RU2564195C1

RU2564195C1 - Power system for utilisation of heat of exhaust gases of gas-distributing station

Info

Publication number: RU2564195C1
Application number: RU2014126812/02A
Authority: RU
Inventors: Александрс Народицкис; Николай Геннадьевич Кириллов
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2015-09-27

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: heat recovery steam generating unit is the unit based on Rankine organic cycle with the electric generator, and the intermediate loop for utilisation of heat of exhaust gases of the gas turbine is the closed loop with diathermic oil which incorporates two heat exchangers and the circulation pump; through one heat exchanger the line of removal of exhaust gases of the gas turbine passes, and through the second heat exchanger - the line of the unit based on Rankine organic cycle; the internal consumers of electric energy of the gas-distributing station are connected to the electric generator unit based on Rankine organic cycle.

EFFECT: invention allows to increase efficiency of combustion in natural gas at the main gas-distributing stations due to obtaining of additional electric energy by conversion of heat of exhaust gases in the unit based on Rankine organic cycle and decrease of material costs for supply by electric power of internal consumers of gas-distributing stations.

1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическим системам, в которых применяются органические циклы Ренкина для производства электрической энергии при сжигании различных видов топлива.The invention relates to energy systems in which organic Rankine cycles are used to produce electrical energy by burning various types of fuel.

Известно устройство установки на основе органического цикла Ренкина, представляющее собой замкнутый контур с органическим рабочим телом, содержащим турбину на валу с электрогенератором, испаритель, конденсатор, теплообменник-рекуператор, насос и систему охлаждения установки на основе органического цикла Ренкина (Соболь В.А. Мини-ТЭЦ в Речице, передовые технологии в области использования местных видов топлива. // Журнал «Энергетическая Стратегия», №2(20), 2011, стр. 57-59).A device of the plant based on the organic Rankine cycle is known, which is a closed loop with an organic working fluid containing a turbine on a shaft with an electric generator, an evaporator, a condenser, a heat exchanger-recuperator, a pump and a cooling system of a plant based on the organic Rankine cycle (V. A. Mini Sobol -CHP in Rechitsa, advanced technologies in the use of local fuels. // Journal of Energy Strategy, No. 2 (20), 2011, pp. 57-59).

Однако данная энергоустановка предназначена для работы на твердой биомассе и не может быть использована для утилизации теплоты отработанных газов газокомпрессорных станций.However, this power plant is designed to operate on solid biomass and cannot be used to utilize the heat of the exhaust gases of gas compressor stations.

Известно устройство головной компрессорной станции газопровода, часть газоперекачивающих агрегатов которой снабжена устанавливаемым преимущественно непосредственно за газотурбинной установкой в зоне выхода отработанных горячих газов рекуператором для утилизации теплоты уходящих газов с подогревом воздуха, подаваемого в турбину (Патент на полезную модель РФ №52947, опубл. 27.04.2006, Бюл. №12).A device is known for the head compressor station of a gas pipeline, a part of the gas pumping units of which is equipped with a recuperator installed mainly directly behind the gas turbine installation in the exhaust gas outlet zone for utilizing the heat of the exhaust gases with heating the air supplied to the turbine (Utility Model Patent of the Russian Federation No. 52947, publ. 27.04. 2006, Bull. No. 12).

Однако установка рекуператоров с подогревом воздуха, подаваемого в турбину, не обеспечивает использование всего потенциала теплоты уходящих газов для выработки полезной электрической энергии.However, the installation of recuperators with heating the air supplied to the turbine does not ensure the use of the entire potential of the heat of the exhaust gases to generate useful electrical energy.

Известна энергетическая система по утилизации теплоты отработанных газов газовых турбин, включающая в себя газовую турбину, промежуточный контур использования теплоты отработанных газов газовой турбины, в виде контура с паровой турбиной, и теплоутилизационную парогенераторную установку (Заявка на изобретение РФ №2010153492, опубл. от 10.07.2012 Бюл. №19).A well-known energy system for the utilization of the heat of the exhaust gases of gas turbines, including a gas turbine, an intermediate circuit for using the heat of the exhaust gases of a gas turbine, in the form of a circuit with a steam turbine, and a heat recovery steam generator (Application for the invention of the Russian Federation No. 2010153492, publ. From 10.07. 2012 Bull. No. 19).

Однако данная энергетическая система сложна в конструктивном изготовлении и не обеспечивает использование всего потенциала теплоты уходящих газов для выработки полезной электрической энергии.However, this energy system is difficult to constructively manufacture and does not provide the use of the entire potential of the heat of the flue gases to generate useful electrical energy.

Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в повышении эффективности сжигания природного газа на магистральных газоперекачивающих станциях за счет получения дополнительной электрической энергии путем преобразования теплоты отработанных газов в установке на основе органического цикла Ренкина и снижение материальных затрат для обеспечения электроэнергией внутренних потребителей магистральных газоперекачивающих станций.The technical result that can be obtained by applying this invention is to increase the efficiency of burning natural gas at gas pumping stations by generating additional electric energy by converting the heat of the exhaust gases in a plant based on the organic Rankine cycle and reducing material costs to provide electricity to domestic consumers gas pumping stations.

Для достижения данного технического результата энергетическая система по утилизации теплоты отработанных газов газоперекачивающих станций, включающая в себя газовую турбину газоперекачивающей станции, промежуточный контур использования теплоты отработанных газов газовой турбины и теплоутилизационную парогенераторную установку, снабжена в качестве теплоутилизационной парогенераторной установки установкой на основе органического цикла Ренкина, а в качестве промежуточного контура использования теплоты отработанных газов газовой турбины замкнутым контуром с диатермическим маслом, который имеет в своем составе два теплообменника и циркуляционный насос, при этом через один теплообменник проходит линия отвода отработанных газов газовой турбины, а через второй теплообменник проходит линия установки на основе органического цикла Ренкина, при этом к электрогенератору установки на основе органического цикла Ренкина подключены внутренние потребители электрической энергии газоперекачивающей станции.To achieve this technical result, the energy system for utilizing the heat of the exhaust gases of gas pumping stations, including a gas turbine of a gas pumping station, an intermediate circuit for using the heat of exhaust gases of a gas turbine, and a heat recovery steam generator, is equipped with a Rankine organic cycle plant as a heat recovery steam generator, and as an intermediate circuit for the use of heat of exhaust gases of the turbine in a closed loop with diathermic oil, which includes two heat exchangers and a circulation pump, while the exhaust gas line of the gas turbine passes through one heat exchanger, and the installation line based on the organic Rankine cycle passes through the second heat exchanger, and to the generator’s generator Based on the organic Rankine cycle, internal consumers of electric energy of the gas pumping station are connected.

Введение в состав энергетической системы по утилизации теплоты отработанных газов газоперекачивающих станций установки на основе органического цикла Ренкина в качестве теплоутилизационной парогенераторной установки и замкнутого контура с диатермическим маслом в качестве промежуточного контура использования теплоты отработанных газов газовой турбины, имеющего в своем составе циркуляционный насос и два теплообменника, через которые линия отработанных газов газовой турбины связана с установкой на основе органического цикла Ренкина, а также подключение к электрогенератору установки на основе органического цикла Ренкина внутренних потребителей газоперекачивающей станции позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности преобразования теплоты отработанных газов газовой турбины в электрическую энергию для нужд внутренних потребителей магистральной газоперекачивающей станции.Introduction to the energy system for waste gas heat recovery of gas pumping stations of a plant based on the organic Rankine cycle as a heat recovery steam generator and a closed loop with diathermic oil as an intermediate circuit for using the heat of the exhaust gases of a gas turbine, which includes a circulation pump and two heat exchangers, through which the exhaust line of the gas turbine is connected to the Renkin organic cycle plant a, as well as connecting internal consumers of the gas pumping station to the electric generator of the plant based on the organic Rankine cycle, it is possible to obtain a new property, which consists in the possibility of converting the heat of the exhaust gases of a gas turbine into electric energy for the needs of internal consumers of the main gas pumping station.

На фиг. 1 изображена энергетическая система по утилизации теплоты отработанных газов газоперекачивающей станции.In FIG. 1 shows an energy system for utilization of the heat of the exhaust gases of a gas pumping station.

Энергетическая система по утилизации теплоты отработанных газов газоперекачивающей станции состоит из газовой турбины 1 магистральной газоперекачивающей станции, замкнутого контура 2 с диатермическим маслом, установки на основе органического цикла Ренкина 3 с электрогенератором 4, внутренними потребителями (технологическое оборудование) электроэнергии 5 газоперекачивающей станции.The energy system for utilizing the heat of the exhaust gases of a gas pumping station consists of a gas turbine 1 of a gas pumping station, a closed circuit 2 with diathermic oil, a plant based on the organic Rankine 3 cycle with an electric generator 4, and internal consumers (technological equipment) of electric power 5 of the gas pumping station.

