Установка для выработки тепловой и механической энергии и способ ее работы Российский патент 2023 года по МПК F02C3/00 F28B5/00 F28B7/00 B01D5/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к способам и установкам для экологически чистой выработки механической и тепловой энергии.

Известна установка для выработки тепловой и механической энергии и способ ее регулирования (патент РФ №2723264, МПК F02C 3/00, опубл. 09.06.2020), состоящая из камеры сгорания, соединенной с парогазовой турбиной, охладителей отработанных газов, конденсатора диоксида углерода, соединенного с тепловым насосом, компрессора, источника кислорода и источника углеродсодержащего топлива, соединенных с камерой сгорания, при этом установка дополнительно содержит контур утилизации низкопотенциальной тепловой энергии, который включает в себя турбодетандер, соединенный с генератором, конденсатор низкокипящего рабочего тела, насос низкокипящего рабочего тела и по меньшей мере три теплообменника-утилизатора, выполненных с возможностью передачи тепла от отработанных газов к низкокипящему рабочему телу, причем температура низкокипящего рабочего тела возрастает в направлении от конденсатора низкокипящего рабочего тела к турбодетандеру, по меньшей мере один теплообменник-утилизатор соединен со вторым охладителем и контактным теплообменником, выполненным с возможностью подачи насосом сконденсированной из отработанных газов воды через по меньшей мере один другой теплообменник-утилизатор в первый охладитель отработанных газов и к потребителю, по меньшей мере один третий теплообменник-утилизатор также выполнен с возможностью передачи тепла низкокипящему рабочему телу контура утилизации от воды, отводящейся насосом из второго контактного теплообменника и поступающей к потребителю и к блоку охлаждения воды, а также установка дополнительно содержит датчик температуры атмосферного воздуха.

Известна установка для выработки тепловой и механической энергии и способ ее работы, выбранный в качестве наиболее близкого аналога (патент РФ №2759793, МПК F02C 3/00, опубл. 17.11.2021), включающая камеру сгорания, соединенную с парогазовой турбиной, устройство ожижения диоксида углерода, соединенное с холодильной установкой, источник кислорода, источник сжиженного природного газа (СПГ), контактные теплообменники низкого и высокого давления, соединенные с компрессором. Линия подачи СПГ соединена с первичной зоной камеры сгорания и включает насос СПГ, теплообменник-утилизатор холода СПГ, расположенный в устройстве, и теплообменник для подогрева СПГ. Линия подачи кислорода соединена с первичной зоной камеры сгорания и включает кислородный насос, теплообменник-утилизатор холода кислорода, расположенный в устройстве, и теплообменник для подогрева кислорода. Теплообменники выполнены с возможностью охлаждения воды, поступающей в контактный теплообменник низкого давления. Линия подачи диоксида углерода соединена с первичной и вторичной зонами камеры сгорания и включает насос, подогреватель, выполненный с возможностью охлаждения воды, поступающей в по меньшей мере один контактный теплообменник, и рекуперативный охладитель отработанных газов. Линия подачи воды в камеру сгорания соединена с первичной и вторичной зонами камеры сгорания и включает насос, соединенный с контактным теплообменником низкого давления, и рекуперативный охладитель отработанных газов. Способ работы установки для выработки тепловой и механической энергии, в котором в первичную зону камеры сгорания насосами подают сжиженный природный газ (СПГ) и кислород, которые, проходя через устройство ожижения диоксида углерода, охлаждают отработанные газы до температуры, необходимой для конденсации диоксида углерода при заданном давлении, а проходя через теплообменники для подогрева СПГ и кислорода, охлаждают воду, которая подается в контактный теплообменник низкого давления для охлаждения отработанных газов; в первичную и вторичную зоны камеры сгорания насосами диоксида углерода и воды по линиям подачи диоксида углерода и воды подают соответственно диоксид углерода и воду, при этом воду по линии подачи воды в камеру сгорания забирают из контактного теплообменника низкого давления и, направляя через рекуперативный охладитель отработанных газов, нагревают перед подачей в камеру сгорания, а диоксид углерода забирают из устройства ожижения диоксида углерода и подают через теплообменник для подогрева диоксида углерода, где он охлаждает воду, которую подают в по меньшей мере один контактный теплообменник, направляя диоксид углерода далее по линии подачи диоксида углерода через рекуперативный охладитель отработанных газов, его нагревают перед подачей в камеру сгорания, отработанные газы из камеры сгорания подают на парогазовую турбину, после которой, пройдя рекуперативные охладители отработанных газов, они поступают в контактный теплообменник низкого давления, где за счет охлаждения конденсируют часть воды из отработанных газов, далее компрессором повышают давление отработанных газов и подают в контактный теплообменник высокого давления, где конденсируют оставшуюся часть воды из отработанных газов, после этого отработанные газы подают в устройство ожижения диоксида углерода, где отработанные газы охлаждают в том числе и холодильной установкой.

