RU2743480C1 - Oxygen-fuel power plant - Google Patents
Oxygen-fuel power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743480C1 RU2743480C1 RU2020132880A RU2020132880A RU2743480C1 RU 2743480 C1 RU2743480 C1 RU 2743480C1 RU 2020132880 A RU2020132880 A RU 2020132880A RU 2020132880 A RU2020132880 A RU 2020132880A RU 2743480 C1 RU2743480 C1 RU 2743480C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- outlet
- inlet
- circuit
- compressor
- combustion chamber
- Prior art date
Links
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
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
-
- 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
- F02C3/34—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid with recycling of part of the working fluid, i.e. semi-closed cycles with combustion products in the closed part of the cycle
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при разработке электрических станций с малыми выбросами вредных веществ в атмосферу.The invention relates to the field of electric power and can be used in the development of power plants with low emissions of harmful substances into the atmosphere.
Известна энергоустановка, работающая по полузакрытому циклу с кислородным сжиганием топлива (Bolland О., Saether S. New concepts for natural gas fired power plants which simplify the recovery of carbon dioxide //Energy Conversion and Management. - 1992. - T. 33. - №. 5-8. - C. 467-475.), содержащая многоступенчатый компрессор, камеру сгорания, топливный компрессор, воздухоразделительную установку, газовую турбину, котел-утилизатор, охладитель-сепаратор, многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением, паровую турбину, конденсатор, насос.Known power plant operating on a semi-closed cycle with oxygen combustion of fuel (Bolland O., Saether S. New concepts for natural gas fired power plants which simplify the recovery of carbon dioxide // Energy Conversion and Management. - 1992. - T. 33. - No. 5-8. - C. 467-475.), Containing a multistage compressor, a combustion chamber, a fuel compressor, an air separation unit, a gas turbine, a waste heat boiler, a cooler-separator, a multistage compressor with intermediate cooling, a steam turbine, a condenser, pump.
Недостатком данного технического решения являются большие потери энергии на охлаждение газовой турбины.The disadvantage of this technical solution is the large energy loss for cooling the gas turbine.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является энергоустановка, работающая по полузакрытому циклу с кислородным сжиганием топлива (Рогалев А.Н., Киндра В.О., Зонов А.С., Рогалев Н.Д. Исследование экологически безопасных энергетических комплексов с кислородным сжиганием топлива // Новое в российской энергетике. - 2019. - 8. - С. 6-25.), содержащая многоступенчатый компрессор, камеру сгорания, топливный компрессор, воздухоразделительную установку, газовую турбину, котел-утилизатор, охладитель-сепаратор, многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением, паровую турбину, конденсатор, насос, электрогенераторы.The closest in technical essence to the proposed invention is a power plant operating in a semi-closed cycle with oxygen combustion of fuel (Rogalev A.N., Kindra V.O., Zonov A.S., Rogalev N.D. Research of environmentally friendly energy complexes with oxygen fuel combustion // New in Russian energy. - 2019. - 8. - P. 6-25.), containing a multistage compressor, a combustion chamber, a fuel compressor, an air separation unit, a gas turbine, a waste heat boiler, a cooler-separator, a multistage compressor with intercooler, steam turbine, condenser, pump, electric generators.
Недостатком данного технического решения являются большие потери энергии на охлаждение газовой турбины.The disadvantage of this technical solution is the large energy loss for cooling the gas turbine.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении электрического КПД энергоустановки.The technical problem solved by the proposed invention is to increase the electrical efficiency of the power plant.
Технический результат заключается в снижении расхода топлива за счет уменьшения расхода рабочей среды, забираемой из компрессора на охлаждение газовой турбины, а также расширения предварительно подогретого потока азота в турбодетандере, служащим для выработки электроэнергии.The technical result consists in reducing the fuel consumption by reducing the flow rate of the working medium taken from the compressor for cooling the gas turbine, as well as expanding the preheated nitrogen flow in the turbo expander, which is used to generate electricity.
