to see that the heat exchange tubes of the sections 4, 6, 9 form when connected by means of collectors a single path - a steam-water circuit for pumping the working agent generated in them.

Расположение второй нагревательной секции 6 в нижней части корпуса 1 (вблизи устройства 3 выработки теплоносителя), а третьей нагревательной секции 9 - в средней части корпуса позволяет исключить, перегрев нагревательных теплообменных труб третьей секции 9 и обеспечить продолжительную безопасную ее работу в режиме генерации рабочего агента в виде докритической воды по температуре, максимально приближенной к рабочему агенту в виде сверхкритической воды.The location of the second heating section 6 in the lower part of the housing 1 (near the device 3 for generating the heat carrier), and the third heating section 9 in the middle part of the housing makes it possible to exclude overheating of the heating heat exchange tubes of the third section 9 and to ensure its long-term safe operation in the mode of generating a working agent in the form of subcritical water at a temperature as close as possible to the working agent in the form of supercritical water.

Второй теплогенерирующий модуль состоит из корпуса 18, в нижней части которого размещено устройство 35 выработки теплоносителя 21. Данное устройство может быть выполнено известным образом, в частности, аналогично выполнению устройства 3 первого теплогенерирующего модуля.The second heat-generating module consists of a housing 18, in the lower part of which a device 35 for generating the heat-transfer medium 21 is placed. This device can be made in a known manner, in particular, similar to the configuration of the device 3 of the first heat-generating module.

К устройствам 3 и 35 подсоединена магистраль 2 подвода топлива.A fuel supply line 2 is connected to devices 3 and 35.

В полости корпуса 18, над устройством 35 выработки теплоносителя смонтирована герметичная емкость 25.In the cavity of the housing 18, above the device 35 for generating the coolant, a sealed container 25 is mounted.

Конструктивно емкость 25 может быть выполнена в виде трубы, имеющей различную форму в поперечном сечении, с закрытыми фланцами (позициями не обозначены) ее торцами.Structurally, the container 25 can be made in the form of a pipe having a different shape in cross-section, with closed flanges (positions not indicated) by its ends.

В полости емкости 25 образован единый замкнутый циркуляционный канал для циркуляции помещенного в него теплогенерирующего агента 22.A single closed circulation channel is formed in the cavity of the container 25 for circulation of the heat-generating agent 22 placed in it.

Канал может быть образован различным образом, например, посредством установленной в емкости продольной перегородки (позицией не обозначена), которая не касается фланцев и образует с внутренней поверхностью емкости каналы 32 (нижний) и 33 (верхний). Каналы 32 и 33, а также сообщенные с каналами приторцевые участки емкости между фланцами емкости и концами перегородки, образуют единый замкнутый циркуляционный канал (конфигурация циркуляционного канала соответствует форме замкнутого контура стрелок, показывающих на фиг. циркуляцию теплогенерирующего агента 22).The channel can be formed in various ways, for example, by means of a longitudinal partition (not indicated by the position) installed in the container, which does not touch the flanges and forms channels 32 (lower) and 33 (upper) with the inner surface of the container. Channels 32 and 33, as well as the end portions of the container connected with the channels between the container flanges and the ends of the partition, form a single closed circulation channel (the configuration of the circulation channel corresponds to the shape of a closed loop of arrows showing the circulation of the heat generating agent 22 in Fig.).

Для облегчения понимания сущности заявленного изобретения емкость 25 условно разделим на части 26 и 29. В части 26 емкости 25, в канале 32, над устройством 35 выработки теплоносителя размещен механизм циркуляции теплогенерирующего агента 22. Данный механизм выполнен известным образом, например, в виде шнека 27 шнекового насоса 36, кинематически связанного с приводным электрическим двигателем 28.To facilitate understanding of the essence of the claimed invention, the container 25 is conditionally divided into parts 26 and 29. In part 26 of the container 25, in the channel 32, above the device 35 for generating the heat carrier, there is a mechanism for circulating the heat-generating agent 22. This mechanism is made in a known manner, for example, in the form of a screw 27 screw pump 36, kinematically connected to the drive electric motor 28.

