ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ Российский патент 2001 года по МПК F01K11/00 F01K13/00 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии на тепловых электростанциях и в качестве силовых установок на транспортных средствах.

Известна простейшая энергетическая газотурбинная установка /ГТУ/, содержащая компрессор, камеру сгорания, турбину и электрогенератор. /Иссерлин А. С. "Рациональное использование газа в энергетических установках", Л.: Недра, 1990 г., стр. 251/.

Основным недостатком простейшей ГТУ является ее низкий КПД из-за более чем 70% потерь теплоты цикла с уходящими газами.

Известна к настоящему времени наиболее распространенная парогазовая установка с котлом-утилизатором /ПГУКУ/, где выхлопные газы газотурбинного агрегата /ГТА/ утилизируют в котле-утилизаторе, чем поднимают КПД установки. Содержит ГТА, котел-утилизатор, паровую турбину, генератор. /Безлепкин В.П. "Парогазовые и паротурбинные установки электростанций", СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1997 г., стр. 32-33/.

Недостатком данной установки является ее низкая экономичность из-за наличия оборудования для двух циклов. Камера сгорания ГТА не допускает сжигание различных видов топлива, например пылевидного.

Наиболее близкой к предлагаемой является парогазовая установка с высоконапорным парогенератором /ПГУВ/, содержащая турбину, электрогенератор, высоконапорный парогенератор с кипящим слоем, расположенный в газовоздушном тракте, ГТА и совмещающее функции камеры сгорания ГТА и парогенерирующего устройства паротурбинной установки устройство топливоподачи, систему золоудаления и экономайзер. /Безлепкин В.П. "Парогазовые и паротурбинные установки электростанций". СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1997 г., стр. 107-108/.

Недостатком ближайшего аналога является его низкие экономические характеристики из-за наличия большого состава оборудования, необходимого для реализации двух комбинированных термодинамических циклов.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании простого энергетического агрегата с одним термодинамическим циклом для теплоэлектростанций.

Поставленная задача решается тем, что высоконапорная камера сгорания энергетического агрегата, содержащего компрессор, турбину, электрогенератор, устройство подачи топлива и экономайзер, выполнена из листового металла, например стали, методом сварки или выполнена из строительных или любых других известных материалов, например армированного сталью бетона, при этом ее радиационная часть защищена огнеупорными материалами, например шамотными, разделена на жидкостную и парогазовую полости, где различного рода топлива, например твердое в кипящем слое, пылевидное, жидкое или газообразное, сжигаются под давлением воздуха за компрессором, при этом воздух подается только для стехеометрического горения и в некоторых случаях, например для сжигания пылевидного топлива, воздух подогревается выхлопными газами за турбиной, над зеркалом жидкости или с факелом, направленным параллельно и/или тангенциально к зеркалу жидкости. Жидкостью, например простой неочищенной природной водой, но с химическими добавками, например, для уменьшения образования накипи камера сгорания заполнена до уровня парогазовой полости или до уровня нижних кромок нижних направляющих перегородок подпиткой через газоводяной экономайзер, который установлен на выходе выхлопных газов из регенератора.

В жидкостной полости камера сгорания снабжена газоводяным регенератором, выполненным из трубчатого металла, например стали, который возвращает в цикл теплоту уходящих после турбины газов, и системой золоудаления, выполненной в донной ее части и удаляющей золу именно из жидкости.

