RU2775732C1

RU2775732C1 - Oxygen-fuel power plant

Info

Publication number: RU2775732C1
Application number: RU2021133914A
Authority: RU
Inventors: Владимир Олегович Киндра; Иван Игоревич Комаров; Ольга Владимировна Злывко; Сергей Константинович Осипов
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2022-07-07

Abstract

FIELD: electric power industry.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electric power industry and can be used in the development of power plants with low emissions of harmful substances into the atmosphere. The oxygen-fuel power plant contains a compressor (1), a combustion chamber (2), a fuel compressor (3), an air separation unit (4), a gas turbine (5), a waste heat boiler (6), which is made in the form of two heat exchangers - gas-water double-flow a heat exchanger (7) containing a hot gas circuit of the heat carrier (8) and a cold water circuit of the heat carrier (9), as well as a gas-air double-flow heat exchanger (10) containing a hot gas coolant circuit (11) and a cold carbon dioxide coolant circuit (12), a cooler-separator (13), a multi-stage compressor with intermediate cooling (14). The steam circuit consists of a steam turbine (15) containing high (16), medium (17) and low (18) pressure cylinders, a condenser (19), the first condensate pump (20) and a mixing type low pressure heater (21), a second condensing pump (22) and a mixing type low pressure heater (23), a third condensing pump (24), a group consisting of three surface type low pressure heaters (25), a deaerator (26), a feed pump (27), a group, consisting of three surface-type high-pressure heaters (28), carbon dioxide turbine (29), additional condenser (30), additional pump (31), first (32), second (33) and third (34) electric generators. The outlet of the hot gas circuit of the heat carrier (8) of the gas-water double-flow heat exchanger (7) of the waste heat boiler (6) is connected to the inlet of the hot gas circuit of the heat carrier (11) of the gas-air double-flow heat exchanger (10) of the waste heat boiler (6), the outlet of which, in turn, is connected to cooler-separator inlet (13). The condenser (19) is connected in series with the first condensate pump (20), the first low pressure heater mixing type (21), second condensing pump (22), second mixing type low pressure heater (23), third condensing pump (24), group consisting of three surface type low pressure heaters (25), deaerator (26), feed pump (27), a group consisting of three surface-type high-pressure heaters (28). The first (21) and second (22) mixing-type low-pressure heaters are connected to the low-pressure outlets of the low-pressure cylinder (18) of the steam turbine (15), a group of surface-type low-pressure heaters (25) is connected to the low-pressure outlets of the low-pressure cylinder (18 ) and the medium pressure cylinder (17) of the steam turbine (15), a group of surface-type high pressure heaters (28) is connected to the high pressure outlets of the high pressure cylinder (16) and the medium pressure cylinder (17) of the steam turbine (15). The output of the cold carbon dioxide circuit of the heat carrier (12) of the gas-air double-flow heat exchanger (10) of the waste heat boiler (6) is connected in series with the carbon dioxide turbine (29), additional condenser (30), additional pump (31), whose output is connected to the inlet of the cold carbon dioxide circuit of the heat carrier ( 12) gas-air two-flow heat exchanger (10) of the waste heat boiler (6).

EFFECT: increasing the net electrical efficiency of an oxygen-fuel power plant.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при разработке электрических станций с малыми выбросами вредных веществ в атмосферу.The invention relates to the field of electric power industry and can be used in the development of power plants with low emissions of harmful substances into the atmosphere.

Известна кислородно-топливная 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.Known oxy-fuel power plant operating on a semi-closed cycle with oxy-fuel combustion (Bolland O., Saether S. New concepts for natural gas fired power plants which simplify the recovery of carbon dioxide // Energy Conversion and Management. - 1992. - T. 33. - No. 5-8. - C. 467-475), containing a multi-stage compressor, a combustion chamber, a fuel compressor, an air separation unit, a gas turbine, a waste heat boiler, a cooler-separator, a multi-stage compressor with intercooling, a steam turbine, a condenser , pump, first and second electric generators.

