RU2732530C1 - Power technological complex for generation of heat and mechanical energy and method of operation of complex - Google Patents
Power technological complex for generation of heat and mechanical energy and method of operation of complex Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732530C1 RU2732530C1 RU2020108394A RU2020108394A RU2732530C1 RU 2732530 C1 RU2732530 C1 RU 2732530C1 RU 2020108394 A RU2020108394 A RU 2020108394A RU 2020108394 A RU2020108394 A RU 2020108394A RU 2732530 C1 RU2732530 C1 RU 2732530C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air separation
- power plant
- cryogenic air
- energy
- natural gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
-
- 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
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
- F28B5/00—Condensers employing a combination of the methods covered by main groups F28B1/00 and F28B3/00; Other condensers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
- F28B7/00—Combinations of two or more condensers, e.g. provision of reserve condenser
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике, а именно к экологически чистыми экономически выгодным способам и установкам для выработки тепловой и механической энергий.The invention relates to power engineering, in particular to environmentally friendly economically profitable methods and installations for generating thermal and mechanical energy.
Известен способ комплексного использования шахтного метана, вентиляционной струи, углеводородных отходов угледобычи и устройство для его осуществления(патент РФ №2393354, опубл. 27.06.2010), включающий в себя транспортировку и применение кондиционной метано-воздушной смеси в качестве газового топлива в, по меньшей мере, одной энергетической установке, флегматизапию продуктами сгорания некондиционной метано-воздушной смеси с установленными верхним и нижним концентрационными пределами содержания СН4 в ней, транспортировку, разбавление воздухом и использование ее также в качестве газового топлива в, по меньшей мере, одной энергетической установке, отличающийся тем, что некондиционную метано-воздушную смесь с содержанием СН4 в ней ниже установленного нижнего концентрационного предела разбавляют вентиляционной струей, транспортируют и используют ее в качестве дутья при сжигании углеводородных отходов угледобычи и для получения синтез-газа, причем полученный синтез-газ используют при сжигании углеводородных отходов угледобычи и/или применяют в качестве резервного газового топлива для, по меньшей мере, одной энергетической установки, выполненной в виде теплового аппарата. Устройство для использования шахтного метана, вентиляционной струи и углеводородных отходов угледобычи включает вакуум-насосную станцию с газоанализатором, связанную входом с подземной системой сбора шахтного метана, а выходом - с линией подвода шахтного метана в энергетическую установку, оснащенную горелками для сжигания кондиционной и некондиционной метано-воздушной смеси и связанную с линией подвода дутья, блок подготовки метано-воздушной смеси в линии подвода шахтного метана, блок обработки некондиционной метано-воздушной смеси, расположенный в линии подвода дутья, отвод с узлом аварийного удаления в атмосферу шахтного метана, расположенный в линии подвода шахтного метана между вакуум-насосной станцией с газоанализатором и узлом обработки некондиционной метано-воздушной смеси, и систему автоматического управления, причем узел обработки некондиционной метано-воздушной смеси выполнен в виде первого и второго смесителей, один вход каждого из которых соединен с линией подвода шахтного метана, другой вход у первого смесителя - с линией подвода инертного разбавителя, а у второго смесителя - с линией подвода вентиляционной струи, выход первого смесителя сообщен с входом блока подготовки метано-воздушной смеси, выход второго смесителя - с линией подвода дутья, при этом энергетическая установка оборудована котлом-газогенератором и выполнена с возможностью сжигания углеводородных отходов угледобычи.A known method for the integrated use of mine methane, a ventilation jet, hydrocarbon waste from coal mining and a device for its implementation (RF patent No. 2393354, publ. 27.06.2010), including the transportation and use of a conditioned methane-air mixture as a gas fuel in at least at least one power plant, phlegmatization by combustion products of substandard methane-air mixture with established upper and lower concentration limits of CH 4 content in it, transportation, dilution with air and its use as a gas fuel in at least one power plant, which is different the fact that a substandard methane-air mixture with a CH 4 content in it below the established lower concentration limit is diluted with a ventilation jet, transported and used as a blast when burning hydrocarbon waste from coal mining and for producing synthesis gas, and the resulting synthesis gas is used during combustion of hydrocarbon waste from coal mining and / or is used as a backup gas fuel for at least one power plant made in the form of a heat apparatus. The device for using coal mine methane, a ventilation jet and hydrocarbon waste from coal mining includes a vacuum pumping station with a gas analyzer connected by the input to the underground mine methane collection system, and the output to the coal mine methane supply line to the power plant equipped with burners for burning conditioned and substandard methane air mixture and connected to the blast supply line, a methane-air mixture preparation unit in the mine methane supply line, a substandard methane-air mixture processing unit located in the blast supply line, an outlet with a unit for emergency removal of coal mine methane into the atmosphere located in the mine methane supply line methane between a vacuum pumping station with a gas analyzer and a substandard methane-air mixture processing unit, and an automatic control system, and the substandard methane-air mixture processing unit is made in the form of the first and second mixers, one input of each of which is connected to the mine supply line methane, the other input at the first mixer - with the inert diluent supply line, and at the second mixer - with the ventilation stream supply line, the output of the first mixer is connected to the input of the methane-air mixture preparation unit, the output of the second mixer - with the blast supply line, while the energy The unit is equipped with a boiler-gas generator and is designed to burn hydrocarbon waste from coal mining.
