UA71357C2

UA71357C2 - Method for utilization of heat of worked-out gas-steam mix in gas-turbine unit

Info

Publication number: UA71357C2
Application number: UA20031212269A
Authority: UA
Inventors: Borys Dmytrovych Bileka; Mykola Ivanovych Radchenko; Oleksandr Arkhypovych Syrota; Valentyn Mykolaiovy Kolomieiev; Viktor Ivanovych Izbash; Borys Borysovych Shershniov; Dmytro Viktorovych Konovalov
Original assignee: Mykolaiv State Petro Mohyla Hu
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-10-17

Abstract

A method for utilization of heat of worked-out gas-steam mix in gas-turbine unit includes the processes of evaporation of low-boiling working body at high pressure by heat supply from worked out gas-steam mix, with expansion of the vapour of the low-boiling high-pressure working body with production of work and condensation of water vapour of cooled worked-out gas-steam mix at direct contact of gas-steam mix with cooling water. The has-steam mix is additionally cooled by heat abstraction to the low-boiling working body being evaporated at low pressure, and the vapour of the low-boiling working body is compressed with use of the work of vapour of the low-boiling high-pressure working body.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до галузі турбомашинобудування, зокрема до газопаротурбінних установок: 2 Відомий спосіб утилізації теплоти відпрацьованої газопарової суміші в газопаротурбінній установці, що включає процеси відводу теплоти від відпрацьованої газопарової суміші на виробництво водяної пари, конденсації водяної пари з охолодженої відпрацьованої газопарової суміші при безпосередньому контакті газопарової суміші з охолоджуючою водою |патент на винахід Мо93007304 ОА ГО2С6/18 від 30.06.97, Бюл. Моз, 1997). Недоліком існуючого способу є значні витрати охолоджуючої води на конденсацію водяної пари з 70 охолодженої відпрацьованої газопарової суміші, температура якої після відводу від неї теплоти на виробництво водяної пари досить висока і становить 160...20096.The invention relates to the field of turbomachinery, in particular to gas-steam turbine installations: 2. A known method of utilization of the heat of the spent gas-steam mixture in a gas-steam turbine installation, which includes the processes of removing heat from the spent gas-steam mixture for the production of water vapor, condensation of water vapor from the cooled spent gas-steam mixture in direct contact with the gas-steam mixture with cooling water |invention patent Mo93007304 OA ГО2С6/18 dated 06/30/97, Byul. Moz, 1997). The disadvantage of the existing method is the significant consumption of cooling water for the condensation of water vapor from the 70% cooled spent gas-vapor mixture, the temperature of which, after removing the heat from it for the production of water vapor, is quite high and is 160...20096.

Прототипом винаходу є спосіб утилізації теплоти відпрацьованої газопарової суміші в газопаротурбінній установці, що включає процеси випаровування низькокиплячого робочого тіла при високому тиску підводом теплоти від відпрацьованої газопарової суміші, розширення пари низькокиплячого робочого тіла високого тиску з 75 виконанням роботи та конденсації водяної пари з охолодженої відпрацьованої газопарової суміші при безпосередньому контакті газопарової суміші з охолоджуючою водою ІКомплексне використання утилізаційних енергоустановок на КС для підвищення ефективності ГПА / Б.Д. Білека, С.П. Васильєв, В.М. Клименко, В.М.The prototype of the invention is a method of utilizing the heat of the spent gas-vapor mixture in a gas-steam turbine installation, which includes the processes of evaporation of a low-boiling working medium at high pressure by supplying heat from the spent gas-vapor mixture, expansion of steam of a low-boiling high-pressure working medium with 75 work performance and condensation of water vapor from a cooled spent gas-vapor mixture in direct contact of the gas-vapor mixture with cooling water IComplex use of utilization power plants at CS to increase the efficiency of HPA / B.D. Bileka, S.P. Vasiliev, V.M. Klymenko, V.M.

