SU1745991A1 - Power plant - Google Patents

Abstract

Использование: в транспортных и стационарных силовых установках на базе двигателей внутреннего сгорани  с глубоким охлаждением наддувочного воздуха. Сущность изобретени : двигатель 1 внутреннего сгорани  подключен выходом к газовой турбине 2, а входом к размещенному на одном валу с газовой турбиной 2 воздушному компрессору 3 посредством воздухопровода с последовательно установленными в нем парогенератором 9 замкнутого паросилового контура, работающего на низкокип щем рабочем теле и включающего турбину 12, конденсатора насос 11, и воздухоохладител ми 4 и 5. Воздухоохладитель 5 подключен к замкнутому холодильному контуру с компрессором 6, конденсатором 7 и дроссельным вентилем 8. 1 ил.Usage: in transport and stationary power plants based on internal combustion engines with deep cooling of the charge air. SUMMARY OF THE INVENTION: An internal combustion engine 1 is connected by an outlet to a gas turbine 2, and an input to an air compressor 3 placed on one shaft with a gas turbine 2 by means of an air duct with a steam generator 9 of a closed steam power circuit operating on a low-boiling working body and including a turbine 12, condenser pump 11, and air coolers 4 and 5. Air cooler 5 is connected to a closed refrigeration circuit with compressor 6, condenser 7 and throttle valve 8. 1 l.

Description

Изобретение относится кдвигателестроению, в частности к силовым установкам на базе двигателей внутреннего сгорания с глубоким охлаждением наддувочного воздуха за счет утилизации вторичных энергоресурсов, и предназначено для использования в транспортных и стационарных силовых установках.The invention relates to engine building, in particular to power plants based on internal combustion engines with deep cooling of charge air by utilizing secondary energy resources, and is intended for use in transport and stationary power plants.

Известна силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания, паросиловую установку, включающую турбину, котел-утилизатор, установленный в канале отработавших газов двигателя, конденсатор-и насос, а также холодильную парокомпресионную установку, включающую воздухоохладитель, расположенный во всасывающем воздушном канале двигателя, дроссельный вентиль, конденсатор и компрессор, размещенный на одном валуе паровой турбиной паросиловой установки, при этом в паросиловой и холодильной установках циркулирует одно и то же рабочее тело.A known power plant containing an internal combustion engine, a steam power plant including a turbine, a waste heat boiler installed in the engine exhaust gas channel, a condenser and a pump, as well as a vapor compression compressor unit including an air cooler located in the intake air channel of the engine, a throttle valve, a condenser and a compressor located on the same shaft by the steam turbine of the steam power plant, while the same working circuit circulates in the steam power and refrigeration units body.

Известна также силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания, турбоагрегат наддува воздуха, включающий газовую турбину, вход которой соединен с выходом отработавших газов двигателя, а выход - с теплообменниками сжатого и атмосферного воздуха, и воздушный компрессор, выход которого последовательно соединен с каналом, расположенным в зоне горячих деталей двигателя, воздухоохладителем и входом наддувочного воздуха в двигатель. Силовая установка содержит также холодильную парокомпрессионную установку, включающую компрессор, конденсатор, дроссельный вентиль и воздухоохладитель, подключенный воздушными каналами к контуру наддувочного воздуха, причем газовая турбина и воздушный компрессор размещены на одном валу с холодильным компрессором.Also known is a power plant containing an internal combustion engine, a turbocharger of a supercharged air, including a gas turbine, the inlet of which is connected to the exhaust gas of the engine, and the output is with heat exchangers of compressed and atmospheric air, and an air compressor, the outlet of which is connected in series with a channel located in hot engine parts area, air cooler, and charge air inlet to the engine. The power plant also contains a vapor compression refrigeration unit, including a compressor, a condenser, a throttle valve and an air cooler connected by air channels to the charge air circuit, the gas turbine and the air compressor being located on the same shaft as the refrigeration compressor.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату, к предлагаемому является судовая силовая установка, выбранная в качестве прототипа, содержащая двигатель внутреннего сгорания, подключенный выходом к газовой турбине,а входом к размещенному на одном валу с газовой турбиной воздушному компрессору посредством воздухопровода с последовательно установленными в нем воздухоохладителями первой и второй ступеней, последний из которых подключен к замкнутому холодильному контуру с компрессором, конденсатором и дроссельным вентилем, а также работающий на низкокипящем рабочем теле замкнутый паросиловой контур с парогенератором, турбиной, размещенной на одном валу с компрессо ром холодильного контура, конденсатором и насосом, при этом парогенератор по греющей среде размещен в газопроводе за газовой турбиной.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a marine propulsion system, selected as a prototype, containing an internal combustion engine connected to an output to a gas turbine, and an input to an air compressor located on the same shaft as a gas turbine through an air duct with successively installed it with air coolers of the first and second stages, the last of which is connected to a closed refrigeration circuit with a compressor, condenser and throttle a valve, as well as a closed steam-powered circuit operating on a low boiling medium with a steam generator, a turbine located on the same shaft as the compressor of the refrigeration circuit, a condenser, and a pump, while the steam generator is placed in a gas pipeline behind a gas turbine in a heating medium.

