RU2657068C2 - Установка для выработки электрической энергии при утилизации теплоты дымовых и выхлопных газов - Google Patents
Установка для выработки электрической энергии при утилизации теплоты дымовых и выхлопных газов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657068C2 RU2657068C2 RU2015148838A RU2015148838A RU2657068C2 RU 2657068 C2 RU2657068 C2 RU 2657068C2 RU 2015148838 A RU2015148838 A RU 2015148838A RU 2015148838 A RU2015148838 A RU 2015148838A RU 2657068 C2 RU2657068 C2 RU 2657068C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- turbine
- circuit
- hydraulic
- utilization
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 title abstract description 26
- 239000000779 smoke Substances 0.000 title abstract 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 14
- QYSGYZVSCZSLHT-UHFFFAOYSA-N octafluoropropane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F QYSGYZVSCZSLHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229960004065 perflutren Drugs 0.000 claims abstract description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 7
- KAVGMUDTWQVPDF-UHFFFAOYSA-N perflubutane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F KAVGMUDTWQVPDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229950003332 perflubutane Drugs 0.000 claims abstract description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 26
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 15
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N Pentane Chemical compound CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 7
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 150000004812 organic fluorine compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QWTDNUCVQCZILF-UHFFFAOYSA-N isopentane Chemical compound CCC(C)C QWTDNUCVQCZILF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- MSSNHSVIGIHOJA-UHFFFAOYSA-N pentafluoropropane Chemical compound FC(F)CC(F)(F)F MSSNHSVIGIHOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000035051 Malignant migrating focal seizures of infancy Diseases 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N benzyl N-[2-hydroxy-4-(3-oxomorpholin-4-yl)phenyl]carbamate Chemical compound OC1=C(NC(=O)OCC2=CC=CC=C2)C=CC(=C1)N1CCOCC1=O FFBHFFJDDLITSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N dimethyl butane Natural products CCCC(C)C AFABGHUZZDYHJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 208000012054 malignant migrating partial seizures of infancy Diseases 0.000 description 1
- PXUQTDZNOHRWLI-OXUVVOBNSA-O malvidin 3-O-beta-D-glucoside Chemical compound COC1=C(O)C(OC)=CC(C=2C(=CC=3C(O)=CC(O)=CC=3[O+]=2)O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)=C1 PXUQTDZNOHRWLI-OXUVVOBNSA-O 0.000 description 1
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012932 thermodynamic analysis Methods 0.000 description 1
- 239000008207 working material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
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 энергетике в системах утилизации вторичных энергоресурсов, а именно к установкам для выработки электрической энергии при утилизации теплоты дымовых и выхлопных газов на низкокипящем рабочем веществе. Установка для выработки электрической энергии при утилизации теплоты дымовых и выхлопных газов включает паротурбинный контур, содержащий четыре гидравлические ступени, в каждой из которых включена ступень турбины, находящейся на одном валу с электрогенератором, причем вал общий для всех турбин, каждая ступень турбины соединена с рекуперативным теплообменником и соответствующими секциями котла-утилизатора, последовательно отдающего тепло в каждый гидравлический контур, при этом конденсатор и насос едины для всей схемы. В качестве низкокипящего рабочего вещества используется фторорганическое рабочее тело - фторуглерод. В качестве фторуглеродов используют октафторпропан C3F8 или циклофторбутан C4F8, или декафторбутан C4F10. В зависимости от величины утилизируемого температурного перепада используют необходимое количество гидравлических контуров, а именно, при утилизации до 550°С - четыре ступени, до 450°С - три ступени, до 350°С - две ступени, до 250°С - две ступени, менее -150°С - одна ступень. Изобретение позволяет повысить среднеинтегральную температуру подвода теплоты и, следовательно, обеспечить повышение термодинамической эффективности данной технологии выработки электроэнергии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к малой энергетике в системах утилизации вторичных энергоресурсов, а именно к установкам на низкокипящем рабочем веществе для выработки электрической энергии при утилизации теплоты газов.
