КОМБИНИРОВАННАЯ ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА КАШЕВАРОВА Российский патент 1994 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, преимущественно к теплоэлектростанциям, работающим на каменном угле с добавкой дизельного топлива или на жидком и газообразном углеводородном топливе.

Наиболее близким аналогом является установка, в которой выработка электроэнергии осуществляется посредством парогазового двигателя, подсоединенного к электрогенератору и камере сгорания, куда подводится топливо и сжатый воздух с водой. Выход парогазового двигателя посредством трубопровода соединен с устройством для отделения воды от продуктов сгорания.

Основным недостатком известной установки является большая стоимость вырабатываемой электро- и тепловой энергии, а также большие затраты на очистку продуктов сгорания.

Предлагаемая установка обладает более высоким КПД и большей экологичностью. Предлагаемая установка имеет принципиально новый двигатель, работающий на органическом топливе, в виде прямоточного реактивного двигателя с водно-газовым движителем, создающим в трубопроводе скоростной поток воды и выхлопных газов, энергию которого преобразует во вращение электрогенератора гидротурбины, установленной в трубопроводе. При этом выхлопные газы не только сообщают кинетическую и тепловую энергию потоку воды, но и растворяют в ней кислотные компоненты, содержащиеся в них, а также отдают воде твердые нерастворимые частицы в виде сажи, пыли и золы, которые затем осаждают в отстойниках устройства для отделения воды от продуктов сгорания.

На фиг. 1 изображена схема установки, вид сверху; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А импульсного реактивного двигателя с прямоточным водно-газовым движителем в увеличенном виде по сравнению с фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - диаметральное сечение верхней части камеры горения в увеличенном виде по сравнению с фиг. 3.

Комбинированная парогазовая установка содержит парогазовые прямоточные реактивные двигатели 1, подсоединенные выходами с патрубками 3 к трубопроводу 2. Патрубки 3 коаксиально установлены в трубопроводе 2 так, что площадь кольцевого зазора 4 между трубопроводом 2 и патрубком 3 равна площади поперечного сечения трубопровода 2 до входа патрубка 3 в трубопровод 2, в котором размещена гидротурбина 5, имеющая общий вал 6 с электрогенератором 7.

Установка содержит компрессоры 8 и подземную емкость 9 для обеспечения двигателей 1 сжаты воздухом и дизельным топливом, соответственно, а также устройство 10 для приготовления водноугольной эмульсии.

Двигатель 1 выполнен с камерой 11 сгорания, имеющей форсунку 12, установленную на конце патрубка 13 трубопровода 14 подачи дизельного топлива, и форсунку 15, установленную на патрубке 16 подачи водно-угольной эмульсии. Камера 11 сгорания имеет кольцевую камеру 17 сжатого воздуха, подсоединенную посредством трубопровода 18 с клапаном 19 к компрессорам 8 и посредством каналов 20 с самооткрывающимися клапанами 21 - к первой и второй сферическим полостям камеры 11 сгорания. Вторая сферическая полость через горловину 22 соединена с третьей сферической полостью 23, подключенной посредством горловины 24 к конусной камере 25 двигателя 1. У основания конусной камеры 25 размещены форсунки 26 для впрыска воды из кольцевой трубы 27, подсоединенной через насос 28 к отстойнику 29 устройства для отделения воды от продуктов сгорания. Отстойник 29 выполнен с выступом 30, подсоединенным трубопроводом 31 с вытяжной трубой 32. Сферические полости камеры 11 сгорания, конусная камера 25 и горловины 22, 24 покрыты термоизолирующим слоем. Первая сферическая полость камеры 11 сгорания имеет жаропрочную оболочку 34. Установка содержит также электросвечи 35 и ленточный транспортер 36.

Установка работает следующим образом.

В камеру 11 сгорания двигателя 1 дизельное топливо впрыскивается через форсунку 12, установленную на конце патрубка 13, отходящего от трубопровода 14, а водно-угольная эмульсия впрыскивается через форсунки 15, размещенные на патрубках 16.

От компрессора 8 сжатый воздух поступает в кольцевую камеру 17 через трубопровод 18 с клапаном 19. Из камеры 17 сжатый воздух поступает в камеру 11 сгорания по каналам 20 с самооткрывающимися клапанами 21.

