RU2650446C1 - Low-capacity steam compressing unit - Google Patents

Low-capacity steam compressing unit Download PDF

Info

Publication number
RU2650446C1
RU2650446C1 RU2017121970A RU2017121970A RU2650446C1 RU 2650446 C1 RU2650446 C1 RU 2650446C1 RU 2017121970 A RU2017121970 A RU 2017121970A RU 2017121970 A RU2017121970 A RU 2017121970A RU 2650446 C1 RU2650446 C1 RU 2650446C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
low
steam
output
input
pressure cylinder
Prior art date
Application number
RU2017121970A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Георгиевич Хромченков
Екатерина Валериевна Жигулина
Леонид Михайлович Мурашов
Юрий Викторович Яворовский
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2017121970A priority Critical patent/RU2650446C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2650446C1 publication Critical patent/RU2650446C1/en

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
    • F01K19/00—Regenerating or otherwise treating steam exhausted from steam engine plant
    • F01K19/02—Regenerating by compression

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

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to the industry associated with the production of low-capacity steam. Low-capacity steam compression unit includes a low-pressure steam line connected to the input of the turbo compressor kinematically connected to the motor. Turbo compressor output is connected to the kinematically connected to the electric generator condensation turbine inlet by a high-pressure steam pipe. Condensation turbine output is connected to the condenser. At that, the turbo compressor is made three-sectioned and contains a low-pressure cylinder (LPC), to which the first intercooler, medium pressure cylinder (MPC), second intercooler and a high pressure cylinder (HPC) are connected. Turbo compressor input is also the LPC input, turbo compressor output is also the HPC output. At that, the electric motor, LPC, MPC, HPC, condensation turbine and electric generator are installed on a common shaft with a longitudinal axis O.
EFFECT: invention allows to increase the efficiency of the low-capacity steam energy using, to expand the low-capacity steam compressing units functionality, and the field of their application.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к промышленности, связанной с выработкой пара низкого потенциала: черная и цветная металлургия (системы испарительного охлаждения печей), химическая промышленность (аммиачные производства), пищевая промышленность (производство алкоголя, сахара, молока, сушка древесины, гранулята и торфа, опреснение морской воды и т.д.).The invention relates to the industry associated with the production of low potential steam: ferrous and non-ferrous metallurgy (evaporative cooling systems of furnaces), the chemical industry (ammonia production), the food industry (production of alcohol, sugar, milk, drying wood, granulate and peat, desalination of sea water etc.).

Известна газотурбинная установка (Соколов B.C. «Газотурбинные установки». – М.: Высшая школа, 1986, стр. 2), содержащая установленные последовательно на общем валу и связанные кинематически электродвигатель, компрессор, турбину и электрогенератор. При этом к выходу компрессора подсоединен вход камеры сгорания, выход которой подключен ко входу турбины.Known gas turbine installation (Sokolov B.C. "Gas turbine installation". - M .: Higher school, 1986, p. 2), containing sequentially mounted on a common shaft and kinematically connected electric motor, compressor, turbine and electric generator. In this case, the input of the combustion chamber is connected to the compressor output, the output of which is connected to the turbine input.

Недостатком настоящего технического решения является низкий электрический КПД и большие потери тепловой энергии, обусловленные высокой температурой газов на выходе из турбины.The disadvantage of this technical solution is the low electrical efficiency and large losses of thermal energy due to the high temperature of the gases leaving the turbine.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является установка для компримирования пара низкого потенциала (Сазанов Б.В. Методическое пособие «Теплоэнергетические системы промышленных предприятий». – М.: Энергоатомиздат, 1990, стр. 135), содержащая паропровод низкого давления, соединенный с турбокомпрессором, связанным кинематически с электродвигателем, и соединенным паропроводом высокого давления с потребителем компримированного пара. При этом электродвигатель и турбокомпрессор установлены последовательно на общем валу.Closest to the technical nature of the claimed invention is a facility for compressing low-potential steam (BV Sazanov, Methodological manual "Heat-energy systems of industrial enterprises." - M .: Energoatomizdat, 1990, p. 135), containing a low pressure steam pipe connected to a turbocompressor connected kinematically with an electric motor and connected by a high pressure steam line to a consumer of compressed steam. In this case, the electric motor and turbocharger are installed sequentially on a common shaft.

