RU2161754C2

RU2161754C2 - Boiler house working on liquefied natural gas

Info

Publication number: RU2161754C2
Application number: RU98117394/06A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Финько; В.В. Финько
Original assignee: Финько Валерий Емельянович; Финько Владислав Валерьевич
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2001-01-10

Abstract

FIELD: boiler houses working in liquefied natural gas. SUBSTANCE: boiler house is provided with cryostat connected with liquefied gas evaporation system, gas preheating system and pressure-reducing system before feeding gas to boiler furnace. Gas preheating and evaporation system consists of two heat exchangers; one heat exchanger is arranged in cooling system and other heat exchanger is arranged in exhaust gas system. EFFECT: possibility of recovering cold of liquid methane phase transition. 1 dwg

Description

Изобретение относится к топливно-энергетической, газовой и холодильной технике вследствие универсальности свойств СПГ, который является наиболее перспективным на обозримое будущее энергоносителем и весьма эффективным хладоагентом. The invention relates to fuel and energy, gas and refrigeration due to the universality of the properties of LNG, which is the most promising for the foreseeable future as an energy carrier and a very effective refrigerant.

Известны котельные, использующие природный газ как основной вид топлива, а в качестве резервного применяют продукты нефтепереработки (мазут, соляра), сжигание которых наносит вред здоровью людей и природе из-за содержания в них серы. Однако подавляющее большинство котельных в городе не может быть переведено на газ из-за трудностей его подвода по трубам без нарушения работ других коммуникаций, поэтому газификация котельных в крупных городах и районах, удаленных от магистральных газопроводов, становится возможным только с помощью СПГ. There are boiler rooms using natural gas as the main type of fuel, and oil products (fuel oil, solarium) are used as a reserve, the burning of which is harmful to human health and nature due to the sulfur content in them. However, the vast majority of boiler houses in the city cannot be converted to gas because of the difficulties of supplying it through pipes without disrupting the operation of other communications; therefore, gasification of boiler houses in large cities and areas remote from gas pipelines becomes possible only with the help of LNG.

Известны котельные, работающие на СПГ, доставляемом потребителю криоперевозчиками и складируемом в криостатах. После испарения его на воздухе и подогрева до положительной температуры с помощью специальных подогревателей газ поступает в топку (Котельная. Разработки "Гипрогазцентр" РАО "Газпром", п. Красный Бор, г. С.-Петербург). There are known boiler houses operating on LNG delivered to consumers by cryo-carriers and stored in cryostats. After it is evaporated in air and heated to a positive temperature using special heaters, gas enters the furnace (Boiler room. Developed by Giprogazcentr RAO Gazprom, Krasny Bor, St. Petersburg).

Недостатком такой системы испарения и подогрева газа являются большие металлозатраты на блок воздушных испарителей СПГ, а также значительные энергозатраты на подогрев топливного газа перед подачей его на узел редуцирования, обязательный по требованиям безопасной эксплуатации, особенно в зимнее время. The disadvantage of such a gas evaporation and heating system is the large metal costs for the LNG unit of air vaporizers, as well as significant energy costs for heating the fuel gas before it is supplied to the reduction unit, which is mandatory for safe operation, especially in winter.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, снижение энергозатрат на подготовку газа и уменьшение экологической нагрузки на природу. The aim of this invention is to eliminate these disadvantages, reducing energy consumption for the preparation of gas and reducing the environmental burden on nature.

Поставленная цель достигается тем, что система испарения СПГ и подогрева топливного газа выполнена в виде двух теплообменников, первый из которых размещен в дополнительно введенной холодильной системе, а второй - в системе выхлопа газов сгорания. This goal is achieved by the fact that the LNG evaporation system and fuel gas heating are made in the form of two heat exchangers, the first of which is placed in an additionally introduced refrigeration system, and the second - in the exhaust system of combustion gases.

Обоснуем, каким образом предложенная совокупность новых признаков обеспечивает достижение поставленной цели. Let us justify how the proposed combination of new features ensures the achievement of the goal.

