СПОСОБ РАБОТЫ ТОПОЧНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 1998 года по МПК F02C3/28 

Изобретение относится к энергетике, преимущественно к производству электроэнергии.

Известны топочные устройства (Основы термодинамики и теплотехники. В.Г. Ерохина, М. Г.Маханько, П.И.Самойленко, изд. М.:Машиностроение, 1980 г., с. 110-113, рис. 48. Камерные топки).

Основной недостаток существующих топочных устройств состоит в том, что они не могут утилизировать солнечное тепло, рассеянное в земной атмосфере.

Сущность изобретения состоит в том, что при сжигании газа или угольной пыли в топку подается воздух, подогретый не только топочными газами, а также и за счет сжатия воздуха в компрессоре воздушно-турбинного двигателя (ВТД). В топочное устройство в его самой горячей части установлен теплообменник ВТД, при этом отбор тепла теплообменником ВТД рассчитан так, чтобы температура горячих газов за теплообменником была максимальной, как и в существующих топочных устройствах, то есть полезная энергия, вырабатываемая ВТД, является энергией солнечного тепла, рассеянного в земной атмосфере.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема топочного устройства, состоящего из 1 - корпуса топочного устройства, 2 - воздушного компрессора воздушно-турбинного двигателя (ВТД), 3 - теплообменника воздушно-турбинного двигателя (ВТД), 4 - воздушной турбины воздушно-турбинного двигателя (ВТД), 5 - устройства подачи топлива в топочное устройство, 6 - трубопровода подвода горячего воздуха от воздушной турбины до корпуса топочного устройства, 7 - горелки топочного устройства, 8 - генератора электрического тока.

На фиг. 2 изображена схема тепловых потоков в топочном устройстве, где:
Q_а - тепло атмосферного тепла,
Q_см - тепло, подводимое в топочное устройство с органическим топливом,
Q₄ - тепло, подводимое в топочное устройство с горячим воздухом после воздушной турбины ВТД,
Q₇ - тепло, эквивалентное энергии, вырабатываемой генератором электрического тока,
Q_т - тепло, поглощаемое теплообменником ВТД,
Q_max - максимальное тепло, поступающее в топочное устройство,
Q_min - минимальное тепло в топочном устройстве после теплообменника ВТД.

Способ работы топочного устройства осуществляется следующим образом.

Максимально возможная теплотворная способность условного топлива в смеси с атмосферным воздухом при коэффициенте избытка воздуха α = 1,05 составляет

При этом на 1 кг смеси при химической реакции сгорания выделяется тепла: от сгорания угля в количестве 83,5 г, 527 кк, и от атмосферного воздуха в количестве 916,5 г выделяется 63 кк тепла.

Сгорание в топочном устройстве организуется следующим образом:

Принимаем: T_н = 288 K, η_c - КПД компрессора, η_c= 0,85; η_p-КПД турбины, η_p= 0,95 .

Подставляя значения T_н; T₂; T₃; C_рт; C_р в уравнение (I) и решая его относительно "e", получаем e = 1,3
Тогда
То есть на каждый килограмм поступающего в топочное устройство атмосферного воздуха утилизируется 7,3 кк солнечного тепла, рассеянного в земной атмосфере.

Изобретение предназначено для применения в области энергетики. В топочном устройстве, состоящем из корпуса и воздушно-турбинного двигателя (ВТД), теплообменник которого установлен в топке, последний подогревается снаружи, при этом количество тепла, поглощаемое теплообменником Q₁, равно количеству тепла, поступающему в поддувало топочного устройства с горячими газами из выходного сопла воздушной турбины. Изобретение позволяет утилизировать солнечное тепло, рассеянное в атмосфере. 2 ил.

Способ работы топочного устройства, заключающийся в сжатии воздуха в компрессоре воздушно-турбинного двигателя, поглощении тепла теплообменником воздушно-турбинного двигателя при сжигании газа или угольной пыли и выработке электроэнергии генератором, смонтированном на одном валу с компрессором и турбиной, отличающийся тем, что обеспечивают равенство тепла, поглощаемого теплообменником, теплу, подводимому к горелкам топочного устройства с воздухом после воздушной турбины, в этих условиях при коэффициенте полезного действия воздушного компрессора η_c= 0,85, при коэффициенте полезного действия воздушной турбины η_p= 0,95 и при степени подогрева воздуха в теплообменнике и компрессоре оптимальная степень повышения давления воздуха в воздушно-турбинном двигателе l = 1,3.