Теплохладоэнергетический агрегат

 

1. ТЕПЛОХЛАДОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ, содержащий газовый контур и установленные в нем компрессор, вход которого сообщен с атмосферой, камеру сгорания топлива, газовую турбину , размещенную на одном валу с компрессором и электрогенератором, экономайзер, влагоотделитель, регенеративный теплообменник, газовый детандер р отделитель твердой углекислоты , выход которого через указанный регенеративный теплообменник сообщен с атмосферой, и подсоединенный к Газовому контуру воздушный контур, в котором установлены нагнетатель, размещенный на одном валу с электродвигателем и детандером газового контура , и рекуперативный теплообменник, размещенный в камере сгорайия, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, агрегат дополнительно содержит включенные в воздушный контур воздушную турбину, установленную на одном валу с компрессором газового контура, вто рой экономайзер, второй влагоотдели .тель, еще один поток регенеративного теплообменника и воздушный детандер , устанор 1енный на одном валу с нагнетателем воздушного контура, а отделитель твердой углекислоты снабi жен рубашкой охлаждения, включенной в воздушный контур после его детанk/ ) дера, причем воздушный контур подсоединен к газовому контуру после отделителя твердой углекислоты. 2. Агрегат по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что он дополнительно содержит водяной теплообменник контактного типа, который установлен на входе в газовый и воздушный контуры.

„.SU„„1121558 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) F 25 В 29/00, F 25 В 11/g0

Р .01 K 25/10.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA ф "ф. ° 1 Д™М . Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ;, ;,„:.;;;,","

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3550232/23-06 (22) 09 ° 02.83 (46) 30.10.84. Вюл, Р 40 (72) Е.Я.Борочин, В.И.Гриценко, С.В.Растворов и Р.Д.Терентьев (71) Омский политехнический институт (53) 621.56 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство, СССР 9 914903, кл. Р 25 В 29/00, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 966452, кл. F 25 В 29/00, 1981. (54)(57) 1. ТЕПЛОХЛАДОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ

АГРЕГАТ, содержащий газовый контур и установленные в нем компрессор, вход которого сообщен с атмосферой, камеру сгорания топлива, газовую турбину, размещенную на одном валу с компрессором и электрогенератором, экономайзер, влагоотделитель, регенеративный теплообмеиник, газовый детандер и отделитель твердой углекислоты, выход. которого через указанный регенеративный теплообменник сообщен с атмосферой, и подсоединенный к газовому контуру воздушный контур, в котором установлены нагнетатель, размещенный на одном валу с электродвигателем и детандером газового контура, и рекуперативный теплообменник, размещенный в камере сгорания, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности, агрегат дополнительно содержит включенные в воздушный контур воздушную турбину, установленную на одном валу с компрессором газового контура, второй экономайзер, второй влагоотделитель, еще один поток регенеративного теплообменника и воздушный детандер, установленный на одном валу с нагнетателем воздушного контура, а отделитель твердой углекислоты снаб жен рубашкой охлаждения, включенной <р

Р .в воздушный контур после его детандера, причем воздушный контур подсоединен к газовому контуру после отделителя твердой углекислоты.

2. Агрегат rro п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что он дополнитель- Я но содержит водяной теплообменник контактного типа, который установлен на входе в газовый и воздушный контуры.

1121558

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к комплексным энергетическим установкам, позволяющим получить одновременно теплоту, холод, например, в виде кристаллической углекислоты, электроэнергию, и может быть использовано в химической, нефтедобывающей, пищевой и в других отраслях народного хозяйства.

Известен теплохладоэнергетический агрегат, содержащий газовый контур и установленные в нем нагнетатель, компрессор, камеру сгорания тоПлива, газовую турбину, размещенную на одном валу с компрессором и электрогенератором, экономайзер, влагоотделитель, регенеративный теплообменник, два газовых детандера, размещенных на одном валу с нагнетателем и электродвигателем, и отделители твердой углекислоты Г1 ).

Недостатками такого агрегата являются,его низкая производительность по твердой углекислоте и большие затраты энергии на привод нагнетателя и компрессора.