К недостаткам приведенного аналога можно отнести отсутствие возможности использования без флегматизирования шахтного воздуха с концентрацией метана менее 18% и выброс в атмосферу парникового газа -СО2, после сжигания метана.The disadvantages of this analogue include the inability to use mine air without phlegmatization with a methane concentration of less than 18% and the emission of a greenhouse gas -CO 2 into the atmosphere after methane combustion.
Известен способ регулирования и установка для выработки механической и тепловой энергии, выбранная в качестве наиболее близкого аналога, (патент РФ №2698865, опубл. 30.08.2019), выполненный с возможностью сжижения природного газа и включающий определение электромагнитного момента на якоре генератора, соединенного с парогазовой турбиной; оценку текущего рабочего режима установки для выработки механической и тепловой энергии на основе электромагнитного момента на якоре генератора, при этом при уменьшении электромагнитного момента ниже первого порогового значения, повышают производительность блока сжижения, в котором сжиженное углеродсодержащее топливо поступает в теплоизолированную емкость для хранения сжиженного углеродсодержащего топлива, а дополнительный жидкий кислород поступает в теплоизолированную емкость для хранения сжиженного кислорода, а при увеличении электромагнитного момента на якоре генератора выше второго порогового значения, снижают производительность блока сжижения, и включающий этапы, на которых: (а) горячие газы из камеры сгорания направляют на вход в парогазовую турбину; (b) ОГ из турбины поступают в первый охладитель ОГ; (с) ОГ из первого охладителя подают в первый контактный охладитель, где они охлаждаются до температуры, необходимой для отделения воды из ОГ путем ее конденсации, далее сконденсированная вода выводится из первого контактного охладителя; (а) ОГ из первого контактного охладителя, содержащие в качестве основного составляющего диоксид углерода, направляются на вход в компрессор; (е) сжатые компрессором ОГ подают во второй контактный охладитель, где они охлаждаются; (f) из второго контактного охладителя охлажденные ОГ поступают во второй охладитель, где ОГ охлаждаются до температуры, необходимой для конденсации диоксида углерода, далее сконденсированный диоксид углерода выводится из второго охладителя; (g) некоторая часть выведенной из первого контактного охладителя воды поступает на вход водяного насоса-регулятора, который закачивает ее в камеру сгорания; (h) некоторая часть диоксида углерода, сконденсированного во втором охладителе, поступает на вход углекислотного насоса-регулятора, который закачивает его в камеру сгорания; (i) в камеру сгорания топливным насосом-регулятором и кислородным насосом-регулятором подаются углеродсодержащее топливо и кислород соответственно, под давлением, необходимым для осуществления подачи в камеру сгорания, при этом углеродсодержащее топливо подают из теплоизолированной емкости для накопления углеродсодержащего топлива.A known control method and installation for the generation of mechanical and thermal energy, selected as the closest analogue, (RF patent No. 2698865, publ. 08/30/2019), made with the possibility of liquefying natural gas and including the determination of the electromagnetic moment at the anchor of the generator connected to the steam-gas turbine; assessment of the current operating mode of the installation for the generation of mechanical and thermal energy based on the electromagnetic moment at the generator armature, while when the electromagnetic moment decreases below the first threshold value, the productivity of the liquefaction unit is increased, in which the liquefied carbonaceous fuel enters the thermally insulated tank for storing the liquefied carbonaceous fuel, and additional liquid oxygen enters a thermally insulated container for storing liquefied oxygen, and when the electromagnetic moment at the generator armature increases above the second threshold value, the productivity of the liquefaction unit is reduced, and includes the stages at which: (a) hot gases from the combustion chamber are directed to the entrance to steam and gas turbine; (b) the exhaust gas from the turbine enters the first exhaust gas cooler; (c) the exhaust gas from the first cooler is fed to the first contact cooler, where it is cooled to a temperature required to separate water from the exhaust gas by condensing it, then the condensed water is removed from the first contact cooler; (a) exhaust gas from the first contact cooler, containing carbon dioxide as the main constituent, is directed to the compressor inlet; (e) the exhaust gases compressed by the compressor are fed to a second contact cooler where they are cooled; (f) from the second contact cooler, cooled exhaust gas flows to the second cooler, where exhaust gas is cooled to a temperature required for condensation of carbon dioxide, then the condensed carbon dioxide is removed from the second cooler; (g) some of the water discharged from the first contact cooler enters the inlet of the water regulator pump, which pumps it into the combustion chamber; (h) some of the carbon dioxide condensed in the second cooler enters the inlet of the carbon dioxide regulator pump, which pumps it into the combustion chamber; (i) carbonaceous fuel and oxygen are supplied to the combustion chamber by the fuel pump-regulator and oxygen pump-regulator, respectively, at the pressure necessary to effect the supply to the combustion chamber, while the carbonaceous fuel is supplied from a thermally insulated container for storing carbonaceous fuel.
К недостаткам представленного наиболее близкого аналога можно отнести невозможность использования природного газа, содержащегося в воздухе, поступающим из угольной шахты, в виду широкого диапазона концентраций природного газа в этом воздухе, что также ухудшает экологические показатели установки, а также низкое использование тепловой энергии сред, что обуславливает низкий КПД и эффективность установки.The disadvantages of the presented closest analogue include the impossibility of using natural gas contained in the air coming from a coal mine, in view of the wide range of concentrations of natural gas in this air, which also worsens the environmental performance of the installation, as well as the low use of thermal energy of the media, which causes low efficiency and efficiency of the installation.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение указанных недостатков.The problem to be solved by the invention is to eliminate these disadvantages.