1. Вводится дополнительная холодильная система, по существу, обобщающая любые известные способы утилизации холода фазового перехода метана, например, путем производства льда, жидкой углекислоты, проведением быстрой морозки и последующего хранения продуктов, сырья и заготовок для различных отраслей. При помощи компактного дополнительного и эффективного теплообменника "жидкость-жидкость" с циркулирующим рабочим телом (спирт, тосол), имеющего на два порядка большее значение коэффициента теплообмена, чем обеспечивают используемые воздушные испарители, работающие по схеме "газ-газ". 1. An additional refrigeration system is introduced, essentially summarizing any known methods of utilizing the cold of methane phase transition, for example, by producing ice, liquid carbon dioxide, conducting quick freezing and subsequent storage of products, raw materials and blanks for various industries. Using a compact additional and effective liquid-liquid heat exchanger with a circulating working fluid (alcohol, antifreeze), which has two orders of magnitude higher heat transfer coefficient than the used gas-gas air vaporizers provide.

2. Размещение второго теплообменника в коробе выхода дымовых газов котельной позволит подогревать топливный газ до положительной температуры, что продиктовано требованиями безопасной эксплуатации, запрещающей подачу холодного газа в теплое помещение котельной, особенно в зимнее время. Кроме того, снижается температура топочных газов с 95 до 42^oC и на холодных поверхностях теплообменника оседают твердые частицы сажи, являющейся ценным сырьем для шинной промышленности, что в целом снижает экологическую нагрузку на природу. При отсутствии холодопотребления в первом теплообменнике может быть организовано производство жидкой углекислоты, необходимой для нужд машиностроения, что в целом отвечает требованиям международных соглашений по снижению выбросов углекислого газа, способствующего развитию парникового эффекта.2. Placing a second heat exchanger in the flue gas outlet of the boiler room will allow heating the fuel gas to a positive temperature, which is dictated by the requirements of safe operation, which prohibits the supply of cold gas to the warm room of the boiler room, especially in winter. In addition, the temperature of the flue gases decreases from 95 to 42 ^o C and solid particles of soot, which is a valuable raw material for the tire industry, settle on the cold surfaces of the heat exchanger, which generally reduces the environmental burden on nature. In the absence of cold consumption in the first heat exchanger, the production of liquid carbon dioxide, necessary for the needs of mechanical engineering, can be organized, which generally meets the requirements of international agreements to reduce carbon dioxide emissions, which contributes to the development of the greenhouse effect.

Описание изобретения
Изобретение поясняется схемой, представленной на чертеже, где обозначено: 1 - криостат для сбора и хранения СПГ, 2 - теплообменник испарения, 3 - морозильно - холодильный комплекс, 4 - охлаждающий контур, 5 - насос для прокачки рабочего тела, например спирта, 6 - теплообменник подогрева, 7 - короб отвода дымовых газов, 8 - узел редуцирования газа перед подачей в топку, 9 - котельная, 10 - система утилизации газов сгорания для производства жидкой углекислоты, 11 - сборник углекислоты, 12 - вентиляторы обдува охлаждающего контура.Description of the invention
The invention is illustrated by the scheme shown in the drawing, where it is indicated: 1 - cryostat for collecting and storing LNG, 2 - evaporation heat exchanger, 3 - freezing - refrigerating complex, 4 - cooling circuit, 5 - pump for pumping a working fluid, for example alcohol, 6 - heating heat exchanger, 7 - flue gas exhaust duct, 8 - gas reduction unit before being fed into the furnace, 9 - boiler room, 10 - system for utilizing combustion gases for the production of liquid carbon dioxide, 11 - carbon dioxide collector, 12 - fans for blowing the cooling circuit.

