RU2749081C1 - Кислородно-топливная энергоустановка - Google Patents
Кислородно-топливная энергоустановка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749081C1 RU2749081C1 RU2020138222A RU2020138222A RU2749081C1 RU 2749081 C1 RU2749081 C1 RU 2749081C1 RU 2020138222 A RU2020138222 A RU 2020138222A RU 2020138222 A RU2020138222 A RU 2020138222A RU 2749081 C1 RU2749081 C1 RU 2749081C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- circuit
- heat exchanger
- outlet
- air
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 19
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 27
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
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 электроэнергетики, может быть использовано при разработке электрических станций с малыми выбросами вредных веществ в атмосферу и направлено на повышение электрического КПД энергоустановки. Кислородно-топливная энергоустановка содержит многоступенчатый компрессор 1, камеру сгорания 2, топливный компрессор 3, воздухоразделительную установку 4, газовую турбину 5, котел-утилизатор 6, который выполнен в виде двух теплообменников - газоводяного двухпоточного теплообменника 7, содержащего горячий газовый контур теплоносителя 8 и холодный водяной контур теплоносителя 9, а также газовоздушного двухпоточного теплообменника 10, содержащего горячий газовый контур теплоносителя 11 и холодный углекислотный контур теплоносителя 12, охладитель-сепаратор 13, многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением 14, паровую турбину 15, конденсатор 16, насос 17, турбодетандер 18, дополнительный конденсатор 19, дополнительный насос 20, первый электрогенератор 21, второй электрогенератор 22, третий электрогенератор 23, при этом вход горячего газового контура теплоносителя 11 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 подсоединен к выходу горячего газового контура теплоносителя 8 газоводяного двухпоточного теплообменника 7, а его выход присоединен к охладителю-сепаратору 13, причем выход холодного углекислотного контура теплоносителя 12 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 соединен с турбодетандером 18, который последовательно соединен с дополнительным конденсатором 19 и дополнительным насосом 20, выход которого соединен с входом холодного углекислотного контура теплоносителя 12 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10, при этом турбодетандер 18 механически соединен с третьим электрогенератором 23. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при разработке электрических станций с малыми выбросами вредных веществ в атмосферу.
Известна энергоустановка, работающая по полузакрытому циклу с кислородным сжиганием топлива (Bolland О., Saether S. New concepts for natural gas fired power plants which simplify the recovery of carbon dioxide //Energy Conversion and Management. - 1992. - T. 33. - №. 5-8. - C. 467-475.), содержащая многоступенчатый компрессор, камеру сгорания, топливный компрессор, воздухоразделительную установку, газовую турбину, котел-утилизатор, охладитель-сепаратор, многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением, паровую турбину, конденсатор, насос, первый и второй электрогенераторы.
Недостатком данного технического решения являются большие потери теплоты в охладителе-сепараторе.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является энергоустановка, работающая по полузакрытому циклу с кислородным сжиганием топлива (Рогалев А.Н., Киндра В.О., Зонов А.С., Рогалев Н.Д. Исследование экологически безопасных энергетических комплексов с кислородным сжиганием топлива // Новое в российской энергетике. - 2019. - 8. - С. 6-25.), содержащая многоступенчатый компрессор, камеру сгорания, топливный компрессор, воздухоразделительную установку, газовую турбину, котел-утилизатор, охладитель-сепаратор, многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением, паровую турбину, конденсатор, насос, первый и второй электрогенераторы.
Недостатком данного технического решения являются большие потери теплоты в охладителе-сепараторе.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в снижении потерь за счет полезной утилизации низкопотенциальной теплоты газов на выходе из котла-утилизатора в дополнительном цикле, работающем на углекислом газе.
Технический результат заключается повышении электрического КПД энергоустановки.