К недостаткам представленных аналогов можно отнести относительно низкую работу расширения, что обуславливает низкую полезную работу в цикле, а также низкий КПД цикла установки. Вследствие необходимости работы камеры сгорания с избытком кислорода происходит его накопление в конденсаторе диоксида углерода. В обеспечение работоспособности конденсатора диоксида углерода осуществляется его постоянная продувка, что экономически не выгодно и климатически опасно, т.к. в атмосферу сбрасывается кислород и углекислый газ.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение работы расширения.

Технический результат заключается в увеличении полезной работы в цикле за счет нескольких подогревов рабочего газа, а также в повышении КПД цикла установки. Кроме того устраняется также необходимость постоянной продувки конденсатора диоксида углерода, обеспечивается возврат кислорода в цикл энергетической установки.

Технический результат достигается установкой для выработки тепловой и механической энергии, состоящей из камеры сгорания, соединенной с парогазовой турбиной, линии подачи диоксида углерода в камеру сгорания, рекуперативных охладителей отработанных газов, конденсатора диоксида углерода, соединенного с холодильной установкой, компрессора, источника кислорода и источника сжиженного природного газа (СПГ), соединенных линиями подачи кислорода и СПГ с камерой сгорания через теплообменники-утилизаторы конденсатора диоксида углерода и теплообменник подогрева кислорода и СПГ, контактных теплообменников низкого и высокого давления, соединенных с компрессором, подогревателя диоксида углерода, при этом камера сгорания является камерой сгорания высокого давления, а соединенная с ней парогазовая турбина является парогазовой турбиной высокого давления, установка дополнительно включает камеру сгорания низкого давления, соединенную с парогазовой турбиной низкого давления, а также с источниками кислорода и СПГ соответственно линиями подачи кислорода и СПГ через теплообменники-утилизаторы конденсатора диоксида углерода и теплообменник подогрева кислорода и СПГ, при этом камера сгорания низкого давления также соединена линией подачи воды с контактным теплообменником низкого давления и линией отвода несконденсированных газов с конденсатором диоксида углерода, кроме того выход парогазовой турбины высокого давления соединен со входом камеры сгорания низкого давления, выход парогазовой турбины низкого давления соединен с конденсатором диоксида углерода последовательно через рекуперативные охладители отработанных газов, контактный теплообменник низкого давления, компрессор и контактный теплообменник высокого давления.

Линия отвода несконденсированных газов из конденсатора диоксида углерода включает задвижку, датчик газоанализатора, соединенный с газоанализатором, и клапан системы продувки конденсатора диоксида углерода, при этом камера сгорания низкого давления соединена линией отвода несконденсированных газов с конденсатором диоксида углерода через теплообменник подогрева кислорода и СПГ.

Кроме того, линия отвода несконденсированных газов из конденсатора диоксида углерода включает дожимной компрессор с электроприводом.

Контактный теплообменник низкого давления включает по меньшей мере две секции подачи воды, контактирующей с отработанными газами, по меньшей мере одна из этих секций соединена с подогревателем сетевой воды, один из входов которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника низкого давления, а по меньшей мере одна другая секция соединена с теплообменником для подогрева кислорода и СПГ, один из входов которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника низкого давления, при этом контактный теплообменник высокого давления включает по меньшей мере одну секцию подачи воды, контактирующую с отработанными газами и соединенную с подогревателем диоксида углерода, один из входов которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника высокого давления.