Уровень техники
В условиях быстрого роста цен на органическое топливо энергосбережение во всех отраслях промышленности является важнейшим фактором снижения себестоимости производства продукции и повышения ее конкурентоспособности. Основные направления энергосбережения: утилизация энергии промышленных предприятий; создание простых и надежных энергетических установок для производства тепловой и электрической энергии, работающих на местных видах топлива; повышение коэффициента использования теплоты топлива в энергетических установках. Решение перечисленных проблем сдерживается отсутствием на энергетическом рынке установок, позволяющих эффективно утилизировать тепловую энергию.
В энергетических установках, утилизирующих теплоту, применяются низкокипящие рабочие тела (НРТ), которые имеют достаточно высокие давления насыщенных паров при низких температурах и поэтому давно привлекают внимание разработчиков в различных областях энергетики и, в частности, в геотермальной энергетике (см. [1] Перспективы применения энергетических установок с низкокипящими рабочими телами. Гринман М.И. к.т.н., Фомин В.А. к.т.н., г. Санкт-Петербург, Журнал «Новости теплоснабжения» №7, 2010 г.). В качестве НРТ применяют фреоны, водный раствор аммиака, пентан, изопентан, бутан, изобутан, R245fa (пентафторпропан) и др. При выборе НРТ необходимо выполнять ряд требований: дешевизна рабочего тела; хорошие теплофизические свойства (максимум работы при минимальных параметрах); нетоксичность; отсутствие экологического воздействия на окружающую среду (озоновый слой, парниковый эффект); замерзание при достаточно низких отрицательных температурах, что важно для климатических условий северных регионов.
Область применения таких установок с НРТ достаточно широка. В различных отраслях промышленности применяются сотни промышленных печей со сбросом горячих газов в атмосферу. В таких промышленных установках можно использовать теплоту уходящих газов в водогрейных или паровых котлах, из которых нагретую воду или пар подают в контур с НРТ для выработки электроэнергии, или напрямую нагревают НРТ в утилизационном котле (без проводного контура).
На магистральных газопроводах установлены сотни газотурбинных компрессорных станций со сбросом горячих газов в атмосферу. Такие газотурбинные установки (ГТУ) можно перевести в режим парогазовых установок (ПГУ) с применением контуров с НРТ. Такую же схему можно применить для энергетических ПГУ малой мощности. Дешевые местные виды топлива можно сжигать или в водогрейных котлах, а горячую воду из них использовать в качестве греющего теплоносителя в контуре с НРТ, или в энергетических котлах на НРТ. В газопоршневых машинах контуры с НРТ можно использовать для утилизации теплоты выхлопных газов или теплоты системы охлаждения двигателя.
Наиболее близким аналогом заявленного решения является установка для выработки электрической и тепловой энергии (см. [2] патент на полезную модель №46046, МПК F01K 17/02, опубл. 10.06.2005), с использованием в качестве рабочего вещества НРТ. Для повышения тепловой экономичности энергетических установок и оптимизации режимных характеристик разработана комбинированная энергетическая установка [2], состоящая из противодавленческой паровой турбины, к выхлопу которой параллельно подключены теплофикационная установка и контур с низкокипящим рабочим телом. В установке реализованы паровой цикл Ренкина и цикл Ренкина на НРТ. При этом описанная установка для выработки электрической и тепловой энергии включает котел, соединенный паропроводом с противодавленческой турбиной, связанной с электрогенератором, а также турбину низкокипящего теплоносителя, связанную с электрогенератором и соединенную трубопроводами с испарителем низкокипящего теплоносителя и с конденсатором низкокипящего теплоносителя, и питательный насос низкокипящего теплоносителя. Применение установки на НРТ позволяет при любых температурах окружающего воздуха в течение всего года обеспечить максимальную выработку электроэнергии, оптимизировать режим эксплуатации турбин, повысить их надежность и экономичность.