Это достигается тем, что известная кислородно-топливная энергоустановка, содержащая многоступенчатый компрессор, выход которого соединен с входом камеры сгорания, выход которой последовательно соединен с газовой турбиной, котлом-утилизатором, включающим газоводяной двухпоточный теплообменник, содержащий горячий газовый контур теплоносителя и холодный водяной контур теплоносителя, и охладителем-сепаратором, выход которого параллельно соединен с входом многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением и с входом многоступенчатого компрессора, топливный компрессор и воздухоразделительную установку, выходы которых соединены с двумя другими входами камеры сгорания, последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор, насос, выход которого соединен с входом холодного контура теплоносителя газоводяного двухпоточного теплообменника, а его выход соединен с паровой турбиной, идентичные первый и второй электрогенераторы, расположенные на одном валу с газовой и паровой турбинами соответственно, снабжена газовоздушным двухпоточным теплообменником, содержащим собственный горячий газовый контур теплоносителя и холодный углекислотный контур теплоносителя, турбодетандером, дополнительным конденсатором, дополнительным насосом и третьим электрогенератором, при этом вход горячего газового контура теплоносителя газовоздушного двухпоточного теплообменника подсоединен к выходу горячего газового контура теплоносителя газоводяного двухпоточного теплообменника, а его выход присоединен к охладителю-сепаратору, причем выход холодного углекислотного контура теплоносителя газовоздушного двухпоточного теплообменника соединен с турбодетандером, который последовательно соединен с дополнительным конденсатором и дополнительным насосом, выход которого соединен с входом холодного углекислотного контура теплоносителя газовоздушного двухпоточного теплообменника, при этом турбодетандер механически соединен с третьим электрогенератором.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная тепловая схема кислородно-топливной энергоустановки.
Кислородно-топливная энергоустановка содержит многоступенчатый компрессор 1, камеру сгорания 2, топливный компрессор 3, воздухоразделительную установку 4, газовую турбину 5, котел-утилизатор 6, который выполнен в виде двух теплообменников - газоводяного двухпоточного теплообменника 7, содержащего горячий газовый контур теплоносителя 8 и холодный водяной контур теплоносителя 9, а также газовоздушного двухпоточного теплообменника 10, содержащего горячий газовый контур теплоносителя 11 и холодный углекислотный контур теплоносителя 12, охладитель-сепаратор 13, многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением 14, паровую турбину 15, конденсатор 16, насос 17, турбодетандер 18, дополнительный конденсатор 19, дополнительный насос 20, первый электрогенератор 21, второй электрогенератор 22, третий электрогенератор 23. При этом многоступенчатый компрессор 1 расположен на одном валу с газовой турбиной 5, которая имеет механическую связь с первым электрогенератором 21. Паровая турбина 15 имеет механическую связь со вторым электрогенератором 22, а турбодетандер 18 с третьим электрогенератором 23.
Вход многоступенчатого компрессора 1 выполнен с возможностью подачи диоксида углерода, а выход многоступенчатого компрессора 1 соединен с первым входом камеры сгорания 2, со вторым входом камеры сгорания 2 соединен выход топливного компрессора 3, а третий вход камеры сгорания 2 соединен с выходом воздухоразделительной установки 4. Выход камеры сгорания 2 соединен с входом газовой турбины 5, выход которой соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 8 газоводяного двухпоточного теплообменника 7 котла утилизатора 6. Выход горячего газового контура теплоносителя 8 газоводяного двухпоточного теплообменника 7 котла утилизатора 6 соединен с входом горячего газового контура теплоносителя 11 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла утилизатора 6, который в свою очередь соединен с охладителем-сепаратором 13. Первый выход охладителя-сепаратора 13 параллельно соединен с многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением 14 и многоступенчатым компрессором 1. Выход холодного водяного контура теплоносителя 9 газоводяного двухпоточного теплообменника 7 котла утилизатора 6 соединен с входом паровой турбины 15, выход которой соединен с конденсатором 16. Вход насоса 17 соединен с выходом конденсатора 16, а выход насоса 17 с входом холодного водяного контура 9 газоводяного двухпоточного теплообменника 7 котла утилизатора 6. Выход холодного углекислотного контура теплоносителя 12 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла утилизатора 6 соединен с входом в турбодетандер 18, выход которого соединен с дополнительным конденсатором 19. Вход дополнительного насоса 20 соединен с выходом дополнительного конденсатора 19, а выход дополнительного насоса 20 соединен с входом холодного углекислотного контура теплоносителя 12 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла утилизатора 6.