Недостатками данного технического решения является узкая область применения и нерациональное использование энергии пара низкого потенциала вследствие того, что на большинстве предприятий-источников пара низкого потенциала выработка тепловой энергии не в приоритете.The disadvantages of this technical solution is the narrow scope and irrational use of low-potential steam energy due to the fact that in most low-potential steam sources, heat production is not a priority.

Технической задачей предлагаемого изобретения является использование энергии пара низкого потенциала для комбинированной выработки электричества и теплоты.The technical task of the invention is the use of low-potential steam energy for the combined generation of electricity and heat.

Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии пара низкого потенциала, расширении функциональных возможностей установок для компримирования пара низкого потенциала и области их применения.The technical result consists in increasing the efficiency of energy use of low potential steam, expanding the functionality of installations for compressing low potential steam and their application.

Это достигается тем, что известная установка для компримирования пара низкого потенциала, содержащая паропровод низкого давления, соединенный со входом турбокомпрессора, кинематически соединенного с электродвигателем, при этом выход турбокомпрессора соединен с паропроводом высокого давления, снабжена конденсационной турбиной, электрогенератором и конденсатором, при этом турбокомпрессор выполнен трехсекционным и содержит цилиндр низкого давления (ЦНД), к которому последовательно подсоединены первый промежуточный охладитель, цилиндр среднего давления (ЦСД), второй промежуточный охладитель и цилиндр высокого давления (ЦВД), при этом вход турбокомпрессора является также входом ЦНД, выход турбокомпрессора является также выходом ЦВД, паропровод высокого давления соединен со входом конденсационной турбины, кинематически соединенной с электрогенератором, выход конденсационной турбины соединен с конденсатором, при этом электродвигатель, ЦНД, ЦСД, ЦВД, конденсационная турбина и электрогенератор установлены на общем валу с продольной осью О.This is achieved by the fact that the known installation for compressing low-potential steam, comprising a low pressure steam line connected to the inlet of a turbocompressor kinematically connected to an electric motor, the output of the turbocompressor being connected to a high pressure steam line, provided with a condensing turbine, an electric generator and a condenser, while the turbocharger is made three-section and contains a low-pressure cylinder (LPC), to which the first intercooler, cylin, is connected in series other medium pressure (DAC), a second intercooler and a high pressure cylinder (CVP), while the input of the turbocompressor is also the input of the low pressure cylinder, the output of the turbocompressor is also the output of the CVP, the high pressure steam pipe is connected to the input of the condensation turbine kinematically connected to the electric generator, the condensation output the turbines are connected to the condenser, while the electric motor, the low-pressure cylinder, the central cylinder, the central heating cylinder, the condensation turbine and the electric generator are mounted on a common shaft with the longitudinal axis O.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена установка для компримирования пара низкого потенциала, на фиг. 2 представлена сравнительная характеристика полезной работы турбоблока, в схеме которого используется предлагаемая установка для компримирования пара низкого потенциала и турбоблока без нее.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows an apparatus for compressing low potential steam, FIG. 2 shows a comparative characteristic of the useful work of a turboblock, the scheme of which uses the proposed installation for compressing low potential steam and a turboblock without it.

Установка для компримирования пара низкого потенциала содержит паропровод низкого давления 1, соединенный со входом турбокомпрессора 2, кинематически соединенного с электродвигателем 3. Выход турбокомпрессора 2 соединен паропроводом высокого давления 4 со входом конденсационной турбины 5, кинематически соединенной с электрогенератором 6. Выход конденсационной турбины 5 соединен с конденсатором 7. При этом турбокомпрессор 2 выполнен трехсекционным и содержит цилиндр низкого давления (ЦНД) 8, к которому последовательно подсоединены первый промежуточный охладитель 9, цилиндр среднего давления (ЦСД) 10, второй промежуточный охладитель 11 и цилиндр высокого давления (ЦВД) 12. Вход турбокомпрессора 2 является также входом ЦНД 8, выход турбокомпрессора 2 является также выходом ЦВД 12. При этом электродвигатель 3, ЦНД 8, ЦСД 10, ЦВД 12, конденсационная турбина 5 и электрогенератор 6 установлены на общем валу с продольной осью О.Installation for compressing low potential steam contains a low pressure steam line 1 connected to the input of a turbocompressor 2 kinematically connected to an electric motor 3. The output of a turbocompressor 2 is connected to a high pressure steam line 4 to an input of a condensation turbine 5 kinematically connected to an electric generator 6. The output of a condensation turbine 5 is connected to a capacitor 7. In this case, the turbocharger 2 is made three-section and contains a low pressure cylinder (LPC) 8, to which the first an intermediate cooler 9, a medium pressure cylinder (DAC) 10, a second intermediate cooler 11 and a high pressure cylinder (CVP) 12. The input of the turbocharger 2 is also the input of the low pressure cylinder 8, the output of the turbocompressor 2 is also the output of the central cylinder 12. In this case, the electric motor 3, the central cylinder 8 , DSP 10, CVP 12, a condensation turbine 5 and an electric generator 6 are mounted on a common shaft with a longitudinal axis O.

