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 

Описание патента на изобретение RU2807560C1

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, 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

Известна установка для выработки тепловой и механической энергии и способ ее работы, выбранный в качестве наиболее близкого аналога (патент РФ №2759793, 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 по любому из предыдущих пунктов, 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.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение указанных недостатков.

Технический результат заключается в повышении работы расширения, что обеспечивает увеличение полезной работы в цикле за счет нескольких подогревов рабочего газа, а также в повышении КПД цикла установки.

Технический результат достигается установкой для выработки тепловой и механической энергии, состоящей из камеры сгорания (7), включающей первичную и вторичную зоны и соединенной с парогазовой турбиной (8), линий подачи диоксида углерода и воды в первичную и вторичную зоны камеры сгорания (7), рекуперативных охладителей (5, 6) отработанных газов, конденсатора (1) диоксида углерода, соединенного с холодильной установкой (17), компрессора (14), источника кислорода и источника сжиженного природного газа (СПГ), соединенных линиями подачи кислорода и СПГ с первичной зоной камеры сгорания (7) через теплообменники-утилизаторы конденсатора (1) диоксида углерода и теплообменники (2, 3) подогрева кислорода и СПГ, контактных теплообменников (13, 15) низкого и высокого давления, соединенных с компрессором (14), подогреватель (4) диоксида углерода, при этом дополнительно включает вторую и третью камеры (9, 11) сгорания, первичные зоны которых соединены с линиями подачи кислорода и СПГ, при этом камеры сгорания (7, 9, 11) соединены последовательно так, что выход одной камеры (7) сгорания через парогазовую турбину (8) соединен с первичной и вторичной зонами второй камеры (9) сгорания, выход которой через вторую парогазовую турбину (10) соединен с первичной и вторичной зонами третьей камеры (11) сгорания, выход которой соединен с третьей парогазовой турбиной (12), выход которой соединен с конденсатором (1) диоксида углерода последовательно через рекуперативные охладители (6, 5) отработанных газов, контактный теплообменник (13) низкого давления, компрессор (14) и контактный теплообменник (15) высокого давления.

Контактный теплообменник (13) низкого давления включает по меньшей мере две секции подачи воды, контактирующей с отработанными газами, по меньшей мере одна из этих секций соединена с подогревателем (16) сетевой воды, а по меньшей мере одна другая секция соединена с теплообменниками (2, 3) для подогрева СПГ, кислорода и с подогревателем (4) диоксида углерода.

Конденсатор (1) диоксида углерода включает систему удаления несконденсированных газов, а также установка выполнена с возможностью вывода из нее воды и диоксида углерода.

Технический результат также достигается способом работы установки для выработки тепловой и механической энергии, включающим:

в первичные зоны камер сгорания (7, 9, 11) насосами подают сжиженный природный газ (СПГ) и кислород, которые, проходя через конденсатор (1) диоксида углерода, охлаждают отработанные газы до температуры, необходимой для конденсации диоксида углерода, а проходя через теплообменники (3, 2) для подогрева СПГ и кислорода, охлаждают воду, которую подают в контактный теплообменник (13) низкого давления для охлаждения отработанных газов;

в первичную и вторичную зоны камеры сгорания (7) 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 (7) забирают из контактного теплообменника (13) низкого давления и, направляя через рекуперативный охладитель (6) отработанных газов, нагревают перед подачей в камеру сгорания (7), а диоксид углерода забирают из конденсатор (1) диоксида углерода и подают через теплообменник (4) подогрева диоксида углерода, где он охлаждает воду, которую подают в по меньшей мере один контактный теплообменник (13, 15), направляя диоксид углерода далее по линии подачи диоксида углерода через рекуперативный охладитель (5) отработанных газов, его нагревают перед подачей в камеру сгорания (7),

газы, полученные в результате сгорания, из камеры (7) сгорания подают на парогазовую турбину (8), после которой их подают в первичную и вторичную зоны второй камеры (9) сгорания, где дожигают с СПГ и кислородом, далее отработанные газы из второй камеры (9) сгорания подают на вторую парогазовую турбину (10), после которой их подают в первичную и вторичную зоны третьей камеры (11) сгорания, где дожигают с СПГ и кислородом, отработанные газы из третьей (11) камеры сгорания подают на парогазовую турбину (12), после которой, пройдя рекуперативные охладители (6, 5) отработанных газов, они поступают в контактный теплообменник (13) низкого давления, где за счет охлаждения конденсируют часть воды из отработанных газов, далее компрессором (14) повышают давление отработанных газов и подают в контактный теплообменник (15) высокого давления, где конденсируют оставшуюся часть воды из отработанных газов,

после этого отработанные газы подают в конденсатор (1) диоксида углерода, где отработанные газы охлаждают в том числе и холодильной установкой (17).