Недостатками данного технического решения являются большие потери теплоты в конденсаторе паротурбинной установки и большие потери энергии с охлаждением газовой турбины.The disadvantages of this technical solution are large heat losses in the condenser of the steam turbine plant and large energy losses with cooling of the gas turbine.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является кислородно-топливная 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, деаэратор, теплообменник, насос, первый и второй электрогенераторы.The closest in technical essence to the proposed invention is an oxygen-fuel power plant operating on a semi-closed cycle with oxygen combustion of fuel (Rogalev A.N., Kindra V.O., Zonov A.S., Rogalev N.D. Study of environmentally friendly energy complexes with oxygen combustion of fuel // New in Russian Energy. - 2019. - 8. - P. 6-25), containing a multistage compressor, a combustion chamber, a fuel compressor, an air separation unit, a gas turbine, a waste heat boiler, a cooler-separator, multistage compressor with intercooler, steam turbine, condenser, deaerator, heat exchanger, pump, first and second electric generators.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в снижении потерь теплоты в конденсаторе паротурбинной установки и уменьшении потерь энергии, связанных с охлаждением газовой турбины.The technical problem solved by the invention is to reduce heat losses in the condenser of a steam turbine plant and reduce energy losses associated with cooling a gas turbine.

Технический результат заключается в повышении электрического КПД нетто кислородно-топливной энергоустановки.The technical result consists in increasing the net electrical efficiency of the oxygen-fuel power plant.