Линия подачи диоксида углерода в камеру сгорания высокого давления выполнена с возможностью подачи диоксида углерода в эту камеру сгорания насосом-регулятором через подогреватель диоксида углерода и рекуперативный охладитель отработанных газов, линия подачи воды в камеру сгорания низкого давления выполнена с возможностью подачи воды из контактного теплообменника низкого давления в эту камеру сгорания насосом-регулятором через другой рекуперативный охладитель отработанных газов, кроме того подача воды через по меньшей мере две секции подачи воды контактного теплообменника низкого давления обеспечивается циркуляционным насосом, вход которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника низкого давления, а подача воды через по меньшей мере одну секцию подачи воды контактного теплообменника высокого давления обеспечивается другим циркуляционным насосом, вход которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника высокого давления, при этом линии подачи кислорода и СПГ также включают насосы-регуляторы, а парогазовые турбины высокого и низкого давлений соединены с электрогенераторами.

Технический результат также достигается способом работы установки для выработки тепловой и механической энергии, включающим то, что: в камерах сгорания высокого и низкого давлений сжигают сжиженный природный газ (СПГ) при избытке кислорода, которые, проходя от источников СПГ и кислорода через конденсатор диоксида углерода, охлаждают отработанные газы до температуры, необходимой для конденсации диоксида углерода, а проходя через теплообменник для подогрева СПГ и кислорода, охлаждают воду, которую подают в контактный теплообменник низкого давления для охлаждения отработанных газов; в камеру сгорания высокого давления по линии подачи диоксида углерода из конденсатора диоксида углерода подают диоксид углерода через подогреватель диоксида углерода, где он охлаждает воду, которую подают в контактный теплообменник высокого давления, направляя диоксид углерода далее по линии подачи диоксида углерода через рекуперативный охладитель отработанных газов, его нагревают перед подачей в камеру сгорания высокого давления, газы, полученные в результате сгорания, из камеры сгорания высокого давления подают на парогазовую турбину высокого давления, после которой их подают в камеру сгорания низкого давления, куда также подают воду по линии подачи воды из контактного теплообменника низкого давления через другой рекуперативный охладитель отработанных газов, а также подают газы из конденсатора диоксида углерода по линии отвода несконденсированных газов, далее газы, полученные в результате сгорания в камере сгорания низкого давления, подают на парогазовую турбину низкого давления, после которой, пройдя рекуперативные охладители отработанных газов, они поступают в контактный теплообменник низкого давления, где за счет охлаждения конденсируют часть воды из отработанных газов, далее компрессором повышают давление отработанных газов и подают в контактный теплообменник высокого давления, где конденсируют оставшуюся часть воды из отработанных газов, после этого отработанные газы подают в конденсатор диоксида углерода, где отработанные газы охлаждают в том числе и холодильной установкой до температуры конденсации диоксида углерода.

При достижении одного порогового значения концентрации негорючих примесей, определяемого датчиком газоанализатора в линии отвода несконденсированных газов, закрывают задвижку, открывают клапан системы продувки конденсатора диоксида углерода и уменьшают концентрацию негорючих примесей до другого порогового значения, при достижении которого закрывают клапан системы продувки конденсатора диоксида углерода и открывают задвижку.

Дожимным компрессором повышают давление в линии отвода несконденсированных газов и подают газы в камеру сгорания низкого давления через теплообменник подогрева кислорода и СПГ.

Воду к по меньшей мере одной из по меньшей мере двух секций контактного теплообменника низкого давления подают через подогреватель сетевой воды, а к по меньшей мере одной другой секции через теплообменник для подогрева СПГ и кислорода, при этом воду для охлаждения отработанных газов в контактном теплообменнике высокого давления забирают из контактного теплообменника высокого давления и направляют через подогреватель диоксида углерода, а излишки сжиженной воды и диоксида углерода выводят из установки.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема установки для выработки тепловой и механической энергии.