Преобразование тепловой энергии в механическую и далее в электрическую происходит в замкнутом бутановом контуре (контур НРТ), который включает в свой состав парогенератор (испаритель) бутана, бутановую турбину с электрогенератором, конденсатор бутана, насосное и вспомогательное оборудование. Для уменьшения затрат электроэнергии на сжатие жидкого бутана применено многоступенчатое сжатие: в конденсатном насосе и в одном или двух струйных термонасосах (инжекторах).
Основным недостатком известного аналога [2], взятого за прототип, является применение в качестве рабочего вещества пожаро- и взрывоопасных углеводородов (в частности, бутана), которые ограничены по применению и уровнем термической стойкости (до 250°C). Физические и химические свойства углеводородов определили характер таких конструкторских решений, как применение двухконтурной схемы и отсутствие рекуперативного теплообменника.
Сущность изобретения
Задачей, решаемой заявленной группой изобретения за счет применения гидравлической системы с термически стабильными и химически инертными рабочими веществами - фторуглеродами, является обеспечение высокой технологической эффективности энергоустановки, а также обеспечение пожаро- и взрывобезопасности всей технологии генерации.
Технический результат заявленной группы изобретений заключается в повышении среднеинтегральной температуры подвода теплоты и, следовательно, обеспечивает повышение термодинамической эффективности данной технологии выработки электроэнергии.
Технический результат достигается за счет установки для выработки электрической энергии, включающей паротурбинный контур, содержащий по меньшей мере два гидравлических контура, в каждый из которых включена турбина, находящаяся на одном валу с электрогенератором, при этом вал выполнен общим для всех турбин, каждая турбина соединена с рекуперативным теплообменником и соответствующими секциями котла-утилизатора, последовательно отдающего тепло в каждый гидравлический контур, причем максимальное и минимальное давление одинаково в каждом гидравлическом контуре, при этом конденсатор и насос едины для всей схемы, в качестве низкокипящего рабочего вещества используется фторуглерод: октафторпропан C3F8, или циклофторбутан C4F8, или декафторбутан C4F10.
Технический результат также достигается за счет использования паротурбинного контура в зависимости от величины утилизируемого температурного перепада, содержащего необходимое количество гидравлических контуров, а именно, при утилизации до 550°C - четыре контура, до 450°С - три контура, до 350°C - два контура.
Технический результат также достигается за счет установки для выработки электрической энергии, включающей паротурбинный контур, содержащий четыре гидравлических контура, в каждый из которых включена турбина, находящаяся на одном валу с электрогенератором, а также конденсатор и насос, позволяющие, при необходимости, выключать/включать незадействованный гидравлический контур, при этом вал выполнен общим для всех турбин, каждая турбина соединена с рекуперативным теплообменником и соответствующими секциями котла-утилизатора, последовательно отдающего тепло в каждый гидравлический контур, в качестве низкокипящего рабочего вещества используется фторуглерод: октафторпропан C3F8, или циклофторбутан C4F8, или декафторбутан C4F10.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена принципиальная тепловая схема утилизации теплоты газов.
На фиг. 2 представлена конфигурация сверхкритического цикла на фторуглеродном рабочем веществе в схеме утилизации теплоты газов.
Раскрытие изобретения
В качестве объектов утилизации сбросных потоков теплоты с целью генерации электрической энергии рассматриваются такие газы, как: выхлопные газы газотурбинных установок, поршневых агрегатов, дымовые газы промышленных печей, котлов, генераторный газ.
Применение в качестве рабочих тел фторуглеродного состава (октафторпропана C3F8, циклофторбутана C4F8, декафторбутана C4F10) для энергетических установок с бинарными циклами приводит к высокой термодинамической эффективности.
Исследования последних лет показали, что рабочие вещества фторуглеродного класса имеют термическую стойкость, достаточную для реализации высокотемпературного термодинамического цикла. Расчетно-теоретический анализ позволил определить диапазон рабочих параметров таких энергоустановок на рабочем веществе фторуглеродного состава: это прямой сверхкритический цикл с изобарами нагрева не более 12 МПа, температурой острого пара до 600°С, процессом конденсации в широком интервале температур в зависимости от условий окружающей среды (вплоть до отрицательных). Сжатие рабочего тела реализуется с помощью насосов (как в водопаровых циклах), а не многоступенчатых компрессоров (в случае использования гелия, диоксида углерода и смеси аргона с воздухом). Термодинамический анализ показал превосходство энергетических характеристик сверхкритических фторуглеродных циклов над водопаровыми и аналогами, использующих в качестве рабочих веществ НРТ.