В части 29 емкости 25, в каналах 32 и 33 размещена нагревательная (перегревательная) секция 17 данного теплогенерирующего модуля, выполненная в виде пакета теплообменных труб.In part 29 of the container 25, in channels 32 and 33, there is a heating (overheating) section 17 of this heat-generating module, made in the form of a package of heat exchange tubes.

Секция 17 теплообменных труб второго теплогенерирующего модуля оснащена выходным коллектором 24, предназначенным для соединения с колонной насосно-компрессорных труб, по которым осуществляется инжектирование сгенерированного рабочего агента 30 в подпакерный объем скважины (не показана).The section 17 of the heat exchange tubes of the second heat generating module is equipped with an outlet manifold 24 intended for connection with the tubing string, through which the generated working agent 30 is injected into the sub-packer volume of the well (not shown).

Секция 17 второго теплогенерирующего модуля оснащена входным коллектором 16, имеющим возможность сообщения с выходным коллектором 14 секции 9 первого теплогенерирующего модуля посредством соединительной муфты 15.Section 17 of the second heat generating module is equipped with an inlet manifold 16 capable of communicating with the outlet manifold 14 of section 9 of the first heat generating module by means of a coupling 15.

В качестве помещаемого в циркуляционный канал теплогенерирующего агента 22 может быть использован либо один из эвтектических сплавов металлов, преимущественно, свинца (Pb) или висмута, либо одна из эвтектических смесей неорганических солей, которые после их нагрева до температуры плавления, переходят из твердого состояния в жидкое и, таким образом, трансформируются в теплогенерирующий агент 22. Теплогенерирующие агенты, которые могут быть использованы в заявленном изобретении, представлены в широком спектре в таблицах 1 и 2.The heat generating agent 22 placed in the circulation channel can be either one of the eutectic alloys of metals, mainly lead (Pb) or bismuth, or one of the eutectic mixtures of inorganic salts, which, after heating to the melting point, pass from a solid state to a liquid state. and thus transform into heat generating agent 22. Heat generating agents that can be used in the claimed invention are presented in a wide range in Tables 1 and 2.

В качестве эвтектических смесей неорганических солей могут быть использованы, в частности, рецепты эвтектических смесей неорганических солей, известных из патента РФ №2357303 [2] от 29 октября 2007 года (представлены в Таблице 1.). В заявленном генераторе, в частности, может быть использован высокотемпературный теплоноситель для теплонапряженных энергетических установок с тепловой нагрузкой более 1 МВт/м2 и рабочей температурой более 400°С на базе эвтектической смеси неорганических солей, включающей фторид лития LiF, метафосфат натрия NaPO3 и молибдат калия K2Mo2O7 или тетраборат натрия Na2B4O7 при следующем соотношении ингредиентов: в первом составе, мас. %: NaPO3 64-87, Na2B4O7 3-25, LiF 8-15 или во втором варианте, мас. %: NaPO3 25-49, K2Mo2O7 48-72, LiF 3-10. Данный теплоноситель (теплогенерирующий агент) нетоксичен, негорюч, способен существовать в расплавленном состоянии без изменения химического состава при низком давлении собственных паров в широком диапазоне температур от 400 до 1200°С, оставаясь инертным к основным конструкционным материалам на базе сплавов железа.As eutectic mixtures of inorganic salts can be used, in particular, recipes for eutectic mixtures of inorganic salts, known from the RF patent No. 2357303 [2] dated October 29, 2007 (presented in Table 1.). The inventive generator may in particular be used in high temperature heating medium for heat-power plants with a thermal load exceeding 1 MW / m 2 and a working temperature of 400 ° C based on eutectic mixtures of inorganic salts, including fluoride LiF lithium, sodium metaphosphate NaPO 3 and molybdate potassium K 2 Mo 2 O 7 or sodium tetraborate Na 2 B 4 O 7 with the following ratio of ingredients: in the first composition, wt. %: NaPO 3 64-87, Na 2 B 4 O 7 3-25, LiF 8-15 or in the second variant, wt. %: NaPO 3 25-49, K 2 Mo 2 O 7 48-72, LiF 3-10. This coolant (heat-generating agent) is non-toxic, non-flammable, capable of existing in a molten state without changing the chemical composition at a low vapor pressure in a wide temperature range from 400 to 1200 ° C, remaining inert to the main structural materials based on iron alloys.

