ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2002 года по МПК F01K21/04 F25B30/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к энергетическим установкам, предназначенным для производства электрической энергии и/или для совершения механической работы.

Известна энергетическая установка, содержащая снабженную выходом на полезную нагрузку парогазовую установку с вводом пара, выход которой подключен к первому входу подогревателя, выход которого подключен к первому входу конденсатора, первый выход которого сообщен с окружающей средой, первый контур циркуляции воды, подключенный ко второму входу и второму выходу конденсатора, включающий последовательно соединенные первый насос и холодильник, по его первому входу и первому выходу, а также второй контур циркуляции воды, подключенный ко входу ввода пара парогазовой установки и к первому контуру циркуляции воды, включающий последовательно соединенные второй насос и подогреватель, по его второму входу и второму выходу (см. заявку Великобритании 2074659, кл. F 01 K 21/04, опубл. 04.11.81).

Недостатками известной установки являются большие потери тепла с отходящей парогазовой смесью и большие потери воды из-за низкой эффективности работы холодильника.

Наиболее близкой к предложенной является энергетическая установка, содержащая снабженную выходом на полезную нагрузку парогазовую установку с вводом пара, выход которой подключен к первому входу подогревателя, первый выход которого подключен к первому входу конденсатора, первый выход которого сообщен с окружающей средой, первый контур циркуляции воды, подключенный ко второму входу и второму выходу конденсатора, включающий последовательно соединенные первый насос и холодильник, по его первому входу и первому выходу, а также второй контур циркуляции воды, подключенный ко входу ввода пара парогазовой установки и к первому контуру циркуляции воды, включающий последовательно соединенные второй насос и подогреватель, по его второму входу и второму выходу (см. а.с. СССР 547121, кл. F 01 21/04, опубл. 07.12.82).

Недостатками известной установки являются большие потери тепла с охлаждающей водой и большие потери воды из-за низкой эффективности работы холодильника. Это объясняется тем, что при работе известного устройства большое количество тепла сбрасывается в атмосферу, а при ограничении сброса тепла в атмосферу не вся вода из парогазовой смеси извлекается в конденсаторе и также выбрасывается в атмосферу.

Изобретение решает задачу уменьшения потерь тепла и воды в окружающую среду.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в энергетическую установку, содержащую снабженную выходом на полезную нагрузку парогазовую установку с вводом пара, выход которой подключен к первому входу подогревателя, первый выход которого подключен к первому входу конденсатора, первый выход которого сообщен с окружающей средой, первый контур циркуляции воды, подключенный ко второму входу и второму выходу конденсатора, включающий последовательно соединенные первый насос и холодильник, по его первому входу и первому выходу, а также второй контур циркуляции воды, подключенный ко входу ввода пара парогазовой установки и к первому контуру циркуляции воды, включающий последовательно соединенные второй насос и подогреватель, по его второму входу и второму выходу, введены теплообменник, компрессор и дроссель, вход которого связан с первым выходом теплообменника, а выход - со вторым входом холодильника, вход компрессора связан со вторым выходом холодильника, а выход - с первым входом теплообменника, образованный при этом замкнутый контур заполнен рабочим телом, а своими вторым входом и вторым выходом теплообменник последовательно включен во второй контур циркуляции воды.

Указанный результат достигается также за счет того, что первый насос включен между первым выходом холодильника и вторым входом конденсатора.

Указанный результат достигается также за счет того, что первый насос включен между вторым выходом конденсатора и холодильником, а второй контур циркуляции воды подключен к выходу первого насоса.

Указанный результат достигается также за счет того, что соединенные между собой теплообменник и второй насос включены перед подогревателем.

Указанный результат достигается также за счет того, что компрессор выполнен с механическим приводом и снабжен механической связью с парогазовой установкой.

Указанный результат достигается также за счет того, что в качестве полезной нагрузки использован электрический генератор, а компрессор выполнен с электрическим приводом, связанным с выходом электрического генератора.

На чертеже показан один из частных случаев реализации заявленной энергетической установки.