Кислородно-топливная энергоустановка работает следующим образом. На вход многоступенчатого компрессора 1 подается поток рабочей среды, который после сжатия в многоступенчатом компрессоре 1 направляется на первый вход камеры сгорания 2, на второй вход подается природный газ, предварительно сжатый в топливном компрессоре 3, а на третий вход подается кислород, полученный в воздухоразделительной установке 4. После сгорания горячей смеси и выработки полезной работы в газовой турбине 5 выхлопные газы проходят через горячий газовый контур теплоносителя 8 газоводяного двухпоточного теплообменника 7 котла утилизатора 6, где они передают свою теплоту рабочей среде холодного водяного контура теплоносителя 9 газоводяного двухпоточного теплообменника 7 котла-утилизатора 6, после чего поступают на вход в горячий газовый контур теплоносителя 11 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла утилизатора 6, в котором происходит процесс передачи теплоты холодному углекислотному контуру теплоносителя 12 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла утилизатора 6. Затем выхлопные газы попадают в охладитель-сепаратор 13, в котором происходит конденсация водяных паров и их удаление из цикла через второй выход охладителя-сепаратора 13. Образовавшийся в результате сжигания природного газа избыток диоксид углерода сжимается в многоступенчатом компрессоре с промежуточным охлаждением 14 и направляется на захоронение, а оставшаяся рабочая среда снова направляется на вход многоступенчатого компрессора 1. Перегретый пар, выработанный в холодном водяном контуре теплоносителя 9 газоводяного двухпоточного теплообменника 7 котла-утилизатора 6, расширяясь, совершает работу в паровой турбине 15, после чего направляется в конденсатор 16. Образовавшийся конденсат с помощью насоса 17 направляется обратно на вход холодного водяного контура теплоносителя 9 газоводяного двухпоточного теплообменника 7 котла утилизатора 6. Нагретая рабочая среда холодного углекислотного контура теплоносителя 12 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла утилизатора 6 поступает в турбодетандер 18, в котором, расширяясь, совершает полезную работу, после чего направляется в дополнительный конденсатор 19. Образовавшийся конденсат дополнительным насосом 20 подается на вход холодного углекислотного контура теплоносителя 12 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла утилизатора 6. Для охлаждения газовой турбины 5 используется рабочая среда, отобранная из компрессора 1.
Результаты моделирования кислородно-топливной энергоустановки показали, что электрический КПД нетто вырос на 1,25% по сравнению с прототипом при одинаковых термодинамических параметрах цикла - начальная температура цикла 1400°, начальное давление 60 бар, давление на выхлопе газовой турбины 1 бар.
Использование изобретения позволяет повысить электрический КПД кислородно-топливной энергоустановки за счет установки дополнительного газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла утилизатора 6, турбодетандера 18, дополнительного конденсатора 19, дополнительного насоса 20 и третьего электрогенератора 23. В предлагаемой схеме предусматривается полезное использование теплоты уходящих газов после котла-утилизатора 6 в холодном углекислотном контуре теплоносителя 12 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла-утилизатора 6, что позволяет выработать дополнительную энергию в турбодетандере 18 при расширении подогретого углекислого газа.