Это достигается тем, что предлагаемая кислородно-топливная энергоустановка, содержащая многоступенчатый компрессор, выход которого соединен с входом камеры сгорания, выход которой последовательно соединен с газовой турбиной, котлом-утилизатором, содержащим горячий и холодный контуры теплоносителей, и охладителем-сепаратором, выход которого параллельно соединен с входом многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением и с входом многоступенчатого компрессора, топливный компрессор и воздухоразделительную установку, выходы которых соединены с двумя другими входами камеры сгорания, паровую турбину, выход которой соединен с конденсатором, выход конденсатора соединен с входом насоса, выход насоса соединен с входом холодного контура теплоносителя котла-утилизатора, выход которого соединен с входом паровой турбины, идентичные первый и второй электрогенераторы, расположенные на одном валу с газовой и паровой турбинами соответственно, снабжена многопоточным поверхностным теплообменником, содержащим собственные горячий и холодный контуры теплоносителей, турбодетандером и третьим электрогенератором, при этом вход горячего контура теплоносителя многопоточного поверхностного теплообменника подсоединен к каналам для отбора хладагента из многоступенчатого компрессора, а его выход присоединен к газовой турбине, причем вход холодного контура теплоносителя многопоточного поверхностного теплообменника соединен с другим выходом воздухоразделительной установки, а выход холодного контура теплоносителя многопоточного поверхностного теплообменника соединен с турбодетандером, механически соединенным с третьим электрогенератором.This is achieved by the fact that the proposed oxygen-fuel power plant containing a multistage compressor, the outlet of which is connected to the inlet of the combustion chamber, the outlet of which is connected in series with a gas turbine, a waste heat boiler containing hot and cold coolant circuits, and a cooler-separator, the outlet of which is parallel connected to the inlet of a multistage compressor with intercooling and to the inlet of a multistage compressor, a fuel compressor and an air separation unit, the outputs of which are connected to two other inlets of the combustion chamber, a steam turbine, the outlet of which is connected to a condenser, a condenser outlet is connected to a pump inlet, the pump outlet is connected to the inlet of the coolant coolant circuit of the waste heat boiler, the outlet of which is connected to the inlet of the steam turbine, identical first and second electric generators located on the same shaft with the gas and steam turbines, respectively, are equipped with a multi-stream surface heat exchanger containing its own hot and cold coolant circuits, a turbo expander and a third electric generator, while the inlet of the hot coolant circuit of the multi-stream surface heat exchanger is connected to channels for taking refrigerant from the multistage compressor, and its outlet is connected to a gas turbine, and the inlet of the cold coolant circuit of the multi-stream surface heat exchanger is connected with the other outlet of the air separation unit, and the outlet of the coolant circuit of the multi-stream surface heat exchanger is connected to a turbo expander mechanically connected to the third electric generator.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная тепловая схема кислородно-топливной энергоустановки.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a basic thermal diagram of an oxygen-fuel power plant.
Кислородно-топливная энергоустановка содержит многоступенчатый компрессор 1, камеру сгорания 2, топливный компрессор 3, воздухоразделительную установку 4, газовую турбину 5, котел-утилизатор 6, содержащий горячий газовый контур теплоносителя 7 и холодный водяной контур теплоносителя 8, охладитель-сепаратор 9, многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением 10, паровую турбину 11, конденсатор 12, насос 13, многопоточный поверхностный теплообменник 14, содержащий горячий контур теплоносителя 15 и холодный контур теплоносителя 16, турбодетандер 17, первый электрогенератор 18, второй электрогенератор 19, третий электрогенератор 20. При этом многоступенчатый компрессор 1 расположен на одном валу с газовой турбиной 5, которая имеет механическую связь с первым электрогенератором 18. Паровая турбина 11 имеет механическую связь со вторым электрогенератором 19, а турбодетандер 17 - с третьим электрогенератором 20.The oxygen-fuel power plant contains a multistage compressor 1, a
