ТУРБИНА КОГЕНЕРАЦИИ ДЛЯ СНАБЖЕНИЯ ЭНЕРГИЕЙ И ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ Российский патент 2023 года по МПК F01K17/04 F01K23/10 F02C6/18 C02F1/16 F03G6/06 

Уровень техники

Существует множество изобретений в области опреснения. Все они сфокусированы на получении тепла только от солнца (солнечной энергии). Они не могут производить достаточное количество пресной воды и устойчиво снабжаться энергией из-за ограниченного времени источника тепла (из-за ночей и облачных дней).

В настоящем изобретении предлагается использовать газовую турбину открытого цикла в качестве источника тепла, и подавать его на газовоздушную турбину закрытого цикла, которой требуется тепло в одной фазе закрытого цикла (теплообменник B2, B3).

После того, как очень горячий воздух выходит из турбины (B4), он должен остыть, прежде чем перейти к компрессору (B1). Обычно это осуществляется при помощи тяги воздуха во втором теплообменнике.

В настоящем изобретении предлагается пропускать морскую воду через многоступенчатые теплообменники (B6, B7, B8) для опреснения морской воды и охлаждения воздуха закрытого цикла перед входом в компрессор (B1).

Таким образом, когенерация турбин открытого и закрытого цикла может совместно производить электроэнергию, и в то же время турбина закрытого цикла может производить пресную воду из морской воды.

Настоящее изобретение дополнительно предусматривает использование солнечного тепла при взаимодействии с теплом от газовой турбины теплообменника (B3) открытого цикла в теплообменниках в качестве второго источника тепла, который может сэкономить некоторое количество энергии для газовой турбины открытого цикла.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 проиллюстрирована последовательность работы от газовой турбины (А) открытого цикла к теплообменникам (В2 и В3), к газовой турбине (В) закрытого цикла, к теплообменникам (В6, В7 и В8), до выдачи энергии и получения пресной воды в конце процесса.

На фиг. 2 показан вид сверху теплообменника (В2).

На фиг. 3 показан вид сбоку теплообменника (В2).

На фиг. 4 показан вид сверху теплообменника (В3) предварительного нагрева.

На фиг. 5 показан вид сбоку теплообменника (В3) предварительного нагрева.

На фиг. 6 показан вертикальный вид теплообменника (В6).

На фиг. 7 показан вид сбоку теплообменника (В6).

На фиг. 8 показан вертикальный вид теплообменника (В7) (охлаждение).

На фиг. 9 показан вид сбоку теплообменника (В7) (охлаждение).

На фиг. 10 показан теплообменник (В8) предварительного нагрева.

Описание процесса

В газовой турбине (A) открытого цикла воздух поступает в компрессор (A1), затем в камеру (A2) сгорания, затем очень горячие газы под высоким давлением из (A2) попадают в турбину (A3), выходя из турбины в виде очень горячих выхлопных газов.

Эти газы поступают в первый теплообменник (B2) и проходят через железные трубы, которые делятся на 2, 3 или более трубы внутри теплообменной камеры с изоляцией вокруг каждой.

Трубы выходят из камеры и возвращаются обратно в одну трубу, снова идущую в теплообменник (B3).

Теплый сжатый воздух (или азот), поступающий из теплообменника (B3) идет в камеру теплообменника (B2) через медную трубку, которая делится внутри камеры на змеевиковые трубки, каждая из которых находится внутри одной из железных труб. Змеевиковые трубки должны находиться в середине железных труб и нее касаться стенки трубы.

На концах труб змеевиковые трубки снова соединяются, образуя одну трубу, которая выходит из теплообменника B2, и очень горячий сжатый воздух поступает в турбину (B4).

Воздух и очень горячие газы идут в противоположном направлении друг к другу.

Камера теплообменника (B3) аналогична по конструкции камере теплообменника (B2), за исключением того, что воздух, поступающий из компрессора теплообменника (B1) в теплообменник (B3) и выходящий в теплообменник (B2) в виде сжатого теплого или горячего воздуха в медных трубах, и частично горячие газы, поступающие в змеевиковые медные трубки из теплообменника (B2), проходят посередине каждой трубы в камере теплообменника (B3) и выходят с другой стороны, чтобы опять соединиться в одну трубку, проходящую к выхлопу.

Трубы, вместо непосредственной изоляции, заполнены материалами, которые могут сильно нагреваться от солнечного тепла и передавать его в трубку, в которой находится поток воздуха. Этими материалами могут быть (лавовые камни или уголь).

Наружная стенка камеры выполнена из стекла с верхней и с двух боковых сторон для сбора солнечных лучей в утреннее время, которые могут быть направлены внутрь отражающими зеркалами. Эти стеклянные панели могут закрываться изоляцией после захода солнца до тех пор, пока солнце не взойдет снова. Нижняя часть камер выполнена из железа и имеет упоры для опоры труб, а трубы имеют опоры для опоры змеевиковых трубок внутри, как показано на чертеже теплообменника (B3).