Коломєєв, В.І. Ізбаш, Д.А. Костенко, В.А. Кривуця // Нафтова і газова промисловість.- 2001 - Мо4 - С.40-43).Kolomeev, V.I. Izbash, D.A. Kostenko, V.A. Kryvutsia // Oil and gas industry. - 2001 - Mo4 - P.40-43).

Недоліком існуючого способу є значні витрати охолоджуючої води на конденсацію водяної пари з охолодженої відпрацьованої газопарової суміші, температура якої після відводу від неї теплоти на випаровування низькокиплячого робочого тіла при високому тиску досить висока і становить приблизно 80960.The disadvantage of the existing method is the significant consumption of cooling water for the condensation of water vapor from the cooled spent gas-vapor mixture, the temperature of which, after removing the heat from it for the evaporation of the low-boiling working medium at high pressure, is quite high and is approximately 80960.

В основу винаходу поставлено задачу скорочення витрати охолоджуючої води на конденсацію водяної пари з охолодженої відпрацьованої газопарової суміші за рахунок зниження температури відпрацьованої газопарової суміші. счThe basis of the invention is the task of reducing the consumption of cooling water for the condensation of water vapor from the cooled spent gas-vapor mixture by reducing the temperature of the spent gas-vapor mixture. high school

Для вирішення цієї задачі у способі утилізації теплоти відпрацьованої газопарової суміші в о газопаротурбінній установці, що включає процеси випаровування низькокиплячого робочого тіла при високому тиску підводом теплоти від відпрацьованої газопарової суміші, розширення пари низькокиплячого робочого тіла високого тиску з виконанням роботи та конденсації водяної пари з охолодженої відпрацьованої газопарової суміші при безпосередньому контакті газопарової суміші з охолоджуючою водою, газопарову суміш додатково - охолоджують відводом теплоти до низькокиплячого робочого тіла, яке випаровують при низькому тиску, а пару І в) низькокиплячого робочого тіла стискають, витрачаючи роботу пари низькокиплячого робочого тіла високого тиску. соTo solve this problem, in the method of heat utilization of the spent gas-vapor mixture in a gas-steam turbine installation, which includes the processes of evaporation of a low-boiling working medium at high pressure by supplying heat from the spent gas-vapor mixture, expansion of steam of a low-boiling high-pressure working medium with the performance of work, and condensation of water vapor from the cooled spent of the gas-vapor mixture in direct contact of the gas-vapor mixture with the cooling water, the gas-vapor mixture is additionally cooled by heat removal to the low-boiling working medium, which is evaporated at low pressure, and the vapor I c) of the low-boiling working medium is compressed, consuming the work of the high-pressure low-boiling working medium steam. co

Завдяки відведенню теплоти від газопарової суміші до низькокиплячого робочого тіла, яке випаровують при ч низьких тиску і відповідно температурі, додатково охолоджують газопарову суміш, що забезпечує скорочення витрати охолоджуючої води на конденсацію водяної пари з охолодженої відпрацьованої газопарової суміші. -Due to the removal of heat from the gas-vapor mixture to the low-boiling working medium, which is evaporated at low pressure and, accordingly, temperature, the gas-vapor mixture is additionally cooled, which ensures a reduction in the consumption of cooling water for the condensation of water vapor from the cooled spent gas-vapor mixture. -

На Фіг 1 зображено схему газопаротурбінної установки, в якій реалізується запропонований спосіб утилізації теплоти відпрацьованої газопарової суміші.Fig. 1 shows a diagram of a gas-steam turbine installation in which the proposed method of heat utilization of the spent gas-steam mixture is implemented.