Вход многоступенчатого компрессора 1 выполнен с возможностью подачи диоксида углерода, а выход многоступенчатого компрессора 1 соединен с первым входом камеры сгорания 2, со вторым входом камеры сгорания 2 соединен выход топливного компрессора 3, а третий вход камеры сгорания 2 соединен с первым выходом воздухоразделительной установки 4. Выход камеры сгорания 2 соединен с входом газовой турбины 5, выход которой соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 7 котла-утилизатора 6. Выход горячего газового контура теплоносителя 7 котла-утилизатора 6 соединен с охладителем-сепаратором 9. Первый выход охладителя-сепаратора 9 параллельно соединен с входом многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением 10 и с входом многоступенчатого компрессора 1. Кроме того выход холодного водяного контура теплоносителя 8 котла-утилизатора 6 соединен с входом паровой турбины 11, выход которой соединен с конденсатором 12. Вход насоса 13 соединен с выходом конденсатора 12, а выход насоса 13 соединен с входом холодного водяного контура 8 котла-утилизатора 6. Вход горячего контура теплоносителя 15 многопоточного поверхностного теплообменника 14 подсоединен к каналам для отбора хладагента из многоступенчатого компрессора 1, а его выход присоединен к газовой турбине 5. Вход воздухоразделительной установки выполнен с возможностью подачи воздуха, а ее второй выход соединен с входом холодного контура теплоносителя 16 многопоточного поверхностного теплообменника 14, выход которого соединен с турбодетандером 17.The inlet of the multistage compressor 1 is configured to supply carbon dioxide, and the outlet of the multistage compressor 1 is connected to the first inlet of the
Кислородно-топливная энергоустановка работает следующим образом. На вход многоступенчатого компрессора 1 подается поток рабочей среды, который после сжатия в многоступенчатом компрессоре 1 направляется на первый вход камеры сгорания 2, на второй вход подается природный газ, предварительно сжатый в топливном компрессоре 3, а на третий вход подается кислород, полученный в воздухоразделительной установке 4. После сгорания горячей смеси и выработки полезной работы в газовой турбине 5 выхлопные газы проходят через горячий газовый контур теплоносителя 7 котла-утилизатора 6, где они передают свою теплоту рабочей среде холодного водяного контура теплоносителя 8 котла-утилизатора 6, и попадают в охладитель-сепаратор 9, в котором из выхлопных газов отделяются водяные пары и удаляются из цикла. Образовавшийся в результате сжигания природного газа избыток диоксид углерода сжимается в многоступенчатом компрессоре с промежуточным охлаждением 10 и направляется на захоронение, оставшаяся рабочая среда снова направляется на вход многоступенчатого компрессора 1. Перегретый пар, выработанный в холодном водяном контуре теплоносителя 8 котла-утилизатора 6, расширяясь, совершает работу в паровой турбине 11, после чего направляется в конденсатор 12. Образовавшийся конденсат с помощью насоса 13 направляется обратно на вход холодного водяного контура теплоносителя 8 котла-утилизатора 6. При этом для охлаждения газовой турбины 5 используется рабочая среда, отобранная из компрессора 1, которая, проходя через горячий контур теплоносителя 15 многопоточного поверхностного теплообменника 14 охлаждается азотом, подаваемым в холодный контур теплоносителя 16 многопоточного поверхностного теплообменника 14 из второго выхода воздухоразделительной установки 4. Нагретый рабочей средой азот после прохождения холодного контура теплоносителя 16 многопоточного поверхностного теплообменника 14 совершает работу в турбодетандере 17 и выбрасывается в атмосферу.The oxygen-fuel power plant operates as follows. The flow of the working medium is supplied to the input of the multistage compressor 1, which, after being compressed in the multistage compressor 1, is directed to the first inlet of the
Результаты расчетов показателей тепловой эффективности кислородно-топливной энергоустановки показали, что электрический КПД нетто вырос на 2,11% по сравнению с прототипом при одинаковых термодинамических параметрах цикла - начальная температура цикла 1400°С, начальное давление 60 бар, давление на выхлопе газовой турбины 1 бар.The results of calculating the thermal efficiency indicators of the oxygen-fuel power plant showed that the net electrical efficiency increased by 2.11% compared to the prototype with the same thermodynamic parameters of the cycle - the initial cycle temperature is 1400 ° C, the initial pressure is 60 bar, and the gas turbine exhaust pressure is 1 bar. ...