Энергетическая установка содержит парогазовую установку 1 с вводом пара, включающую последовательно соединенные по газовоздушному тракту компрессор 2, камеру 3 сгорания и парогазовую турбину 4, выход которой через подогреватель 5 связан с первым входом конденсатора 6 (например, контактного типа), первый выход которого через дожимной компрессор 7 сообщен с окружающей средой (атмосферой). Вход компрессора 2, являющийся входом парогазовой установки 1 и одновременно входом всей энергетической установки, сообщен с окружающей средой (атмосферой). Вход ввода пара в парогазовую установку 1 может быть организован как непосредственно в камере 3 сгорания (этот вариант показан на чертеже, при этом вход ввода топлива не показан), так и в проточных частях турбины 4 или компрессора 2. Энергетическая установка содержит также подключенный ко второму входу и второму выходу конденсатора 6 первый контур циркуляции воды, образованный последовательно соединенными первым насосом 8 и холодильником 9 (по его первому входу и первому выходу), а также подключенный ко входу ввода пара парогазовой установки 1 и к первому контуру циркуляции воды второй контур циркуляции воды, образованный последовательно соединенными вторым насосом 10, теплообменником 11 (по его второму входу и второму выходу) и подогревателем 5 (по его второму входу и второму выходу). Кроме того, энергетическая установка содержит компрессор 12 и дроссель 13, вход которого связан с первым выходом теплообменника 11, а выход - со вторым входом холодильника 9. Вход компрессора 12 связан со вторым выходом холодильника 9, а выход - с первым входом теплообменника 11. Образованный элементами 11, 13, 9 и 12 замкнутый контур заполнен рабочим телом, например хладагентом. Компрессор 2, турбина 4 и дожимной компрессор 7 связаны между собой механически, например валом 14, который может использоваться в качестве выхода на полезную нагрузку (например, электрический генератор 15).

Кроме того, возможны различные частные случаи выполнения заявленной установки.

В одном из них первый насос 8 включен между первым выходом холодильника 9 и вторым входом конденсатора 6. Первый насос 8 может быть включен между вторым выходом конденсатора 6 и холодильником 9, а второй контур циркуляции воды подключен к выходу первого насоса 8. Соединенные между собой последовательно теплообменник 11 и второй насос 10 могут быть включены перед подогревателем 5. В случае выполнения компрессора 12 с механическим приводом (не показан) он может быть снабжен механической связью (не показана) с парогазовой установкой 1. А в случае использования в качестве полезной нагрузки электрического генератора 15 компрессор выполняют с электрическим приводом (не показан), связанным с выходом электрического генератора 15.

Энергетическая установка работает следующим образом.

Атмосферный воздух, сжатый в компрессоре 2 парогазовой установки 1, поступает в ее камеру 3 сгорания, где происходит сгорание топлива. Продукты сгорания топлива, смешанные с паром, поступающим в парогазовую установку 1 из подогревателя 5 (со стороны его второго выхода), являющегося, например, котлом-утилизатором, поступают в турбину 4, которая посредством вала 14 приводит во вращение компрессор 2, дожимной компрессор 7 и полезную нагрузку, например электрический генератор 15. Горячая парогазовая смесь с давлением, близким к атмосферному, и температурой, приближающейся к 650-750^oС, с выхода турбины 4 поступает в подогреватель 5 (со стороны его первого входа), где отдавая свое тепло, остывает до температуры 90-130^oС. Далее парогазовая смесь поступает на первый вход конденсатора 6 (на чертеже показан конденсатор контактного типа), где отдает свое тепло воде первого контура циркуляции, охлаждаясь до температуры ~70^oС (или несколько меньшей), которая ниже температуры конденсации паров воды (76^oС). Осушенные и охлажденные газы сжимаются до атмосферного давления в дожимном компрессоре 7 и выбрасываются в атмосферу. Вода из конденсатора 6 (со стороны второго его выхода) поступает в первый контур ее циркуляции, первым насосом 8 прокачивается через холодильник 9 и с температурой ниже 60^oС поступает на второй вход конденсатора 6, где вновь вступает в тепловой контакт с горячей парогазовой смесью, поступающей с выхода турбины 4, завершая, тем самым, оборот воды в первом контуре циркуляции. В случае использования конденсатора 6 контактного типа в нем впрыскивают воду навстречу парогазовой смеси. Часть воды из первого контура циркуляции отбирается во второй контур циркуляции, в котором с помощью второго насоса 10 она, пройдя через теплообменник 11 и будучи нагретой до температуры, превышающей 70^oС, поступает в подогреватель 5 (со стороны его второго входа). В подогревателе 5 вода второго контура циркуляции, отбирая тепло горячей парогазовой смеси, превращается в пар, который затем поступает на вход ввода пара парогазовой установки 1, завершая, тем самым, оборот воды во втором контуре циркуляции.