Установка для выработки тепловой и механической энергии содержит камеру сгорания высокого давления 1, парогазовую турбину высокого давления 2, рекуперативные охладители отработанных газов 3 и 4,

конденсатор диоксида углерода 5, холодильную установку 6, компрессор 7, теплообменник подогрева кислорода и СПГ 8, контактный теплообменник низкого давления 9, контактный теплообменник высокого давления 10, подогреватель диоксида углерода 11, камеру сгорания низкого давления 12, парогазовую турбину низкого давления 13, подогреватель сетевой воды 14, насос-регулятор подачи кислорода 15, насос-регулятор подачи СПГ 16, насос-регулятор подачи диоксида углерода 17, насос-регулятор подачи воды 18, циркуляционные насосы охлаждающей воды 19 и 20, электрогенераторы 21 и 22, электропривод 23, дожимной компрессор 24, задвижку 25, датчик газоанализатора 26, клапан системы продувки конденсатора диоксида углерода 27.

Стрелками на схеме показаны направления движения сред в установке.

Установка для выработки тепловой и механической энергии состоит из камеры сгорания 1, соединенной с парогазовой турбиной 2, линии подачи диоксида углерода в камеру сгорания 1, рекуперативных охладителей 4, 3 отработанных газов, конденсатора 5 диоксида углерода, соединенного с холодильной установкой 6, источника кислорода и источника сжиженного природного газа (СПГ), соединенных линиями подачи кислорода и СПГ с камерой сгорания 1 через теплообменники-утилизаторы конденсатора 5 диоксида углерода и теплообменник 8 подогрева кислорода и СПГ, контактных теплообменников 9, 10 низкого и высокого давления, соединенных с компрессором 7, подогревателя 11 диоксида углерода.

Камера сгорания 1 является камерой сгорания 1 высокого давления, а соединенная с ней парогазовая турбина 2 является парогазовой турбиной 2 высокого давления. Установка дополнительно включает камеру сгорания 12 низкого давления, соединенную с парогазовой турбиной 13 низкого давления, а также соединенную с источниками кислорода и СПГ соответственно линиями подачи кислорода и СПГ через теплообменники-утилизаторы конденсатора 5 диоксида углерода и теплообменник 8 подогрева кислорода и СПГ. Камера сгорания 12 низкого давления также соединена линией подачи воды с контактным теплообменником 9 низкого давления и линией отвода несконденсированных газов с конденсатором 5 диоксида углерода, что обеспечивает возврат несгоревшего кислорода в цикл энергетической установки, уменьшая таким образом расход кислорода в установке, а кроме того, устраняется необходимость постоянной продувки конденсатора 5 диоксида углерода.

Кроме того, выход парогазовой турбины 2 соединен со входом камеры сгорания 12 низкого давления, выход которой 12 соединен с парогазовой турбиной 13 низкого давления, что позволяет повысить работу расширения, а это в свою очередь обеспечивает увеличение полезной работы в цикле, так как при нескольких подогревах понижение давления газа в турбине, приближаемся к изотермическому расширению. Также перепад давления в парогазовой турбине 13 низкого давления при введении в цикл промежуточного подогрева газа способствует увеличению КПД цикла.

Выход парогазовой турбины 13 низкого давления соединен с конденсатором 5 диоксида углерода последовательно через рекуперативные охладители 4, 3 отработанных газов, контактный теплообменник 9 низкого давления, компрессор 7 и контактный теплообменник 10 высокого давления, что повышает рекуперацию тепловой энергии в установке и как следствие повышает КПД установки.

Линия отвода несконденсированных газов из конденсатора 5 диоксида углерода включает задвижку 25, датчик 26 газоанализатора, соединенный с газоанализатором, и клапан 27 системы продувки конденсатора 5 диоксида углерода, что позволяет поддерживать содержание кислорода в конденсаторе 5 диоксида углерода в допустимых пределах без значительного ухудшения конденсации диоксида углерода.