После того, как воздух покидает турбину (B4), он направляется для охлаждения в многоступенчатый теплообменник, который использует морскую воду для поглощения тепла из воздуха теплообменника (B6, B8), затем холодный воздух направляется в компрессор (B1), чтобы снова начать цикл.

Камера теплообменника (B6), как показано на чертеже, имеет множество наборов змеевиковых трубок, получающих очень горячий воздух из турбины (B4), проходящий через несколько змеевиковых трубок в камеру теплообменника (B6) и выходит из нее с формированием одной трубки, в которой теплый воздух проходит в (B8).

Труба доставляет частично теплую морскую воду из теплообменника (B8), питающую несколько распылителей на стенке камеры теплообменника (B6) для распыления воды по мере падения капель в камеру на верхнюю часть наборов трубок, внутри которых находится горячий воздух.

Большинство капель испаряются в результате вытягивания тепла из воздуха в трубах и испаряются в виде газов, идущих вверх к изогнутому куполу камеры теплообменника (B6) и направляемых выкидной трубой наружу камеры к теплообменнику (B7) посредством всасывающего вентилятора. Остальные капли падают и собираются в нижней части (B6) и проходят через трубу, чтобы снова соединиться в теплой воде, поступающей из (B7 и B8) к распылителям.

В камере (B8) имеются наборы змеевиковых трубок, которые погружены в морскую воду, которая полностью заполняет камеру теплообменника (B8) и поступает в камеру снизу вверх, и доставляется из моря водяным насосом в камеру, и выходит из верхней части камеры после нагревания, а после извлечения остатка тепла в воздухе идет в теплообменник (B6). Воздух выходит из камеры и охлаждается, поступая в компрессор (B1).

В теплообменнике (В7) горячая вода испаряется в виде газов, поступающих в камеру от боковой стенки выше уровня образовавшейся пресной воды. Горячие газы, поднимающиеся вверх через наборы труб, подвешенных горизонтально в камере, и переносятся напрямую в морскую воду, перекачиваемую водяным насосом.

Теплая морская вода выходит из камеры теплообменника (B7) в одной трубе после теплообмена и охлаждения водяного пара во время его подъема вверх, образует много пара, конденсирующегося и выпадающего под действием силы тяжести на дно бассейна камеры в виде пресной воды и отводится.

Остатки пара выходят из верхней части камеры в трубу, чтобы соединиться с трубой горячего водяного пара и снова направиться в камеру, чтобы повторить цикл.

Список обозначений на чертежах

1. A: газовая турбина открытого цикла

A1: компрессор

A2: камера сгорания

A3: турбина

A4: генератор

2. B: газовоздушная турбина закрытого цикла

B1: компрессор

B2: теплообменник (для добавления тепла)

B3: теплообменник предварительного нагрева (для добавления тепла)

B4: турбина

B5: генератор

B6: теплообменник (для отвода тепла)

B7: теплообменник (опреснение морской воды)

B8: теплообменник предварительного нагрева (для отвода тепла)

Изобретение относится к турбине когенерации. Техническим результатом является одновременное производство пресной воды и электричества. Технический результат достигается турбиной когенерации для снабжения энергией и опреснения морской воды, содержащей газовую турбину открытого цикла и газовоздушную турбину закрытого цикла для снабжения энергией и опреснения морской воды, в которой горячие газы, отводимые от газовой турбины открытого цикла, направляются для использования в теплообменники (B2 и B3) газовоздушной турбины закрытого цикла в качестве источника тепла для добавления в воздух газовоздушной турбины закрытого цикла. После выхода из турбины (B4) горячий воздух поступает в теплообменники (B6 и B8) для охлаждения в этих теплообменниках (B6 и B8) морской водой. Морская вода испаряется и становится паром, направляемым в теплообменник (B7) для охлаждения морской водой с целью его конденсации и образования пресной воды. Охлаждаемый в теплообменниках (B6 и B8) воздух направляется в компрессор (B1) для завершения цикла газовоздушной турбины закрытого цикла. Горячие газы, образуемые газовой турбиной открытого цикла, направляются для использования в теплообменнике (B2) для подачи тепла, необходимого для воздуха газовой турбины закрытого цикла. Причем теплообменник (B2) представляет собой изолированную камеру, содержащую множество труб, каждая труба содержит горячие газы, проходит от газовой турбины открытого цикла через камеру теплообменника (B2) и выходит в теплообменник (B3). Причем воздух проходит от теплообменника (B3) к трубам камеры теплообменника (B2) внутри медной змеевиковой трубки внутри каждой трубы и затем выходит в виде горячего сжатого воздуха, идущего к турбине (B4). 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Турбина когенерации для снабжения энергией и опреснения морской воды, содержащая газовую турбину открытого цикла и газовоздушную турбину закрытого цикла для снабжения энергией и опреснения морской воды,