Технический результат заключается в повышении КПД и эффективности комплекса, за счет повышения использования тепловой энергии сред, циркулирующих в комплексе, в улучшении экологических показателей комплекса, за счет обеспечения возможности использования природного газа, содержащегося в воздухе из угольной шахты, и исключения выброса природного газа в атмосферу, а также обеспечение возможности полного сбора побочных газовых продуктов.The technical result consists in increasing the efficiency and efficiency of the complex, by increasing the use of thermal energy of the media circulating in the complex, in improving the environmental performance of the complex, by ensuring the possibility of using natural gas contained in the air from a coal mine, and eliminating the emission of natural gas into the atmosphere , as well as ensuring the possibility of complete collection of gas by-products.
Технический результат достигается энерготехнологическим комплексом для выработки тепловой и механической энергий, включающим энергетическую установку (1), состоящую из камеры сгорания, парогазовой турбины, соединенной с генератором электрической энергии, линий подачи кислорода, природного газа, воды и диоксида углерода в камеру сгорания, а также линии охлаждения отработанных газов, выполненную с возможностью конденсации воды и диоксида углерода, при этом комплекс дополнительно включает установку (2) криогенного разделения воздуха, систему вентиляции угольной шахты (3), при этом система вентиляции угольной шахты (3) соединена линией (5) подачи воздуха из угольной шахты (3) с установкой (2) криогенного разделения воздуха, выполненной с возможностью обеспечения подачи сжиженного кислорода и сжиженного природного газа в энергетическую установку (1), которая также выполнена с возможностью передачи выработанной электрической энергии к угольной шахте (3), а кроме того передачи выработанной энергии к установке (2) криогенного разделения воздуха.The technical result is achieved by an energy technology complex for generating thermal and mechanical energy, including a power plant (1) consisting of a combustion chamber, a steam-gas turbine connected to an electric energy generator, lines for supplying oxygen, natural gas, water and carbon dioxide to the combustion chamber, and exhaust gas cooling line, made with the possibility of condensation of water and carbon dioxide, while the complex additionally includes a cryogenic air separation unit (2), a coal mine ventilation system (3), while the coal mine ventilation system (3) is connected by a supply line (5) air from a coal mine (3) with a cryogenic air separation unit (2) configured to supply liquefied oxygen and liquefied natural gas to a power plant (1), which is also configured to transfer generated electrical energy to a coal mine (3), and besides the transfer of the generated energy Energy to unit (2) cryogenic air separation.
Энергетическая установка (1) дополнительно включает замкнутый контур утилизации тепла, работающий по органическому циклу Ренкина (ОЦР), выполненный с возможностью получения тепла низкокипящей рабочей жидкостью от отработанных газов из линии охлаждения отработанных газов и выработки дополнительной механической энергии от расширения низкокипящей рабочей жидкости на турбине ОЦР и далее выработки дополнительной электрической энергии генератором ОЦР, соединенным с турбиной ОЦР.The power plant (1) additionally includes a closed loop of heat recovery, operating according to the organic Rankine cycle (ORC), made with the possibility of receiving heat with a low-boiling working fluid from exhaust gases from the exhaust gas cooling line and generating additional mechanical energy from the expansion of a low-boiling working fluid on the ORC turbine and then the generation of additional electrical energy by an ORC generator connected to an ORC turbine.
Выработанной энергетической установкой (1) энергией, передаваемой к установке (2) криогенного разделения воздуха, является механическая или электрическая энергия.The energy generated by the power plant (1) transmitted to the cryogenic air separation unit (2) is mechanical or electrical energy.
Установка (2) криогенного разделения воздуха дополнительно выполнена с возможностью подачи диоксида углерода и сжиженного азота в энергетическую установку (1).The cryogenic air separation unit (2) is additionally configured to supply carbon dioxide and liquefied nitrogen to the power plant (1).
Установка (2) криогенного разделения воздуха выполнена с возможностью подачи сжиженного кислорода и сжиженного природного газа в энергетическую установку (Г) по линиям (6 и 7) подачи сжиженного кислорода и сжиженного природного газа.Installation (2) cryogenic air separation is configured to supply liquefied oxygen and liquefied natural gas to the power plant (G) through the lines (6 and 7) supplying liquefied oxygen and liquefied natural gas.
Установка (2) криогенного разделения воздуха выполнена с возможностью подачи сжиженного кислорода и сжиженного природного газа в энергетическую установку (1) посредством перевозки на по меньшей мере одном транспортном средстве.The cryogenic air separation unit (2) is configured to supply liquefied oxygen and liquefied natural gas to the power plant (1) by means of transportation on at least one vehicle.
Комплекс дополнительно выполнен с возможностью обеспечения передачи сжиженного кислорода, аргона, первичного криптоксенонового концентрата, неоногелиевой смеси, сжиженного природного газа, азота и диоксида углерода от установки (2) криогенного разделения воздуха к внешнему потребителю (4), а также энергетическая установка (1) выполнена с возможностью передачи электрической энергии, тепловой энергии, в качестве носителя которой является вода, и сжиженного диоксида углерода к внешнему потребителю (4).The complex is additionally configured to provide the transfer of liquefied oxygen, argon, primary cryptoxenone concentrate, neon-helium mixture, liquefied natural gas, nitrogen and carbon dioxide from the cryogenic air separation unit (2) to an external consumer (4), as well as the power plant (1) with the possibility of transferring electrical energy, thermal energy, the carrier of which is water, and liquefied carbon dioxide to an external consumer (4).
