СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В РАБОТУ Российский патент 1997 года по МПК F02C6/18 F01K23/04 

Изобретение относится к теплоэнергетике.

Известен способ преобразования тепловой энергии в работу, заключающийся в ступенчатом сжатии рабочего тела, его нагреве сжиганием топлива, ступенчатом расширении, передаче части тепловой энергии рабочего тела теплообменном рабочему телу замкнутой турбоустановки /1/.

Энергетические установки, выполненные по этому способу, ограничены по мощности и КПД.

Известен также способ /2/, выбранный в качестве прототипа, включающий ступенчатое сжатие рабочего тела в основном контуре, отбор части рабочего тела во вспомогательный контур, ступенчатое его сжатие, нагрев, ступенчатое расширение, смешение и нагрев вместе с основной частью рабочего тела в камере сгорания основного контура, утилизацию тепловой энергии основного контура посредством теплообмена с рабочим телом замкнутой турбоустановки.

К недостаткам способа прототипа следует также отнести ограниченность мощности и КПД.

Задачей изобретения является повышение мощности и КПД.

Указанная задача достигается тем, что дополнительно отобранную во вспомогательный контур часть рабочего тела до и после ступенчатого сжатия охлаждают, полученную в результате охлаждения теплоэнергию и часть тепловой энергии вспомогательного контура передают рабочему теплу дополнительной замкнутой паро- или газотурбинной установки, а непреобразованную в ней в работу часть энергии передают рабочему телу замкнутой турбоустановки.

В отличие от прототипа, в предложенном способе замкнутая турбоустановка утилизирует тепловую энергию основного и вспомогательного контуров, а также дополнительной замкнутой паро- или газотурбинной установки.

На фиг. 1, 2, 3 приведены возможные схемы энергетических установок, предназначенных для осуществления предлагаемого способа.

Энергетические установки, изображенные на фиг. 1 и 2, имеют высоконапорные парогенераторы в замкнутых турбоустановке и дополнительной паротурбинной установке. Энергетическая установка, схема которой приведена на фиг. 3, является установкой с котлом-утилизатором.

Способ осуществляется следующим образом. В основном контуре (см. фиг. 1, 2, 3), содержащем компрессор 1, камеру сгорания 2 и турбину 3, воздух сжимается в компрессоре 1. Часть сжатого воздуха отбирается во вспомогательный контур, где она охлаждается в теплообменнике 4, сжимается в компрессоре 5, снова охлаждается в теплообменнике 6, нагревается в каналах охлаждения 7 камере сгорания 8, расширяется в турбине 9. Выхлопной газ вспомогательного контура смешивается и нагревается в камере сгорания 2 вместе с основной частью воздуха и расширяется в турбине 3. Часть тепла основного контура утилизируется замкнутой турбоустановкой, содержащей (см. фиг 1) насос 10, первую секцию газоводяного подогревателя 11, теплообменник 12, вторую секцию газоводяного подогревателя 13, высоконапорный парогенератор 14, паровую турбину 15 и конденсатор 16. Часть тепла вспомогательного контура передается в дополнительную замкнутую паротурбинную установку, включающую (см. фиг. 1) насос 17, охлаждающие стороны теплообменников 4 и 6, высоконапорный парогенератор 18, паровую турбину 19, греющую сторону теплообменника 12 и дроссель 20. Непреобразованная в работу часть тепла из дополнительной замкнутой паротурбинной установки передается в замкнутую турбоустановку теплообменом и смешением их рабочих тел. При очень высоком давлении рабочего тела в дополнительной замкнутой паротурбинной установке смешение рабочих тел турбоустановок целесообразно производить в высоконапорном парогенераторе 14 или на его входе (см. фиг. 2). При осуществлении предлагаемого способа в энергетической установке с котлом- утилизатором (см. фиг. 3) в замкнутой турбоустановке газоводяной подогреватель имеет две охлаждающие стороны 11 и 12. Аналогично две охлаждающие стороны 13 и 14 имеет и котел-утилизатор.

Энергетическая установка с высоконапорными парогенераторами в замкнутых турбоустановке и дополнительной паротурбинной установке (см. фиг. 1) содержит основной и вспомогательный контуры. Основной контур включает компрессор 1, камеру сгорания 2 и турбину 3. Вспомогательный контур содержит греющую сторону теплообменника 4, компрессор 5, греющую сторону теплообменника 6, каналы охлаждения 7, камеру сгорания 8 и турбину 9. Замкнутая турбоустановка включает насос 10, охлаждающие стороны первой секции газоводяного подогревателя 11, теплообменника 12 и второй секции газоводяного подогревателя 13, высоконапорный парогенератор 14, паровую турбину 15 и конденсатор 16. Дополнительная замкнутая паротурбинная установка содержит насос 17, охлаждающие стороны теплообменников 4 и 6, высоконапорный парогенератор 18, паровую турбину 19, греющую сторону теплообменника 12 и дроссель 20.

В энергетической установке, изображенной на фиг. 2, секции газоводяного подогревателя объединены в одну 11, 13, выход паровой турбины 19 подключен ко входу в высоконапорный парогенератор 14, а вход насоса 10 через дроссель 20 и греющую сторону теплообменника 12 подключен к промежуточному сечению паровой турбины 15. При температуре воды выше температуры, необходимой для исключения выпадения влаги из отходящих из турбины 3 газов, греющая сторона теплообменника 12 и дроссель 20 могут быть включены в схему установки таким же образом, что и на фиг. 1.

В энергетической установке с котлом-утилизатором (см. фиг. 3) газоводяной подогреватель и котел-утилизатор имеют по две охлаждающие стороны - соответственно 11, 12 и 13, 14. Охлаждающие стороны 11 и 14 включены в замкнутую турбоустановку, а 12 и 13 в дополнительную замкнутую паротурбинную установку. Выход паровой турбины 119 подключен к охлаждающей стороне 14 котла утилизатора.

Использование в теплоэнергетике. Сущность изобретения: замкнутая турбоустановка утилизирует тепловую энергию основного и вспомогательного контуров, а также дополнительной замкнутой паро- или газотурбинной установки, сопряженной со вспомогательным контуром. 3 ил.

Способ преобразования тепловой энергии в работу, включающий ступенчатое сжатие рабочего тела в основном контуре, отбор части рабочего тела во вспомогательный контур, ступенчатое его сжатие, нагрев, ступенчатое расширение, смешение и нагрев вместе с основной частью рабочего тела в камере сгорания основного контура, утилизацию тепловой энергии основного контура посредством теплообмена с рабочим телом замкнутой турбоустановки, отличающийся тем, что дополнительно отобранную во вспомогательный контур часть рабочего тела до и после ступенчатого сжатия охлаждают, полученную в результате охлаждения тепловую энергию и часть тепловой энергии вспомогательного контура передают рабочему телу дополнительной замкнутой паро- или газотурбинной установки, а непреобразованную в ней в работу часть энергии передают рабочему телу замкнутой турбоустановки.