RU2224125C2 - Способ преобразования тепловой энергии в механическую и газопаротурбинная установка для его реализации - Google Patents
Способ преобразования тепловой энергии в механическую и газопаротурбинная установка для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2224125C2 RU2224125C2 RU2002107043/06A RU2002107043A RU2224125C2 RU 2224125 C2 RU2224125 C2 RU 2224125C2 RU 2002107043/06 A RU2002107043/06 A RU 2002107043/06A RU 2002107043 A RU2002107043 A RU 2002107043A RU 2224125 C2 RU2224125 C2 RU 2224125C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- gas
- steam
- combustion chamber
- air
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области энергетики. Способ преобразования тепловой энергии в механическую, включающий процессы сжатия воздуха с последующим разделением его на первичный и вторичный, подачу первичного воздуха и топлива в первичную зону камеры сгорания на горение с образованием продуктов сгорания, которые смешиваются с паровоздушной смесью с образованием парогазовой смеси, с преобразованием ее потенциальной энергии в механическую. Теплоту отработавшей газопаровой смеси (отработавших газов) утилизируют в котле-утилизаторе с образованием перегретого пара с подачей его во вторичную зону камеры сгорания и насыщенной воды. Дополнительно охлаждают отработавшие газы с конденсацией водяных паров, подают конденсат в котел-утилизатор и насыщенную воду в тепломассообменник, которую после частичного испарения и охлаждения отводят из тепломассообменника и смешивают с конденсатом. В качестве топлива используют топливный газ, который подводят через систему регулирования подачи топливного газа к тепломассообменнику, выход которого подключен к первичной зоне камеры сгорания. Изобретение позволяет глубоко утилизировать теплоту отработавших газов, повысить экономичность и мощность установки, а также уменьшить тепловое и токсичное воздействие на окружающую среду. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к энергетике, и в частности к газопаротурбинным установкам, и может быть использовано при проектировании новых и модернизации действующих газопаротурбинных установок.
В качестве аналога принят способ преобразования тепловой энергии в механическую, включающий процессы: сжатия воздуха, сжигания углеводородного топлива, смешение полученных продуктов сгорания с водяным паром, преобразования в работу потенциальной энергии газопаровой смеси при ее расширении утилизации теплоты отработавших газов при их охлаждении с образованием перегретого водяного пара, дополнительного охлаждения отработавших газов с конденсацией из них водяных паров, подачи полученного конденсата в котел-утилизатор (см. патент Украины 151570).
Известный способ имеет недостаток, который состоит в том, что отработавшие газы после утилизации их теплоты в котле-утилизаторе имеют высокую температуру (не ниже 160-170oС), что существенно снижает экономичность газопаротурбинной установки и одновременно существенно затрудняет процесс конденсации водяных паров из отработавших газов.
В качестве прототипа принят способ работы энергетической установки, включающий сжатие воздуха с последующим разделением его на первичный и вторичный, подачу первичного воздуха и топлива в первичную зону камеры сгорания на горение с образованием продуктов сгорания, подачу перегретого пара во вторичную зону камеры сгорания, смешение паровоздушной смеси с продуктами сгорания с образованием парогазовой смеси с преобразованием ее потенциальной энергии в механическую, утилизации теплоты отработавшей газопаровой смеси (отработавших газов) в котле-утилизаторе с образованием перегретого пара с подачей его во вторичную зону камеры сгорания и насыщенной воды дополнительного охлаждения отработавших газов с конденсацией водяных паров, подачи конденсата в котел-утилизатор и подачи насыщенной воды в тепломассообменник, которую после частичного испарения и охлаждения в потоке воздуха отобранного за компрессором отводят из тепломассообменника и смешивают с конденсатом, а полученный увлажненный воздух (воздушно-паровую смесь) подают во вторичную зону камеры сгорания (см. SU 1830421 А1, F 01 К 21/04, 30.07.1993).
В качестве прототипа принята газопаротурбинная установка, содержащая воздушный компрессор с камерой сгорания, содержащей первичную зону с подводом топливного газа и вторичную зону и с газопаровой турбиной, связанной с потребителем механической энергии, и последовательно расположенные по направлению движения отработавших газов котел-утилизатор с барабаном-сепаратором и конденсатор, который своим выходом по конденсату через деаэратор и насос подключен к входу котла-утилизатора, а также тепломассообменник, который своим входом по воде подключен к барабану-сепаратору, а выходом по воде к деаэратору (см. SU 1830421 А1, F 01 К 21/04, 30.07.1993).