Установка для компримирования пара низкого потенциала работает следующим образом.Installation for compressing low potential steam works as follows.

Отработанный пар из утилизационной установки, проходя по паропроводу низкого давления 1, поступает в ЦНД 8 турбокомпрессора 2, который, в свою очередь, приводится в движение электродвигателем 3. Далее пар сжимается в ЦНД 8 турбокомпрессора 2 и подается в первый промежуточный охладитель 9, в котором пар охлаждают и отводят первую часть тепловой энергии. Из первого промежуточного охладителя 9 пар попадает в ЦСД 10 турбокомпрессора 2, где еще раз сжимается. После этого пар попадает во второй промежуточный охладитель 11, в котором пар охлаждают и отводят вторую часть тепловой энергии. Полученная тепловая энергия из первого 9 и второго 11 промежуточных охладителей может быть полезно использована, например, для обеспечения собственных нужд предприятия тепловой энергией или для передачи внешнему потребителю в случае, если он находится на таком расстоянии, на котором потери тепловой энергии несущественны.The spent steam from the recycling plant, passing through the low pressure steam line 1, enters the low pressure cylinder 8 of the turbocharger 2, which, in turn, is driven by the electric motor 3. Next, the steam is compressed into the low pressure cylinder 8 of the turbocharger 2 and fed to the first intercooler 9, in which steam is cooled and the first part of the thermal energy is removed. From the first intercooler 9, the steam enters the DAC 10 of the turbocharger 2, where it is compressed again. After this, the steam enters the second intercooler 11, in which the steam is cooled and the second part of the thermal energy is removed. Received thermal energy from the first 9 and second 11 intercoolers can be used, for example, to provide the enterprise with its own needs with thermal energy or to transfer it to an external consumer if he is at such a distance that thermal energy losses are not significant.

Из второго промежуточного охладителя 11 пар попадает в ЦВД 12 турбокомпрессора 2, где сжимается и направляется в паропровод высокого давления 4, пройдя по которому попадает в конденсационную турбину 5, где его тепловая энергия преобразуется сначала в механическую, а затем в электрическую в электрогенераторе 6. Отработанный пар после конденсационной турбины 5 попадает в конденсатор 7, где полностью конденсируется и в виде конденсата направляется для повторного использования на предприятии. Выработанная электрическая энергия передается потребителю, в качестве которого может выступать как само предприятие (электрическая энергия для собственных нужд), так и электросеть иных (жилых и производственных) комплексов.From the second intercooler 11, the steam enters the CVP 12 of the turbocharger 2, where it is compressed and sent to the high pressure steam line 4, passing through which it enters the condensation turbine 5, where its thermal energy is first converted into mechanical and then into electrical energy in the electric generator 6. Waste the steam after the condensing turbine 5 enters the condenser 7, where it completely condenses and is sent as condensate for reuse in the enterprise. The generated electric energy is transferred to the consumer, which can be both the enterprise itself (electric energy for its own needs) and the electricity network of other (residential and industrial) complexes.