В заявленном изобретении, наиболее целесообразно использовать эвтектические смеси неорганических солей в силу их более выгодных технических характеристик и, в частности, более низкой плотности по сравнению с плотностями эвтектических сплавов металлов (менее энергозатратен процесс перекачки теплоносителя).In the claimed invention, it is most expedient to use eutectic mixtures of inorganic salts due to their more favorable technical characteristics and, in particular, lower density compared to the densities of eutectic metal alloys (the process of pumping the coolant is less energy-consuming).

Использование в заявленном изобретении в качестве теплогенерирующего агента 22 эвтектических сплавов металлов, преимущественно, свинца (Pb) и висмута (Bi) в жидком (расплавленном) состоянии, либо эвтектических смесей неорганических солей также, находящихся в жидком (расплавленном) состоянии, обладающих значительно более высокой теплоотдачей по сравнению с топочными газами (от 232 (эвтектические смеси неорганических солей) до 1163 (эвтектические сплавы металлов) Вт/м2*К), позволяет: (1) существенно уменьшить суммарную наружную площадь теплообменных труб перегревательной секции 17 (их длину); (2) использовать теплообменные трубы, изготовленные из менее теплостойких сплавов, но со стенками большей толщины. Данные сплавы имеют, кроме того, невысокую стоимость.The use in the claimed invention as a heat generating agent 22 eutectic alloys of metals, mainly lead (Pb) and bismuth (Bi) in a liquid (molten) state, or eutectic mixtures of inorganic salts also in a liquid (molten) state, having a significantly higher heat transfer in comparison with flue gases (from 232 (eutectic mixtures of inorganic salts) to 1163 (eutectic metal alloys) W / m 2 * K), allows: (1) to significantly reduce the total outer area of the heat exchange tubes of the superheating section 17 (their length); (2) use heat exchange tubes made of less heat-resistant alloys, but with thicker walls. In addition, these alloys have a low cost.

Весьма также существенно, что теплообменные трубы перегревательной секции второго теплогенерирующего модуля со всех сторон обтекаются теплогенерирующим агентом 22 (полностью погружены в него). Это позволяет значительно сократить время нагрева рабочего агента в теплообменных трубах данной секции до заданных параметров, а также повысить КПД генератора за счет значительного улучшения условий теплообмена при передаче тепла от теплогенерирующего агента 22 генерируемому рабочему агенту.It is also very important that the heat-exchange tubes of the superheating section of the second heat-generating module are flown around from all sides by the heat-generating agent 22 (completely immersed in it). This makes it possible to significantly reduce the heating time of the working agent in the heat exchange tubes of this section to the specified parameters, as well as to increase the efficiency of the generator due to a significant improvement in heat transfer conditions when transferring heat from the heat generating agent 22 to the generated working agent.

Теплообменные трубы перегревательной секции 17 второго теплогенерирующего модуля предпочтительно выполнять из хромоникелевых сплавов, например, из сплава SANICRO 25 или его аналогов, которые, кроме относительно невысокой стоимости, обладают значительной прочностью и могут быть использованы в высокотемпературной агрессивной среде высокого давления. Возможно также использование и иных сплавов, например, INCONEL-617 или INCONEL-740H.The heat exchange tubes of the superheating section 17 of the second heat generating module are preferably made of chromium-nickel alloys, for example, from the SANICRO 25 alloy or its analogs, which, in addition to their relatively low cost, have significant strength and can be used in a high-temperature aggressive high-pressure environment. It is also possible to use other alloys, for example, INCONEL-617 or INCONEL-740H.