Газовая турбина 1 связана с замкнутым контуром 2 через теплообменник 6 контура 2 с помощью линии отвода отработанных газов 7.The gas turbine 1 is connected to the closed loop 2 through the heat exchanger 6 of the loop 2 using the exhaust gas line 7.

Установка на основе органического цикла Ренкина 3 связана с замкнутым контуром 2 через теплообменник 8.A plant based on the organic Rankine 3 cycle is connected to a closed circuit 2 through a heat exchanger 8.

Движение диатермического масла в замкнутом контуре 2 осуществляется с помощью циркуляционного насоса 9.The movement of diathermic oil in a closed circuit 2 is carried out using a circulation pump 9.

Энергетическая система по утилизации теплоты отработанных газов газоперекачивающей станции работает следующим образом.The energy system for the utilization of the heat of the exhaust gases of a gas pumping station operates as follows.

Для перекачки природного газа в магистральных трубопроводах используются газоперекачивающие станции с компрессорами, работающими от газовых турбин. Газовая турбина 1 работает за счет сгорания природного газа. Теплота отработанных газов из турбины 1 подается по трубопроводу 7 (дымоход) в теплообменник 6 замкнутого контура 2 с диатермическим маслом. За счет работы циркуляционного насоса 9 теплота отработанных газов передается рабочему телу (в качестве которого могут быть использованы силиконовое масло, фреоны, изобутан и т.д.) установки на основе органического цикла Ренкина 3 через теплообменник 8. Установка на основе органического цикла Ренкина 3 преобразует низкопотенциальную теплоту, полученную от замкнутого контура 2, в электрическую энергию, которая генерируется в электрогенераторе 4, расположенном на одном валу с паровой турбиной (на фигуре не показана) установки 3.For pumping natural gas in the main pipelines, gas pumping stations with compressors operating from gas turbines are used. Gas turbine 1 operates by burning natural gas. The heat of the exhaust gases from the turbine 1 is supplied through a pipeline 7 (chimney) to a heat exchanger 6 of a closed circuit 2 with diathermic oil. Due to the operation of the circulation pump 9, the heat of the exhaust gases is transferred to the working fluid (which can be used silicone oil, freons, isobutane, etc.) of a plant based on the organic Rankine 3 cycle through a heat exchanger 8. A plant based on the organic Rankin 3 cycle will convert low-grade heat received from the closed loop 2 into electrical energy, which is generated in the electric generator 4, located on the same shaft with a steam turbine (not shown in the figure) of the installation 3.

Поскольку газоперекачивающая станция располагается локально от централизованных электрических сетей, производство электроэнергии за счет теплоты отработанных газов газовой турбины 1 позволяет обеспечить электроэнергией внутренних потребителей 5 (например, технологическое оборудование), которые связаны с электрогенератором 4.Since the gas pumping station is located locally from centralized electrical networks, the production of electricity due to the heat of the exhaust gases of the gas turbine 1 allows you to provide electricity to domestic consumers 5 (for example, technological equipment) that are connected to the generator 4.

Источники информацииInformation sources

1. Соболь В.А. Мини-ТЭЦ в Речице, передовые технологии в области использования местных видов топлива. // Журнал «Энергетическая Стратегия», №2(20), 2011. стр. 57-59.1. Sable V.A. Mini-CHP in Rechitsa, advanced technologies in the use of local fuels. // Journal "Energy Strategy", No. 2 (20), 2011. p. 57-59.

2. Патент на полезную модель РФ №52947, опубл. 27.04.2006, Бюл. №12.2. Patent for utility model of the Russian Federation No. 52947, publ. 04/27/2006, Bull. No. 12.

3. Заявка на изобретение РФ №2010153492, опубл. от 10.07.2012, Бюл. №19 - прототип.3. Application for the invention of the Russian Federation No.20153492, publ. from 10.07.2012, bull. No. 19 is a prototype.

Claims

An energy system for utilizing the heat of the exhaust gases of a gas pumping station with a gas turbine, including an intermediate circuit for using the heat of the exhaust gases of a gas turbine of the station and a heat recovery steam generator, characterized in that the heat recovery steam generator is used on the basis of the organic Rankine cycle with an electric generator, and as intermediate circuit for the use of the heat of the exhaust gases of the gas turbine of the station and they use a closed loop with diathermic oil, which includes two heat exchangers and a circulation pump for pumping diathermic oil, with one heat exchanger connected to the exhaust gas line of the gas turbine, and the second heat exchanger connected to a unit based on the organic Rankine cycle, The generator of the plant based on the organic Rankine cycle connected internal consumers of electric energy to the gas pumping station.