Установка на Фіг.1 складається з компресора 1, камери згоряння 2, турбіни 3, утилізаційного пароводяного « дю котла 4, утилізаційного контуру на низькокиплячому робочому тілі, який включає випарник 5 низькокиплячого -о робочого тіла при високому тиску, струминний компресор б, випарник 7 низькокиплячого робочого тіла при с низькому тиску, конденсатор 8 низькокиплячого робочого тіла, дросельний клапан 9, насос низькокиплячого :з» робочого тіла 10, а також контактного конденсатора 11 пари з газопарової суміші, насоса 12 охолоджуючої води, охолоджувача 13 охолоджуючої води, конденсатного насоса 14 для утилізаційного пароводяного котла 4, збірника 15 конденсату пари газопарової суміші та охолоджуючої води. - 15 Спосіб утилізації теплоти відпрацьованої газопарової суміші в газопаротурбінній установці на Фіг.1 здійснюється таким чином. - Газопарова суміш, яка утворюється в камері згоряння 2 в результаті змішування стисненого в компресорі 1 с повітря, продуктів згоряння вуглеводного палива та енергетичної пари, упорскуваної в камеру згоряння 2, розширюється в турбіні 3. Теплота відпрацьованої в турбіні З газопарової суміші використовується спочатку в 1 50 пароводяному котлі 4 на виробництво енергетичної пари, яка упорскується в камеру згоряння 2, а потім в ще утилізаційному контурі на низькокиплячому робочому тілі на випаровування низькокиплячого робочого тіла у випарнику 5 при високому тиску, а потім у випарнику 7 при низькому тиску. Утворену у випарнику 7 пару низькокиплячого робочого тіла низького тиску стискають у струминному компресорі 6, витрачаючи роботу пари низькокиплячого робочого тіла високого тиску, яка утворюється у випарнику 5, і конденсують відводом теплоти в 59 конденсаторі 8 низькокиплячого робочого тіла. Отриманий в конденсаторі 8 конденсат низькокиплячого робочогоThe installation in Fig. 1 consists of a compressor 1, a combustion chamber 2, a turbine 3, a utilization steam-water boiler 4, a utilization circuit on a low-boiling working medium, which includes an evaporator 5 of a low-boiling working medium at high pressure, a jet compressor b, an evaporator 7 low-boiling fluid at low pressure, condenser 8 of low-boiling fluid, throttle valve 9, low-boiling fluid pump 10, as well as contact condenser 11 of steam from a gas-vapor mixture, cooling water pump 12, cooling water cooler 13, condensate pump 14 for utilization steam-water boiler 4, collector 15 of steam condensate of a gas-steam mixture and cooling water. - 15 The method of utilization of the heat of the spent gas-steam mixture in the gas-steam turbine installation in Fig. 1 is carried out as follows. - The gas-vapor mixture, which is formed in the combustion chamber 2 as a result of the mixing of air compressed in the compressor 1 with the combustion products of hydrocarbon fuel and energy steam injected into the combustion chamber 2, is expanded in the turbine 3. The heat exhausted in the turbine From the gas-vapor mixture is used first in 1 50 to the steam-water boiler 4 for the production of energy steam, which is injected into the combustion chamber 2, and then in the utilization circuit on the low-boiling working body for the evaporation of the low-boiling working body in the evaporator 5 at high pressure, and then in the evaporator 7 at low pressure. The low-boiling low-pressure working fluid vapor formed in the evaporator 7 is compressed in the jet compressor 6, consuming the work of the high-pressure low-boiling fluid vapor formed in the evaporator 5, and is condensed by heat removal in the low-boiling fluid condenser 59. The low-boiling working condensate received in condenser 8