Таким образом, на объектах промышленности, связанной с выработкой пара низкого потенциала, как правило, нет необходимости в использовании всей энергии компримированного пара для производства тепловой энергии для собственных нужд подобных предприятий в связи с достаточным количеством теплоты, которое вырабатывается в ходе технологических процессов. При этом осуществлять транспортировку тепловой энергии от этих предприятий внешним потребителям также нецелесообразно из-за существенных потерь. При этом предлагаемое изобретение позволяет осуществить выработку электроэнергии, потребность в которой всегда присутствует и которая обладает рядом преимуществ по сравнению с тепловой энергией пара, а именно: возможность транспортировки на большие расстояния без существенных потерь, возможность преобразования в любой другой вид энергии с коэффициентом преобразования 1 (без каких-либо потерь). Таким образом, полученную с помощью предлагаемой установки электроэнергию можно использовать как для покрытия собственных нужд предприятия, так и для передачи ее внешнему потребителю на значительные расстояния без существенных потерь.Thus, at industrial facilities associated with the production of low-potential steam, as a rule, there is no need to use all the energy of compressed steam for the production of thermal energy for the own needs of such enterprises in connection with a sufficient amount of heat that is generated during technological processes. At the same time, it is also inexpedient to transport thermal energy from these enterprises to external consumers due to significant losses. Moreover, the present invention allows for the generation of electricity, the need for which is always present and which has several advantages compared to the thermal energy of steam, namely: the ability to transport over long distances without significant losses, the ability to convert to any other type of energy with a conversion factor of 1 ( without any loss). Thus, the electricity obtained using the proposed installation can be used both to cover the company's own needs and to transfer it to an external consumer over significant distances without significant losses.

Экспериментально установлено (на примере турбоблока Т-120-250 ТЭЦ, в схеме которого к источнику пара низкого потенциала подключена предлагаемая установка для компримирования пара низкого потенциала), что с ее использованием электрический КПД турбоблока увеличился в среднем на 8,86%. Эксперименты проводились при давлении входа 0,1 МПа для пяти значений давления нагнетания (таблица 1).It has been experimentally established (using the example of a T-120-250 turbine power plant turbine unit, in the circuit of which the proposed installation for compressing low-potential steam is connected to a low-potential steam source) that with its use the electric efficiency of the turbo-unit increased by an average of 8.86%. The experiments were carried out at an inlet pressure of 0.1 MPa for five values of discharge pressure (table 1).

Figure 00000001
Figure 00000001

На фиг. 2 график штрихпунктирной линией отражает полезную работу турбоблока, в схеме которого к источнику пара низкого потенциала подключена предлагаемая установка для компримирования пара низкого потенциала, график сплошной линией отражает полезную работу турбоблока без использования предлагаемой установки. Тем самым видно, что среднее значение разницы между полезной работой турбоблока с установкой и без нее соответствует указанным 8,86%.In FIG. 2, the dash-dotted line graph reflects the useful work of the turboblock, in the diagram of which the proposed installation for compressing low-potential steam is connected to the low potential steam source, the solid line graph shows the useful operation of the turboblock without using the proposed installation. Thus, it can be seen that the average value of the difference between the useful work of the turboblock with and without installation corresponds to the indicated 8.86%.

Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить эффективность использования энергетических ресурсов, расширить функциональные возможности установок для компримирования пара низкого потенциала и область их применения за счет возможности внедрения на многочисленных предприятиях, где наблюдается избыток выработки тепловой энергии.The use of the invention allows to increase the efficiency of energy resources use, to expand the functionality of installations for compressing low-potential steam and the scope of their application due to the possibility of implementation at numerous enterprises where there is an excess of thermal energy production.

Claims (1)