Теплообменные трубы нагревательных секций 4, 6 и 9 первого модуля могут быть выполнены из материала DIN 1.4903 (Р91), причем теплообменные трубы нагревательной секции 4 целесообразно покрывать высокопористым ячеистым материалом (ВПЯМ) из меди, так как медь имеет один из лучших коэффициентов теплопроводности (389,6 Вт/(м*К) среди металлов. Наличие ВПЯМ вокруг нагревательных труб нагревательной секции 4 повышает эффективность теплопередачи от теплоносителя к генерируемому рабочему агенту. Из современного уровня техники известно, что использование ВПЯМ для повышения эффективности теплопередачи более эффективно по сравнению с традиционно используемым для достижения этой же цели оребрением.The heat exchange tubes of the heating sections 4, 6 and 9 of the first module can be made of material DIN 1.4903 (P91), and it is advisable to cover the heat exchange tubes of the heating section 4 with a highly porous cellular material (HPCM) made of copper, since copper has one of the best thermal conductivity coefficients (389 , 6 W / (m * K) among metals. The presence of HPCM around the heating pipes of the heating section 4 increases the efficiency of heat transfer from the coolant to the generated working agent. It is known from the state of the art that the use of HPCM to increase the efficiency of heat transfer is more efficient than the traditionally used to achieve the same goal by ribbing.

Наиболее целесообразно, чтобы нагревательная секция 4 имела шахматное расположение теплообменных труб, а нагревательные секции 6 и 9 - коридорное (параллельное в вертикальной и горизонтальной плоскостях) расположение теплообменных труб.Most expediently, the heating section 4 has a staggered arrangement of the heat exchange tubes, and the heating sections 6 and 9 have a corridor (parallel in the vertical and horizontal planes) arrangement of the heat exchange tubes.

Такое относительное расположение нагревательных труб секций друг относительно друга позволяет не допустить перегрева нижних нагревательных труб, так как наивысшая температура среды достигается в средней секции 9, а не в нижней 6. Вторая секция нагревателя 6 (нижняя) воспринимает наивысшую температуру топочных газов, однако, параметры среды в данной секции позволяют эффективно воспринять данное количество тепла, без риска перегрева труб, так как средняя температура среды в данной секции на 100°С ниже средней температуры в секции 9.Such a relative arrangement of the heating pipes of the sections relative to each other prevents overheating of the lower heating pipes, since the highest medium temperature is reached in the middle section 9, and not in the lower 6. The second heater section 6 (lower) perceives the highest temperature of the flue gases, however, the parameters The media in this section allow to effectively absorb the given amount of heat, without the risk of overheating of the pipes, since the average temperature of the medium in this section is 100 ° C lower than the average temperature in section 9.

Для уменьшения тепловых потерь генерируемых в полости корпусов 1 и 18 теплоносителей, целесообразно теплоизолировать корпуса 1 и 18, как снаружи, так и изнутри.To reduce the heat losses generated in the cavity of the bodies 1 and 18 of the heat carriers, it is advisable to insulate the bodies 1 and 18, both from the outside and from the inside.

Для теплоизолирования снаружи, в частности, может быть использовано теплоизоляционное покрытие MICROTHERM, обладающее при нагреве до 800°С, теплопроводностью, равной 0,039 Вт/(м*К), а при 400°С - 0,026 Вт/(м*К).For thermal insulation from the outside, in particular, the MICROTHERM thermal insulation coating can be used, which, when heated to 800 ° C, has a thermal conductivity of 0.039 W / (m * K), and at 400 ° C - 0.026 W / (m * K).

Теплоизолирование изнутри осуществляют монтажом теплоизоляционного материала, стойкого к газовой коррозии. Конструкция внутренней теплоизоляции может быть однослойной или многослойной. Такие материалы и технологии их монтажа известны специалистам, и они не являются предметом патентной охраны настоящей заявки.Thermal insulation from the inside is carried out by installing a heat-insulating material resistant to gas corrosion. The construction of internal thermal insulation can be single-layer or multi-layer. Such materials and techniques for their installation are known to specialists, and they are not the subject of patent protection of this application.

Для обеспечения функционирования генератора ультра-сверхкритического рабочего агента используется наземное оборудование, а именно: установка подготовки питательной воды, используемой для получения рабочего агента; установка приготовления топлива; блок очистки продуктов газообразных теплоносителей; насосно-компрессорное оборудование и пр. Данное оборудование является стандартным и используется по прямому назначению.To ensure the functioning of the generator of the ultra-supercritical working agent, ground-based equipment is used, namely: an installation for the preparation of feed water used to obtain a working agent; fuel preparation unit; unit for purification of gaseous heat carrier products; pumping and compressor equipment, etc. This equipment is standard and is used for its intended purpose.