ГФ) тіла ділять на два потоки, один із яких після зниження тиску і відповідно температури у дросельному клапані 9 7 випаровують у випарнику 7 при низькому тиску, а другий після підвищення тиску в насосі 10 випаровують у випарнику 5 при високому тиску. Конденсація водяної пари з охолодженої відпрацьованої газопарової суміші здійснюється в контактному конденсаторі 11 при безпосередньому контакті газопарової суміші з охолоджуючою 60 водою та на поверхні випарника 7. Конденсат разом із охолоджуючою водою накопичується у збірнику 15, після якого їх суміш ділиться на два потоки, один із яких охолоджується в охолоджувачі 13 і подається насосом 12 охолоджуючої води в контактний конденсатор 11, а другий нагнітається конденсатним насосом 14 в утилізаційний пароводяний котел 4. Завдяки відведенню теплоти від газопарової суміші до низькокиплячого робочого тіла, яке випаровують при низьких тиску і відповідно температурі у випарнику 7, газопарову суміш 65 додатково охолоджують приблизно на 209С, що забезпечує скорочення витрати охолоджуючої води на конденсацію водяної пари з охолодженої відпрацьованої газопарової суміші в контактному конденсаторі 11.GF) bodies are divided into two streams, one of which, after reducing the pressure and, accordingly, the temperature in the throttle valve 9 7, evaporates in the evaporator 7 at low pressure, and the second, after increasing the pressure in the pump 10, evaporates in the evaporator 5 at high pressure. Condensation of water vapor from the cooled spent gas-vapor mixture is carried out in the contact condenser 11 when the gas-vapor mixture is in direct contact with the cooling water 60 and on the surface of the evaporator 7. The condensate together with the cooling water accumulates in the collector 15, after which their mixture is divided into two streams, one of which is cooled in the cooler 13 and supplied by the cooling water pump 12 to the contact condenser 11, and the second is pumped by the condensate pump 14 into the utilization steam-water boiler 4. Due to the removal of heat from the gas-vapor mixture to the low-boiling working medium, which is evaporated at low pressure and, accordingly, temperature in the evaporator 7, the gas-vapor mixture 65 is additionally cooled to approximately 209C, which ensures a reduction in the consumption of cooling water for the condensation of water vapor from the cooled spent gas-vapor mixture in the contact condenser 11.

Випарник 7 низькокиплячого робочого тіла при низькому тиску може встановлюватись після контактного конденсатора 11, як показано на Фіг.1, так і перед контактним конденсатором 11, як показано на Фіг.2.The evaporator 7 of the low-boiling working medium at low pressure can be installed after the contact condenser 11, as shown in Fig. 1, and before the contact condenser 11, as shown in Fig. 2.

Розрахунки показують, що при температурах газопарової суміші після пароводяного котла 170 9С, кипіння низькокиплячого робочого тіла у випарниках низького і високого тиску відповідно 109 і 1202С, конденсації низькокиплячого робочого 402 коефіцієнт ежекції струминного компресора (відношення витрат: підсмоктуваної ежектором пари низькокиплячого робочого тіла низького тиску і пари низькокиплячого робочого тіла високого тиску) становить 0,25, що забезпечує додаткове охолодження газопарової суміші на 20 9 і відповідно 70 скорочення витрати охолоджуючої води на конденсацію водяної пари з охолодженої відпрацьованої газопарової суміші в контактному конденсаторі на 2095.Calculations show that at the temperatures of the gas-vapor mixture after the steam-water boiler 170 9C, the boiling of the low-boiling working medium in the low- and high-pressure evaporators 109 and 1202С, respectively, the condensation of the low-boiling working medium 402, the ejection coefficient of the jet compressor (the cost ratio: the steam sucked by the ejector of the low-boiling working medium of low pressure and steam of a low-boiling high-pressure working medium) is 0.25, which provides additional cooling of the gas-vapor mixture by 20 9 and, accordingly, a 70 reduction in the consumption of cooling water for condensation of water vapor from the cooled spent gas-vapor mixture in the contact condenser by 2095.

Claims

The formula of the invention is the method of utilization of the heat of the spent gas-vapor mixture in a gas-steam turbine installation, which includes the processes of evaporation of a low-boiling working medium at high pressure by supplying heat from the spent gas-vapor mixture, expansion of steam of a low-boiling high-pressure working medium with the performance of work, and condensation of water vapor from a cooled spent gas-vapor mixture during direct contacts of the gas-vapor mixture with cooling water, which differs in that the gas-vapor mixture is additionally cooled by removing heat to the low-boiling working medium, which is evaporated at low pressure, and the steam of the low-boiling working medium is compressed, consuming the work of the steam of the low-boiling working medium of high pressure. with points 6) in IF) (ze) "- and -

- and? -i - (95) 1 that has) 60 b5