Камера сгорания 12 низкого давления соединена линией отвода несконденсированных газов с конденсатором 5 диоксида углерода через теплообменник 8 подогрева кислорода и СПГ, что повышает рекуперацию тепловой энергии в установке и как следствие повышает КПД установки.

Линия отвода несконденсированных газов из конденсатора 5 диоксида углерода может включать дожимной компрессор 24 с электроприводом 23, что обеспечивает возврат кислорода в цикл энергетической установки под необходимым давлением.

Контактный теплообменник 9 низкого давления включает по меньшей мере две секции подачи воды, контактирующей с отработанными газами, по меньшей мере одна из этих секций соединена с подогревателем 14 сетевой воды, один из входов которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника 9 низкого давления, а по меньшей мере одна другая секция соединена с теплообменником 8 для подогрева кислорода и СПГ, один из входов которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника 9 низкого давления, при этом контактный теплообменник 10 высокого давления включает по меньшей мере одну секцию подачи воды, контактирующую с отработанными газами и соединенную с подогревателем 11 диоксида углерода, один из входов которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника 10 высокого давления, что повышает рекуперацию тепловой энергии в установке и как следствие повышает КПД установки.

Линия подачи диоксида углерода в камеру сгорания 1 высокого давления выполнена с возможностью подачи диоксида углерода в эту камеру сгорания 1 насосом-регулятором 17 через подогреватель 11 диоксида углерода и рекуперативный охладитель 3 отработанных газов. Линия подачи воды в камеру сгорания 12 низкого давления выполнена с возможностью подачи воды из контактного теплообменника 9 низкого давления в эту камеру сгорания 12 насосом-регулятором 18 через другой рекуперативный охладитель 4 отработанных газов, что повышает рекуперацию тепловой энергии в установке и как следствие повышает КПД установки. Кроме того, подача воды через по меньшей мере две секции подачи воды контактного теплообменника 9 низкого давления обеспечивается циркуляционным насосом 19, вход которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника 9 низкого давления, а подача воды через по меньшей мере одну секцию подачи воды контактного теплообменника 10 высокого давления обеспечивается циркуляционным насосом 20, вход которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника 10 высокого давления, при этом линии подачи кислорода и СПГ также включают насосы-регуляторы 15, 16, что повышает рекуперацию тепловой энергии в установке и как следствие повышает КПД установки, а парогазовые турбины высокого 2 и низкого 13 давлений соединены с электрогенераторами 22, 21.

Установка работает следующим образом.

В камеры сгорания 1, 12 высокого и низкого давлений насосами-регуляторами 15, 16 подают кислород и сжиженный природный газ (СПГ), который сжигают в этих камерах 1, 12 при избытке кислорода. СПГ и кислород, проходя от источников СПГ и кислорода через теплообменники-утилизаторы конденсатора 5 диоксида углерода, охлаждают отработанные газы в конденсаторе 5 до температуры, необходимой для конденсации диоксида углерода, а проходя через теплообменник 8 для подогрева СПГ и кислорода, охлаждают воду, которую подают в контактный теплообменник 9 низкого давления для охлаждения отработанных газов, что повышает рекуперацию тепловой энергии в установке и как следствие повышает КПД установки.

В камеру сгорания 1 высокого давления по линии подачи диоксида углерода из конденсатора 5 диоксида углерода подают диоксид углерода через подогреватель 11 диоксида углерода, где он охлаждает воду, которую подают в контактный теплообменник 10 высокого давления, направляя диоксид углерода далее по линии подачи диоксида углерода через рекуперативный охладитель 3 отработанных газов, его нагревают перед подачей в камеру сгорания 1 высокого давления, что повышает рекуперацию тепловой энергии в установке и как следствие повышает КПД установки.

Газы, полученные в результате сгорания, из камеры сгорания 1 высокого давления подают на парогазовую турбину 2 высокого давления, на которой получают механическую энергию, например, для привода электрогенератора 22. После парогазовой турбины 2 высокого давления газы подают в камеру сгорания 12 низкого давления, куда также подают воду по линии подачи воды из контактного теплообменника 9 низкого давления через другой рекуперативный охладитель 4 отработанных газов, а также подают газы из конденсатора 5 диоксида углерода по линии отвода несконденсированных газов, что обеспечивает возврат несгоревшего кислорода в цикл энергетической установки, уменьшая таким образом расход кислорода в установке, а кроме того, устраняется необходимость постоянной продувки конденсатора 5 диоксида углерода.