Это достигается тем, что предлагаемая кислородно-топливная энергоустановка, содержащая компрессор, выход которого соединен с входом камеры сгорания, выход которой последовательно соединен с газовой турбиной, котлом-утилизатором, выполненным в виде газоводяного двухпоточного теплообменника, содержащим горячий газовый контур теплоносителя, холодный водяной контур теплоносителя, и охладителем-сепаратором, выход которого параллельно соединен с входом многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением и с входом компрессора, топливный компрессор и воздухоразделительную установку, выходы которых соединены с двумя другими входами камеры сгорания, паровую турбину, вход которой соединен с выходом холодного контура теплоносителя двухпоточного газоводяного теплообменника котла-утилизатора, соединенную с конденсатором, деаэратор и питательный насос, первый и второй электрогенераторы, расположенные на одном валу с газовой и паровой турбинами соответственно, снабжена газовоздушным двухпоточным теплообменником котла-утилизатора, содержащим собственные горячий газовый контур теплоносителя и холодный углекислотный контур теплоносителя, углекислотной турбиной, дополнительными конденсатором, 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 выход горячего газового контура теплоносителя газовоздушного двухпоточного теплообменника присоединен к входу охладителя-сепаратора, причем выход холодного углекислотного контура теплоносителя газовоздушного двухпоточного теплообменника соединен с входом углекислотной турбины, выход которой в свою очередь последовательно соединен с дополнительным конденсатором и дополнительным насосом, выход которого соединен с входом холодного углекислотного контура теплоносителя газовоздушного двухпоточного теплообменника, при этом углекислотная турбина механически соединена с третьим электрогенератором, в паровом контуре, включающем паровую турбину, конденсатор последовательно соединен с первыми конденсационным насосом и подогревателем низкого давления смешивающего типа, вторыми конденсационным насосом и подогревателем низкого давления смешивающего типа, третьим конденсационным насосом, группой, состоящей из трех подогревателей низкого давления поверхностного типа, деаэратором, питательным насосом и с группой, состоящей из трех подогревателей высокого давления поверхностного типа, выход которой соединен с входом холодного контура теплоносителя двухпоточного газоводяного теплообменника котла-утилизатора, причем первый и второй подогреватели низкого давления смешивающего типа соединены также с отборами низкого давления цилиндра низкого давления паровой турбины, группа из трех подогревателей низкого давления поверхностного типа соединена также с отборами низкого давления цилиндра низкого давления и цилиндра среднего давления паровой турбины, группа из трех подогревателей высокого давления поверхностного типа соединена также с отборами высокого давления цилиндра высокого давления и цилиндра среднего давления паровой турбины.This is achieved by the fact that the proposed oxygen-fuel power plant, containing a compressor, the output of which is connected to the inlet of the combustion chamber, the output of which is connected in series with a gas turbine, a waste heat boiler made in the form of a gas-water double-flow heat exchanger, containing a hot gas coolant circuit, a cold water circuit coolant, and a cooler-separator, the output of which is connected in parallel with the inlet of a multistage compressor with intercooling and with the compressor inlet, a fuel compressor and an air separation unit, the outlets of which are connected to two other inlets of the combustion chamber, a steam turbine, the inlet of which is connected to the outlet of the cold coolant circuit double-flow gas-water heat exchanger of the waste heat boiler, connected to the condenser, deaerator and feed pump, the first and second electric generators located on the same shaft with gas and steam turbines, respectively, equipped with gas-air double-flow m waste heat boiler heat exchanger containing its own hot gas circuit of the heat carrier and cold carbon dioxide circuit of the heat carrier, carbon dioxide turbine, additional condenser, pump and third electric generator, while the inlet of the hot gas circuit of the heat carrier of the gas-air two-flow heat exchanger is connected to the outlet of the hot gas circuit of the heat carrier of the gas-water two-flow heat exchanger, and the outlet of the hot gas circuit of the coolant of the gas-air double-flow heat exchanger is connected to the inlet of the cooler-separator, and the outlet of the cold carbon dioxide circuit of the coolant of the gas-air double-flow heat exchanger is connected to the inlet of the carbon dioxide turbine, the outlet of which, in turn, is connected in series with an additional condenser and an additional pump, the outlet of which is connected to the inlet cold carbon dioxide circuit of the heat carrier of the gas-air double-flow heat exchanger, while the carbon dioxide turbine is mechanically united with the third electric generator, in the steam circuit, including the steam turbine, the condenser is connected in series with the first condensing pump and mixing type low pressure heater, the second condensing pump and mixing type low pressure heater, the third condensing pump, a group consisting of three surface low pressure heaters type, a deaerator, a feed pump and with a group consisting of three surface-type high-pressure heaters, the outlet of which is connected to the inlet of the cold coolant circuit of the double-flow gas-water heat exchanger of the waste heat boiler, and the first and second low-pressure heaters of the mixing type are also connected to the cylinder's low-pressure outlets low pressure of the steam turbine, a group of three surface-type low pressure heaters is also connected to the low pressure outlets of the low pressure cylinder and the medium pressure cylinder of the steam turbine, the group and Three surface-type high-pressure heaters are also connected to the high-pressure take-offs of the high-pressure cylinder and the medium-pressure cylinder of the steam turbine.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная тепловая схема кислородно-топливной энергоустановки.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a schematic thermal diagram of an oxygen-fuel power plant.

Кислородно-топливная энергоустановка содержит 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. Паровой контур состоит из паровой турбины 15, содержащей цилиндр высокого давления 16, цилиндр среднего давления 17 и цилиндр низкого давления 18, конденсатора 19, первого конденсационного насоса 20, первого подогревателя низкого давления смешивающего типа 21, второго конденсационного насоса 22, второго подогревателя низкого давления смешивающего типа 23, третьего конденсационного насоса 24, группы, состоящей из трех подогревателей низкого давления поверхностного типа 25, деаэратора 26, питательного насоса 27, группы, состоящей из трех подогревателей высокого давления поверхностного типа 28, углекислотной турбины 29, дополнительного конденсатора 30, дополнительного насоса 31, первого электрогенератора 32, второго электрогенератора 33, третьего электрогенератора 34. При этом компрессор 1 расположен на одном валу с газовой турбиной 5, которая имеет механическую связь с первым электрогенератором 32. Паровая турбина 15 имеет механическую связь со вторым электрогенератором 33, а углекислотная турбина 29 с третьим электрогенератором 34.The oxygen-fuel power plant contains a compressor 1, a combustion chamber 2, a fuel compressor 3, an air separation unit 4, a gas turbine 5, a waste heat boiler 6, which is made in the form of two heat exchangers - a gas-water double-flow heat exchanger 7 containing a hot gas coolant circuit 8 and a cold water coolant circuit 9, as well as a gas-air double-flow heat exchanger 10, containing a hot gas coolant circuit 11 and a cold carbon dioxide coolant circuit 12, a cooler-separator 13, a multistage compressor with intercooling 14. The steam circuit consists of a steam turbine 15 containing a high pressure cylinder 16, medium pressure cylinder 17 and low pressure cylinder 18, condenser 19, first condensate pump 20, first mixing type low pressure heater 21, second condensing pump 22, second mixing type low pressure heater 23, third condensing pump 24, a group consisting of three low-pressure surface-type heaters 25, a deaerator 26, a feed pump 27, a group consisting of three high-pressure surface-type heaters 28, a carbon dioxide turbine 29, an additional condenser 30, an additional pump 31, the first electric generator 32, the second electric generator 33 , the third electric generator 34. In this case, the compressor 1 is located on the same shaft as the gas turbine 5, which has a mechanical connection with the first electric generator 32. The steam turbine 15 has a mechanical connection with the second electric generator 33, and the carbon dioxide turbine 29 with the third electric generator 34.

