Thermodynamic Analysis of a Trinary Power Plant

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Combined-cycle plants operating on natural gas are today one of the most efficient and environmentally friendly energy systems. High energy efficiency and low specific emissions are achieved primarily due to the high average integral temperature of heat supply in the Brayton-Rankine cycle. In this case, the main sources of energy losses are heat losses in the condenser of a steam turbine unit and heat losses with the exhaust gases of the waste heat boiler. This work is devoted to the thermodynamic analysis of the transition from traditional binary cycles to trinary ones, in which, in addition to the gas and steam-water circuits, there is an additional circuit using a low-boiling coolant. Based on the results of the thermodynamic optimization of the structure and parameters of thermal circuits, it was established that the use of an organic Rankine cycle with R236ea freon to utilize the low-grade heat of exhaust gases of a power plant operating with a gas turbine GTE-160 allows achieving a net electrical efficiency of 51.3%, which is higher the efficiency of single-circuit CCGT units with similar initial parameters is by 2.2% and double-circuit CCGT units by 0.5%. The increased level of energy efficiency is due to an increase in the thermal efficiency of the steam turbine part due to the addition of low-pressure heaters, as well as the effective utilization of heat from exhaust gases in a circuit with a low-boiling coolant.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. O. Kindra

Moscow Power Engineering Institute

Author for correspondence.
Email: kindra.vladimir@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

I. I. Komarov

Moscow Power Engineering Institute

Email: kindra.vladimir@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

O. V. Zlyvko

Moscow Power Engineering Institute

Email: kindra.vladimir@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

I. A. Maksimov

Moscow Power Engineering Institute

Email: kindra.vladimir@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

M. A. Ostrovsky

Moscow Power Engineering Institute

Email: kindra.vladimir@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Okajima Y., Torigoe T., Mega M., Kuwabara M., Okaya N. Development of Advanced TBC for 1650°C Class Gas Turbine. ITSC2021. ASM International. 2021. С. 695–699.
  2. Morimoto K., Matsumura Y., Iijima T., Wakazono S., Kataoka M., Yuri M. Validation Results of 1650°C Class JAC Gas Turbine at T-point 2 Demonstration Plant. Mitsubishi Heavy Industries Technical Review. 2021. Т. 58. № 1. С. 12.
  3. Ольховский Г. Г. Наиболее мощные энергетические ГТУ (обзор) // Теплоэнергетика. 2021. № 6. С. 87–93.
  4. Киндра В.О., Наумов В. Ю., Скляр Н. С., Львов Д. Д., Максимов И. А. Тринарные энергетические циклы для высокоэффективного производства электроэнергии из ископаемого топлива // Новое в российской электроэнергетике. 2022. № 4. С. 7–25.
  5. Bălănescu D.-T., Homutescu V.-M. Performance analysis of a gas turbine combined cycle power plant with waste heat recovery in Organic Rankine Cycle. Procedia Manufacturing. – 2019. Т. 32. С. 520–528.
  6. Galashov N., Tsibulskiy S., Serova T. Analysis of the Properties of Working Substances for the Organic Rankine Cycle Based Database “REFPROP”. EPJ web of conferences. EDP Sciences. 2016. Т. 110. С. 01068.
  7. Галашов Н.Н., Цибульский С. А. Параметрический анализ схемы парогазовой установки с комбинацией трех циклов для повышения кпд при работе в северных газодобывающих районах // Изв. Томского политехнического университета. 2019. Т. 330. № 5. С. 44–55.
  8. Kindra V., Rogalev N., Osipov S., Zlyvko O., Naumov V. Research and Development of Trinary Power Cycles: 3. Inventions. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. 2022. Т. 7. № 3. С. 56.
  9. Киндра В.О., Рогалев Н. Д., Рогалев А. Н., Наумов В. Ю., Сабанова Е. Н. Термодинамическая оптимизация низкотемпературных циклов для теплоэнергетики // Новое в российской электроэнергетике. Учредители: Информационное агентство “Энерго-пресс”. № 5. С. 6–30.
  10. Наумов В.Ю., Осипов С. К., Злывко О. В., Киндра В. О. Утилизация низкопотенциальной теплоты в углекислотных циклах Брайтона и Ренкина // Энергосбережение – теория и практика. 2022. С. 19–25.
  11. Vannoni A., Giugno A., Sorce A. Integration of a flue gas condensing heat pump within a combined cycle: Thermodynamic, environmental and market assessment. Applied Thermal Engineering. 2021. Т. 184. С. 116276.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Schemes of the studied combined–cycle gas installations: EG – electric generator; C – air compressor; T – gas turbine; SH – superheater; Ev – evaporator; E – economizer; U – utilizer; D – drum; HPC, LPC - high and low pressure cylinder; D – deaerator; Cd – condenser; CP, FP, RP – condensation, feed and recirculation pumps; LPH – low pressure heaters; UC – utilization cycle; GCH – gas condensate heater

Download (378KB)
3. Fig. 2. Thermal schemes of the considered recycling plants: U – utilizer; T – turbine; K-r – condenser; H – pump; Reg – regenerator

Download (212KB)
4. Fig. 3. Graphs of the dependence of the net efficiency of the CCGT and the power of heat losses in the CCGT on the temperature of the feed water

Download (277KB)
5. Fig. 4. Efficiency of various utilization cycles for a trinary power plant

Download (382KB)
6. Fig. 5. The scheme of the drainage system and its cycle in the T-S diagram

Download (723KB)
7. Fig. 6. Comparison of efficiency of combined cycle gas plants

Download (140KB)
8. Fig. 7. T-Q diagram of a trinary installation with GTE-160

Download (120KB)
9. Fig. 8. Graph of the dependence of the net CRO efficiency on pressure losses in the regenerator (a) and the degree of regeneration (b)

Download (210KB)
10. Fig. 9. Graph of the dependence of the net CRO efficiency on the degree of regeneration and pressure loss at optimal parameters in the cycle

Download (174KB)

Copyright (c) 2024 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».