Принципиальная схема предлагаемой энергетической установки, использующей фторорганическое рабочее тело в паротурбинном контуре, представлена на фиг. 1. Конфигурация термодинамического цикла для каждого контура, на основе которого функционирует установка, представлена на фиг. 2.
Установка для выработки электрической энергии при утилизации теплоты газов включает паротурбинный контур. Паротурбинный контур содержит четыре гидравлических контура, в каждом из которых включена турбина (Тф1, Тф2, Тф3, Тф4), находящаяся на одном валу с электрогенератором (ЭГ), причем вал общий для всех турбин. Каждая турбина соединена с рекуперативным теплообменником (РП1, РП2, РП3, РП4) и соответствующими секциями котла-утилизатора (КУ1, КУ2, КУ3, КУ4), последовательно отдающего тепло в каждый гидравлический контур, при этом конденсатор (К) и насос (Н) едины для всей схемы. В качестве низкокипящего рабочего вещества используется фторорганическое рабочее тело - фторуглерод, который является термически стабильным и химически инертным. При этом для выключения/включения каждого контура независимо от другого при изменении температурного потенциала утилизируемого потока в каждом гидравлическом контуре дополнительно установлен свой насос и конденсатор.
Установка работает следующим образом.
Источники тела различных технологических процессов, такие как газы различных технологических процессов (выхлопные газы газотурбинных установок, поршневых агрегатов, дымовые газы промышленных печей, котлов, генераторный газ), подают по теплоизолированным трубопроводам в котел-утилизатор (КУ) под действием избыточного давления на выходе из камер сгорания, а также разрежением в дымовых трубах. Отвод тепла от этих рабочих тел производится с помощью котла-утилизатора (КУ), последовательно отдающего теплоту каждой следующей секции КУ.
Фторуглеродный сверхкритический флюид (рабочее вещество) образуется в рекуперативном теплообменнике (РП) (процесс 3 - А1…4 на фиг. 2) и далее нагревается в отдельной, для каждого контура, секции котла-утилизатора (процесс 41…4 - 11…4 на фиг. 2). Подводимая в каждой секции котла-утилизатора (КУ1…4) теплота от источника (процесс на 41...4 - 11…4 фиг. 2) позволяет получить перегретый пар. Затем перегретый пар (рабочее вещество) расширяется в турбине, совершая полезную работу (процесс 11…4 - 21…4 на фиг. 2), т.е. вращает единый вал с электрогенератором, тем самым вырабатывая электрическую энергию. После турбины перегретый пар низкого давления отдает избыток теплоты в рекуперативном теплообменнике (РП) (процесс 21…4 - 2р на фиг. 2), то есть, рабочее вещество, поступающее из насоса, забирает избыток тепла от перегретого пара, выходящего из турбины, который после рекуператора конденсируется в конденсаторе (процесс 2р-2' на фиг. 2) и закачивается насосом обратно в рекуперативный теплообменник (процесс 2'-3). Термодинамический цикл замыкается (фиг. 2).
В каждом следующем контуре снижается только температура острого пара перед турбиной, а максимальное (нагнетания) и минимальное (конденсации) давления одинаковы в каждом контуре. Снижается также количество теплоты, передаваемой в рекуперативном теплообменнике. В рекуперативном теплообменнике «горячий» и «холодный» теплоноситель движутся в разных каналах.
Высокая термическая стойкость рабочего вещества позволяет отказаться от широко применяемых в данной технологии двухконтурных систем с различными рабочими веществами (например, углеводороды и термически стойкое масло) и промежуточного теплообменника.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что на стадии проектирования установки для выработки электрической энергии при утилизации теплоты газов, в зависимости от величины утилизируемого температурного перепада проектируется необходимое количество турбин и соответствующее им количество гидравлических контуров, а именно, при утилизации тепловых потоков с температурой в интервалах: 100-250°C - один контур; 250 - 350°C - два контура; 350-450°C - три контура; 450-550°C - четыре контура.