Воду к по меньшей мере одной из по меньшей мере двух секций контактного теплообменника (13) низкого давления подают циркуляционным насосом через подогреватель (16) сетевой воды, а к по меньшей мере одной другой секции через теплообменники (2, 3) для подогрева СПГ, кислорода и подогреватель (4) диоксида углерода, при этом воду для охлаждения отработанных газов в контактном теплообменнике (15) высокого давления другим циркуляционным насосом забирают из контактного теплообменника (15) высокого давления и направляют через подогреватель (4) диоксида углерода.

Несконденсированные газы из конденсатора (1) диоксида углерода выводят из установки с помощью системы удаления несконденсированных газов, а также излишки сжиженной воды и диоксида углерода выводят из установки.

На представленной фигуре показана схема установки для выработки тепловой и механической энергии.

На представленной фигуре обозначены следующие элементы.

1 - конденсатор диоксида углерода;

2 - теплообменник подогрева кислорода;

3 - теплообменник подогрева СПГ;

4 - подогреватель диоксида углерода;

5 - рекуперативный охладитель отработанных газов;

6 - рекуперативный охладитель отработанных газов;

7 - камера сгорания с первичной и вторичной зонами;

8 - парогазовая турбина;

9 - вторая камера сгорания с первичной и вторичной зонами;

10 - вторая парогазовая турбина;

11 - третья камера сгорания с первичной и вторичной зонами;

12 - третья парогазовая турбина;

13 - контактный теплообменник низкого давления;

14 - компрессор;

15 -контактный теплообменник высокого давления;

16 - подогреватель сетевой воды;

17 - холодильная установка.

Стрелками показаны направления движения сред в установке.

Установка для выработки тепловой и механической энергии состоит из камеры сгорания (7), включающей первичную и вторичную зоны и соединенной с парогазовой турбиной (8), линий подачи диоксида углерода и воды в первичную и вторичную зоны камеры сгорания (7), рекуперативных охладителей (5, 6) отработанных газов, конденсатора (1) диоксида углерода, соединенного с холодильной установкой (17), компрессора (14), источника кислорода и источника сжиженного природного газа (СПГ), соединенных линиями подачи кислорода и СПГ с первичной зоной камеры сгорания (7) через теплообменники-утилизаторы конденсатора (1) диоксида углерода и теплообменники (2, 3) подогрева кислорода и СПГ, контактных теплообменников (13, 15) низкого и высокого давления, соединенных с компрессором (14), подогреватель (4) диоксида углерода.

Дополнительно установка включает вторую и третью камеры (9, II) сгорания, каждая из которых включает первичную и вторичную зоны. Первичные зоны второй и третьей камер (9, 11) сгорания соединены с линиями подачи кислорода и СПГ. Все камеры сгорания (7, 9, 11) соединены последовательно так, что выход одной камеры (7) сгорания через парогазовую турбину (8) соединен с первичной и вторичной зонами второй камеры (9) сгорания, выход которой через вторую парогазовую турбину (10) соединен с первичной и вторичной зонами третьей камеры (11) сгорания, выход которой соединен с третьей парогазовой турбиной (12), 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. Кроме того, перепад давления во второй и третьей парогазовых турбинах (10, 12) при введении в цикл промежуточного подогрева газа способствует также увеличению КПД цикла.

Выход третьей парогазовой турбины (12) соединен с конденсатором (1) диоксида углерода последовательно через рекуперативные охладители (6, 5) отработанных газов, контактный теплообменник (13) низкого давления, компрессор (14) и контактный теплообменник (15) высокого давления, что повышает рекуперацию тепловой энергии в установке и как следствие повышает КПД установки.

Контактный теплообменник (13) низкого давления включает по меньшей мере две секции подачи воды, контактирующей с отработанными газами, по меньшей мере одна из этих секций соединена с подогревателем (16) сетевой воды, а по меньшей мере одна другая секция соединена с теплообменниками (2, 3) для подогрева СПГ, кислорода и с подогревателем (4) диоксида углерода, что повышает рекуперацию холода в установке и как следствие повышает КПД установки.

Конденсатор (1) диоксида углерода включает систему удаления несконденсированных газов, а также установка выполнена с возможностью вывода из нее воды и диоксида углерода.

Установка работает следующим образом.