Известный способ обладает следующими недостатками:
- при смешении сжатого воздуха с насыщенной водой он существенно охлаждается (примерно с 500oС до 220-240oС), что, несмотря на подогрев его в составе паровоздушной смеси отработавшими газами, требует дополнительной затраты топлива на его нагревание в камере сгорания;
- вследствие уменьшенного перегрева пара в котле-утилизаторе из-за передачи части теплоты отработавшими газами паровоздушной смеси снижается экономичность газопаротурбинной установки;
- из-за малой разницы в давлениях между полостями за компрессором и в камере сгорания требуется дополнительное сжатие отбираемого сжатого воздуха для проталкивания его через тепломассообменник и подогреватель паровоздушной смеси, что требует дополнительной затраты работы и тем самым ухудшает экономические и мощностные показатели газопаротубинной установки.
- при смешении сжатого воздуха с насыщенной водой он существенно охлаждается (примерно с 500oС до 220-240oС), что, несмотря на подогрев его в составе паровоздушной смеси отработавшими газами, требует дополнительной затраты топлива на его нагревание в камере сгорания;
- вследствие уменьшенного перегрева пара в котле-утилизаторе из-за передачи части теплоты отработавшими газами паровоздушной смеси снижается экономичность газопаротурбинной установки;
- из-за малой разницы в давлениях между полостями за компрессором и в камере сгорания требуется дополнительное сжатие отбираемого сжатого воздуха для проталкивания его через тепломассообменник и подогреватель паровоздушной смеси, что требует дополнительной затраты работы и тем самым ухудшает экономические и мощностные показатели газопаротубинной установки.
В изобретении решается задача создания способа преобразования тепловой энергии в механическую путем углубления утилизации теплоты отработавших газов при непосредственном контакте насыщенной воды и топливного газа, что повышает экономичность и мощность газопаротурбинной установки и снижает тепловое и токсичное воздействие ее на окружающую среду.
Поставленная задача решается тем, что в способе преобразования тепловой энергии в механическую, включающий процессы сжатия воздуха с последующим разделением его на первичный и вторичный, подачу первичного воздуха и топлива в первичную зону камеры сгорания на горение с образованием продуктов сгорания, которые смешиваются с паровоздушной смесью с образованием парогазовой смеси с преобразованием ее потенциальной энергии в механическую, утилизации теплоты отработавшей газопаровой смеси (отработавших газов) в котле-утилизаторе с образованием перегретого пара с подачей его во вторичную зону камеры сгорания и насыщенной воды, дополнительного охлаждения отработавших газов с конденсацией водяных паров, подачи конденсата в котел-утилизатор и подачи насыщенной воды в тепломассообменник, которую после частичного испарения и охлаждения отводят из тепломассообменника и смешивают с конденсатом, согласно изобретению в качестве топлива используют топливный газ, который перед подачей в камеру сгорания вводят в контакт с насыщенной водой, нагревают и увлажняют водяным паром, образуемым за счет частичного испарения воды, а вторичный воздух смешивают с перегретым паром с образованием паровоздушной смеси.
Поставленная задача решается тем, что газопаротурбинная установка, содержащая воздушный компрессор с камерой сгорания, содержащей первичную зону с подводом топливного газа и вторичную зону и с газопаровой турбиной, связанной с потребителем механической энергии, и последовательно расположенные по направлению движения отработавших газов котел-утилизатор с барабаном-сепаратором и конденсатор, который своим выходом по конденсату через деаэратор и насос подключен к входу котла-утилизатора, а также тепломассообменник, который своим входом по воде подключен к барабану-сепаратору, а выходом по воде к деаэратору, согласно изобретению в качестве топлива используют топливный газ, который подводят через систему регулирования подачи топлива газа к тепломассообменнику, выход которого подключен к первичной зоне камеры сгорания.
Новая совокупность существенных признаков отсутствует в известных технических решениях и позволяет получить следующие преимущества.
1. Вследствие того, что газовая постоянная топливного газа по сравнению с воздухом выше более чем в 1,7 раза, удается существенно снизить температуру охлажденной воды на выходе из тепломассообменника при одинаковом расходе через него газовой среды. Это существенно углубляет утилизацию теплоты отработавших газов и тем самым увеличивает кпд и мощность газопаротурбинной установки.
2. Вследствие нагрева топливного газа (примерно до 180-220oС) при контакте с насыщенной водой в тепломассообменнике существенно снижаются затраты топлива в камере сгорания, что дополнительно повышает кпд газопаротурбинной установки.