Технический результат также достигается способом работы энерготехнологического комплекса, заключающимся в том, что из системы вентиляции угольной шахты (3) воздух подают в установку (2) криогенного разделения воздуха, обеспечивают подачу сжиженных в установке (2) криогенного разделения воздуха природного газа и кислорода в линии подачи сжиженного природного газа и сжиженного кислорода энергетической установки (1) и далее подают в камеру сгорания энергетической установки (1), из камеры сгорания газы подают в парогазовую турбину, соединенную с генератором электрической энергии, при этом выработанную электрическую энергию подают к угольной шахте (3), а также выработанную энергию подают к установке (2) криогенного разделения воздуха, после парогазовой турбины отработанные газы подают в линию охлаждения отработанных газов, где их охлаждают до температур, обеспечивающих возможность конденсации содержащейся в отработанных газах воды и диоксида углерода, по меньшей мере часть которых подают в камеру сгорания энергетической установки (1).The technical result is also achieved by the method of operation of the energy technological complex, which consists in the fact that from the ventilation system of the coal mine (3) air is supplied to the cryogenic air separation unit (2), and the supply of natural gas and oxygen liquefied in the cryogenic air separation unit (2) in the line supply of liquefied natural gas and liquefied oxygen to the power plant (1) and then fed into the combustion chamber of the power plant (1), from the combustion chamber gases are fed to a steam-gas turbine connected to an electric power generator, while the generated electric power is supplied to a coal mine (3 ), as well as the generated energy is supplied to the cryogenic air separation unit (2), after the steam-gas turbine, the exhaust gases are fed into the exhaust gas cooling line, where they are cooled to temperatures that allow condensation of the water and carbon dioxide contained in the exhaust gases, at least part served in the combustion chamber of the power plant (1).
По меньшей мере часть тепла из линии охлаждения отработанных газов передают низкокипящей рабочей жидкости замкнутого контура утилизации тепла, работающего по органическому циклу Ренкина (ОЦР), выполненному с возможностью выработки дополнительной механической энергии от расширения низкокипящей рабочей жидкости на турбине ОЦР, а кроме того, по меньшей мере другую часть тепла отработанных газов передают жидкому азоту, который подают от установки (2) криогенного разделения воздуха.At least part of the heat from the exhaust gas cooling line is transferred to the low-boiling working fluid of a closed heat recovery loop operating according to the organic Rankine cycle (ORC), configured to generate additional mechanical energy from the expansion of the low-boiling working fluid on the ORC turbine, and in addition, at least At least another part of the heat of the exhaust gases is transferred to liquid nitrogen, which is supplied from the cryogenic air separation unit (2).
Отделенный в установке (2) криогенного разделения воздуха диоксид углерода подают в линию охлаждения отработанных газов энергетической установки(1) и к внешнему потребителю (4) для дальнейшего использования или захоронения.The carbon dioxide separated in the cryogenic air separation unit (2) is fed into the exhaust gas cooling line of the power plant (1) and to an external consumer (4) for further use or disposal.
Дополнительно обеспечивают передачу от установки (2) криогенного разделения воздуха к внешнему потребителю (4) сжиженного кислорода, сжиженного природного газа, азота, аргона, первичного криптоксенонового концентрата и неоногелиевой смеси, а также обеспечивают передачу от энергетической установки (1) к внешнему потребителю (4) электрической энергии, тепловой энергий, в качестве носителя которой является вода, и сконденсированного диоксида углерода.Additionally, they provide the transfer from the cryogenic air separation unit (2) to an external consumer (4) of liquefied oxygen, liquefied natural gas, nitrogen, argon, primary cryptoxenon concentrate and neon-helium mixture, and also provide transfer from the power plant (1) to an external consumer (4 ) electrical energy, thermal energy, the carrier of which is water, and condensed carbon dioxide.
На представленной фигуре показана схема энерготехнологического комплекса для выработки тепловой и механической энергий.The presented figure shows a diagram of a power engineering complex for generating thermal and mechanical energy.
На представленной фигуре обозначены следующие элементы.In the figure shown, the following elements are indicated.
1 - энергетическая установка;1 - power plant;
2 - установка криогенного разделения воздуха;2 - cryogenic air separation unit;
3 - угольная шахта;3 - coal mine;
4 - внешний потребитель;4 - external consumer;
5 - линия подачи воздуха из угольной шахты (3);5 - air supply line from the coal mine (3);
6 -линия подачи сжиженного кислорода в энергетическую установку (1);6 - liquefied oxygen supply line to the power plant (1);
7 - линия подачи сжиженного природного газа в энергетическую установку (1).7 - line for supplying liquefied natural gas to the power plant (1).
Энерготехнологический комплекс для выработки тепловой и механической энергий включает энергетическую установку (1), состоящую из камеры сгорания, парогазовой турбины, соединенной с генератором электрической энергии, линий подачи кислорода, природного газа, воды и диоксида углерода в камеру сгорания, а также линии охлаждения отработанных газов, выполненную с возможностью конденсации воды и диоксида углерода за счет по меньшей мере частичного отвода тепла от отработанных газов в атмосферу по меньшей мере одним тепловым насосом, что позволяет улучшить экологические показатели комплекса, за счет исключения выбросов газов в атмосферу.The energy technological complex for the generation of thermal and mechanical energy includes a power plant (1) consisting of a combustion chamber, a steam-gas turbine connected to an electric power generator, lines for supplying oxygen, natural gas, water and carbon dioxide to the combustion chamber, as well as lines for cooling exhaust gases , made with the possibility of condensation of water and carbon dioxide due to at least partial removal of heat from the exhaust gases into the atmosphere by at least one heat pump, which makes it possible to improve the environmental performance of the complex by eliminating gas emissions into the atmosphere.