Вход компрессора 1 выполнен с возможностью подачи диоксида углерода, а выход 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, выход которого в свою очередь соединен с входом охладителя-сепаратора 13. Первый выход охладителя-сепаратора 13 параллельно соединен с входом многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением 14 и входом компрессора 1. Второй выход охладителя-сепаратора 13 выполнен с возможностью отвода конденсата. Выход холодного водяного контура теплоносителя 9 газоводяного двухпоточного теплообменника 7 котла-утилизатора 6 последовательно соединен с цилиндрами высокого давления 16, среднего давления 17 и низкого давления 18 паровой турбины 15, конденсатором 19, первым конденсационным насосом 20, первым подогревателем низкого давления смешивающего типа 21, вторым конденсационным насосом 22, вторым подогревателем низкого давления смешивающего типа 23, третьим конденсационным насосом 24, группой, состоящей из трех подогревателей низкого давления поверхностного типа 25, деаэратором 26, питательным насосом 27, группой, состоящей из трех подогревателей высокого давления поверхностного типа 28. Первый подогреватель низкого давления смешивающего типа 21 и второй подогреватель низкого давления смешивающего типа 22 соединены с отборами низкого давления цилиндра низкого давления 18 паровой турбины 15, группа подогревателей низкого давления поверхностного типа 25 соединена с отборами низкого давления цилиндра низкого давления 18 и цилиндра среднего давления 17 паровой турбины 15, группа подогревателей высокого давления поверхностного типа 28 соединена с отборами высокого давления цилиндра высокого давления 16 и цилиндра среднего давления 17 паровой турбины 15. Выход холодного углекислотного контура теплоносителя 12 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла-утилизатора 6 последовательно соединен с углекислотной турбиной 29, дополнительным конденсатором 30, дополнительным насосом 31, чей выход соединен с входом холодного углекислотного контура теплоносителя 12 газовоздушного двухпоточного теплообменника 10 котла-утилизатора 6.The inlet of the compressor 1 is configured to supply carbon dioxide, and the outlet of the compressor 1 is connected to the first inlet of the combustion chamber 2, the outlet of the fuel compressor 3 is connected to the second inlet of the combustion chamber 2, and the third inlet of the combustion chamber 2 is connected to the outlet of the air separation unit 4. The outlet of the combustion chamber 2 is connected to the inlet of the gas turbine 5, the output of which is connected to the hot gas circuit of the coolant 8 of the gas-water double-flow heat exchanger 7 of the waste heat boiler 6. heat exchanger 10 of the waste heat boiler 6, the outlet of which is in turn connected to the inlet of the cooler-separator 13. The first outlet of the cooler-separator 13 is connected in parallel with the inlet of the multistage compressor with intercooling 14 and the inlet of the compressor 1. The second outlet of the cooler-separator 13 is nena with the possibility of draining condensate. The outlet of the cold water circuit of the coolant 9 of the gas-water double-flow heat exchanger 7 of the waste heat boiler 6 is connected in series with the high pressure cylinders 16, medium pressure 17 and low pressure 18 of the steam turbine 15, the condenser 19, the first condensate pump 20, the first low-pressure mixing type heater 21, the second a condensate pump 22, a second mixing-type low-pressure heater 23, a third condensate pump 24, a group consisting of three surface-type low-pressure heaters 25, a deaerator 26, a feed pump 27, a group consisting of three surface-type high-pressure heaters 28. The first heater mixing type low pressure heater 21 and a second mixing type low pressure heater 22 are connected to the low pressure outlets of the low pressure cylinder 18 of the steam turbine 15, a group of surface type low pressure heaters 25 is connected to the low pressure outlets of the cylinder low-pressure pump 18 and medium-pressure cylinder 17 of steam turbine 15, a group of surface-type high-pressure heaters 28 is connected to high-pressure outlets of high-pressure cylinder 16 and medium-pressure cylinder 17 of steam turbine 15. The waste heat exchanger 6 is connected in series with a carbon dioxide turbine 29, an additional condenser 30, an additional pump 31, whose output is connected to the inlet of the cold carbon dioxide circuit of the heat carrier 12 of the gas-air double-flow heat exchanger 10 of the waste heat boiler 6.