В образованном элементами 11, 13, 9 и 12 замкнутом контуре рабочее тело сжимается компрессором 12 и конденсируется, отдавая тепло в теплообменнике 11 воде второго контура циркуляции. После дросселя 13 давление рабочего тела уменьшается, происходит его испарение. Температура рабочего тела снижается, что используется для охлаждения воды первого контура циркуляции в холодильнике 9. После холодильника 9 рабочее тело вновь поступает в компрессор 12. Таким образом, в отличие от известной энергетической установки в заявленной установке не происходит потерь тепла в окружающую среду (за счет его выброса в водо-воздушном холодильнике), а осуществляется его перераспределение из первого контура циркуляции воды, где имеется избыток тепла, во второй контур циркуляции воды для ее подогрева.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к энергетическим установкам. Энергетическая установка, содержащая снабженную выходом на полезную нагрузку парогазовую установку с вводом пара, выход которой подключен к первому входу подогревателя, первый выход которого подключен к первому входу конденсатора, первый выход которого сообщен с окружающей средой, первый контур циркуляции воды, подключенный ко второму входу и второму выходу конденсатора, включающий последовательно соединенные первый насос и холодильник, по его первому входу и первому выходу, а также второй контур циркуляции воды, подключенный ко входу ввода пара парогазовой установки и к первому контуру циркуляции воды, включающий последовательно соединенные второй насос и подогреватель, по его второму входу и второму выходу. Установка дополнительно содержит теплообменник, компрессор и дроссель, вход которого связан с первым выходом теплообменника, а выход - со вторым входом холодильника, вход компрессора связан со вторым выходом холодильника, а выход - с первым входом теплообменника, образованный при этом замкнутый контур заполнен рабочим телом, а своими вторым входом и вторым выходом теплообменник последовательно включен во второй контур циркуляции воды. Одним из частных вариантов решения установки является включение первого насоса между первым выходом холодильника и вторым входом конденсатора. Другим частным решением установки является включение первого насоса между вторым выходом конденсатора и холодильником и подключение второго контура циркуляции воды к выходу первого насоса. Изобретение позволяет уменьшить потери тепла и воды в окружающую среду. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Энергетическая установка, содержащая снабженную выходом на полезную нагрузку парогазовую установку со вводом пара, выход которой подключен к первому входу подогревателя, первый выход которого подключен к первому входу конденсатора, первый выход которого сообщен с окружающей средой, первый контур циркуляции воды, подключенный ко второму входу и второму выходу конденсатора, включающий последовательно соединенные первый насос и холодильник, по его первому входу и первому выходу, а также второй контур циркуляции воды, подключенный ко входу ввода пара парогазовой установки и к первому контуру циркуляции воды, включающий последовательно соединенные второй насос и подогреватель, по его второму входу и второму выходу, отличающаяся тем, что в нее введены теплообменник, компрессор и дроссель, вход которого связан с первым выходом теплообменника, а выход - со вторым входом холодильника, вход компрессора связан со вторым выходом холодильника, а выход - с первым входом теплообменника, образованный при этом замкнутый контур заполнен рабочим телом, а своими вторым входом и вторым выходом теплообменник последовательно включен во второй контур циркуляции воды. 2. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что первый насос включен между первым выходом холодильника и вторым входом конденсатора. 3. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что первый насос включен между вторым выходом конденсатора и холодильником, а второй контур циркуляции воды подключен к выходу первого насоса.