3. Известно, что подача пара, как инертного газа, в зону горения (первичную зону), особенно если он заранее перемешан с топливным газом, в десятки и даже сотни раз эффективнее воздействует на уменьшение образования оксидов азота по сравнению с подачей его во вторичную зону. Поэтому смешение пара с топливным газом в тепломассообменнике одновременно решает и экологическую проблему.
На чертеже изображена тепловая схема газопаротурбинной установки, реализующая предложенный способ.
Газопаротурбинная установка содержит воздушный компрессор 1, камеру сгорания 2 с первичной и вторичной зонами, газопаровую турбину 3, связанную с потребителем механической энергии 4 и последовательно расположенные по направлению движения отработавших газов котел-утилизатор 5 с барабаном-сепаратором 6 и конденсатор 7, который своим выходом по воде через деаэратор 8 и насос 9 подключен к входу котла-утилизатора 5. Газопаротурбинная установка также содержит тепломассообменник 10, который своим входом по воде подключен к барабану-сепаратору 6 котла-утилизатора 5, а выходом - к деаэратору 8 и далее через насос 9 к входу котла-утилизатора 5. Одновременно тепломассообменник 10 своим входом по газу подключен к системе регулирования 11 подачи топливного газа в газопаротурбинную установку, а своим выходом по газопаровой смеси подключен к первичной зоне камеры сгорания 2.
Способ совершается газопаротурбинной установкой следующим образом.
Атмосферный воздух сжимается в компрессоре 1 и разделяется на два потока: первичный и вторичный, которые направляются в камеру сгорания 2 соответственно в ее первичную и вторичную зоны. Одновременно во вторичную зону камеры сгорания 2 подают пар из котла-утилизатора 5 и смешивают с вторичным воздухом, а образованную паровоздушную смесь смешивают с продуктами сгорания, полученными в первичной зоне. Полученную парогазовую смесь направляют в газопаровую турбину, где ее расширяют, преобразуя при этом ее тепловую энергию в механическую, которую передают потребителю 4. Отработавшую в газопаровой турбине 3 газопаровую смесь (отработавшие газы) направляют в котел-утилизатор 5, где при охлаждении утилизируют их теплоту с образованием перегретого пара и насыщенной воды. После котла-утилизатора 5 отработавшие газы направляют в конденсатор 7, где их дополнительно охлаждают с конденсацией водяного пара. Образовавшийся при этом конденсат направляют в деаэратор 8 и далее через насос 9 в котел-утилизатор 5, а осушенные отработавшие газы - в атмосферу. Одновременно при этом насыщенную воду из барабана-сепаратора 6 подают в тепломассообменник 10, где вводят ее в контакт с топливным газом, при этом его нагревают и увлажняют водяным паром, за счет частичного испарения и охлаждения воды. Нагретый и увлажненный топливный газ подают в камеру сгорания 2, где в ее первичной зоне смешивают с первичным воздухом и сжигают, а охлажденную в массообменнике 10 воду подают в деаэратор 8, а далее через насос 9 - в котел-утилизатор 5.
В сравнении с прототипом предлагаемый способ преобразования тепловой энергии в механическую существенно улучшает экономические, экологические и мощностные показатели газопаротурбинной установки, которая его реализует.
Опытами установлено, что по сравнению с прототипом она имеет повышенный кпд на 3,5% абсолютных, а мощность на 28%. При этом содержание оксидов азота в отработавших газах не превышает 35-38 мг/м3 отработавших газов, что в 2,5 раза ниже мировых норм.
Кроме изложенного, следует также отметить, что повышение мощности газопаротурбинной установки на 28% примерно на столько же уменьшает стоимость ее киловатта установленной мощности.
Claims (2)
1. Способ преобразования тепловой энергии в механическую, включающий процессы сжатия воздуха с последующим разделением его на первичный и вторичный, подачу первичного воздуха и топлива в первичную зону камеры сгорания на горение с образованием продуктов сгорания, которые смешиваются с паровоздушной смесью с образованием парогазовой смеси с преобразованием ее потенциальной энергии в механическую, утилизации теплоты отработавшей газопаровой смеси (отработавших газов) в котле-утилизаторе с образованием перегретого пара с подачей его во вторичную зону камеры сгорания и насыщенной воды, дополнительного охлаждения отработавших газов с конденсацией водяных паров, подачи конденсата в котел-утилизатор и подачи насыщенной воды в тепломассообменник, которую после частичного испарения и охлаждения отводят из тепломассообменника и смешивают с конденсатом, отличающийся тем, что в качестве топлива используют топливный газ, который перед подачей в камеру сгорания вводят в контакт с насыщенной водой, нагревают и увлажняют водяным паром, образуемым за счет частичного испарения воды, а вторичный воздух смешивают с перегретым паром с образованием паровоздушной смеси.
