[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2826848C1 - Method of generating electric energy in gas turbine based on use of solid fuel gasification products - Google Patents

Method of generating electric energy in gas turbine based on use of solid fuel gasification products Download PDF

Info

Publication number
RU2826848C1
RU2826848C1 RU2024104125A RU2024104125A RU2826848C1 RU 2826848 C1 RU2826848 C1 RU 2826848C1 RU 2024104125 A RU2024104125 A RU 2024104125A RU 2024104125 A RU2024104125 A RU 2024104125A RU 2826848 C1 RU2826848 C1 RU 2826848C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
generator
turbine
solid fuel
gas turbine
Prior art date
Application number
RU2024104125A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Вениаминович Ишалин
Гузель Рашидовна Мингалеева
Георгий Евгеньевич Марьин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2826848C1 publication Critical patent/RU2826848C1/en

Links

Abstract

FIELD: heat power engineering.
SUBSTANCE: result is achieved by the fact that processing of solid fuel in gas generator takes place at high values of pressure and temperature and is characterized by that it includes stages, at which: air is compressed in compressor; compressed air flow is directed to gas generator; crushed solid fuel is supplied to the compressed air flow in the gas generator at high temperatures to obtain generator gas; heated to high temperature and at high pressure generator gas is supplied from gas generator to turbine, in which gas parameters are triggered, driving turbine rotor; gas turbine is connected to an electric generator, which converts rotor rotation energy into electrical energy; waste gases are fed into reservoirs for storage and further processing of generator gas.
EFFECT: invention can be used at industrial enterprises and in designing autonomous power supply systems.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на промышленных предприятиях и при проектировании систем автономного энергоснабжения.The invention relates to the field of thermal power engineering and can be used in industrial enterprises and in the design of autonomous power supply systems.

Процесс выработка электрической энергии в газовой турбине заключается в том, что при сжигании топлива в камере сгорания образуются высокотемпературные продукты сгорания, которые нагревают сжатый воздух, подаваемый из компрессора. Смесь воздуха и продуктов сгорания, обладающая высокой энтальпией подается на лопатки газовой турбины. Подобная смесь газов и воздуха может быть получена при газификации твердого топлива - угля, торфа, горючих сланцев.The process of generating electric energy in a gas turbine is that when fuel is burned in the combustion chamber, high-temperature combustion products are formed, which heat the compressed air supplied from the compressor. A mixture of air and combustion products, possessing high enthalpy, is supplied to the blades of the gas turbine. A similar mixture of gases and air can be obtained during the gasification of solid fuel - coal, peat, oil shale.

Газификацией называется процесс преобразования органической части твердого или жидкого топлива в горючие газы при нагреве с окислителем, в качестве которого используется кислород, воздух, водяной пар, углекислый газ или смесь этих веществ в определенном соотношении. При газификации не происходит полного окисления компонентов топлива, поскольку соотношение топлива и окислителя ниже стехиометрического.Gasification is the process of converting the organic part of solid or liquid fuel into combustible gases when heated with an oxidizer, which is oxygen, air, water vapor, carbon dioxide, or a mixture of these substances in a certain ratio. During gasification, complete oxidation of the fuel components does not occur, since the ratio of fuel and oxidizer is below stoichiometric.

По сравнению с процессом сжигания топлива газификация менее чувствительна к качеству сырья, поэтому может применяться для термической переработки топлив с высокой влажностью и зольностью.Compared to the fuel combustion process, gasification is less sensitive to the quality of raw materials, and can therefore be used for thermal processing of fuels with high moisture and ash content.

Наиболее перспективным и эффективным способом является газификация в потоке, которая может быть реализована при повышенном давлении и обеспечивает полное преобразование органической части топлива в газообразные продукты, в состав которых входят оксид и диоксид углерода, водород, метан, водяной пар и сероводород при наличии серы в топливе.The most promising and effective method is gasification in a flow, which can be implemented at elevated pressure and ensures the complete conversion of the organic part of the fuel into gaseous products, which include carbon monoxide and dioxide, hydrogen, methane, water vapor and hydrogen sulfide in the presence of sulfur in the fuel.

Для обеспечения бесперебойного энергоснабжения автономных объектов перспективным является использование автономных газогенераторных электростанций малой мощности (мини-ТЭЦ), работающих на привозном ископаемом твердом топливе, запас которого может быть сделан на весь отопительный сезон и более продолжительное время.To ensure uninterrupted power supply to autonomous facilities, it is promising to use autonomous low-power gas-generating power plants (mini-CHPs) operating on imported fossil solid fuel, the reserve of which can be made for the entire heating season and longer.