При необходимости можно варьировать число контуров в зависимости от утилизируемого температурного перепада. В заявке описан пример с 4-мя контурами, которые позволяют реализовать температурный потенциал полностью. Можно также изменить принципиальную схему, поставив в каждый контур свой насос и конденсатор и при необходимости отключать незадействованные контуры. Это позволит регулировать режимы в каждом контуре индивидуально и обеспечит более высокую термодинамическую эффективность, а также даст возможность выключать/включать каждый контур независимо от другого, но в зависимости от изменения температурного потенциала утилизируемого потока.
Одним из примеров применения подобных электрогенерирующих установок - утилизация тепла выхлопных газов газоперекачивающих агрегатах компрессорных системах газотранспортной системы с целью генерация электроэнергии для покрытия собственных нужд компрессорных станций и передачи излишков в сеть. Проведенный анализ и сопоставление установок на фторулеродах с аналогами показал увеличение термодинамической эффективности на 10%. Применение фторуглеродов позволит спроектировать одноконтурную схему установки, без промежуточного теплообменника, что не только снизит необратимые потери в контуре установки, но и упростит аппаратное содержание установки, уменьшит величину капитальных вложений в строительство комплекса.
Полученные результаты подтверждают высокую энергетическую эффективность использования фторорганических рабочих веществ в теплосиловых циклах и могут быть использованы на этапе формирования технического задания на проектирование подобных установок различной мощности.
Результаты теплотехнических стендовых испытаний фторуглеродных рабочих веществ в качестве рабочего тела энергоустановок:
1. Проведены теплотехнические и ресурсные испытания до 600 часов непрерывной работы циркуляционного стенда.
2. Результатами спектрометрического анализа подтверждена высокая термическая и химическая стабильность фторуглеродного рабочего вещества во всем диапазоне рабочих параметров до 530°С и 6 МПа. На образцах рабочего тела, полученных при работе стенда через 100, 300, 600 часов (время одного цикла 13,5 сек), выполнены исследования масс-спектров. Было установлено, что циклическое воздействие, проходящее по схеме «нагрев-охлаждение» в диапазоне реальных температур рабочего тела C3F8 (20-525°С) в контакте с нержавеющей сталью типа Х18Н9Т и котловой сталью 20 при длительности одного цикла 13,5 сек, влияния на рабочее тело не оказало.
3. Результаты ресурсных и теплотехнических испытаний позволяют определить характерный режим работы основных аппаратов циркуляционного стенда.
4. Таким образом, в результате проведения ресурсных теплотехнических испытаний установлены:
- параметры рабочих режимов;
- расход и массовые скорости рабочего вещества в аппаратах и трубопроводах;
- интегральные коэффициенты теплоотдачи;
- потери гидравлического напора во всех основных аппаратах циркуляционного стенда;
- потери теплоты в окружающую среду.
5. Произведен спектрометрический анализ образцов рабочего тела через 100, 300, 600 часов работы. Результаты спектрометрического анализа показывают полную идентичность состава отобранных образцов на стенде МЭИ и образцов ЭНИН, подвергшихся нагреву в специальных капсулах. После проведения полных ресурсных испытаний 600 часов состав проб не изменился и эквивалентен исходному образцу рабочего вещества. Подтверждена полная химическая и термическая стабильность октафторпропана в качестве рабочего тела теплосиловой установки в заданном интервале теплотехнических измерений: температура перед турбиной порядка 525°С, давлениях до 6 МПа.
6. Подтверждена возможность разработки гораздо более компактного и менее металлоемкого оборудования по сравнению с оборудованием на газовых и водопаровых рабочих веществах.