Работает котельная на СПГ по предлагаемому способу следующим образом. СПГ из криостата 1 по теплоизолированному отводу поступает в теплообменник испарения 2, расположенный в холодильном комплексе 3. Рабочее тело за счет работы насосов 5 прокачивается по замкнутому контуру 4, снимая холод фазового перехода метана. Вентиляторами 12 обеспечивается циркуляция воздуха в холодильной камере и достигается охлаждение продуктов, сырья и заготовок до требуемой температуры, регулируемой изменением скорости циркуляции рабочего тела по замкнутому контуру. Далее холодный топливный газ подогревается в теплообменнике 6 за счет теплоты дымовых газов, охлаждая их при этом до температуры, не превышающей 45^oC. После прохождения газом узла редуцирования 8, где его давление снижается до 0,03 МПа, он поступает на форсунки. Сжигаемый газ после утилизации теплоты в экономайзерах с температурой от 150 до 90^oC поступает в короб 7 встречно холодному топливному газу и подогревает его. При этом на холодных поверхностях трубок теплообменника осаждается сажа, которая собирается в нижней части, а затем утилизируется.The boiler room operates on LNG according to the proposed method as follows. LNG from the cryostat 1 through a heat-insulated outlet enters the evaporation heat exchanger 2, located in the refrigeration complex 3. The working fluid is pumped through a closed circuit 4 due to the operation of the pumps 5, removing the cold of the methane phase transition. Fans 12 provide air circulation in the refrigerating chamber and achieve cooling of products, raw materials and workpieces to the required temperature, controlled by a change in the speed of circulation of the working fluid in a closed loop. Next, the cold fuel gas is heated in the heat exchanger 6 due to the heat of the flue gases, while cooling them to a temperature not exceeding 45 ^o C. After the gas passes through the reduction unit 8, where its pressure drops to 0.03 MPa, it enters the nozzles. The combustible gas after heat recovery in economizers with a temperature of from 150 to 90 ^o C enters the box 7 counter to cold fuel gas and heats it. At the same time, soot is deposited on the cold surfaces of the tubes of the heat exchanger, which is collected in the lower part and then disposed of.

При отсутствии потребителей холода в зимнее время может быть организовано производство жидкой углекислоты путем отбора части дымовых газов из короба 7 по отводу 10 в теплообменник 2, омываемый по наружной поверхности жидким метаном. Выбор экономически более выгодного варианта утилизации холода фазового перехода зависит от климатических условий расположения котельной и в каждом конкретном случае должен подкрепляться расчетами. In the absence of cold consumers in the winter, the production of liquid carbon dioxide can be organized by taking part of the flue gases from the duct 7 at the outlet 10 into a heat exchanger 2, washed on the outer surface with liquid methane. The choice of an economically more profitable option for utilizing the cold phase transition depends on the climatic conditions of the boiler room and in each case should be supported by calculations.

Обоснование экономической эффективности
Рассмотрим экономическую эффективность использования холода СПГ на котельной, потребляющей в сутки 20000 нм³ газа или 600 кг/ч жидкого продукта, при условии, что при котельной размещается холодильный комплекс. В этом случае продукты массой 2900 кг могут быть охлаждены с 25 до 0^oC, а при использовании холода испарившегося газа с -155 до -15^oC можно будет охлаждать в час до 4000 кг мяса, рыбы, ягод и других продуктов. Если система работает со специализацией на производство жидкой углекислоты, то за счет этого холода можно производить до 520 кг в час. Таким образом, предлагаемый способ утилизации холода СПГ позволяет исключить применение воздушных металлических испарителей, изготавливаемых из нержавеющей стали, и без дополнительных энергозатрат обеспечивать прилегающий район экономичным и надежным хранилищем продуктов, сырья и заготовок, существенно снизив при этом экологическую нагрузку на природу.Justification of economic efficiency
Consider the economic efficiency of using LNG refrigeration in a boiler room that consumes 20,000 nm ^{3 of} gas per day or 600 kg / h of liquid product, provided that a refrigeration complex is located at the boiler room. In this case, products weighing 2900 kg can be cooled from 25 to 0 ^o C, and when using the cold evaporated gas from -155 to -15 ^o C, it will be possible to cool up to 4000 kg of meat, fish, berries and other products per hour. If the system works with specialization in the production of liquid carbon dioxide, then this cold can produce up to 520 kg per hour. Thus, the proposed method for utilization of the LNG cold allows to exclude the use of air metal evaporators made of stainless steel, and without additional energy costs to provide the surrounding area with an economical and reliable storage of products, raw materials and blanks, while significantly reducing the environmental burden on nature.

Claims

A boiler house operating on liquefied natural gas (LNG), including a cryostat connected to a liquefied natural gas (LNG) evaporation system, gas heating and its reduction system before being fed into the furnace, characterized in that the gas evaporation and heating system is made in the form of heat exchangers, one of which is located in an additionally introduced refrigeration system, and the second in the exhaust system of combustion gases.