2. Газопаротурбинная установка, содержащая воздушный компрессор с камерой сгорания, содержащей первичную зону с подводом топливного газа и вторичную зону, и с газопаровой турбиной, связанной с потребителем механической энергии, и последовательно расположенные по направлению движения отработавших газов котел-утилизатор с барабаном-сепаратором и конденсатор, который своим выходом по конденсату через деаэратор и насос подключен к входу котла-утилизатора, а также тепломассообменник, который своим входом по воде подключен к барабану-сепаратору, а выходом по воде к деаэратору, отличающаяся тем, что в качестве топлива используют топливный газ, который подводят через систему регулирования подачи топливного газа к тепломассообменнику, выход которого подключен к первичной зоне камеры сгорания.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2001031679 | 2001-03-12 | ||
UA2001117951 | 2001-11-21 | ||
UA2001117951A UA66922C2 (ru) | 2001-11-21 | 2001-11-21 | Способ преобразования тепловой энергии в механическую и газопаротурбинная установка для его реализации |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002107043A RU2002107043A (ru) | 2003-09-20 |
RU2224125C2 true RU2224125C2 (ru) | 2004-02-20 |
Family
ID=34391220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002107043/06A RU2224125C2 (ru) | 2001-11-21 | 2002-03-21 | Способ преобразования тепловой энергии в механическую и газопаротурбинная установка для его реализации |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2224125C2 (ru) |
UA (1) | UA66922C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2759793C1 (ru) * | 2021-02-26 | 2021-11-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Установка для выработки тепловой и механической энергии и способ ее работы |
-
2001
- 2001-11-21 UA UA2001117951A patent/UA66922C2/ru unknown
-
2002
- 2002-03-21 RU RU2002107043/06A patent/RU2224125C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2759793C1 (ru) * | 2021-02-26 | 2021-11-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Установка для выработки тепловой и механической энергии и способ ее работы |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
UA66922C2 (ru) | 2004-06-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2253807A1 (en) | Gas turbine cycle or combined steam-gas cycle for production of power from solid fuels and waste heat | |
RU2009333C1 (ru) | Комбинированная парогазовая энергетическая установка и способ ее эксплуатации | |
CN102759257A (zh) | 一种应用于生物质发电***的生物质干燥*** | |
RU2230921C2 (ru) | Способ работы парогазовой электростанции на комбинированном топливе (твердом с газообразным или жидким) и парогазовая установка для его реализации | |
RU2412359C1 (ru) | Способ работы парогазовой установки | |
RU2409746C2 (ru) | Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной | |
RU2224125C2 (ru) | Способ преобразования тепловой энергии в механическую и газопаротурбинная установка для его реализации | |
RU2611138C1 (ru) | Способ работы парогазовой установки электростанции | |
US20060021322A1 (en) | Steam power plant | |
RU2561770C2 (ru) | Способ работы парогазовой установки | |
US20060266040A1 (en) | Steam power plant | |
RU2001132885A (ru) | Способ работы парогазовой электростанции на комбинированном топливе (твердом с газообразным или жидким, или ядерном с газообразным или жидким) и парогазовая установка для его реализации | |
RU2693567C1 (ru) | Способ работы парогазовой установки электростанции | |
RU167924U1 (ru) | Бинарная парогазовая установка | |
RU2272914C1 (ru) | Газопаровая теплоэлектроцентраль | |
RU2272915C1 (ru) | Способ работы газопаровой установки | |
RU2620610C1 (ru) | Способ работы парогазовой установки электростанции | |
RU2791380C1 (ru) | Способ работы газотурбинного газоперекачивающего агрегата и устройство для его осуществления | |
RU2791066C1 (ru) | Способ работы энергетической газотурбодетандерной установки теплоэлектроцентрали | |
RU2259487C1 (ru) | Способ работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой | |
RU2273740C1 (ru) | Способ работы газопаровой теплоэлектроцентрали | |
RU2773580C1 (ru) | Теплофикационная парогазовая энергетическая установка с аккумулированием энергии | |
RU2756880C1 (ru) | Парогазовая установка электростанции с параллельной схемой работы | |
RU2784165C1 (ru) | Способ работы парогазовой установки электростанции | |
RU2756940C1 (ru) | Способ работы парогазовой установки электростанции |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090322 |