Кислородно-топливная энергоустановка работает следующим образом.Oxy-fuel power plant operates as follows.

На вход компрессора 1 подается поток рабочей среды, который после сжатия в 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, которая вращает первый электрогенератор 32, 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 удаление образовавшегося конденсата из цикла через второй выход охладителя-сепаратора 13. Углекислый газ из охладителя-сепаратора 13 удаляется через первый выход. 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, которая вращает второй электрогенератор 33, проходя через цилиндр высокого давления 16, среднего давления 17 и низкого давления 18, после чего направляется в конденсатор 19. Образовавшийся конденсат первый конденсационный насос 20 направляет в первый подогреватель низкого давления смешивающего типа 21, после подогретый конденсат направляется во второй конденсационный насос 22, который создает напор для преодоления второго подогревателя низкого давления смешивающего типа 23, далее конденсат проходит третий конденсационный насос 24, после которого конденсат идет на подогрев в группу подогревателей низкого давления поверхностного типа 25, подогретый конденсат направляется в деаэратор 26. После процесса деаэрации питательная вода направляется в питательный насос 27, пройдя его, питательная вода направляется на подогрев в группу подогревателей высокого давления поверхностного типа 28. После подогрева до температуры питательной воды, рабочая среда обратно направляется 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 углекислотую турбину 29, которая вращает третий электрогенератор 34, в которой, расширяясь, совершает полезную работу, после чего направляется в дополнительный конденсатор 30. Образовавшийся конденсат дополнительным насосом 31 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 паровой турбины 15.At the inlet of the compressor 1, the flow of the working medium is supplied, which, after being compressed in the compressor 1, is sent to the first inlet of the combustion chamber 2, the second inlet is supplied with natural gas, pre-compressed in the fuel compressor 3, and the third inlet is supplied with oxygen obtained in the air separation unit 4. After burning the hot mixture and generating useful work in the gas turbine 5, which rotates the first electric generator 32, the exhaust gases pass through the hot gas circuit of the coolant 8 of the gas-water double-flow heat exchanger 7 of the waste heat boiler 6, where they transfer their heat to the working medium of the cold water circuit of the coolant 9 of the gas-water double-flow heat exchanger 7 of the waste-heat boiler 6, after which they enter the hot gas circuit of the heat carrier 11 of the gas-air double-flow heat exchanger 10 of the waste-heat boiler 6, in which the process of transferring heat to the cold carbon dioxide circuit of the heat carrier 12 of the gas-air double-flow heat exchanger 10 takes place 6. Then the exhaust gases enter the cooler-separator 13, in which water vapor condenses and the resulting condensate is removed from the cycle through the second outlet of the cooler-separator 13. Carbon dioxide from the cooler-separator 13 is removed through the first outlet. The excess carbon dioxide formed as a result of the combustion of natural gas is compressed in a multistage compressor with intermediate cooling 14 and sent for disposal, and the remaining working medium is again sent to the inlet of the multistage compressor 1. The superheated steam generated in the cold water circuit of the coolant 9 of the gas-water double-flow heat exchanger 7 of the boiler is heat exchanger 6, expanding, does work in the steam turbine 15, which rotates the second electric generator 33, passing through the high pressure cylinder 16, medium pressure 17 and low pressure 18, after which it is sent to the condenser 19. The resulting condensate is sent to the first condensate pump 20 to the first heater low pressure mixing type 21, after the heated condensate is sent to the second condensate pump 22, which creates pressure to overcome the second low pressure mixing type heater 23, then the condensate passes the third condensate pump 24, after from which the condensate goes for heating to a group of low-pressure heaters of the surface type 25, the heated condensate is sent to the deaerator 26. After the deaeration process, the feed water is sent to the feed pump 27, after passing it, the feed water is sent for heating to the group of high-pressure heaters of the surface type 28. After heated to the temperature of the feed water, the working medium is sent back to the inlet of the cold water circuit of the coolant 9 of the gas-water double-flow heat exchanger 7 of the waste-heat boiler 6. The heated working medium of the cold carbon dioxide circuit of the coolant 12 of the gas-air double-flow heat exchanger 10 of the waste-heat boiler 6 enters the carbon dioxide turbine 29, which rotates the third electric generator 34, in which, expanding, performs useful work, after which it is sent to an additional capacitor 30. The resulting condensate is supplied by an additional pump 31 to the inlet of the cold carbon dioxide circuit of the coolant 12 gases air double-flow heat exchanger 10 of the waste heat boiler 6. To cool the gas turbine 5, the working medium taken from the steam turbine 15 is used.