Далее газы, полученные в результате сгорания в камере сгорания 12 низкого давления, подают на парогазовую турбину 13 низкого давления, на которой получают механическую энергию, например, для привода электрогенератора 21, что позволяет повысить работу расширения, а это в свою очередь обеспечивает увеличение полезной работы в цикле, так как при нескольких подогревах понижение давления газа в турбине, приближаемся к изотермическому расширению.

После парогазовой турбины 13 низкого давления отработанные газы, пройдя рекуперативные охладители 4, 3 отработанных газов, поступают в контактный теплообменник 9 низкого давления, где за счет охлаждения конденсируют часть воды из отработанных газов, далее компрессором 7 повышают давление отработанных газов и подают в контактный теплообменник 10 высокого давления, где конденсируют оставшуюся часть воды из отработанных газов, что повышает рекуперацию тепловой энергии в установке и как следствие повышает КПД установки. После этого отработанные газы подают в конденсатор 5 диоксида углерода, где отработанные газы охлаждают в том числе и холодильной установкой 6 до температуры конденсации диоксида углерода.

При достижении одного порогового значения концентрации негорючих примесей, определяемого датчиком 26 газоанализатора в линии отвода несконденсированных газов, закрывают задвижку 25, открывают клапан 27 системы продувки конденсатора 5 диоксида углерода и уменьшают концентрацию негорючих примесей до другого порогового значения, при достижении которого закрывают клапан 27 системы продувки конденсатора 5 диоксида углерода и открывают задвижку 25, что позволяет поддерживать содержание кислорода в конденсаторе 5 диоксида углерода в допустимых пределах без значительного ухудшения конденсации диоксида углерода.

Если давления в конденсаторе 5 диоксида углерода и на входе в камеру сгорания 12 низкого давления с учетом гидравлических потерь равны, то дожимной компрессор 24 может отсутствовать. Это обеспечивается проектированием при выборе давления за парогазовой турбиной 2 высокого давления.

А в случае превышения давления в камере сгорания 12 низкого давления относительно давления в конденсаторе 5 диоксида углерода требуется дожимать накопившийся в конденсаторе 5 диоксида углерода кислород. На привод дожимного компрессора 24 требуется энергия. Так как избыточный кислород из камеры сгорания 12 охлажден теплообменниками 4, 3, 9, 10, 5 в том числе и холодильной установкой 6 до температуры конденсации диоксида углерода, то на сжатие этого кислорода в дожимном компрессоре 24 затраты минимальны. Таким образом, дожимным компрессором 24 повышают давление в линии отвода несконденсированных газов и подают газы в камеру сгорания 12 низкого давления через теплообменник подогрева кислорода и СПГ, что обеспечивает, что обеспечивает возврат кислорода в цикл энергетической установки под необходимым давлением.

Воду к по меньшей мере одной из по меньшей мере двух секций контактного теплообменника 9 низкого давления подают через подогреватель 14 сетевой воды, а к по меньшей мере одной другой секции через теплообменник 8 для подогрева СПГ и кислорода, при этом воду для охлаждения отработанных газов в контактном теплообменнике 10 высокого давления забирают из контактного теплообменника 10 высокого давления и направляют через подогреватель 11 диоксида углерода, а излишки сжиженной воды и диоксида углерода выводят из установки, что повышает рекуперацию тепловой энергии в установке и как следствие повышает КПД установки.