Генератор ультра-сверхкритического рабочего агента работает следующим образом.An ultra-supercritical working agent generator works as follows.

Для работы генератора входной коллектор 5 первой нагревательной секции 4 первого теплогенерирующего модуля соединяют с линией 31 подвода подготовленной теплой (до 60°С) воды, а выходной коллектор 14 третьей секции 9 посредством соединительной муфты 15 соединяют с входным коллектором 16 перегревательной секции 17 второго теплогенерирующего модуля. Выходной коллектор 24 перегревательной секции 17 соединяют посредством трубопровода (не показан) с опущенной в скважину колонной насосно-компрессорных труб (не показаны), к устройствам 3 и 35 подсоединяют магистраль 2 подвода топлива, в циркуляционный канал емкости 25 загружают теплогенерирующий агент 22. Генератор готов к работе.To operate the generator, the input collector 5 of the first heating section 4 of the first heat-generating module is connected to the supply line 31 of the prepared warm (up to 60 ° C) water, and the output collector 14 of the third section 9 is connected by means of the coupling 15 to the input collector 16 of the superheating section 17 of the second heat-generating module ... The outlet manifold 24 of the superheating section 17 is connected by means of a pipeline (not shown) with a tubing string (not shown) lowered into the well, the fuel supply line 2 is connected to the devices 3 and 35, the heat generating agent 22 is loaded into the circulation channel of the container 25. The generator is ready to work.

Включают нагнетательный насос линии 31, в результате чего вода поступает в нагревательную секцию 4.The injection pump of line 31 is turned on, as a result of which water enters the heating section 4.

После достижения необходимого конечного рабочего давления питательной воды (Р до 60 МПа), включают в работу устройство 3 выработки теплоносителя, которое генерирует теплоноситель 20 (в форме топочных газов), перемещающийся в полости корпуса 1 снизу в его верхнюю часть, обтекая теплообменные трубы нагревательных секций 4, 6, 9 первого теплогенерирующего модуля, отдавая им свое тепло.After reaching the required final operating pressure of the feed water (P up to 60 MPa), the device 3 for generating the heat carrier is switched on, which generates the heat carrier 20 (in the form of flue gases), moving in the cavity of the housing 1 from the bottom to its upper part, flowing around the heat exchange tubes of the heating sections 4, 6, 9 of the first heat-generating module, giving them their heat.

Протекая по теплообменным трубам первой нагревательной секции 4, вода постепенно разогревается до температуры 180°С и через выходной коллектор 10 по линии 11 поступает на входной коллектор 7 второй нагревательной секции 6, в которой она разогревается до температуры 250°С. Далее нагреваемая вода через выходной коллектор 8 данной секции, линию 12 и входной коллектор 13 поступает в третью секции 9, в которой она разогревается до температуры 370°С (при Р до 60 МПа), после чего, находясь в докритическом состоянии, но максимально приближенном к критическому состоянию, вода поступает через выходной коллектор 14 третьей нагревательной секции 9 и входной коллектор 16 - в перегревательную секцию 17 второго теплогенерирующего модуля.Flowing through the heat exchange tubes of the first heating section 4, the water gradually heats up to a temperature of 180 ° C and through the outlet manifold 10 through line 11 it enters the inlet manifold 7 of the second heating section 6, in which it is heated to a temperature of 250 ° C. Further, the heated water through the outlet manifold 8 of this section, line 12 and the inlet manifold 13 enters the third section 9, in which it is heated to a temperature of 370 ° C (at P up to 60 MPa), after which, being in a subcritical state, but as close as possible to a critical state, water enters through the outlet manifold 14 of the third heating section 9 and the inlet manifold 16 into the superheating section 17 of the second heat generating module.

Нетрудно заметить, что работа первого теплогенерирующего модуля во многом схожа с работой модуля, принятого в качестве наиболее близкого аналога.It is easy to see that the operation of the first heat-generating module is in many respects similar to the operation of the module adopted as the closest analogue.