Известен также теплохладоэнергетический агрегат, содержащий газовый контур и установленные в нем компрессор, вход которого сообщен с атмосферой, камеру сгорания топлива, газовую тубрину, размещенную на одном валу с компрессором и электрогенератором, экономайзер, влагоотделитель, регенеративный теплообменник, газовый детандер и отделитель твер-дой углекислоты, выход из которого через указанный регенеративный теллообменник сообщен с атмосферой, и подсоединенный к газовому контуру воздушный контур, в котором установлены нагнетатель, размещенный на одном валу с электродвигателем и детандером газового контура,и рекупера тивный теплообменник, размещенный в камере сгорания (2 3.

Недостатком такого агрегата является его низкая производительность по твердой углекислоте из-за значительных теплопритоков из окружающей среды к низкотемпературному отделителю твердой углекислоты, в результате чего процесс кристаллизации углекислоты происходит с неполным переходом газовой фазы в твердую.

Цель изобретения — повышение производительности теплохладоэнергетического агрегата.

Указанная, цель достигается тем, что в теплохладэнергетическом агрегате, содержащем газовых контур и установленные в нем компрессор, вход которого сообщен с атмосферой, камеру сгорания топлива, газовую турбину, размещенную на одном валу с компрессором и электрогенератором, экономайзер, влагоотделитель, регенеративный теплообменник, газовый детандер и отделитель твердой углекислоты, выход из которого .через укаэанный регенеративный теплообменник сообщен с атмосферой, и подсоединенный к газовому контуру воздушный контур, в котором установлены нагнетатель, размещенный на одном валу с электродвигателем и детандером газового контура, и рекуперативный теплообменник, размещенный в камере сгорания, до10 полнительно включены в воздушный контур воздушная турбина, установленная на одном валу с компрессором газового контура, второй экономайзер, второй влагоотделитель, еще один поток регенеративного теплообменника и воздушный детандер,. установленный на одном валу с нагнетателем воздушного контура, а отделитель твердой углекислоты снабжен рубашкой охлаждения, включенной в возшуный контур после его детандера, причем воздушный контур подсоединен к газовому контуру после отделителя твердой углекислоты, Кроме того, агрегат дополнительно содержит водяной теплообменник контактного типа, который установлен на входе в газовый и воздушный контуры.

На фиг.1 представлена схема теплохладоэнергетического агрегата„ на фиг.2 — конструкция отделителя твердой углекислоты, вид спереди, разрез; на фиг.3 — то же, вид сверху.

Теплохладоэнергетический агрегат содержит контактный водяной теплооб35 менник 1, нагнетатель 2 с электродвигателем, промежуточный теплообменник 3, компрессор 4, камеру 5 cI орания топлива с рекуперативным теплообменником, газовую турбину 6, воз40 душную турбину 7 с электрогенератором, экономайзеры 8, влагоотделители 9, регенеративный теплообменик 10, детандер 11 газовый и воздушный детандер 12, отделитель 13 твердой уг4 лекислоты, холодильную камеру 14, линии 15 и 16 прямого и. обратного потоков, задвижки 17 и 18.

Нагнетатель 2 с приводом от электродвигателя служит для сжатия воздуха и соединен с выходом воздушного потока водяного контактного теплообменника 1, предназначенного для охлаждения атмосферного воздуха с насыщением водяными парами. Контактный теплообменник 1 имеет регулятор уров55 ня воды, подаваемой из сети (не показан ). Промежуточный теплообменник 3 соединен последовательно с нагнетателем 2 и служит для охлаждения воздушного потока сетевой водой. На вы о ходе воздушного потока из теплообменника 3 установлены задвижки 17 и 18 для запуска газовой турбины 6, компрессора 4 и воздушной турбины 7 с электрогенератором. Компрессор 4

65 служит для сжатия воздуха и соединен

1121558 с выходом контактного теплообменника 1 и входом в камеру 5 сгорания топлива с рекуперативным теплообменником, служащим для охлаждения газового потока, выход рекуперативного теплообменника соединен с воздушной турбиной 7, а выход газового потока из камеры 5 сгорания топлива — с газовой турбиной 6. Газовая 6 и воздушная 7 турбины предназначены для превращения тепловой энергии в меха- 10 ническую и размещены на одном валу с компрессором 4 и электрогенератором. Воздушная 7 и газовая 6 турби ны соединены параллельно линиями воздушного и газового потоков, каж- 15 дая из которых соединена через экономайзер 8, влагоотделитель 9 и регенеративный теплообменник 10 соответственно с воздушным 12 и газовым 11 детандерами. Экономайзеры 8 предназначены для охлаждения воздушного и газового потоков сетевой водой с получением полезной теплоты, а влагоотделители 9 — для удаления сконденсировавшихся водяных паров из