Камера 11 сгорания горловиной 22 соединена со сферической камерой 23, которая соединена горловиной 24 с конусной камерой 25. У основания конусной камеры 25 установлены форсунки 26, через которые в эту камеру впрыскивается вода из кольцевой трубы 27. В кольцевую трубу вода подается насосом 28 из отстойника 29 с помощью водопровода (не показан).

Газообразные продукты сгорания, поступающие вместе с водой в отстойник 29, собираются в его верхнем выступе 30 и по трубопроводу 31 направляются в вытяжную трубу 32.

В камере 17 воздух, поступающий по каналам 20 в сферические полости камеры 11 сгорания, подогревается за счет теплообмена с продуктами сгорания до температуры воспламенения дизельного топлива.

Для запуска холодного двигателя в камеру 11 поступает через форсунку 12 бензин, который поджигается электросвечой 36.

Удаление осажденных продуктов сгорания из отстойника 29 производится с помощью ленточного транспортера 36.

Запуск комбинированной установки производится в следующем порядке: запускается компрессор 8 и сжатый воздух через трубопровод 18 при открытом клапане 19 поступает в камеру 17 и через каналы 20 в камеру 11 сгорания. Поскольку в последней давление воздуха будет ниже, чем в камере 17, клапаны 21 будут открыты.

К форсунке 12 через патрубок 13 из трубопровода 14 поступает бензин, который с включением форсунки 12 поджигается электросвечой 35, с целью разогрева камеры сгорания до температуры сжатого воздуха, достаточной для самовоспламения дизельного топлива. При этом нагреваться будет жаропрочная сферическая металлическая оболочка полости камеры 11 сгорания, при этом оболочка выполняется из материала с теплоемкостью, позволяющей разогреть за доли секунды сжатый воздух, поступающий по каналам 20, до температуры воспламенения дизельного топлива.

После 2-3 мин работы на бензине, необходимых для разогрева металлической оболочки, в трубопровод 14 вместо бензина подают дизельное топливо и сжатый воздух, подаваемый компрессором 8, и камера 11 сгорания переходит на дизельный режим работы.

При этом включаются форсунки 15, впрыскивающие водно-угольную эмульсию в камеру 11 одновременно с впрыскиванием дизельного топлива через форсунку 12. Вода, содержащаяся в эмульсии, мгновенно испаряется, а угольная пыль воспламеняется от воспламеняющегося дизельного топлива с запозданием на тысячные доли секунды. Во время воспламенения дизельного топлива и угольной пыли давление в камере 11 возрастает в 6-8 раз и раскаленные выхлопные газы устремляются через горловину 22 в сферическую камеру 23, где они расширяются с понижением давления до 40 кг/см² и понижением температуры до 500-600^оС. Когда давление газов в камере 11 станет меньше давления воздуха в камере 17, открываются клапаны 21. Один из клапанов 21 является одновременно электродатчиком сигналов в управляющий компьютер. С открытием клапана 21 в компьютер поступает электросигнал, по которому с задержкой на сотую долю секунды, необходимую для продувки камеры 11 сжатым воздухом, поступает управляющий электросигнал на открытие форсунок 12 и 15, в камеру 11 впрыскивается и воспламеняется дизельное топливо и водно-угольная эмульсия. В результате этого давление газов в камере 11 возрастает в 6-8 раз, клапаны 21 закрываются и выхлопные газы устремляются в камеру 23. Этим заканчивается второй цикл работы камеры 11 сгорания и начинается следующий цикл работы в установившемся режиме.

Из камеры 23 через горловину 24 выхлопные газы поступают в конусную камеру 25, проходя через водяной душ, создаваемый форсунками 26. Вода, непрерывно поступающая в камеру 25 через форсунки 26, испаряется, увеличивая объем парогазовой смеси, температура которой при подходе к патрубку 3 понижается до 200-220^оС. Парогазовая струя, истекающая из патрубка 3 под давлением в 40 кг/см² в трубу 2, передает свою энергию воде в трубопроводе 2 и заставляет ее двигаться в направлении к гидротурбине 5, подсоединенной к электрогенератору 7.