Claims (3)
1. Установка для выработки электрической энергии, включающая паротурбинный контур, содержащий по меньшей мере два гидравлических контура, в каждый из которых включена турбина, находящаяся на одном валу с электрогенератором, отличающаяся тем, что вал выполнен общим для всех турбин, каждая турбина соединена с рекуперативным теплообменником и соответствующими секциями котла-утилизатора, последовательно отдающего тепло в каждый гидравлический контур, причем максимальное и минимальное давление одинаково в каждом гидравлическом контуре, при этом конденсатор и насос едины для всей схемы, в качестве низкокипящего рабочего вещества используется фторуглерод: октафторпропан C3F8, или циклофторбутан C4F8, или декафторбутан C4F10.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что паротурбинный контур в зависимости от величины утилизируемого температурного перепада содержит необходимое количество гидравлических контуров, а именно, при утилизации до 550°C - четыре контура, до 450°C - три контура, до 350°C - два контура.
3. Установка для выработки электрической энергии, включающая паротурбинный контур, содержащий четыре гидравлических контура, в каждый из которых включена турбина, находящаяся на одном валу с электрогенератором, а также конденсатор и насос, позволяющие, при необходимости, выключать/включать незадействованный гидравлический контур, отличающаяся тем, что вал выполнен общим для всех турбин, каждая турбина соединена с рекуперативным теплообменником и соответствующими секциями котла-утилизатора, последовательно отдающего тепло в каждый гидравлический контур, в качестве низкокипящего рабочего вещества используется фторуглерод: октафторпропан C3F8, или циклофторбутан C4F8, или декафторбутан C4F10.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015148838A RU2657068C2 (ru) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Установка для выработки электрической энергии при утилизации теплоты дымовых и выхлопных газов |
PCT/RU2017/050001 WO2017082775A1 (ru) | 2015-11-13 | 2017-01-13 | Установка для выработки электрической энергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015148838A RU2657068C2 (ru) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Установка для выработки электрической энергии при утилизации теплоты дымовых и выхлопных газов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015148838A RU2015148838A (ru) | 2017-05-19 |
RU2657068C2 true RU2657068C2 (ru) | 2018-06-08 |
Family
ID=58695892
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015148838A RU2657068C2 (ru) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Установка для выработки электрической энергии при утилизации теплоты дымовых и выхлопных газов |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2657068C2 (ru) |
WO (1) | WO2017082775A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2730777C1 (ru) * | 2020-01-15 | 2020-08-25 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" | Вспомогательная энергетическая установка для дизель-генераторов |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1377420A1 (ru) * | 1985-07-24 | 1988-02-28 | Всесоюзный государственный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "Внипиэнергопром" | Способ работы бинарной конденсационной электростанции |
SU1795128A1 (ru) * | 1990-01-30 | 1993-02-15 | Andrej V Polupan | Энергетическая установка |
RU2000449C1 (ru) * | 1990-07-18 | 1993-09-07 | Николай Яковлевич Бутаков | Многоконтурна энергетическа установка |
RU2037055C1 (ru) * | 1991-12-13 | 1995-06-09 | Валерий Михайлович Левицкий | Комбинированная парогазовая установка |
US20080168772A1 (en) * | 2005-03-29 | 2008-07-17 | Utc Power, Llc | Cascaded Organic Rankine Cycles for Waste Heat Utilization |
WO2009045117A2 (en) * | 2007-10-02 | 2009-04-09 | Politechnika Szczecinska | A method of utilising low- and medium-temperature heat sources and media and a system for utilising low- and medium-temperature heat sources and media |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6153117A (en) * | 1993-09-29 | 2000-11-28 | Cooperative "Elegaz" | Azeotropic refrigerant composition containing sulfur hexafluoride and method of use thereof |
US8616001B2 (en) * | 2010-11-29 | 2013-12-31 | Echogen Power Systems, Llc | Driven starter pump and start sequence |
US9074494B2 (en) * | 2011-10-21 | 2015-07-07 | General Electric Company | System and apparatus for controlling temperature in a heat recovery steam generator |