Таким образом, при дожигании в камере сгорания 12 низкого давления увеличивается работа расширения, что обеспечивает увеличение полезной работы в цикле, так как при нескольких подогревах понижение давления газа в парогазовой турбине, приближается к изотермическому расширению. При определенных условиях перепада давления в турбине ведение в цикл промежуточного подогрева газа (одного или нескольких) способствует также увеличению КПД цикла.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к способам и установкам для экологически чистой выработки механической и тепловой энергии. Установка для выработки тепловой и механической энергии состоит из камер сгорания (1, 12) высокого и низкого давлений, парогазовых турбин (2, 13), линий подачи диоксида углерода, сжиженного природного газа (СПГ) и кислорода в камеры сгорания (1, 12), рекуперативных охладителей (4, 3) отработанных газов, конденсатора (5) диоксида углерода с холодильной установкой (6), теплообменников-утилизаторов конденсатора (5) диоксида углерода и теплообменника (8) подогрева кислорода и СПГ, контактных теплообменников (9, 10) низкого и высокого давления, соединенных с компрессором (7), подогревателя (11) диоксида углерода. Раскрыто соединение камеры сгорания (12) низкого давления с источниками СПГ и кислорода, с контактным теплообменником (9) низкого давления и с конденсатором (5) диоксида углерода. Выход парогазовой турбины (2) высокого давления соединен с входом камеры сгорания (12) низкого давления. Выход парогазовой турбины (13) низкого давления соединен с конденсатором (5) диоксида углерода последовательно через рекуперативные охладители (4, 3) отработанных газов, контактный теплообменник (9) низкого давления, компрессор (7) и контактный теплообменник (10) высокого давления. Технический результат заключается в увеличении полезной работы в цикле за счет нескольких подогревов рабочего газа, а также в повышении КПД цикла установки, а также исключается необходимость постоянной продувки конденсатора диоксида углерода. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для выработки тепловой и механической энергии, состоящая из камеры сгорания, соединенной с парогазовой турбиной, линии подачи диоксида углерода в камеру сгорания, рекуперативных охладителей отработанных газов, конденсатора диоксида углерода, соединенного с холодильной установкой, источника кислорода и источника сжиженного природного газа (СПГ), соединенных линиями подачи кислорода и СПГ с камерой сгорания через теплообменники-утилизаторы конденсатора диоксида углерода и теплообменник подогрева кислорода и СПГ, контактных теплообменников низкого и высокого давления, соединенных с компрессором, подогревателя диоксида углерода, отличающаяся тем, что камера сгорания является камерой сгорания высокого давления, а соединенная с ней парогазовая турбина является парогазовой турбиной высокого давления, дополнительно включает камеру сгорания низкого давления, соединенную с парогазовой турбиной низкого давления, а также с источниками кислорода и СПГ соответственно линиями подачи кислорода и СПГ через теплообменники-утилизаторы конденсатора диоксида углерода и теплообменник подогрева кислорода и СПГ, при этом камера сгорания низкого давления также соединена линией подачи воды с контактным теплообменником низкого давления и линией отвода несконденсированных газов с конденсатором диоксида углерода, кроме того, выход парогазовой турбины высокого давления соединен с входом камеры сгорания низкого давления, выход парогазовой турбины низкого давления соединен с конденсатором диоксида углерода последовательно через рекуперативные охладители отработанных газов, контактный теплообменник низкого давления, компрессор и контактный теплообменник высокого давления.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что линия отвода несконденсированных газов из конденсатора диоксида углерода включает задвижку, датчик газоанализатора, соединенный с газоанализатором, и клапан системы продувки конденсатора диоксида углерода, при этом камера сгорания низкого давления соединена линией отвода несконденсированных газов с конденсатором диоксида углерода через теплообменник подогрева кислорода и СПГ.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что линия отвода несконденсированных газов из конденсатора диоксида углерода включает дожимной компрессор с электроприводом.

4. Установка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что контактный теплообменник низкого давления включает по меньшей мере две секции подачи воды, контактирующей с отработанными газами, по меньшей мере одна из этих секций соединена с подогревателем сетевой воды, один из входов которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника низкого давления, а по меньшей мере одна другая секция соединена с теплообменником для подогрева кислорода и СПГ, один из входов которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника низкого давления, при этом контактный теплообменник высокого давления включает по меньшей мере одну секцию подачи воды, контактирующую с отработанными газами и соединенную с подогревателем диоксида углерода, один из входов которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника высокого давления.