Газотурбинные установки развиваются в направлении использования различных видов топлив, которые могут быть преобразованы в газ, для обеспечения возможности автономной работы в составе малых тепловых электростанций или промышленных энерготехнологических комплексов.Gas turbine units are developing in the direction of using various types of fuel that can be converted into gas, to ensure the possibility of autonomous operation as part of small thermal power plants or industrial energy technology complexes.

Известен способ выработки электроэнергии при помощи бескомпрессорной газовой турбины (патент РФ №30864; F02C 1/02от 03.02.2003) основанный на утилизации избыточного давления колошникового газа доменной печи после системы мокрой газоочистки с использованием воды оборотного цикла, соединенная с турбогенератором переменного тока, содержащая образующие проточную часть статор, состоящий из корпуса и неподвижных направляющих лопаток, и имеющий возможность вращаться ротор с рабочими лопатками, установленный в опорном и опорно-упорном подшипниках скольжения, расположенных на фундаменте, отличающаяся тем, что частота вращения ротора выбрана краткой частоте переменного тока турбогенератора, при этом корпус содержит по крайней мере один подводящий и один отводящий патрубки, соединенные с трубопроводами для входа и выхода колошникового газа, причем статор дополнительно содержит поворотные регулирующие направляющие лопатки, снабженные гидроприводом, а кроме того, она дополнительно содержит систему промывки проточной части водой оборотного цикла газоочистки доменной печи, содержащую разбрызгивающие форсунки, установленные перед поворотными регулирующими направляющими лопатками, и систему отвода конденсата от подводящего и отводящего трубопроводов и патрубков с по крайней мере двумя конденсатоотводчиками, установленными на уровне нулевой отметки фундамента. Недостатком данного способа является работа турбины только совместно с доменной печью на металлургическом предприятии.A method is known for generating electric power using a compressorless gas turbine (RU Patent No. 30864; F02C 1/02 dated 03.02.2003) based on the utilization of excess blast furnace blast furnace gas pressure after a wet gas cleaning system using water from a recirculating cycle, connected to an AC turbogenerator, containing a stator forming a flow part, consisting of a housing and fixed guide blades, and having the ability to rotate a rotor with working blades, mounted in support and support-thrust friction bearings located on a foundation, characterized in that the rotor rotation frequency is selected short of the AC frequency of the turbogenerator, wherein the housing contains at least one inlet and one outlet branch pipes connected to pipelines for the inlet and outlet of blast furnace gas, wherein the stator additionally contains rotary control guide blades equipped with a hydraulic drive, and in addition, it additionally contains a system flushing the flow part of the blast furnace gas cleaning cycle with water, containing spray nozzles installed in front of the rotary control guide blades, and a system for removing condensate from the supply and discharge pipelines and branches with at least two condensate drains installed at the zero mark of the foundation. The disadvantage of this method is that the turbine only operates together with the blast furnace at the metallurgical plant.

Известна кислородно-топливная установка (патент РФ № 2757404; F02C 1/08 от 2021.08. Бюл. №29), состоящая из многоступенчатого компрессора, насоса, кислородного компрессора, воздухоразделительной установки, регенератора, содержащего горячие и холодные контуры теплоносителей, камеры сгорания, топливного компрессора, газовой турбины, охладитель-сепаратора, многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением, блока газификации угля, первого поверхностного теплообменника с горячим и холодным контурами теплоносителя, первого компрессора и турбины, второго поверхностного теплообменника с горячим и холодным контурами теплоносителя, второго компрессора и турбины, парогенератора с холодным и горячим контурами теплоносителя, при этом второй выход охладителя-сепаратора соединен с холодным контуром теплоносителя парогенератора, соединенным с входом блока газификации угля, выход которого соединен с входом горячего контура теплоносителя первого поверхностного теплообменника, а его выход соединен с входом горячего контура теплоносителя второго поверхностного теплообменника, выход которого соединен с входом топливного компрессора, а выход воздухоразделительной установки параллельно соединен с входами первого и второго компрессоров, выход первого компрессора соединен с входом горячего контура теплоносителя парогенератора, выход которого соединен с входом холодного контура теплоносителя первого поверхностного теплообменника. Недостатком данной установки является ограничение в использовании тепла синтез-газа.An oxygen-fuel unit is known (RU Patent No. 2757404; F02C 1/08 dated 2021.08. Bulletin No. 29), consisting of a multi-stage compressor, a pump, an oxygen compressor, an air separation unit, a regenerator containing hot and cold coolant circuits, a combustion chamber, a fuel compressor, a gas turbine, a cooler-separator, a multi-stage compressor with intermediate cooling, a coal gasification unit, a first surface heat exchanger with hot and cold coolant circuits, a first compressor and turbine, a second surface heat exchanger with hot and cold coolant circuits, a second compressor and turbine, a steam generator with cold and hot coolant circuits, wherein the second outlet of the cooler-separator is connected to the cold coolant circuit of the steam generator, connected to the inlet of the coal gasification unit, the outlet of which is connected to the inlet of the hot the coolant circuit of the first surface heat exchanger, and its outlet is connected to the inlet of the hot coolant circuit of the second surface heat exchanger, the outlet of which is connected to the inlet of the fuel compressor, and the outlet of the air separation unit is connected in parallel to the inlets of the first and second compressors, the outlet of the first compressor is connected to the inlet of the hot coolant circuit of the steam generator, the outlet of which is connected to the inlet of the cold coolant circuit of the first surface heat exchanger. The disadvantage of this unit is the limitation in the use of synthesis gas heat.