В первичные зоны камер сгорания (7, 9, 11) насосами подают сжиженный природный газ (СПГ) и кислород, которые, проходя через конденсатор (1) диоксида углерода, охлаждают отработанные газы до температуры, необходимой для конденсации диоксида углерода, а проходя через теплообменники (3, 2) для подогрева СПГ и кислорода, охлаждают воду, которую подают в контактный теплообменник (13) низкого давления для охлаждения отработанных газов.

В первичную и вторичную зоны камеры сгорания (7) 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 (7) забирают из контактного теплообменника (13) низкого давления и, направляя через рекуперативный охладитель (6) отработанных газов, нагревают перед подачей в камеру сгорания (7), а диоксид углерода забирают из конденсатор (1) диоксида углерода и подают через теплообменник (4) подогрева диоксида углерода, где он охлаждает воду, которую подают в по меньшей мере один контактный теплообменник (13, 15), направляя диоксид углерода далее по линии подачи диоксида углерода через рекуперативный охладитель (5) отработанных газов, его нагревают перед подачей в камеру сгорания (7).

Газы, полученные в результате сгорания, из камеры (7) сгорания подают на парогазовую турбину (8), на которой получают механическую энергию, например, для привода электрогенератора.

Отработавшие в парогазовой турбине (8) газы поступают во вторую камеру сгорания (9). Сюда же, как и в первую камеру сгорания (7) в первичную зону подаются топливо и кислород после теплообменников (2, 3) подогрева кислорода и СПГ, а в первичную и во вторичную зоны камеры сгорания (9) для балластировки высокой температуры горения подается парогазовая смесь - отработавшие в турбине (8) газы, а после камеры сгорания (9) рабочее тело поступает во вторую парогазовую турбину (10), что позволяет повысить работу расширения, а это в свою очередь обеспечивает увеличение полезной работы в цикле.

Отработавшие во второй парогазовой турбине (10) газы поступают в третью камеру сгорания (11). Сюда же, как и во вторую камеру сгорания (9), в первичную зону подаются топливо и кислород после теплообменников (2, 3) подогрева кислорода и СПГ, а в первичную и во вторичную зоны камеры сгорания (11) для балластировки высокой температуры горения подается парогазовая смесь уже из второй парогазовой турбины (10), а после камеры сгорания (11) рабочее тело поступает в третью парогазовую турбину (12), 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. Кроме того, перепад давления во второй и третьей парогазовых турбинах (10, 12) при введении в цикл промежуточного подогрева газа способствует также увеличению КПД цикла.

Из третьей парогазовой турбины (12) отработанные газы направляют в рекуперативные охладители (6, 5) отработанных газов. Далее они поступают в контактный теплообменник (13) низкого давления, где за счет охлаждения конденсируют часть воды из отработанных газов. Далее компрессором (14) повышают давление отработанных газов и подают в контактный теплообменник (15) высокого давления, где конденсируют оставшуюся часть воды из отработанных газов. На выходе из контактного теплообменника (15) высокого давления в отработанных газах остается практически чистый диоксид углерода.

После этого отработанные газы подают в конденсатор (1) диоксида углерода, где отработанные газы охлаждают. Частично это осуществляется за счет холода жидкого кислорода и сжиженного природного газа - рекуперация тепла внутри цикла, в том числе и холодильной установкой (17), что повышает рекуперацию холода в установке и как следствие повышает КПД установки.

Воду к по меньшей мере одной из по меньшей мере двух секций контактного теплообменника (13) низкого давления подают циркуляционным насосом через подогреватель (16) сетевой воды, а к по меньшей мере одной другой секции через теплообменники (2, 3) для подогрева СПГ, кислорода и подогреватель (4) диоксида углерода, при этом воду для охлаждения отработанных газов в контактном теплообменнике (15) высокого давления другим циркуляционным насосом забирают из контактного теплообменника (15) высокого давления и направляют через подогреватель (4) диоксида углерода, что повышает рекуперацию холода в установке и как следствие повышает КПД установки.

Несконденсированные газы из конденсатора (1) диоксида углерода выводят из установки с помощью системы удаления несконденсированных газов, а также излишки сжиженной воды и диоксида углерода выводят из установки.

Таким образом, при дожигании во второй и третьей камерах сгорания (9, 11) увеличивается работа расширения, что обеспечивает увеличение полезной работы в цикле, т.к. при нескольких подогревах понижение давления газа в турбине, приближаемся к изотермическому расширению. При определенных условиях перепада давления в турбине ведение в цикл промежуточного подогрева газа (одного или нескольких) способствует также увеличению КПД цикла.