Одновременно с включением в работу устройства 3 выработки теплоносителя 20 включают в работу устройство 35 выработки теплоносителя 21 (топочных газов), который, обтекая емкость 25, постепенно разогревает теплогенерирующий агент 22 за счет передачи ему тепла от теплоносителя 21.Simultaneously with the activation of the device 3 for generating the heat carrier 20, the device 35 for generating the heat carrier 21 (flue gases) is switched on, which, flowing around the container 25, gradually heats the heat generating agent 22 by transferring heat to it from the heat carrier 21.

Теплогенерирующий агент 22 в результате такого разогрева постепенно переходит из твердого состояния в жидкое (расплавленное) состояние и, как только его температура достигает заданного значения, в работу включается шнековый насос 36, который при помощи электродвигателя с приводом 28 шнеком 27 начинает прокачивать теплогенерирующий агент 22 по циркуляционному каналу. Температура разогретого теплогенерирующего агента составляет не менее 651°С.The heat-generating agent 22, as a result of such heating, gradually passes from a solid state to a liquid (molten) state and, as soon as its temperature reaches a predetermined value, a screw pump 36 is switched on, which, using an electric motor with a drive 28 by a screw 27, begins to pump the heat-generating agent 22 along circulation channel. The temperature of the heated heat-generating agent is at least 651 ° C.

Циркулируя по каналу, разогретый теплогенерирующий агент 22 передает часть тепла через теплообменные трубы перегревательной секции 17, протекающей по ним воде, которая, перед поступлением в выходной коллектор 24, разогревается до максимальной температуры 650°С при Р до 60 МПа и, таким образом, трансформируется в рабочий агент 30 - ультра-сверхкритическую воду со следующими основными характеристиками: плотность - 178,86 кг/м3; энтальпия - 3366,7 кДж/кг.Circulating through the channel, the heated heat generating agent 22 transfers part of the heat through the heat exchange tubes of the superheating section 17 to the water flowing through them, which, before entering the outlet manifold 24, heats up to a maximum temperature of 650 ° C at P up to 60 MPa and, thus, transforms in working agent 30 - ultra-supercritical water with the following basic characteristics: density - 178.86 kg / m 3 ; enthalpy - 3366.7 kJ / kg.

Далее рабочий агент 30 подается в колонну насосно-компрессорных труб, по которой инжектируется в подпакерный объем скважины (не показана).Further, the working agent 30 is fed into the tubing string, through which it is injected into the sub-packer volume of the well (not shown).

В процессе работы генератора разогретый теплогенерирующий агент 22, отдав часть тепла, перегревательной секции 17, трансформируется в охлажденный теплогенерирующий агент 34, который далее по каналу 33 поступает для донагрева в зону действия устройства 35.During the operation of the generator, the heated heat-generating agent 22, having given up part of the heat to the superheating section 17, is transformed into a cooled heat-generating agent 34, which then flows through channel 33 for additional heating into the zone of operation of the device 35.

Одновременно теплоноситель 21, отдав часть своего тепла теплогенерирующему агенту 22, трансформируется в охлажденный теплоноситель 23, который через переходник 19 поступает в полость корпуса 1, где отдает часть тепла нагревательной секции 4 первого теплогенерирующего модуля, что также позволяет повысить КПД генератора.At the same time, the heat carrier 21, having given part of its heat to the heat generating agent 22, is transformed into a cooled heat carrier 23, which, through the adapter 19, enters the cavity of the housing 1, where it gives off part of the heat of the heating section 4 of the first heat generating module, which also makes it possible to increase the generator efficiency.

Охлажденные топочные газы 37, максимально отдав тепло, и, имеющие температуру не более 150°С, удаляются из полости корпуса 1 через канал 38.Cooled flue gases 37, giving off heat as much as possible, and having a temperature of not more than 150 ° C, are removed from the cavity of the housing 1 through channel 38.