Установка для компримирования пара низкого потенциала, содержащая паропровод низкого давления, соединенный со входом турбокомпрессора, кинематически соединенного с электродвигателем, при этом выход турбокомпрессора соединен с паропроводом высокого давления, отличающаяся тем, что она снабжена конденсационной турбиной, электрогенератором и конденсатором, при этом турбокомпрессор выполнен трехсекционным и содержит цилиндр низкого давления (ЦНД), к которому последовательно подсоединены первый промежуточный охладитель, цилиндр среднего давления (ЦСД), второй промежуточный охладитель и цилиндр высокого давления (ЦВД), при этом вход турбокомпрессора является также входом ЦНД, выход турбокомпрессора является также выходом ЦВД, паропровод высокого давления соединен со входом конденсационной турбины, кинематически соединенной с электрогенератором, выход конденсационной турбины соединен с конденсатором, при этом электродвигатель, ЦНД, ЦСД, ЦВД, конденсационная турбина и электрогенератор установлены на общем валу с продольной осью О.Installation for compressing low potential steam, comprising a low pressure steam line connected to the inlet of a turbocompressor kinematically connected to an electric motor, the output of the turbocompressor being connected to a high pressure steam line, characterized in that it is equipped with a condensing turbine, an electric generator and a condenser, wherein the turbocompressor is made of three sections and contains a low pressure cylinder (LPC), to which the first intercooler is connected in series, the cylinder is medium pressure cylinder, the second intermediate cooler and high-pressure cylinder (CVP), while the turbocompressor input is also the LPP input, the turbocompressor output is also the CVP output, the high pressure steam pipe is connected to the input of the condensation turbine kinematically connected to the electric generator, the output of the condensation turbine connected to a capacitor, while the electric motor, the low-pressure cylinder, TsSD, TsVD, a condensation turbine and an electric generator are installed on a common shaft with a longitudinal axis O.
RU2017121970A 2017-06-22 2017-06-22 Low-capacity steam compressing unit RU2650446C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017121970A RU2650446C1 (en) 2017-06-22 2017-06-22 Low-capacity steam compressing unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017121970A RU2650446C1 (en) 2017-06-22 2017-06-22 Low-capacity steam compressing unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2650446C1 true RU2650446C1 (en) 2018-04-13

Family

ID=61976702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017121970A RU2650446C1 (en) 2017-06-22 2017-06-22 Low-capacity steam compressing unit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2650446C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030015873A1 (en) * 2001-01-10 2003-01-23 Claude Khalizadeh Transient ride-through or load leveling power distribution system
RU2467190C2 (en) * 2006-10-24 2012-11-20 Флексэнержи Энерджи Системз Инк. System of fuel compression/conditioning for gas conditioning, method of gas conditioning and micro turbine engine
RU2529615C1 (en) * 2013-06-20 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of energy accumulation
WO2015172206A2 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap Compressor device and a cooler applicable therewith

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030015873A1 (en) * 2001-01-10 2003-01-23 Claude Khalizadeh Transient ride-through or load leveling power distribution system
RU2467190C2 (en) * 2006-10-24 2012-11-20 Флексэнержи Энерджи Системз Инк. System of fuel compression/conditioning for gas conditioning, method of gas conditioning and micro turbine engine
RU2529615C1 (en) * 2013-06-20 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Method of energy accumulation
WO2015172206A2 (en) * 2014-05-16 2015-11-19 Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap Compressor device and a cooler applicable therewith

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
САЗАНОВ Б.В. и др. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий, М. Энергоатомиздат, 1990, с. 58, с. 82-84, рис. 4.12. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2406876C2 (en) Improved multi-stage compressor
CA2714761C (en) Dual reheat rankine cycle system and method thereof
US9322297B2 (en) Energy storage installation with open charging circuit for storing seasonally occurring excess electrical energy
CA2701592C (en) Organic rankine cycle system and method
US20130292951A1 (en) Systems for generating energy
CA2704281C (en) A system for converting waste heat from a waste heat source into shaft power
RU2650446C1 (en) Low-capacity steam compressing unit
Xiao et al. Slag-washing water of blast furnace power station with supercritical organic Rankine cycle
CN110735675A (en) compressed air preparation system based on total heat recovery of thermoelectric unit
JP5183569B2 (en) Air compressor
RU2675427C1 (en) Combined utilizing gas turbine expander power plant of compressor station of main gas line
Caresana et al. Micro combined plant with gas turbine and organic cycle
Muller et al. Comparative analysis of ORC and condensing heat engines for low grade waste heat recovery
RU2533593C1 (en) Combined-cycle plant with steam turbine drive of compressor and high-pressure steam generator
Luo et al. Energy efficiency comparison between geothermal power systems
RU2769044C1 (en) Steam-gas plant with compressor steam turbine drive and high-pressure steam generator with intermediate steam superheater
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
RU132840U1 (en) GAS TURBINE INSTALLATION
RU2012152236A (en) POWER PLANT WITH STEAM-GAS PLANT
RU2504666C1 (en) Power plant
RU2785857C1 (en) Gas turbine plant
SU454362A1 (en) Steam and gas installation
CN105756901A (en) Compressor waste heat power generating system
RU145210U1 (en) HEAT ELECTRIC STATION
RU145222U1 (en) HEAT ELECTRIC STATION