Похожие патенты RU2807560C1

название год авторы номер документа
Установка для выработки тепловой и механической энергии и способ ее работы 2023
  • Косой Анатолий Александрович
RU2805401C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛОВОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ 2021
  • Борисов Юрий Александрович
  • Даценко Василий Владимирович
  • Косой Анатолий Александрович
RU2759793C1
Энергетический комплекс выработки тепловой и электрической энергии и способ его работы (варианты) 2023
  • Борисов Юрий Александрович
  • Косой Анатолий Александрович
RU2806868C1
ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА И СПОСОБ РАБОТЫ КОМПЛЕКСА 2019
  • Борисов Юрий Александрович
  • Косой Анатолий Александрович
  • Максимов Антон Львович
  • Новиков Виктор Александрович
RU2739165C1
Установка для выработки тепловой и механической энергии и способ ее регулирования 2021
  • Борисов Юрий Александрович
  • Даценко Василий Владимирович
  • Косой Анатолий Александрович
RU2774008C1
Способ и установка для выработки механической и тепловой энергии 2017
  • Косой Александр Семенович
  • Косой Анатолий Александрович
  • Синкевич Михаил Всеволодович
  • Антипов Юрий Александрович
RU2665794C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛОВОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И СПОСОБ ЕЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ 2019
  • Косой Анатолий Александрович
  • Синкевич Михаил Всеволодович
RU2723264C1
Способ регулирования и установка для выработки механической и тепловой энергии 2018
  • Косой Анатолий Александрович
RU2698865C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ (ВАРИАНТЫ) И АГРЕГАТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ 2009
  • Барабаш Иван Иванович
  • Кустанович Геннадий Моталевич
  • Онищенко Гедалий Давидович
  • Кретова Ольга Николаевна
RU2470856C2
СПОСОБ РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМОЙ ГЛУБОКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ И СНИЖЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ 2000
  • Акчурин Х.И.
RU2194869C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 807 560 C1

Реферат патента 2023 года УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛОВОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ

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, состоящая из камеры сгорания (7), включающей первичную и вторичную зоны и соединенной с парогазовой турбиной (8), линий подачи диоксида углерода и воды в первичную и вторичную зоны камеры сгорания (7), рекуперативных охладителей (5, 6) отработанных газов, конденсатора (1) диоксида углерода, соединенного с холодильной установкой (17), компрессора (14), источника кислорода и источника сжиженного природного газа (СПГ), соединенных линиями подачи кислорода и СПГ с первичной зоной камеры сгорания (7) через теплообменники-утилизаторы конденсатора (1) диоксида углерода и теплообменники (2, 3) подогрева кислорода и СПГ, контактных теплообменников (13, 15) низкого и высокого давления, соединенных с компрессором (14), подогреватель (4) диоксида углерода, при этом дополнительно включает вторую и третью камеры (9, 11) сгорания, первичные зоны которых соединены с линиями подачи кислорода и СПГ, при этом камеры сгорания (7, 9, 11) соединены последовательно так, что выход одной камеры (7) сгорания через парогазовую турбину (8) соединен с первичной и вторичной зонами второй камеры (9) сгорания, выход которой через вторую парогазовую турбину (10) соединен с первичной и вторичной зонами третьей камеры (11) сгорания, выход которой соединен с третьей парогазовой турбиной (12), выход которой соединен с конденсатором (1) диоксида углерода последовательно через рекуперативные охладители (6, 5) отработанных газов, контактный теплообменник (13) низкого давления, компрессор (14) и контактный теплообменник (15) высокого давления. Также раскрыт способ работы установки. Технический результат заключается в повышении работы расширения, что обеспечивает увеличение полезной работы в цикле за счет нескольких подогревов рабочего газа, а также в повышении КПД цикла установки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 807 560 C1

1. Установка для выработки тепловой и механической энергии, состоящая из камеры сгорания (7), включающей первичную и вторичную зоны и соединенной с парогазовой турбиной (8), линий подачи диоксида углерода и воды в первичную и вторичную зоны камеры сгорания (7), рекуперативных охладителей (5, 6) отработанных газов, конденсатора (1) диоксида углерода, соединенного с холодильной установкой (17), компрессора (14), источника кислорода и источника сжиженного природного газа (СПГ), соединенных линиями подачи кислорода и СПГ с первичной зоной камеры сгорания (7) через теплообменники-утилизаторы конденсатора (1) диоксида углерода и теплообменники (2, 3) подогрева кислорода и СПГ, контактных теплообменников (13, 15) низкого и высокого давления, соединенных с компрессором (14), подогреватель (4) диоксида углерода, отличающаяся тем, что дополнительно включает вторую и третью камеры (9, 11) сгорания, первичные зоны которых соединены с линиями подачи кислорода и СПГ, при этом камеры сгорания (7, 9, 11) соединены последовательно так, что выход одной камеры (7) сгорания через парогазовую турбину (8) соединен с первичной и вторичной зонами второй камеры (9) сгорания, выход которой через вторую парогазовую турбину (10) соединен с первичной и вторичной зонами третьей камеры (11) сгорания, выход которой соединен с третьей парогазовой турбиной (12), выход которой соединен с конденсатором (1) диоксида углерода последовательно через рекуперативные охладители (6, 5) отработанных газов, контактный теплообменник (13) низкого давления, компрессор (14) и контактный теплообменник (15) высокого давления.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что контактный теплообменник (13) низкого давления включает по меньшей мере две секции подачи воды, контактирующей с отработанными газами, по меньшей мере одна из этих секций соединена с подогревателем (16) сетевой воды, а по меньшей мере одна другая секция соединена с теплообменниками (2, 3) для подогрева СПГ, кислорода и с подогревателем (4) диоксида углерода.