Для получения ультра-сверхкритического рабочего агента могут быть одновременно использованы генераторы, которые имеют несколько теплогенерирующих модулей, скомпонованных между собой параллельно, что позволяет создавать наземные генераторы рабочего агента высокой тепловой мощности.To obtain an ultra-supercritical working agent, generators can be used simultaneously, which have several heat-generating modules arranged in parallel, which makes it possible to create ground-based generators of a working agent of high thermal power.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Источники информацииSources of information

1: Сверхкритические и супер-сверхкритические параметры в электроэнергетике. Интервью Rana Bose журналу Velan View. Мир арматуры. 4 (79) 2012;1: Supercritical and super-supercritical parameters in the power industry. Rana Bose interview with Velan View magazine. The world of fittings. 4 (79) 2012;

[2] Патент РФ RU 2357303(13) С1, 29.10.2007. Высокотемпературный теплоноситель (варианты).[2] RF Patent RU 2357303 (13) C1, October 29, 2007. High temperature coolant (options).

Claims (4)

1. Генератор ультра-сверхкритического рабочего агента, содержащий первый теплогенерирующий модуль, в нижней части корпуса которого размещено устройство выработки теплоносителя, над которым в полости корпуса размещены первая, вторая и третья нагревательные секции, первая нагревательная секция размещена в верхней части корпуса и оснащена входным коллектором, имеющим возможность соединения с линией подачи питательной воды, вторая нагревательная секция расположена в нижней части корпуса непосредственно над устройством выработки теплоносителя, своим входом соединена с выходом первой секции, а выходом - с входом третьей нагревательной секции, размещенной в полости корпуса между первой и второй секциями, отличающийся тем, что генератор оснащен вторым теплогенерирующим модулем, включающим устройство выработки теплоносителя, расположенное в нижней части корпуса данного модуля, перегревательную секцию, смонтированную в корпусе над устройством выработки теплоносителя герметичную емкость, в которой образован замкнутый циркуляционный канал, заполненный теплогенерирующим агентом, при этом генератор дополнительно оснащен механизмом циркуляции теплогенерирующего агента, расположенным в циркуляционном канале, в котором также размещена перегревательная секция, ее вход соединен с выходом третьей секции первого теплогенерирующего модуля, а выход имеет возможность соединения с потребителем рабочего агента.1. A generator of an ultra-supercritical working agent containing a first heat-generating module, in the lower part of the body of which there is a device for generating a heat carrier, above which the first, second and third heating sections are located in the cavity of the body, the first heating section is located in the upper part of the body and is equipped with an inlet manifold , having the ability to connect to the feed water supply line, the second heating section is located in the lower part of the housing directly above the device for generating the coolant, its input is connected to the outlet of the first section, and the output is connected to the inlet of the third heating section located in the cavity of the housing between the first and second sections characterized in that the generator is equipped with a second heat-generating module, which includes a heat-transfer agent generation device located in the lower part of the housing of this module, a superheating section mounted in the housing above the heat-transfer agent generation device, a sealed container in which a closed circulation channel is formed, filled with a heat generating agent, while the generator is additionally equipped with a heat generating agent circulation mechanism located in the circulation channel, in which the superheating section is also located, its inlet is connected to the outlet of the third section of the first heat generating module, and the outlet can be connected to the consumer working agent. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что корпусы теплогенерирующих модулей состыкованы друг с другом посредством переходника и образуют единую полость.2. The generator according to claim 1, characterized in that the bodies of the heat-generating modules are docked with each other by means of an adapter and form a single cavity. 3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве теплогенерирующего агента использован эвтектический сплав металлов.3. The generator according to claim 1, characterized in that a eutectic alloy of metals is used as a heat-generating agent. 4. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве теплогенерирующего агента использована эвтектическая смесь неорганических солей.4. The generator according to claim 1, characterized in that a eutectic mixture of inorganic salts is used as a heat-generating agent.
RU2019130319A 2019-09-26 2019-09-26 Ultra-supercritical working agent generator RU2726702C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130319A RU2726702C1 (en) 2019-09-26 2019-09-26 Ultra-supercritical working agent generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130319A RU2726702C1 (en) 2019-09-26 2019-09-26 Ultra-supercritical working agent generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2726702C1 true RU2726702C1 (en) 2020-07-15