В качестве прототипа была выбрана схема (патент РФ № 2598062; С21В 5/06 от 08.03.2012. Бюл. №12) на базе металлургического предприятия, которая применяется для регулирования теплоты сгорания утилизируемого газа металлургического завода, способ, в котором по меньшей мере часть утилизируемого газа, выводимого из соответствующей металлургической печи со встроенной установкой для отделения С02, в газовой турбине используется утилизируемый газ для преобразования энергии, после тепло отходящих газов попадает в парогенератор для получения пара, в частности до присоединенного перед газовой турбиной резервуара для утилизируемого газа, в зависимости от величины теплоты сгорания утилизируемого газа после добавления остаточного газа, в частности после резервуара, для утилизируемого газа, примешивают по меньшей мере часть остаточного газа из установки для отделения С02, причем содержание остаточного газа повышают, когда теплота сгорания утилизируемого газа возрастает сверх предварительно заданного максимального значения теплоты сгорания, и содержание остаточного газа снижают, когда теплота сгорания утилизируемого газа сокращается ниже предварительно заданного минимального значения теплоты сгорания. Кроме того, заявлена установка для регулирования теплоты сгорания утилизируемого газа металлургического завода. Изобретение позволяет разработать способ регулирования теплоты сгорания утилизируемого газа, который обходится незначительным добавлением высококачественных горючих газов. Недостатком данного способа является узкая направленность на предприятия металлургии.The prototype chosen was a scheme (RU Patent No. 2598062; C21B 5/06 dated 08.03.2012. Bulletin No. 12) based on a metallurgical plant, which is used to regulate the heat of combustion of the utilized gas of a metallurgical plant, a method in which at least part of the utilized gas, removed from the corresponding metallurgical furnace with a built-in unit for separating CO 2 , is used in a gas turbine, the utilized gas is used for energy conversion, after which the heat of the exhaust gases enters a steam generator to produce steam, in particular before a reservoir for utilized gas connected in front of the gas turbine, depending on the value of the heat of combustion of the utilized gas after adding the residual gas, in particular after the reservoir, for the utilized gas, at least part of the residual gas from the unit for separating CO 2 is mixed in, wherein the content of the residual gas is increased when the heat of combustion of the utilized gas increases above a predetermined maximum combustion heat value, and the residual gas content is reduced when the combustion heat of the utilized gas decreases below a predetermined minimum combustion heat value. In addition, a device for regulating the combustion heat of the utilized gas of a metallurgical plant is claimed. The invention makes it possible to develop a method for regulating the combustion heat of the utilized gas, which does without a significant addition of high-quality combustible gases. A disadvantage of this method is its narrow focus on metallurgical enterprises.

Недостатком прототипа является работа на низких значениях энтальпии газа, вследствие чего турбина выдает малую мощность. Также недостатком является работа турбины только в сфере использования доменных печей на металлургических предприятиях.The disadvantage of the prototype is its operation at low values of gas enthalpy, as a result of which the turbine produces low power. Another disadvantage is that the turbine operates only in the area of blast furnaces at metallurgical plants.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является устранение перечисленных недостатков: повышение параметров газа, входящего в турбину, замена теплоносителя на генераторный газ, возможность одновременного производства электроэнергии и генераторного газа, а также повышение эффективности преобразования энергии, экономии энергоресурсов и защите окружающей среды.The technical result, which the invention is aimed at achieving, is the elimination of the listed disadvantages: increasing the parameters of the gas entering the turbine, replacing the coolant with generator gas, the possibility of simultaneous production of electricity and generator gas, as well as increasing the efficiency of energy conversion, saving energy resources and protecting the environment.