5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что линия подачи диоксида углерода в камеру сгорания высокого давления выполнена с возможностью подачи диоксида углерода в эту камеру сгорания насосом-регулятором через подогреватель диоксида углерода и рекуперативный охладитель отработанных газов, линия подачи воды в камеру сгорания низкого давления выполнена с возможностью подачи воды из контактного теплообменника низкого давления в эту камеру сгорания насосом-регулятором через другой рекуперативный охладитель отработанных газов, кроме того, подача воды через по меньшей мере две секции подачи воды контактного теплообменника низкого давления обеспечивается циркуляционным насосом, вход которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника низкого давления, а подача воды через по меньшей мере одну секцию подачи воды контактного теплообменника высокого давления обеспечивается другим циркуляционным насосом, вход которого соединен с одним из выходов для воды контактного теплообменника высокого давления, при этом линии подачи кислорода и СПГ также включают насосы-регуляторы, а парогазовые турбины высокого и низкого давлений соединены с электрогенераторами.

6. Способ работы установки для выработки тепловой и механической энергии, заключающийся в том, что в камерах сгорания высокого и низкого давлений сжигают сжиженный природный газ (СПГ) при избытке кислорода, которые, проходя от источников СПГ и кислорода через конденсатор диоксида углерода, охлаждают отработанные газы до температуры, необходимой для конденсации диоксида углерода, а проходя через теплообменник для подогрева СПГ и кислорода, охлаждают воду, которую подают в контактный теплообменник низкого давления для охлаждения отработанных газов, в камеру сгорания высокого давления по линии подачи диоксида углерода из конденсатора диоксида углерода подают диоксид углерода через подогреватель диоксида углерода, где он охлаждает воду, которую подают в контактный теплообменник высокого давления, направляя диоксид углерода далее по линии подачи диоксида углерода через рекуперативный охладитель отработанных газов, его нагревают перед подачей в камеру сгорания высокого давления, газы, полученные в результате сгорания, из камеры сгорания высокого давления подают на парогазовую турбину высокого давления, после которой их подают в камеру сгорания низкого давления, куда также подают воду по линии подачи воды из контактного теплообменника низкого давления через другой рекуперативный охладитель отработанных газов, а также подают газы из конденсатора диоксида углерода по линии отвода несконденсированных газов, далее газы, полученные в результате сгорания в камере сгорания низкого давления, подают на парогазовую турбину низкого давления, после которой, пройдя рекуперативные охладители отработанных газов, они поступают в контактный теплообменник низкого давления, где за счет охлаждения конденсируют часть воды из отработанных газов, далее компрессором повышают давление отработанных газов и подают в контактный теплообменник высокого давления, где конденсируют оставшуюся часть воды из отработанных газов, после этого отработанные газы подают в конденсатор диоксида углерода, где отработанные газы охлаждают в том числе и холодильной установкой до температуры конденсации диоксида углерода.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что при достижении одного порогового значения концентрации негорючих примесей, определяемого датчиком газоанализатора в линии отвода несконденсированных газов, закрывают задвижку, открывают клапан системы продувки конденсатора диоксида углерода и уменьшают концентрацию негорючих примесей до другого порогового значения, при достижении которого закрывают клапан системы продувки конденсатора диоксида углерода и открывают задвижку.

8. Способ по любому из пп. 6, 7, отличающийся тем, что дожимным компрессором повышают давление в линии отвода несконденсированных газов и подают газы в камеру сгорания низкого давления через теплообменник подогрева кислорода и СПГ.

9. Способ по любому из пп. 6-8, отличающийся тем, что воду к по меньшей мере одной из по меньшей мере двух секций контактного теплообменника низкого давления подают через подогреватель сетевой воды, а к по меньшей мере одной другой секции через теплообменник для подогрева СПГ и кислорода, при этом воду для охлаждения отработанных газов в контактном теплообменнике высокого давления забирают из контактного теплообменника высокого давления и направляют через подогреватель диоксида углерода, а излишки сжиженной воды и диоксида углерода выводят из установки.