Family

ID=71616848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019130319A RU2726702C1 (en) 2019-09-26 2019-09-26 Ultra-supercritical working agent generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2726702C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU42084A1 (en) * 1933-06-14 1935-03-31 М.С. Горфинкель Device to control superheat temperature by mixing saturated and superheated steam
RU2193726C2 (en) * 1997-06-30 2002-11-27 Сименс Акциенгезелльшафт Waste heat-powered steam generator
EP2459931A1 (en) * 2009-07-28 2012-06-06 Itea S.P.A. Steam generator
RU2574085C1 (en) * 2014-10-21 2016-02-10 Владимир Георгиевич Кирячёк Viscous oil development method and device for its implementation (versions)
CN206347547U (en) * 2016-11-29 2017-07-21 武汉都市环保工程技术股份有限公司 The subcritical electricity generation system of the super superhigh temperature of low-heat value gas
RU2653869C1 (en) * 2017-07-06 2018-05-15 Владимир Георгиевич Кирячек Device for generating ultra super critical working fluid

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU42084A1 (en) * 1933-06-14 1935-03-31 М.С. Горфинкель Device to control superheat temperature by mixing saturated and superheated steam
RU2193726C2 (en) * 1997-06-30 2002-11-27 Сименс Акциенгезелльшафт Waste heat-powered steam generator
EP2459931A1 (en) * 2009-07-28 2012-06-06 Itea S.P.A. Steam generator
RU2574085C1 (en) * 2014-10-21 2016-02-10 Владимир Георгиевич Кирячёк Viscous oil development method and device for its implementation (versions)
CN206347547U (en) * 2016-11-29 2017-07-21 武汉都市环保工程技术股份有限公司 The subcritical electricity generation system of the super superhigh temperature of low-heat value gas
RU2653869C1 (en) * 2017-07-06 2018-05-15 Владимир Георгиевич Кирячек Device for generating ultra super critical working fluid

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ФИЛЕНК0 Д.Г. и др. Cверхкритическая флюидная технология в нефтепереработке и нефтехимии. Вести газовой науки, журнал, 2011, с.82-92. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109059318B (en) Spray type packed bed heat storage system and operation method thereof
JP5331000B2 (en) On-site heat treatment using a closed loop heating system.
JP5922577B2 (en) Energy system for residential facilities support
JP2012514175A (en) Fuel preheating system
CA2894077A1 (en) Boiler system comprising an integrated economizer
RU2726702C1 (en) Ultra-supercritical working agent generator
JP2017067316A (en) Heat recovery method and heat recovery device
CN207555989U (en) A kind of output deep fat and the heating plant of hot water or steam
RU2622143C1 (en) Method of use of organic rankine cycle plant for providing objects of crude oil treating plant with heat energy
RU2532811C2 (en) DEVICE FOR HCl (HYDROGEN CHLORIDE) SYNTHESIS WITH STEAM PRODUCTION
CN112344372A (en) Design method of carbon dioxide-hydrocarbon fuel circulating cooling system
CA2934872C (en) High temperature fluid generator
CN207304411U (en) Using the marine main engine waste gas heat utilization temperature difference electricity generation device of conduction oil structure
RU2640307C1 (en) Heater of liquid and gaseous media
CN115288954A (en) Light coal complementary steam turbine system and power generation system with energy gradient utilization function
KR102035891B1 (en) Supercritical Carbon Dioxide Power Generation System and Ship having the same
RU189433U1 (en) GENERATION MODULE OF ULTRASVERCHITTING WORKING AGENT
CN202494221U (en) Marine combined type organic heat carrier furnace
CN112344780A (en) System and method for recycling heat dissipated by coal pile
CS205060B2 (en) Method of and apparatus for cooling splitting gases
CN103216932A (en) Fire tube type gas hot-water boiler
CN101165387A (en) Oil field oil (gas) conveyance heat pipe electric-heating container
CN205480917U (en) Heat pipe type steam boiler
CN204923459U (en) Fire cylinder indirect furnace heating
RU2701008C1 (en) Ultra-supercritical working agent generation module