Недостатком этой силовой установки, является подключение утилизационного парогенератора к отработавшим газам после . газовой турбины, что увеличивает противодавление на выхлопе и, следовательно, снижает эффективную мощность двигателя. Кроме того, в установке теплообменные поверхности и соединительные трубопроводы загрязняются отложениями, выделяющимися из выпускных газов при их охлаждении и имеющими повышенную коррозионную активность. Это снижает эффективность и надежность установки.The disadvantage of this power plant is the connection of the recovery steam generator to the exhaust gases after. gas turbine, which increases the back pressure on the exhaust and, therefore, reduces the effective engine power. In addition, in the installation, the heat exchange surfaces and connecting pipelines are contaminated by deposits released from the exhaust gases during their cooling and having increased corrosion activity. This reduces the efficiency and reliability of the installation.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности силовой установки путем утилизации тепла наддувочного воздуха.The purpose of the invention is to increase the efficiency and reliability of the power plant by utilizing the heat of charge air.

В силовой установке, содержащей двигатель внутреннего сгорания, подключенный выходом к газовой турбине, а входом к размещенному на одном валу с газовой турбиной воздушному компрессору посредством воздухопровода с последовательно установленными в нем воздухоохладителями первой и второй ступеней, последний из которых подключен к замкнутому холодильному контуру с компрессором, конденсатором и дроссельным вентилем, а также работающий на низкокипящем рабочем теле замкнутый паросиловой контур с парогенератором, турбиной, размещенной на одном валу с компрессором холодильного контура, конденсатором и насосом,парогенератор по греющей среде устанавливают в воздухопроводе между воздушным компрессором и воздухоохладителем первой ступени.In a power plant containing an internal combustion engine, connected to a gas turbine by an outlet, and an air compressor located on a shaft with a gas turbine, by means of an air duct with air coolers of the first and second stages installed in series, the last of which is connected to a closed refrigeration circuit with a compressor , a condenser and a throttle valve, as well as a closed steam-powered circuit operating on a low-boiling working fluid with a steam generator, a turbine located on the bottom shaft of the refrigerant circuit compressor, a condenser and a pump, the steam generator of the heating medium is set in the air pipe between the air compressor and the air cooler of the first stage.

На чертеже изображена схема предложенной силовой установки.The drawing shows a diagram of the proposed power plant.