в которой горячие газы, отводимые от газовой турбины открытого цикла, направляются для использования в теплообменники (B2 и B3) газовоздушной турбины закрытого цикла в качестве источника тепла для добавления в воздух газовоздушной турбины закрытого цикла,

при этом после выхода из турбины (B4) горячий воздух поступает в теплообменники (B6 и B8) для охлаждения в этих теплообменниках (B6 и B8) морской водой,

причем морская вода испаряется и становится паром, направляемым в теплообменник (B7) для охлаждения морской водой с целью его конденсации и образования пресной воды,

причем охлаждаемый в теплообменниках (B6 и B8) воздух направляется в компрессор (B1) для завершения цикла газовоздушной турбины закрытого цикла,

причем указанные горячие газы, образуемые газовой турбиной открытого цикла, направляются для использования в теплообменнике (B2) для подачи тепла, необходимого для воздуха газовой турбины закрытого цикла,

при этом указанный теплообменник (B2) представляет собой изолированную камеру, содержащую множество труб, причем каждая труба содержит горячие газы, проходит от газовой турбины открытого цикла через камеру теплообменника (B2) и выходит в теплообменник (B3), причем воздух проходит от теплообменника (B3) к трубам камеры теплообменника (B2) внутри медной змеевиковой трубки внутри каждой трубы и затем выходит в виде горячего сжатого воздуха, идущего к турбине (B4).

2. Турбина когенерации по п.1, в которой указанные горячие газы выходят из теплообменника (B2) и поступают в камеру теплообменника (B3), которая является теплообменником предварительного нагрева, поступает в змеевиковые трубки, каждая из которых расположена внутри одной из множества труб камеры теплообменника (B3), при этом указанный воздух, поступающий из компрессора (B1) в камеру теплообменника (B3), поступает в трубы в направлении, противоположном направлению горячих газов в змеевиковых трубках, которые выходят из теплообменника (B3) для выпуска, при этом воздух в трубах поступает к змеевиковым трубкам в теплообменнике (B2).

3. Турбина когенерации по п.2, в которой вместо изоляции вокруг труб, как в теплообменнике (B2), камера теплообменника (B3) заполнена вокруг труб материалами, способными передавать солнечное тепло к трубам с воздухом в теплообменник (B3), при этом стенки и верхняя часть камеры теплообменника (B3) выполнены из стекла и выполнены с возможностью получать солнечный свет, направленный в камеру через стекло посредством набора зеркал для добавления дополнительного тепла для воздуха в трубах с использованием солнечного тепла.

4. Турбина когенерации по п.1, в которой горячий воздух в теплообменнике (B6), поступающий из турбины (B4) через трубы внутрь камеры теплообменника (B6), охлаждается теплой морской водой, поступающей из теплообменника (B8) и выходящей из теплообменника (B6) для рециркуляции и повторного поступления в теплообменник (B6).

5. Турбина когенерации по п.4, в которой морская вода в камере теплообменника (B6) распыляется с помощью распылителей на стенках камеры теплообменника (B6), выпадает на трубы горячего воздуха, причем часть воды испаряется вверх и собирается с купола теплообменника (B6), и указанные пары газов отводятся из теплообменника (B6) с помощью всасывающего вентилятора и направляются в теплообменник (B7).

6. Турбина когенерации по п.1, в которой указанный горячий воздух из теплообменника (B6) поступает в камеру теплообменника (B8) через набор змеевиковых трубок, а из теплообменника (B8) выходит охлажденный воздух к компрессору (B1), причем указанная камера теплообменника (B8) содержит наборы змеевиковых трубок, через которые проходит воздух, причем указанные трубки погружены в морскую воду, перекачиваемую насосом непосредственно из моря в нижнюю часть камеры теплообменника (B8) и выходящую из верхней части камеры теплообменника (B8) в теплообменник (B6).

7. Турбина когенерации по п.1, в которой теплообменник (B7) содержит наборы труб, транспортирующих морскую воду, перекачиваемую непосредственно из моря насосом и выходящую из теплообменника (B7) в теплообменник (B8).

8. Турбина когенерации по п.7, в которой горячий водяной пар поступает в камеру теплообменника (B7) из боковых стенок ниже наборов трубок с морской водой, причем указанный пар поднимается вверх через трубы, причем большая часть пара конденсируется и выпадает в виде пресной воды в нижней части теплообменника (B7) и собирается из теплообменника (B7), а остальная часть пара снова перенаправляется в нижнюю часть камеры теплообменника (B7).