Все двигатели 1, расположенные вдоль трубопровода 2 и подключенные к нему через равные расстояния последовательно, включаются в работу одновременно. Суммарная мощность всех двигателей реализуется гидротурбиной 5 с КПД до 95% и передается на электрогенератор 7 через вал 6. Вода, пройдя через турбину 5, поступает в отстойник 29, при этом выхлопные газы, освободившиеся от кислотных компонентов, растворившихся в воде, собираются в верхнем выступе 30 отстойника 20 и по трубопроводу 31 направляются в вытяжную трубу 32.

Зола и сажа, находившиеся в продуктах сгорания, осаждаются в отстойнике 29 и периодически извлекаются из него ленточным транспортером 36, лента которого размещена на дне отстойника 29.

Пар, попавший вместе с выхлопными газами в воду конденсируются в ней.

С целью увеличения доли угля, сжигаемого в камере 11, и уменьшения доли дизельного топлива, являющегося более дорогим топливом, чем угольная пыль, последнюю вводят в дизельное топливо в таком количестве, которое позволяет сохранять свойство дизельного топлива к воспламенению и обеспечивает устойчивую работоспособность форсунки 12. Количество вводимой через форсунки 15 водноугольной эмульсии в камеру 11 также устанавливается максимально допустимым для устойчивой работы двигателя.

В отстойник 29 вводится известь для нейтрализации кислотных остатков, а часть горячей воды из отстойника 29 направляется потребителю тепла по теплотрассе, а другая часть воды с добавлением охлажденной воды из теплотрассы направляется в трубопровод 2. Количество горячей воды, замещаемой на охлажденную из теплотрассы, определяется условием, чтобы вода, проходящая через гидротурбину 5, имела бы температуру 95-98^оС, при которой КПД установки будет максимальный. (56) Арсеньев Л. В. и др. Комбинированные установки с газовыми турбинами. Л. : Машиностpоение, 1982, с. 149, рис. IV. 24.

Использование: в телоэнергетике, преимущественно на теплоэлектростанциях, работающих на угле. Сущность изобретения: парогазовая установка снабжена гидравлической турбиной, выход которой подключен к отстойнику устройства для отделения воды от продуктов сгорания, а вход - к трубопроводу, по длине которого размещены парогазовые двигатели с камерами сгорания. Каждая камера сгорания выполнена в виде трех соединенных между собой сферических полостей, соединенных с устройствами подачи топлива и водно-угольной эмульсии, а также с камерой сжатого воздуха, размещенной с охватыванием двух первых по ходу среды полостей. Выход каждого парогазового двигателя выполнен в виде конусной камеры с форсунками для подачи воды и изогнутым патрубком на конце. Патрубок размещен в трубопроводе с ориентацией изогнутого конца по ходу рабочей среды. 5 ил.

Комбинированная парогазовая установка, включающая оснащенный камерой сгорания, имеющей устройство для подвода топлива, парогазовый двигатель, выход которого посредством трубопровода подсоединен к устройству для отделения воды от продуктов сгорания, и электрогенератор, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и экологичности, она снабжена по крайней мере одним дополнительным парогазовым двигателем с камерой сгорания, форсункой для подачи водно-угольной эмульсии и гидравлической турбиной, размещенной в трубопроводе перед устройством для отделения воды от продуктов сгорания и подсоединенной к электрогенератору, при этом двигатели подсоединены выходами к трубопроводу последовательно и выход каждого двигателя выполнен в виде конусной камеры с форсунками для распыления воды у основания и с изогнутым патрубком на конце, размещенным в трубопроводе коаксиально с ориентацией изогнутого конца патрубка по ходу среды, а каждая камера сгорания выполнена с кольцевой камерой сжатого воздуха в виде трех последовательно соединенных между собой сферических полостей, первая из которых имеет оболочку из жаропрочного материала с термоизолирующим слоем и соединена с устройством для подачи топлива, а вторая соединена с форсункой для подачи водно - угольной эмульсии, при этом кольцевая камера сжатого воздуха охватывает первую и вторую сферические полости и соединена с последними посредством каналов с самооткрывающимися клапанами.