Комплекс дополнительно включает установку (2) криогенного разделения воздуха и систему вентиляции угольной шахты (З).Система вентиляции угольной шахты (3) соединена линией (5) подачи воздуха из угольной шахты (3) с установкой (2) криогенного разделения воздуха, что позволяет повысить эффективность комплекса, за счет повышения использования газов, а также в улучшении экологических показателей комплекса, за счет исключения выброса природного газа в атмосферу. Установка (2) криогенного разделения воздуха выполнена с возможностью обеспечения подачи сжиженного кислорода и сжиженного природного газа в энергетическую установку (1), например, компрессорами, что позволяет повысить эффективность комплекса, за счет повышения использования газов, а также в улучшении экологических показателей комплекса, за счет исключения выброса природного газа в атмосферу. Энергетическая установка (1) также выполнена с возможностью передачи выработанной электрической энергии к угольной шахте (3) для обеспечения потребителей угольной шахты (3) электроэнергией, что позволяет повысить КПД комплекса, за счет обеспечения собственных нужд комплекса необходимой энергией, выработанной за счет сжигания природного газа, содержащегося в воздухе из угольной шахты (З). Кроме того, выработанная энергетической установкой (1) энергия передается к установке (2) криогенного разделения воздуха, что позволяет повысить эффективность комплекса, за счет обеспечения собственных нужд комплекса необходимой энергией, выработанной за счет сжигания природного газа, содержащегося в воздухе из угольной шахты (3).The complex additionally includes a cryogenic air separation unit (2) and a coal mine ventilation system (3). The coal mine ventilation system (3) is connected by an air supply line (5) from a coal mine (3) with a cryogenic air separation unit (2), which allows to increase the efficiency of the complex by increasing the use of gases, as well as to improve the environmental performance of the complex, by eliminating the emission of natural gas into the atmosphere. The unit (2) for cryogenic air separation is configured to provide the supply of liquefied oxygen and liquefied natural gas to the power plant (1), for example, by compressors, which makes it possible to increase the efficiency of the complex by increasing the use of gases, as well as improving the environmental performance of the complex, for by eliminating the emission of natural gas into the atmosphere. The power plant (1) is also made with the possibility of transmitting the generated electric energy to the coal mine (3) to provide consumers of the coal mine (3) with electricity, which makes it possible to increase the efficiency of the complex by providing the complex's own needs with the necessary energy generated by burning natural gas contained in the air from a coal mine (Z). In addition, the energy generated by the power plant (1) is transferred to the cryogenic air separation unit (2), which makes it possible to increase the efficiency of the complex by providing the complex's own needs with the necessary energy generated by burning natural gas contained in the air from a coal mine (3 ).
Установка (2) криогенного разделения воздуха может, представлять собой, например, установку, включающую компрессор, ступени охлаждения, по меньшей мере часть которых выполнена с возможностью конденсации и отвода сконденсированных природного газа, кислорода, аргона, азота, неоногелиевой смеси и первичного криптоноксенонового концентрата из этих ступеней, а также установка (2) выполнена с возможность отделения диоксида углерода из воздуха и отвода из установки (2), при этом, охлаждение достигается любым известным способом, например, тепловыми насосами, отводящими излишки тепла в атмосферу. Энергетическая установка (1) дополнительно включает замкнутый контур утилизации тепла, работающий по органическому циклу Ренкина (ОЦР), выполненный с возможностью получения тепла низкокипящей рабочей жидкостью от отработанных газов из линии охлаждения отработанных газов и выработки дополнительной механической энергии от расширения низкокипящей рабочей жидкости на турбине ОЦР и далее выработки дополнительной электрической энергии генератором ОЦР, соединенным с турбиной ОЦР, что повышает КПД комплекса, за счет повышения использования тепловой энергии сред, циркулирующих в комплексе.The cryogenic air separation unit (2) may be, for example, an installation including a compressor, cooling stages, at least some of which are configured to condense and remove condensed natural gas, oxygen, argon, nitrogen, neon-helium mixture and primary krypton-xenone concentrate from of these stages, as well as the installation (2), is made with the possibility of separating carbon dioxide from the air and removing it from the installation (2), while cooling is achieved by any known method, for example, heat pumps that remove excess heat into the atmosphere. The power plant (1) additionally includes a closed loop of heat recovery, operating according to the organic Rankine cycle (ORC), made with the possibility of receiving heat with a low-boiling working fluid from exhaust gases from the exhaust gas cooling line and generating additional mechanical energy from the expansion of a low-boiling working fluid on the ORC turbine and then the generation of additional electrical energy by the ORC generator connected to the ORC turbine, which increases the efficiency of the complex by increasing the use of thermal energy of the media circulating in the complex.
Выработанной энергетической установкой (1) энергией, передаваемой к установке (2) криогенного разделения воздуха, является механическая или электрическая энергия, что позволяет повысить эффективность комплекса, за счет обеспечения собственных нужд комплекса необходимой энергией.The energy generated by the power plant (1), transmitted to the cryogenic air separation unit (2), is mechanical or electrical energy, which makes it possible to increase the efficiency of the complex by providing the complex's own needs with the necessary energy.