Claims (1)
- Кислородно-топливная энергоустановка, содержащая многоступенчатый компрессор, выход которого соединен с входом камеры сгорания, выход которой последовательно соединен с газовой турбиной, котлом-утилизатором, включающим газоводяной двухпоточный теплообменник, содержащий горячий газовый контур теплоносителя и холодный водяной контур теплоносителя, и охладителем-сепаратором, выход которого параллельно соединен с входом многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением и с входом многоступенчатого компрессора, топливный компрессор и воздухоразделительную установку, выходы которых соединены с двумя другими входами камеры сгорания, последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор, насос, выход которого соединен с входом холодного контура теплоносителя газоводяного двухпоточного теплообменника, а его выход соединен с паровой турбиной, идентичные первый и второй электрогенераторы, расположенные на одном валу с газовой и паровой турбинами соответственно, отличающаяся тем, что снабжена газовоздушным двухпоточным теплообменником, содержащим собственный горячий газовый контур теплоносителя и холодный углекислотный контур теплоносителя, турбодетандером, дополнительным конденсатором, дополнительным насосом и третьим электрогенератором, при этом вход горячего газового контура теплоносителя газовоздушного двухпоточного теплообменника подсоединен к выходу горячего газового контура теплоносителя газоводяного двухпоточного теплообменника, а его выход присоединен к охладителю-сепаратору, причем выход холодного углекислотного контура теплоносителя газовоздушного двухпоточного теплообменника соединен с турбодетандером, который последовательно соединен с дополнительным конденсатором и дополнительным насосом, выход которого соединен с входом холодного углекислотного контура теплоносителя газовоздушного двухпоточного теплообменника, при этом турбодетандер механически соединен с третьим электрогенератором.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020138222A RU2749081C1 (ru) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | Кислородно-топливная энергоустановка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020138222A RU2749081C1 (ru) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | Кислородно-топливная энергоустановка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2749081C1 true RU2749081C1 (ru) | 2021-06-03 |
Family
ID=76301413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020138222A RU2749081C1 (ru) | 2020-11-23 | 2020-11-23 | Кислородно-топливная энергоустановка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2749081C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2816145C1 (ru) * | 2023-07-06 | 2024-03-26 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Способ подземной газификации угля с производством электроэнергии |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2029119C1 (ru) * | 1988-05-04 | 1995-02-20 | Гришин Александр Николаевич | Газотурбинная установка |
RU159686U1 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" | Тепловая схема тригенерационной мини-тэц |
-
2020
- 2020-11-23 RU RU2020138222A patent/RU2749081C1/ru active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2029119C1 (ru) * | 1988-05-04 | 1995-02-20 | Гришин Александр Николаевич | Газотурбинная установка |
RU159686U1 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" | Тепловая схема тригенерационной мини-тэц |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РОГАЛЕВ А.Н., КИНДРА В.О., ЗОНОВ А.С., РОГАЛЕВ Н.Д. Исследование экологически безопасных энергетических комплексов с кислородным сжиганием топлива // Новое в российской энергетике, 2019, N8, стр. 6-25. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2816145C1 (ru) * | 2023-07-06 | 2024-03-26 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Способ подземной газификации угля с производством электроэнергии |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2012132454A (ja) | ボトミング蒸気サイクルにおいてガスタービン中間冷却器熱を使用するためのシステム及び方法 | |
Ibrahim et al. | Parametric simulation of triple-pressure reheat combined cycle: A case study | |
RU2409746C2 (ru) | Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной | |
RU2749081C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка | |
RU2743480C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка | |
RU2747704C1 (ru) | Когенерационная газотурбинная энергетическая установка | |
RU2775732C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка | |
CN109681325A (zh) | 零碳排放的天然气-超临界co2联合循环发电工艺 | |
RU2611138C1 (ru) | Способ работы парогазовой установки электростанции | |
RU2727274C1 (ru) | Когенерационная газотурбинная энергетическая установка | |
RU126373U1 (ru) | Парогазовая установка | |
RU2769044C1 (ru) | Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором с промежуточным пароперегревателем | |
RU2751420C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка | |
RU2403407C1 (ru) | Парогазовая энергетическая установка | |
JP2002242700A (ja) | ウルトラタービン | |
RU2757404C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка с газификацией угля | |
RU2814174C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка для совместного производства электроэнергии и водорода | |
RU167924U1 (ru) | Бинарная парогазовая установка | |
RU2791066C1 (ru) | Способ работы энергетической газотурбодетандерной установки теплоэлектроцентрали | |
RU2533593C1 (ru) | Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором | |
RU2323345C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции | |
RU2791638C1 (ru) | Газопаровая энергетическая установка | |
CN109630269A (zh) | 零碳排放的天然气-蒸汽联合循环洁净发电工艺 | |
RU2783424C1 (ru) | Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, регенеративным воздухоподогревателем и высоконапорным парогенератором | |
RU2811729C2 (ru) | Парогазовая энергетическая установка |