Использование изобретения позволяет повысить электрический КПД кислородно-топливной энергоустановки за счет установки дополнительного многопоточного поверхностного теплообменника 14, турбодетандера 17 и третьего электрогенератора 20. В предлагаемой схеме предусматривается предварительное охлаждение азотом потоков хладагента в многопоточном поверхностном теплообменнике 14, что обеспечивает снижение его расхода, а также дополнительную выработку электроэнергии в турбодетандере 17 при расширении подогретого азота.The use of the invention makes it possible to increase the electrical efficiency of the oxygen-fuel power plant by installing an additional multi-stream
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020132880A RU2743480C1 (en) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Oxygen-fuel power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020132880A RU2743480C1 (en) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Oxygen-fuel power plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2743480C1 true RU2743480C1 (en) | 2021-02-18 |
Family
ID=74666343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020132880A RU2743480C1 (en) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Oxygen-fuel power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2743480C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3413241A1 (en) * | 1983-12-02 | 1985-06-13 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau | Combined gas/steam turbine power station with CO/O2 combustion |
EA001062B1 (en) * | 1998-06-08 | 2000-10-30 | Энвер Рустамович Ахмедов | Method for converting energy of pressurized gas into useful energy and gas turbine (steam gas) installation therefor |
RU2310765C1 (en) * | 2006-04-26 | 2007-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Power generation method |
RU2315186C2 (en) * | 2002-06-21 | 2008-01-20 | САРГАС АС с/о Флейскер энд Ко. АС | Low contamination thermal power station |
-
2020
- 2020-10-06 RU RU2020132880A patent/RU2743480C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3413241A1 (en) * | 1983-12-02 | 1985-06-13 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau | Combined gas/steam turbine power station with CO/O2 combustion |
EA001062B1 (en) * | 1998-06-08 | 2000-10-30 | Энвер Рустамович Ахмедов | Method for converting energy of pressurized gas into useful energy and gas turbine (steam gas) installation therefor |
RU2315186C2 (en) * | 2002-06-21 | 2008-01-20 | САРГАС АС с/о Флейскер энд Ко. АС | Low contamination thermal power station |
RU2310765C1 (en) * | 2006-04-26 | 2007-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Power generation method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РОГАЛЕВ А.Н., КИНДРА В.О., ЗОНОВ А.С., РОГАЛЕВ Н.Д. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ С КИСЛОРОДНЫМ СЖИГАНИЕМ ТОПЛИВА // НОВОЕ В РОССИЙСКОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ. - 2019. - 8. - С. 6-25. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11988115B2 (en) | System for recovering waste heat and method thereof | |
WO2016207289A2 (en) | Waste heat recovery simple cycle system and method | |
US20110006529A1 (en) | Combined cycle power plant | |
JP2012132454A (en) | System and method for using gas turbine intercooler heat in bottoming steam cycle | |
RU2749081C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
RU2409746C2 (en) | Steam-gas plant with steam turbine drive of compressor and regenerative gas turbine | |
RU2743480C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
CN109681325A (en) | Natural gas-supercritical CO of zero carbon emission2Combined cycle generating process | |
RU2775732C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
RU2747704C1 (en) | Cogeneration gas turbine power plant | |
JP4619563B2 (en) | Ultra turbine | |
RU2751420C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
RU2757404C1 (en) | Oxygen-fuel power plant with coal gasification | |
KR20180056148A (en) | Combined cycle power generation system | |
RU2791638C1 (en) | Gas-steam power plant | |
RU126373U1 (en) | STEAM GAS INSTALLATION | |
CN109630269A (en) | The natural gas-steam combined cycle clean power technique of zero carbon emission | |
RU2814174C1 (en) | Oxygen-fuel power plant for co-production of electricity and hydrogen | |
RU2769044C1 (en) | Steam-gas plant with compressor steam turbine drive and high-pressure steam generator with intermediate steam superheater | |
RU2810854C1 (en) | Method for generating electricity based on supercritical co2 cycle | |
RU2795803C1 (en) | Compressor station of the main gas pipeline with a gas turbo expander unit | |
RU2690604C1 (en) | Steam generating unit | |
RU2740670C1 (en) | Method of operation of steam-gas plant of power plant | |
RU2811228C1 (en) | Oxygen-fuel power plant for co-production of ammonia and electricity | |
RU2811729C2 (en) | Combined-cycle power plant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210924 Effective date: 20210924 |