Установка (2) криогенного разделения воздуха дополнительно выполнена с возможностью подачи диоксида углерода и сжиженного азота в энергетическую установку (1), что повышает КПД комплекса, за счет повышения использования тепловой энергии сред, циркулирующих в комплексе, а также в улучшении экологических показателей комплекса, за счет исключения выброса газов в атмосферу.The unit (2) for cryogenic air separation is additionally configured to supply carbon dioxide and liquefied nitrogen to the power plant (1), which increases the efficiency of the complex, by increasing the use of thermal energy of the media circulating in the complex, as well as improving the environmental performance of the complex, for by eliminating the emission of gases into the atmosphere.
Установка (2) криогенного разделения воздуха выполнена с возможностью подачи сжиженного кислорода и сжиженного природного газа в энергетическую установку (1) по линиям (6 и 7) подачи сжиженного кислорода и сжиженного природного газа или посредством перевозки на по меньшей мере одном транспортном средстве.The cryogenic air separation unit (2) is configured to supply liquefied oxygen and liquefied natural gas to the power plant (1) through the lines (6 and 7) supplying liquefied oxygen and liquefied natural gas or by means of transportation on at least one vehicle.
Комплекс дополнительно выполнен с возможностью обеспечения передачи сжиженного кислорода, сжиженного природного газа, азота, аргона, первичного криптоксенонового концентрата, неоногелиевой смеси от установки (2) криогенного разделения воздуха к внешнему потребителю (4), а также энергетическая установка (1) выполнена с возможностью передачи электрической энергии, тепловой энергии, в качестве носителя которой является вода, и, кроме этого, азота и сжиженного диоксида углерода к внешнему потребителю (4), что повышении эффективности комплекса, за счет повышения использования сред с целью дальнейшего получения финансовой выгоды, а также в улучшении экологических показателей комплекса, за счет исключения выброса природного газа в атмосферу.The complex is additionally configured to provide the transfer of liquefied oxygen, liquefied natural gas, nitrogen, argon, primary cryptoxenon concentrate, neon-helium mixture from the cryogenic air separation unit (2) to an external consumer (4), as well as the power plant (1) is configured to transfer electric energy, thermal energy, the carrier of which is water, and, in addition, nitrogen and liquefied carbon dioxide to an external consumer (4), which increases the efficiency of the complex, by increasing the use of media in order to further obtain financial benefits, as well as improving the environmental performance of the complex by eliminating the emission of natural gas into the atmosphere.
Энерготехнологический комплекс работает следующим образом.The energy technology complex works as follows.
Из системы вентиляции угольной шахты (3) воздух, содержащий природный газ подают в установку (2) криогенного разделения воздуха, что позволяет исключить выбросы метана в атмосферу и таким образом достигается улучшение экологических показателей комплекса, а также повышение эффективности комплекса в целом за счет дальнейшего использования природного газа для выработки тепловой и механической энергий. В ходе криогенного разделения воздуха от угольной шахты (3) в ступенях охлаждения установки (2) получают не только сжиженные природный газ и сжиженный кислород, а также побочные газовые продукты такие как азот, аргон, неоногелиевую смесь, первичный криптоноксеноновый концентрат и диоксид углерода и, которые могут быть направлены к внешнему потребителю (4). Природный газ и кислород из установки (2) криогенного разделения воздуха подают в линии подачи сжиженного природного газа и сжиженного кислорода энергетической установки (1) и далее подают в камеру сгорания энергетической установки (1),что позволяет повысить эффективность комплекса. Кроме того, если из системы вентиляции угольной шахты (3) воздух, содержит природный газ в концентрации ниже количества необходимого для работы энергетической установки (1), сжиженный природный газ может быть подан от дополнительного источника, например, цистерны, выполненной с возможность хранения и подачи сжиженного природного газа. Далее из камеры сгорания энергетической установки газы подают на парогазовую турбину, соединенную с генератором электрической энергии, при этом выработанную электрическую энергию подают к угольной шахте (3), а также выработанную энергию подают к установке (2) криогенного разделения воздуха. Так, например, к установке (2) криогенного разделения воздуха может быть подана электрическая энергия, выработанная генератором, соединенным с парогазовой турбиной, и/или механическая энергия напрямую от парогазовой турбины для привода компрессоров. После парогазовой турбины отработанные газы подают в линию охлаждения отработанных газов, где их охлаждают до температур, обеспечивающих возможность конденсации содержащейся в отработанных газах воды и диоксида углерода, по меньшей мере часть которых подают в камеру сгорания энергетической установки (1), а по меньшей мере другую часть направляют к внешнему потребителю (4), что позволяет достигнуть улучшение экологических показателей комплекса, а также повышение эффективность комплекса в целом.From the ventilation system of a coal mine (3), air containing natural gas is supplied to a cryogenic air separation unit (2), which eliminates methane emissions into the atmosphere and thus improves the environmental performance of the complex, as well as increases the efficiency of the complex as a whole through further use natural gas for the production of thermal and mechanical energy. During the cryogenic separation of air from a coal mine (3), in the cooling stages of the unit (2), not only liquefied natural gas and liquefied oxygen are obtained, but also by-products such as nitrogen, argon, neon-helium mixture, primary krypton-xenone concentrate and carbon dioxide, and, which can be directed to an external consumer (4). Natural gas and oxygen from the cryogenic air separation unit (2) are fed into the supply lines of liquefied natural gas and liquefied oxygen of the power plant (1) and then fed into the combustion chamber of the power plant (1), which makes it possible to increase the efficiency of the complex. In addition, if the air from the ventilation system of a coal mine (3) contains natural gas in a concentration lower than the amount required for the operation of the power plant (1), liquefied natural gas can be supplied from an additional source, for example, a tank made with the ability to store and supply liquefied natural gas. Further, from the combustion chamber of the power plant, gases are supplied to a steam-gas turbine connected to an electric power generator, while the generated electric power is supplied to a coal mine (3), and the generated energy is supplied to a cryogenic air separation unit (2). For example, the cryogenic air separation unit (2) can be supplied with electrical energy generated by a generator connected to a steam-gas turbine and / or mechanical energy directly from a steam-gas turbine to drive compressors. After the steam-gas turbine, the exhaust gases are fed into the exhaust gas cooling line, where they are cooled to temperatures allowing the condensation of water and carbon dioxide contained in the exhaust gases, at least part of which is fed into the combustion chamber of the power plant (1), and at least another some are directed to an external consumer (4), which allows to achieve an improvement in the environmental indicators of the complex, as well as an increase in the efficiency of the complex as a whole.