Технический результат достигается тем, что переработка твердого топлива в газогенераторе происходит при высоких значениях давления и температуры и характеризуется тем, что включает стадии, на которых:The technical result is achieved by the fact that the processing of solid fuel in the gas generator occurs at high pressure and temperature values and is characterized by the fact that it includes stages in which:

а) воздух сжимается в компрессоре;a) air is compressed in a compressor;

б) поток сжатого воздуха направляется в газогенератор;b) the compressed air flow is directed into the gas generator;

в) к потоку сжатого воздуха в газогенераторе при высоких температурах поступает измельченное твердое топливо, для получения генераторного газа;c) crushed solid fuel is added to the compressed air flow in the gas generator at high temperatures to obtain generator gas;

г) газ на выходе из газогенератора проходит очистку от твердых частиц;d) the gas at the outlet of the gas generator is cleaned of solid particles;

д) нагретый до высокой температуры и при высоком давлении генераторный газ поступает из газогенератора в турбину, в которой параметры газа срабатываются, приводя во вращение ротор турбины;d) the generator gas, heated to a high temperature and at high pressure, enters the turbine from the gas generator, in which the gas parameters are adjusted, causing the turbine rotor to rotate;

е) газовая турбина подключена к электрогенератору, который преобразует энергию вращения ротора в электрическую;e) the gas turbine is connected to an electric generator, which converts the energy of the rotor rotation into electrical energy;

ж) отработавшие в турбине газы поступают в резервуары на хранение и последующую переработку генераторного газа.g) the exhaust gases from the turbine are sent to storage tanks for subsequent processing of the generator gas.

На чертеже показана схема для переработки твердого топлива с последующей выработкой электрической энергии в газовой турбине.The drawing shows a diagram for processing solid fuel with subsequent generation of electrical energy in a gas turbine.

Цифрами на схеме обозначены компрессор 1, газогенератор 2 газовая турбина 3, электрогенератор 4.The numbers on the diagram indicate compressor 1, gas generator 2, gas turbine 3, electric generator 4.

Способ осуществляется следующим образом: воздух сжимается в компрессоре. Затем поток сжатого воздуха направляют в газогенератор, где он нагревается до высокой температуры за счет сжигания части топлива, к нему подается измельченное твердое топливо. Шлак отводится из газогенератора для дальнейшей переработки. Газовая смесь из газогенератора подается в газовую турбину 3, вырабатывающую электрическую энергию. Газы, выходящие из газовой турбины, попадают в хранилище генераторного газа.The method is as follows: air is compressed in a compressor. Then the compressed air flow is directed to a gas generator, where it is heated to a high temperature by burning part of the fuel, crushed solid fuel is fed to it. Slag is removed from the gas generator for further processing. The gas mixture from the gas generator is fed to a gas turbine 3, which generates electrical energy. The gases leaving the gas turbine enter the generator gas storage.

Таким образом, способ выработки электрической энергии в газовой турбине на основе использования продуктов газификации твердого топлива, может быть применен на объектах химического, промышленного назначения и позволяет производить электроэнергию и генераторный газ для нужд объекта.Thus, the method of generating electrical energy in a gas turbine based on the use of solid fuel gasification products can be used at chemical and industrial facilities and allows for the production of electrical energy and generator gas for the needs of the facility.

Способ выработки электрической энергии в газовой турбине на основе использования продуктов газификации твердого топлива осуществляется путем подачи воздуха, сжатого в компрессоре, в газогенератор для получения из измельченного твердого топлива генераторного газа, используемого в качестве теплоносителя в газовой турбине.The method of generating electrical energy in a gas turbine based on the use of solid fuel gasification products is carried out by feeding air, compressed in a compressor, into a gas generator to obtain generator gas from crushed solid fuel, which is used as a heat carrier in the gas turbine.