Силовая установка содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, подключенный выходом к газовой турбине 2, а входом к размещенному на одном валу с газовой турбиной 2 воздушному компрессору 3 посредством воздухопровода с последовательно установленными в нем воздухоохладителями 4 и 5 первой и второй ступеней. Воздухоохладитель 5 второй ступени подключен к замкнутому холодильному контуру с компрессором 6, конденсатором 7 и дроссельным вентилемThe power plant includes an internal combustion engine 1, connected by an output to a gas turbine 2, and an input to an air compressor 3 located on the same shaft as the gas turbine 2, by means of an air pipe with air coolers 4 and 5 of the first and second stages installed in series therein. The second stage air cooler 5 is connected to a closed refrigeration circuit with a compressor 6, a condenser 7 and a throttle valve

8. Силовая установка включает также работающий на низкокипящем рабочем теле замкнутый паросиловой контур с парогенератором 9, конденсатором 10, насосом 11 и турбиной 12, размещенной на одном валу с компрессором 6 холодильного контура. Парогенератор 9 по греющей среде установлен в воздухопроводе между воздушным компрессором 3 и воздухоохладителем 4 первой ступени.8. The power plant also includes a closed steam-powered circuit operating on a low-boiling working fluid with a steam generator 9, a condenser 10, a pump 11 and a turbine 12 located on the same shaft as the compressor 6 of the refrigeration circuit. The steam generator 9 in a heating medium is installed in the air duct between the air compressor 3 and the air cooler 4 of the first stage.

Силовая установка работает следующим образом.The power plant operates as follows.

Отработавшие газы двигателя 1 подаются в газовую турбину 2, расположенную на одном валу с воздушным компрессором 3. Сжатый в последнем воздух сначала подается в парогенератор 9, в котором он охлаждается низкокипящим рабочим телом, циркулирующим в паросиловом контуре, а затем последовательно - в воздухоохладитель 4 первой ступени, охлаждаемый окружающей средой, и в воздухоохладитель 5 второй ступени, в котором он охлаждается низкокипящим рабочим телом, циркулирующим в холодильном контуре. Охлажденный до требуемой температуры воздух.поступает на вход двигателя 1. В парогенераторе 9 за счет отведенного от воздуха тепла генерируются пары низкокипящего рабочего тела, которые подаются в турбину 12. После турбины 12 пары поступают в конденсатор 10, откуда конденсат насосом 11 возвращается в парогенератор 9. Компрессор 6 холодильного контура, расположенный на одном валу с турбиной 12 паросилового контура, отсасывает пары низкокипящего рабочего тела из воздухоохладителя 5 второй ступени, сжимает их и подает в конденсатор 7, откуда жидкость после дросселирования в вентиле 8 поступает в воздухоохладитель 5 второй ступени.The exhaust gases of the engine 1 are fed to a gas turbine 2 located on the same shaft with the air compressor 3. The compressed air in the latter is first supplied to the steam generator 9, in which it is cooled by a low-boiling working fluid circulating in the steam-power circuit, and then sequentially to the air cooler 4 of the first stages, cooled by the environment, and into the air cooler 5 of the second stage, in which it is cooled by a low-boiling working fluid circulating in the refrigeration circuit. Cooled to the required temperature, the air enters engine 1. In the steam generator 9, due to the heat removed from the air, vapors of a low-boiling working fluid are generated, which are supplied to the turbine 12. After the turbine 12, the pairs enter the condenser 10, from where the condensate is returned to the steam generator 9 by the pump 11 The compressor 6 of the refrigeration circuit, located on the same shaft with the turbine 12 of the steam-powered circuit, sucks the vapors of the low-boiling working fluid from the air cooler 5 of the second stage, compresses them and feeds them into the condenser 7, from where it is liquid be after throttling in the valve 8 enters the air cooler 5 second stage.