По меньшей мере часть тепла из линии охлаждения отработанных газов передают низкокипящей рабочей жидкости замкнутого контура утилизации тепла, работающего по органическому циклу Ренкина (ОЦР), выполненному с возможностью выработки дополнительной механической энергии от расширения низкокипящей рабочей жидкости на турбине ОЦР, что позволяет повысить КПД комплекса за счет использования низкопотенциальной тепловой энергии отработанных газов. При этом, тепло низкокипящей рабочей жидкости замкнутого контура, передают, например, от сконденсированной в линии охлаждения отработанных газов воды, которую подают в камеру сгорания энергетической установки (1). Выработанная механическая энергия на турбине ОЦР может быть передана на генератор ОЦР для выработки электрической энергии и/или передана установке (2) криогенного разделения воздуха для привода компрессоров.At least part of the heat from the exhaust gas cooling line is transferred to the low-boiling working fluid of a closed heat recovery loop operating according to the organic Rankine cycle (ORC), made with the possibility of generating additional mechanical energy from the expansion of the low-boiling working fluid on the ORC turbine, which makes it possible to increase the efficiency of the complex for through the use of low-grade thermal energy of waste gases. In this case, the heat of the low-boiling working fluid of the closed loop is transferred, for example, from the water condensed in the exhaust gas cooling line, which is supplied to the combustion chamber of the power plant (1). The generated mechanical energy at the ORC turbine can be transferred to the ORC generator to generate electrical energy and / or transferred to the cryogenic air separation unit (2) to drive the compressors.
Кроме того, по меньшей мере другую часть тепла отработанных газов передают жидкому азоту, который подают от установки (2) криогенного разделения воздуха, что позволяет повысить КПД комплекса за счет повышения использования тепловой энергии сред.In addition, at least another part of the waste gas heat is transferred to liquid nitrogen, which is supplied from the cryogenic air separation unit (2), which makes it possible to increase the efficiency of the complex by increasing the use of thermal energy of the media.
Отделенный в установке (2) криогенного разделения воздуха диоксид углерода подают в линию охлаждения отработанных газов энергетической установки (1), что повышает экологические показатели комплекса за счет исключения выбросов газов в атмосферу, а также повышает КПД комплекса за счет повышения использования тепловой энергии.The carbon dioxide separated in the cryogenic air separation unit (2) is fed into the exhaust gas cooling line of the power plant (1), which increases the environmental performance of the complex by eliminating gas emissions into the atmosphere, and also increases the efficiency of the complex by increasing the use of thermal energy.
Дополнительно обеспечивают передачу от установки (2) криогенного разделения воздуха к внешнему потребителю (4)сжиженного природного газа, сжиженного кислорода, а также полученных в ходе криогенного разделения воздуха побочных газовых продуктов, таких как азот, аргон, первичный криптоксеноновый концентрат и неоногелиевую смесь, а также обеспечивают передачу от энергетической установки (1) к внешнему потребителю (4) электрической энергии, тепловой энергий, в качестве носителя которой является вода, и сконденсированного диоксида углерода, что повышает экологические показатели комплекса за счет исключения выбросов газов в атмосферу.Additionally, they provide the transfer from the cryogenic air separation unit (2) to an external consumer (4) of liquefied natural gas, liquefied oxygen, as well as by-products obtained during cryogenic air separation, such as nitrogen, argon, primary cryptoxenon concentrate and neon-helium mixture, and also provide the transfer from the power plant (1) to the external consumer (4) of electric energy, thermal energy, which is carried by water, and condensed carbon dioxide, which increases the environmental performance of the complex by eliminating gas emissions into the atmosphere.
Излишки тепла, вырабатываемого установкой (2) криогенного разделения воздуха и энергетической установкой (1), отводятся любым известным способ, например, с помощью тепловых насосов в окружающую среду.The surplus heat generated by the cryogenic air separation unit (2) and the power plant (1) is removed by any known method, for example, using heat pumps into the environment.