3. Установка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что конденсатор (1) диоксида углерода включает систему удаления несконденсированных газов, а также установка выполнена с возможностью вывода из нее воды и диоксида углерода.

4. Способ работы установки для выработки тепловой и механической энергии, заключающийся в том, что:

в первичные зоны камер сгорания (7, 9, 11) насосами подают сжиженный природный газ (СПГ) и кислород, которые, проходя через конденсатор (1) диоксида углерода, охлаждают отработанные газы до температуры, необходимой для конденсации диоксида углерода, а проходя через теплообменники (3, 2) для подогрева СПГ и кислорода, охлаждают воду, которую подают в контактный теплообменник (13) низкого давления для охлаждения отработанных газов;

в первичную и вторичную зоны камеры сгорания (7) 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 (7) забирают из контактного теплообменника (13) низкого давления и, направляя через рекуперативный охладитель (6) отработанных газов, нагревают перед подачей в камеру сгорания (7), а диоксид углерода забирают из конденсатор (1) диоксида углерода и подают через теплообменник (4) подогрева диоксида углерода, где он охлаждает воду, которую подают в по меньшей мере один контактный теплообменник (13, 15), направляя диоксид углерода далее по линии подачи диоксида углерода через рекуперативный охладитель (5) отработанных газов, его нагревают перед подачей в камеру сгорания (7),

газы, полученные в результате сгорания, из камеры (7) сгорания подают на парогазовую турбину (8), после которой их подают в первичную и вторичную зоны второй камеры (9) сгорания, где дожигают с СПГ и кислородом, далее отработанные газы из второй камеры (9) сгорания подают на вторую парогазовую турбину (10), после которой их подают в первичную и вторичную зоны третьей камеры (11) сгорания, где дожигают с СПГ и кислородом, отработанные газы из третьей (И) камеры сгорания подают на парогазовую турбину (12), после которой, пройдя рекуперативные охладители (6, 5) отработанных газов, они поступают в контактный теплообменник (13) низкого давления, где за счет охлаждения конденсируют часть воды из отработанных газов, далее компрессором (14) повышают давление отработанных газов и подают в контактный теплообменник (15) высокого давления, где конденсируют оставшуюся часть воды из отработанных газов,

после этого отработанные газы подают в конденсатор (1) диоксида углерода, где отработанные газы охлаждают в том числе и холодильной установкой (17).

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что воду к по меньшей мере одной из по меньшей мере двух секций контактного теплообменника (13) низкого давления подают циркуляционным насосом через подогреватель (16) сетевой воды, а к по меньшей мере одной другой секции через теплообменники (2, 3) для подогрева СПГ, кислорода и подогреватель (4) диоксида углерода, при этом воду для охлаждения отработанных газов в контактном теплообменнике (15) высокого давления другим циркуляционным насосом забирают из контактного теплообменника (15) высокого давления и направляют через подогреватель (4) диоксида углерода.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что несконденсированные газы из конденсатора (1) диоксида углерода выводят из установки с помощью системы удаления несконденсированных газов, а также излишки сжиженной воды и диоксида углерода выводят из установки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2807560C1

УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛОВОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ 2021
  • Борисов Юрий Александрович
  • Даценко Василий Владимирович
  • Косой Анатолий Александрович
RU2759793C1
Способ и установка для выработки механической и тепловой энергии 2017
  • Косой Александр Семенович
  • Косой Анатолий Александрович
  • Синкевич Михаил Всеволодович
  • Антипов Юрий Александрович
RU2665794C1
WO 2011109008 A1, 09.09.2011.

RU 2 807 560 C1

Авторы

Косой Анатолий Александрович

Филиппов Сергей Петрович

Даты

2023-11-16Публикация

2023-05-02Подача