Пример. Рассматривается судовая энергетическая установка на базе длинноходного дизеля мощностью 10 тыс. кВт. При расходе наддувочного воздуха 23,8 кг/с температура его на входе в парогенератор 9 составляет 443 К, на выходе из него - 420 К, температура наддувочного воздуха на ' входе в воздухоохладитель 5 второй ступени 308 К, на выходе из него 283 К. Давление наддувочного воздуха на выходе из воздухного компрессора 3 - 0,33 МПа. В воздухоохладителе 4 первой ступени наддувочный воздух охлаждается забортной водой до 308 К. Холодопроизводительность холодильной установки составляет 600 кВт, температура кипения рабочего тела в воздухоохладителе второй ступени - 278 К, темпёратура конденсации в холодильном и паросиловом контурах - 308 К. Температура генерации пара в парогенераторе 9 - 410 К. Рабочее тело в холодильном и паросиловом контурах -Р11.Example. A ship power plant based on a long-stroke diesel engine with a capacity of 10 thousand kW is considered. At a charge air flow rate of 23.8 kg / s, its temperature at the inlet to the steam generator 9 is 443 K, at the outlet it is 420 K, the temperature of the charge air at the inlet to the air cooler 5 of the second stage is 308 K, at the outlet from it 283 K. The charge air pressure at the outlet of the air compressor 3 is 0.33 MPa. In the air cooler 4 of the first stage, the charge air is cooled with overboard water to 308 K. The refrigerating capacity of the refrigeration unit is 600 kW, the boiling point of the working fluid in the air cooler of the second stage is 278 K, the condensation temperature in the refrigeration and steam power circuits is 308 K. The temperature of the steam generation in the steam generator 9 - 410 K. The working fluid in the refrigeration and steam-power circuits is P11.

Применение предложенной силовой установки обеспечивает в сравнении с прототипом повышение экономичности за счет отвода части теплоты охлаждаемого наддувочного воздуха в парогенераторе и полезного использования этой теплоты для работы холодильной установки, осуществляющей последующее глубокое охлаждение наддувочного воздуха. Использование наддувочного воздуха в качестве греющей среды в парогенераторе уменьшает противодавление на выхлопе двигателя и обеспечивает более высокие значения коэффициента теплопередачи по сравнению с отработавшими газами, загрязняющими теплообменную поверхность различными отложениями. Кроме того, наддувочный воздух обладает значительно меньшей коррозионной активностью, чем отработавшие газы двигателя, что повышает долговечность отдельных узлов и . силовой установки в целом. Ожидаемый эко-, номический эффект при внедрении одной установки составляет 5530 руб./г.The application of the proposed power plant provides, in comparison with the prototype, an increase in efficiency due to the removal of part of the heat of the charged charge air in the steam generator and the beneficial use of this heat for the operation of the refrigeration unit, which carries out subsequent deep cooling of the charge air. The use of charge air as a heating medium in a steam generator reduces the back pressure on the engine exhaust and provides higher values of the heat transfer coefficient in comparison with the exhaust gases polluting the heat exchange surface with various deposits. In addition, the charge air has a significantly lower corrosion activity than the exhaust gases of the engine, which increases the durability of individual units and. power plant as a whole. The expected eco- nomic effect when introducing one installation is 5530 rubles / g.

Claims (1)

Формула из об р е те н и я Силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания, подключенный выходом к газовой турбине, а входом к размещенному на одном валу с газовой турбиной воздушному компрессору посредством воздухопровода с последовательно установленными в нем воздухоохладителями первой и второй ступени, последний из. которых подключен к замкнутому холодильному контуру с компрессором, конденсатором и дроссельным вентилем, а также работающий на низкокипящем рабочём теле замкнутый паросиловой контур с парогенератором, турбиной, размещенной на одном валу с компрессором холодильного контура, и насосом, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности, парогенератор по греющей среде размещен в воздухопроводе между воздушным компрессором и воздухоохладителем первой ступени.Formula of the invention A power plant comprising an internal combustion engine connected to an output to a gas turbine and an input to an air compressor located on the same shaft as a gas turbine by means of an air duct with first and second stage air coolers installed in it, the last of . which is connected to a closed refrigeration circuit with a compressor, a condenser and a throttle valve, as well as a closed steam-powered circuit operating on a low-boiling working fluid with a steam generator, a turbine located on the same shaft as the compressor of the refrigeration circuit, and a pump, characterized in that, in order to increase efficiency and reliability, a steam generator in a heating medium is placed in the air duct between the air compressor and the first stage air cooler.