US8984884B2 (en) * | 2012-01-04 | 2015-03-24 | General Electric Company | Waste heat recovery systems |
-
2015
- 2015-11-13 RU RU2015148838A patent/RU2657068C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2017
- 2017-01-13 WO PCT/RU2017/050001 patent/WO2017082775A1/ru active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1377420A1 (ru) * | 1985-07-24 | 1988-02-28 | Всесоюзный государственный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт "Внипиэнергопром" | Способ работы бинарной конденсационной электростанции |
SU1795128A1 (ru) * | 1990-01-30 | 1993-02-15 | Andrej V Polupan | Энергетическая установка |
RU2000449C1 (ru) * | 1990-07-18 | 1993-09-07 | Николай Яковлевич Бутаков | Многоконтурна энергетическа установка |
RU2037055C1 (ru) * | 1991-12-13 | 1995-06-09 | Валерий Михайлович Левицкий | Комбинированная парогазовая установка |
US20080168772A1 (en) * | 2005-03-29 | 2008-07-17 | Utc Power, Llc | Cascaded Organic Rankine Cycles for Waste Heat Utilization |
WO2009045117A2 (en) * | 2007-10-02 | 2009-04-09 | Politechnika Szczecinska | A method of utilising low- and medium-temperature heat sources and media and a system for utilising low- and medium-temperature heat sources and media |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2730777C1 (ru) * | 2020-01-15 | 2020-08-25 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" | Вспомогательная энергетическая установка для дизель-генераторов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015148838A (ru) | 2017-05-19 |
WO2017082775A1 (ru) | 2017-05-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | A review of research on the Kalina cycle | |
AU2005233321B2 (en) | Method and device for carrying out a thermodynamic cyclic process | |
Nouman | Comparative studies and analyses of working fluids for Organic Rankine Cycles-ORC | |
Yagli et al. | Comparison of toluene and cyclohexane as a working fluid of an organic Rankine cycle used for reheat furnace waste heat recovery | |
US8276383B2 (en) | Power generator using an organic rankine cycle drive with refrigerant mixtures and low waste heat exhaust as a heat source | |
Held | Supercritical CO2 cycles for gas turbine combined cycle power plants | |
CA2867120C (en) | System and method for recovery of waste heat from dual heat sources | |
Bao et al. | Exergy analysis and parameter study on a novel auto-cascade Rankine cycle | |
Kaynakli et al. | Thermodynamic analysis of the Organic Rankine Cycle and the effect of refrigerant selection on cycle performance | |
Ibrahim et al. | Effects of isentropic efficiencies on the performance of combined cycle power plants. | |
Azubuike et al. | Exergy analysis of a steam power plant at full and partial load conditions | |
Shan et al. | A review of Kalina cycle | |
Galashov et al. | Thermal efficiency of three-cycle utilization-type steam-gas units | |
RU2657068C2 (ru) | Установка для выработки электрической энергии при утилизации теплоты дымовых и выхлопных газов | |
Siviter et al. | Experimental application of thermoelectric devices to the Rankine cycle | |
Xiao et al. | Slag-washing water of blast furnace power station with supercritical organic Rankine cycle | |
Chaonan et al. | Thermo-economic modelling and optimization of a zeotropic organic Rankine cycle with composition adjustment | |
Saadatfar et al. | Thermodynamic vapor cycles for converting low-to medium-grade heat to power: a state-of-the-art review and future research pathways | |
Cruz et al. | A Literature Review of the Kalina Cycle and Trends | |
Carcasci et al. | Thermodynamic optimization and off-design performance analysis of a toluene based rankine cycle for waste heat recovery from medium-sized gas turbines | |
Caresana et al. | Micro combined plant with gas turbine and organic cycle | |
Wang et al. | Thermodynamic analysis and comparison study of an Organic Rankine Cycle (ORC) and a Kalina cycle for waste heat recovery of compressor intercooling | |
Dakkah et al. | Choosing the suitable working fluid to recover heat from low-temperature sources | |
Soufi et al. | A new Rankine cycle for hydrogen-fired power generation plants and its exergetic efficiency | |
RU2779349C1 (ru) | Рекуперационная энергетическая установка |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TC4A | Change in inventorship |
Effective date: 20180827 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191114 |