Результаты моделирования кислородно-топливной энергоустановки показали, что электрический КПД нетто вырос на 6,1% по сравнению с прототипом при одинаковых термодинамических параметрах цикла: начальная температура цикла 1700°С, начальное давление 110 бар, давление на выхлопе газовой турбины 1 бар, температура на входе в охладитель-сепаратор 80°С.The simulation results of an oxygen-fuel power plant showed that the net electrical efficiency increased by 6.1% compared to the prototype with the same thermodynamic cycle parameters: initial cycle temperature 1700°C, initial pressure 110 bar, gas turbine exhaust pressure 1 bar, temperature at inlet to the cooler-separator 80°С.

Внедрение развитой системы регенерации, содержащей первый конденсационный насос 20, первый подогреватель низкого давления смешивающего типа 21, второй конденсационный насос 22, второй подогреватель низкого давления смешивающего типа 23, третий конденсационный насос 24, группу подогревателей низкого давления поверхностного типа 25 и группу подогревателей высокого давления поверхностного типа 28, приводит к повышению температуры рабочей среды холодного водяного контура 9 газоводяного двухпоточного теплообменника 7 котла-утилизатора 6 и повышению температуры греющих газов на выходе горячего контура теплоносителя 8 двухпоточного теплообменника 7 котла-утилизатора 6. Однако внедрение низкотемпературного углекислотного цикла с помощью дополнительного газовоздушного двухпоточного теплообменника 10, углекислотной турбины 29, дополнительного конденсатора 30, дополнительного насоса 31 позволяет утилизировать образовавшуюся излишнюю теплоту при той же температуре газов на выходе в охладитель-сепаратор. Использование в качестве хладагента для газовой турбины 5 пара из цилиндра высокого давления 16 позволяет уменьшить расход хладагента, за счет повышения его теплоемкости и коэффициента теплоотдачи, а также снизить затраты на его сжатие благодаря повышению плотности среды при смене углекислотного охлаждения из компрессора 1 на паровое из цилиндра высокого давления 16.Implementation of an advanced regeneration system comprising a first condensate pump 20, a first mixing-type low-pressure heater 21, a second condensing pump 22, a second mixing-type low-pressure heater 23, a third condensing pump 24, a group of low-pressure surface-type heaters 25, and a group of high-pressure surface-type heaters type 28, leads to an increase in the temperature of the working medium of the cold water circuit 9 of the gas-water double-flow heat exchanger 7 of the waste-heat boiler 6 and an increase in the temperature of the heating gases at the outlet of the hot coolant circuit 8 of the double-flow heat exchanger 7 of the waste-heat boiler 6. However, the introduction of a low-temperature carbon dioxide cycle using an additional gas-air double-flow heat exchanger 10, carbon dioxide turbine 29, additional condenser 30, additional pump 31 makes it possible to utilize the generated excess heat at the same gas temperature at the outlet to the cooler-sepa rator. The use of steam from the high-pressure cylinder 16 as a refrigerant for the gas turbine 5 makes it possible to reduce the consumption of the refrigerant by increasing its heat capacity and heat transfer coefficient, as well as to reduce the cost of its compression due to an increase in the density of the medium when changing carbon dioxide cooling from the compressor 1 to steam from the cylinder high pressure 16.