В парогазовой полости катера сгорания снабжена устройством очистки от взвешанных частиц и понижения температуры генерируемого рабочего тела до приемлемого для лопаток турбины значения, которое выполнено в виде ряда камер последовательно по ходу газов и в необходимом количестве, например не менее трех камер, образованных установленными по всей ширине камеры сгорания вверху - верхними, внизу - нижними направляющими перегородками, в которых парогазовая смесь, полученная путем смешения продуктов горения и паров жидкости, меняет свое направление, скорость, давление и контактирует с жидкостью для очистки и понижения температуры необходимое количество раз. При этом в случаях, например при сжигании угольной пыли или, наоборот, природного газа, камера сгорания может выполняться с установленным на выходе газов циклоном или с установленным перед выходом газов решетчатым каплеулавливателем. При различных частных случаях выполнения камеры сгорания направляющие перегородки могут устанавливаться различным образом, например верхние направляющие перегородки с наклоном к жидкости под 60^o или они же могут выполняться на шарнирах и с регулирующим их наклон устройством, и/или газовая полость выполняется только с верхними или только с нижними направляющими перегородками, и/или направляющие перегородки выполняются по всей ширине камеры сгорания и образуют перепускной канал, в поперечном сечении имеющий вид патрубка, и/или парогазовая полость камеры сгорания выполняется без направляющих перегородок, при этом понижение температуры продуктов сгорания, например природного газа, происходит от смешения с парами жидкости. Утилизация теплоты уходящих газов выполнена в виде промывателя газов, где навстречу потоку разбрызгивают подпиточную жидкость, например простую неочищенную природную воду, которой затем подпитывают камеру сгорания. Или утилизатор теплоты уходящих газов выполняют в виде подогревателя воды для производственных и хозяйственных нужд.

Сущность изобретения показана на чертеже, где:
на фиг. 1 дана схема энергетического агрегата,
на фиг. 2 - 8 дана схема частного выполнения парогазовой полости камеры сгорания.

Пример выполнения предлагаемого решения.

Энергетический агрегат содержит систему золоудаления 1 для удаления золы из жидкостной донной части камеры сгорания 2, в ее жидкостной полости 3 выполнен регенератор 4. В парогазовую полость 5 устройство топливоподачи 6 подает различного вида топливо, например пылевидное и подогретый уходящими газами после турбины /не показано/ воздух 7.

Продукты горения очищаются, понижают свою температуру и смешиваются с парами жидкости в камерах 8, образованных верхними 9 и нижними 10 направляющими перегородками, выполнение которых может быть различным. Имеются компрессор 11, турбина 12, электрогенератор 13. Подпиточная жидкость подогревается в экономайзере 14, утилизируя теплоту уходящих газов. Имеются подпиточный насос 15, утилизатор 16, в котором утилизируется теплота уходящих газов промыванием жидкостью 17, выхлопная труба 18, регулирующие устройства на подпиточной и промывающей жидкости - на свежей 19 и оборотной 20, верхние направляющие перегородки 21, закрепленные под углом, направляющие перегородки 22, закрепленные шарнирно с управляемым углом наклона, парогазовая полость только с верхними направляющими перегородками 23, парогазовая полость только с верхними направляющими перегородками 24, направляющие перегородки 25, в сечении имеющие вид патрубка, парогазовая полость 26, выполненная без направляющих перегородок, каплеулавливатель 27, циклон 28.

Энергетический агрегат работает следующим образом,
Топливо подают в парогазовую полость 5 /фиг. 1 - 8/ камеры сгорания 2 устройством топливоподачи 6 и сжигают под давлением воздуха 7 за компрессором 11 над зеркалом жидкости, например твердое в слое и с факелом, направленным параллельно жидкости, и/или с факелом, направленным тангенциально к зеркалу жидкости, пылевидное, жидкое или газообразное топливо. Продукты горения в парогазовой полости 5 очищаются от частиц пыли и охлаждаются до температуры, приемлемой для лопаток турбины 12, за счет смешения с парами жидкости и за счет многократного контакта с жидкостью при изменении направления, скорости, давления в камерах образованных различным образом, установленных верхних 9, нижних 10 направляющих перегородок, и в циклоне 28, и в каплеулавливателе 27. Затем парогазовая смесь поступает на турбину 12, которая вращает генератор 13 и компрессор 11. Из турбины 12 отработанная парогазовая смесь поступает в воздухоподогреватель и греет сжатый воздух после компрессора 11 /не показано/ и затем поступает в регенератор 4 камеры сгорания 2, где возвращает в цикл оставшуюся после турбины 12 теплоту. Из регенератора 4 парогазовая смесь поступает на экономайзер 14 и греет питательную жидкость, подаваемую насосом 15 в камеру сгорания 2. Затем выхлопные газы поступают в утилизатор 13 и промываются подпиточной жидкостью - оборотной 20, свежей 19. Затем промытые от теплоты, экологически чистые газы выкидываются через трубу 18. Для подогрева воды для производственных и хозяйственных нужд утилизатор 16 снабжается газоводяным теплообменником /не показан/. Зола из камеры сгорания 2 удаляется из донной жидкостной ее части через систему золоудаления 1, что исключает унос теплоты сгоревшего топлива с удаляемой золой.