Claims (8)

Способ выработки электрической энергии в газовой турбине на основе использования продуктов газификации твердого топлива, характеризующийся тем, что включает стадии, на которых:A method for generating electrical energy in a gas turbine based on the use of solid fuel gasification products, characterized by the fact that it includes stages in which: а) воздух сжимается в компрессоре;a) air is compressed in a compressor; б) поток сжатого воздуха направляется в газогенератор;b) the compressed air flow is directed into the gas generator; в) к потоку сжатого воздуха в газогенераторе при высоких температурах поступает измельченное твердое топливо для получения генераторного газа;c) crushed solid fuel is added to the compressed air flow in the gas generator at high temperatures to obtain generator gas; г) газ на выходе из газогенератора проходит очистку от твердых частиц;d) the gas at the outlet of the gas generator is cleaned of solid particles; д) нагретый до высокой температуры и при высоком давлении генераторный газ поступает из газогенератора в турбину, в которой параметры газа срабатываются, приводя во вращение ротор турбины;d) the generator gas, heated to a high temperature and at high pressure, enters the turbine from the gas generator, in which the gas parameters are adjusted, causing the turbine rotor to rotate; е) газовая турбина подключена к электрогенератору, который преобразует энергию вращения ротора в электрическую;e) the gas turbine is connected to an electric generator, which converts the energy of the rotor rotation into electrical energy; ж) отработавшие в турбине газы поступают в резервуары на хранение и последующую переработку генераторного газа.g) the exhaust gases from the turbine are sent to storage tanks for subsequent processing of the generator gas.
RU2024104125A 2024-02-19 Method of generating electric energy in gas turbine based on use of solid fuel gasification products RU2826848C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2826848C1 true RU2826848C1 (en) 2024-09-17

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2362611C1 (en) * 2008-05-26 2009-07-27 ГОУ ВПО Военный инженерно-технический университет Device for conservation of exhaust gases
RU2438028C2 (en) * 2007-05-30 2011-12-27 Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. Electro-station of combined cycle with inter-cycle gasification (versions), control device for such electro-station (versions) and control procedure for such electro-station
RU2545113C2 (en) * 2013-04-24 2015-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного мотростроения им. П.И. Баранова" Solid fuel gas-turbine plant
RU2645392C2 (en) * 2013-06-28 2018-02-21 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Systems and methods for controlling flow of exhaust gas in gas turbine systems with recirculation of exhaust gas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2438028C2 (en) * 2007-05-30 2011-12-27 Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. Electro-station of combined cycle with inter-cycle gasification (versions), control device for such electro-station (versions) and control procedure for such electro-station
RU2362611C1 (en) * 2008-05-26 2009-07-27 ГОУ ВПО Военный инженерно-технический университет Device for conservation of exhaust gases
RU2545113C2 (en) * 2013-04-24 2015-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного мотростроения им. П.И. Баранова" Solid fuel gas-turbine plant
RU2645392C2 (en) * 2013-06-28 2018-02-21 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Systems and methods for controlling flow of exhaust gas in gas turbine systems with recirculation of exhaust gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2128683C1 (en) Method of utilizing solid fuels with low calorific capacity
US3628332A (en) Nonpolluting constant output electric power plant
JPS5947137B2 (en) Method of generating electricity from carbon-based or hydrocarbon-based fuels
US4238923A (en) Method of low temperature heat utilization for atmospheric pressure coal gasification
Hamayun et al. Investigation of the thermodynamic performance of an existing steam power plant via energy and exergy analyses to restrain the environmental repercussions: A simulation study
US4387560A (en) Utilization of coal in a combined cycle powerplant
AU2013257835B2 (en) Improvements in waste processing
RU2105040C1 (en) Combined steam-gas plant with coal plasmathermal gasification
NL2021512B1 (en) System for generating energy in a working fluid from hydrogen and oxygen and method of operating this system
RU2826848C1 (en) Method of generating electric energy in gas turbine based on use of solid fuel gasification products
RU2250872C1 (en) Combined method of electric power and a liquid synthetic fuel production by gas turbine and steam-gas installations
JP2011089425A (en) Carbon dioxide recovery type gasification power generation system
US4387561A (en) Utilization of coal powering a gas turbine engine
JP2006009574A (en) Thermal power plant
RU59734U1 (en) ENERGY COMPLEX
RU70963U1 (en) POWER INSTALLATION
US4346317A (en) Gasified coal-fired system
RU2428459C1 (en) Plant for combined production of hydrogen-containing gas, and electric and heat energy
SU1584757A3 (en) Method of producing electric power from carbonaceous fuel
RU70962U1 (en) PLANT FOR THE PROCESSING OF SOLID DOMESTIC WASTE
RU2277638C1 (en) Method of and device for producing electric energy from condensed fuels
RU2152526C1 (en) Method and power plant for generating electrical energy from shale
WO2020008621A1 (en) Method for producing hydrogen using biomass as raw material
RU2737833C1 (en) Autonomous electric generation method and device - small solid fuel power plant for its implementation
RU2812312C1 (en) Method for processing solid fuel using solar energy