Использование изобретения позволяет повысить электрический КПД нетто кислородно-топливной энергоустановки за счет уменьшения потерь теплоты в конденсаторе 19 и потерь, возникающих из-за охлаждения газовой турбины 5.The use of the invention makes it possible to increase the net electrical efficiency of the oxygen-fuel power plant by reducing heat losses in the condenser 19 and losses arising from the cooling of the gas turbine 5.

Claims

Oxy-fuel power plant containing a compressor, the output of which is connected to the inlet of the combustion chamber, the output of which is connected in series with a gas turbine, a waste heat boiler made in the form of a gas-water double-flow heat exchanger, containing a hot gas coolant circuit, a cold water coolant circuit, and a cooler-separator , the output of which is connected in parallel with the inlet of the multistage intercooler compressor and with the inlet of the compressor, the fuel compressor and the air separation unit, the outlets of which are connected to two other inlets of the combustion chamber, the steam turbine, the inlet of which is connected to the outlet of the cold coolant circuit of the double-flow gas-to-water heat exchanger of the waste heat boiler connected to the condenser, a deaerator and a feed pump, the first and second electric generators located on the same shaft with gas and steam turbines, respectively, characterized in that it is equipped with a gas-air dual-flow heat exchanger m of a waste heat boiler containing its own hot gas circuit of the heat carrier and a cold carbon dioxide circuit of the heat carrier, a carbon dioxide turbine, an additional condenser, a pump and a third electric generator, while the inlet of the hot gas circuit of the heat carrier of the gas-air double-flow heat exchanger is connected to the outlet of the hot gas circuit of the coolant of the gas-water double-flow heat exchanger, and the outlet of the hot gas circuit of the coolant of the gas-air double-flow heat exchanger is connected to the inlet of the cooler-separator, and the outlet of the cold carbon dioxide circuit of the coolant of the gas-air double-flow heat exchanger is connected to the inlet of the carbon dioxide turbine, the outlet of which, in turn, is connected in series with an additional condenser and an additional pump, the outlet of which is connected to the inlet of the cold carbon dioxide circuit of the heat carrier of the gas-air double-flow heat exchanger, while the carbon dioxide turbine is mechanically connected to the third m electric generator, in the steam circuit, including the steam turbine, the condenser is connected in series with the first condensing pump and mixing type low pressure heater, the second condensing pump and mixing type low pressure heater, the third condensing pump, a group consisting of three surface type low pressure heaters, a deaerator, a feed pump and with a group consisting of three high-pressure surface-type heaters, the outlet of which is connected to the inlet of the cold coolant circuit of the two-flow gas-water heat exchanger of the waste heat boiler, the first and second low-pressure heaters of the mixing type being connected to the low-pressure outlets of the steam low-pressure cylinder turbines, a group of three low-pressure surface-type heaters connected to the low-pressure take-offs of the low-pressure cylinder and the medium-pressure cylinder of the steam turbine, a group of three heaters high surface type is connected to the high pressure take-offs of the high pressure cylinder and the medium pressure cylinder of the steam turbine.