Таким образом, достигается повышении КПД и эффективности комплекса, за счет повышения использования тепловой энергии сред, циркулирующих в комплексе, в улучшении экологических показателей комплекса, за счет обеспечения возможности использования природного газа, содержащегося в воздухе из угольной шахты, и исключения выброса природного газа в атмосферу, а также обеспечение возможности полного сбора побочных газовых продуктов.Thus, an increase in the efficiency and efficiency of the complex is achieved by increasing the use of thermal energy of the media circulating in the complex, in improving the environmental indicators of the complex, by ensuring the possibility of using natural gas contained in the air from a coal mine, and eliminating the release of natural gas into the atmosphere , as well as ensuring the possibility of complete collection of gas by-products.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020108394A RU2732530C1 (en) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | Power technological complex for generation of heat and mechanical energy and method of operation of complex |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020108394A RU2732530C1 (en) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | Power technological complex for generation of heat and mechanical energy and method of operation of complex |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2732530C1 true RU2732530C1 (en) | 2020-09-21 |
Family
ID=72922228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020108394A RU2732530C1 (en) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | Power technological complex for generation of heat and mechanical energy and method of operation of complex |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2732530C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756399C1 (en) * | 2021-02-26 | 2021-09-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Energy technological complex for generation of thermal and mechanical energy and method for operation of complex |
| RU2808890C1 (en) * | 2023-07-28 | 2023-12-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИ РАН) | Energy technological complex for generation of thermal and mechanical energy and method of complex operation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2393354C1 (en) * | 2009-05-25 | 2010-06-27 | Открытое акционерное общество ОАО "Газпром промгаз" (ОАО "Газпром промгаз") | Procedure for complex utilisation of mine methane, air flow, and hydrocarbon wastes of coal mining and facility for implementation of this procedure (versions) |
| RU2591075C1 (en) * | 2015-05-12 | 2016-07-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Poly-generating energy system |
| RU2629047C1 (en) * | 2016-10-17 | 2017-08-24 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Complex for liquefaction, storage and offloading of natural gas |
| RU2698865C1 (en) * | 2018-10-29 | 2019-08-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Control method and apparatus for generating mechanical and thermal energy |
-
2020
- 2020-02-27 RU RU2020108394A patent/RU2732530C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2393354C1 (en) * | 2009-05-25 | 2010-06-27 | Открытое акционерное общество ОАО "Газпром промгаз" (ОАО "Газпром промгаз") | Procedure for complex utilisation of mine methane, air flow, and hydrocarbon wastes of coal mining and facility for implementation of this procedure (versions) |
| RU2591075C1 (en) * | 2015-05-12 | 2016-07-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Poly-generating energy system |
| RU2629047C1 (en) * | 2016-10-17 | 2017-08-24 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Complex for liquefaction, storage and offloading of natural gas |
| RU2698865C1 (en) * | 2018-10-29 | 2019-08-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Control method and apparatus for generating mechanical and thermal energy |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756399C1 (en) * | 2021-02-26 | 2021-09-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Energy technological complex for generation of thermal and mechanical energy and method for operation of complex |
| RU2808890C1 (en) * | 2023-07-28 | 2023-12-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИ РАН) | Energy technological complex for generation of thermal and mechanical energy and method of complex operation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9249690B2 (en) | Energy generation system and method thereof | |
| US3628332A (en) | Nonpolluting constant output electric power plant | |
| US8398730B2 (en) | Method and apparatus to facilitate substitute natural gas production | |
| US20080115500A1 (en) | Combustion of water borne fuels in an oxy-combustion gas generator | |
| KR102372516B1 (en) | Methanation of anode exhaust to enhance carbon dioxide capture | |
| EA029181B1 (en) | System and method for controlling stoichiometric combustion in low emission turbine systems | |
| CN103442783A (en) | Systems and methods for carbon dioxide capture in low emission turbine systems | |
| JPS5947137B2 (en) | Method of generating electricity from carbon-based or hydrocarbon-based fuels | |
| CN1582366A (en) | Gas turbine system comprising closed system of fuel and combustion gas using underground coal layer | |
| TW201217630A (en) | Low emission triple-cycle power generation systems and methods | |
| CN101287893A (en) | Method for increasing the efficiency of a combined gas/steam power station with integrated gasification combined cycle | |
| US20190264582A1 (en) | Combined brayton/rankine cycle gas and steam turbine generating system operated in two closed loops | |
| US9273607B2 (en) | Generating power using an ion transport membrane | |
| CN113738467B (en) | Integrated system for carrying out carbon-carrying capturing power generation by utilizing liquefied natural gas | |
| RU2732530C1 (en) | Power technological complex for generation of heat and mechanical energy and method of operation of complex | |
| US20200318538A1 (en) | Hydrogen Hybrid Cycle System | |
| KR102113796B1 (en) | System and Method for Direct-Fired Supercritical CO2 Power Generation | |
| RU2739165C1 (en) | Power technological complex of natural gas processing and method of operation of complex | |
| US8850825B2 (en) | Generating power using an ion transport membrane | |
| US20230258123A1 (en) | Hydrogen Hybrid Cycle System | |
| RU2756399C1 (en) | Energy technological complex for generation of thermal and mechanical energy and method for operation of complex | |
| CN114382562B (en) | Shunt recompression pure oxygen combustion circulation system | |
| WO2019032755A1 (en) | Hydrogen hybrid cycle system | |
| RU2587736C1 (en) | Plant for utilisation of low-pressure natural and associated oil gases and method for use thereof | |
| RU2808890C1 (en) | Energy technological complex for generation of thermal and mechanical energy and method of complex operation |