Предлагаемый агрегат прост, недорог в изготовлении и в эксплуатации. Имеет КПД термической эффективности: в энергетическом режиме работы до 70%, в теплофикационном режиме работы до 98%.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии на тепловых электростанциях и в качестве силовых установок на транспортных средствах. Содержит камеру сгорания, разделенную на жидкостную и парогазовую полости, где различного вида топливо - твердое в слое, пылевидное, жидкое или газообразное сжигается под давлением воздуха за компрессором над зеркалом жидкости, которой заполнена камера до уровня парогазовой полости. Продукты горения очищаются от пыли и понижают свою температуру до требуемого для лопаток турбины значения в самой камере сгорания и поступают на турбину, которая вращает компрессор и электрогенератор. После турбины газы подают в регенератор камеры сгорания, чем возвращают в цикл теплоту после турбины, затем газы промывают подпиточной жидкостью и выкидывают в трубу. Золу удаляют из жидкости камеры сгорания. Изобретение позволяет создать простой энергетический агрегат с одним термодинамическим циклом для тепловых электростанций и повысить КПД. 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Энергетический агрегат, содержащий компрессор, высоконапорную камеру сгорания, устройство топливоподачи, систему золоудаления, турбину, электрогенератор и экономайзер, отличающийся тем, что содержит утилизатор теплоты уходящих газов, а высоконапорная камера сгорания выполнена разделенной на парогазовую и жидкостную полости, в парогазовой полости которой сжигается различного вида топливо под давлением воздуха за компрессором над зеркалом жидкости или с факелом, направленным параллельно и/или тангенциально к зеркалу жидкости, которой заполнена камера до уровня парогазовой полости, парогазовая полость снабжена устройством очистки и понижения температуры генерируемого рабочего тела до приемлемого для турбины значения, которое выполнено в виде ряда камер, образованных установленными по всей ширине высоконапорной камеры сгорания вверху - верхними, внизу - нижними направляющими перегородками, в которых парогазовая смесь меняет свое направление, скорость, давление и контактирует с жидкостью необходимое для очистки и понижения температуры количество раз, жидкостная полость снабжена регенератором, система золоудаления расположена в донной части жидкостной полости, а утилизатор теплоты уходящих газов выполнен в виде промывателя парогазовой смеси питательной жидкостью, которая поступает в жидкостную полость через экономайзер. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что верхние направляющие перегородки закреплены с наклоном под 60^o к зеркалу жидкости (фиг.2). 3. Агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что верхние направляющие перегородки установлены на шарнирах и выполнены с регулирующим их наклон устройством (фиг.3). 4. Агрегат по пп.1 - 3, отличающийся тем, что парогазовая полость выполнена только с нижними направляющими перегородками (фиг.4). 5. Агрегат по пп.1 - 4, отличающийся тем, что парогазовая полость выполнена только с верхними направляющими перегородками (фиг.5). 6. Агрегат по пп.1 - 5, отличающийся тем, что направляющие перегородки выполнены так, что по всей ширине камеры сгорания образуют перепускной канал, в поперечном сечении имеющий вид патрубка (фиг.6). 7. Агрегат по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что парогазовая полость не снабжена камерами, образованными направляющими перегородками (фиг.7). 8. Агрегат по пп.1 - 7, отличающийся тем, что на выходе парогазовой смеси из камеры сгорания установлен циклон очистки (фиг.8). 9. Агрегат по пп.1 - 8, отличающийся тем, что перед выходом парогазовой смеси из камеры сгорания установлен каплеулавливатель (фиг.7). 10. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что снабжен воздухоподогревателем, установленным после турбины. 11. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что утилизатор теплоты уходящих газов выполнен в виде газоводяного теплообменника.