1потока. Регенеративный теплообменник 10 служит для охлаждения гаэового и воздушного потоков обратным потоком. Газовый 11 и воздушный 12 детандеры предназначены для преобразования тепловой энергии в механическую и размещены на одном валу.с нагнетателем 2 и электродвигателем, кроме того, первые соединены линиями 15 прямого потока с отделителем 13 твердой углекислоты, который выполнен в виде трех концентрических цилиндров, внутренний из которых соединен линией 16 обратного потока .продуктов сгорания с холодильной камерой 14 и регенеративным теплооб- 40 менником 10, наружный цидиндр соединен с выходом из воздушного детандера 12 и входом холодильной камеры 14, а средний цилиндр соединен с выходом из газового детандера 11 и 45 внутренним цилиндром, причем средний цилиндр имеет выход для удаления кристаллической углекислоты и сообщен по объему с внутренним цилиндром. Пространство, образуемое внутренним и средним цилиндрами, предназначено для циркуляции газового потока, содержащего кристаллическую углекислоту, а пространство между средним и наружным цилиндрами служит для создания динамической теплоизоляции с устранением теплопритоков из окружающей среды и отводом теплоты кристаллизации углекислоты. Холодильная камера 14 предназначена для охлаждения внешних источников повышен- 60 ной температуры и соединена линией

16 обратного потока через регенеративный теплообменник 10 с атмосферой.

Теплохладоэнегетический агрегат работает следующим образом.

Воздух из атмосферы "просасывается" нагнетателем 2 с приводом от электродвигателя через водяной слой контактного теплообменника 1, при этом воздух обменивается теплотой с охлаждающей средой, тем самым испаряя влагу, которая поступает в нагнетатель 2 совместно с воздухом, в котором осуществляется процесс сжатия, но с меньшими затратами энергии, так как температура компрессируемого газа уменьшается. Сжатый воздух, охлаждаясь в промежуточном теплообменнике 3, подается через открытую задвижку 17 через рекуперативный теплообменник камеры 5 сгорания топлива, подограваясь, в воздушную турбину 7. Режим запуска компрессора 4 осуществляется подачей сжатого воздуха через задвижку, 18 в камеру 5 сгорания топлива одновременно с подачей топлива.

Компрессор 4 сжимает влажный и охлажденный воздух, аналогично процессу его сжатия в нагнетателе 2. Сжатый воздух подается в камеру 5 сгорания одновременно с подачей топлива, где воспламеняется топливо-воздушная смесь с образованием продук4 тов сгорания, которые поступают даее в газовую турбину 6. Водяные пары в камере 5 сгорания снижают тепловые напряжения и уменьшают образование токсичных окислов азота. Тепловая энергия в турбинах 6 и 7 преобразуется в механическую и отводится на вал электрогенератора. Далее продукты сгорания и воздух охлаждаются в экономайзерах 8 сетевой водой с получением полезной теплоты в виде пара или горячей воды. Во влагоотделителях 9 осуществляется удаление водяных паров из обоих потоков с их последующим охлаждением в регенеративном теплообменнике 10 обратным потоком. Затем в газовом 11 и воздушном 12 детандерах потоки расширяются с отдачей внешней работы на вал.

Охлажденные потоки поступают в отделитель 13 твердой углекислоты, в котором воздушный поток, циркулируя в пространстве между средним и наружными цилиндрами, создает динамическую теплоизоляцию. Он имеет температуру .ниже температуры газового потока вследствие того, что степень понижения давления в воздушном детандере 12 больше, чем степень понижения давления в газовом детандере 11, а также вследствие более глубокого охлаждения в экономайзере 8 воздушной линии.

Из газового потока в отделителе 13 твердой углекислоты происходит сепарация углекислоты и ее дополнительная кристаллизация.

Далее обратные потоки продуктов сгорания и воздуха поступают в холо1121558

Вьим8 14 Мужать угюрлЬ ф(/2. Я

ВНИИПИ Заказ 7965/32 Тираж 513 Подписное

Ф Мюю ю ейе ю филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Проектная, 4 дильную камеру 14, где подводится тепло. а от внешних источников, и, проходя через регенеративный теплообменннк 10 выбрасываются в атмосферу °

Предложенный теплохладоэнергетический агрегат характеризуется повышенной производительностью по углекислоте, поскольку в нем уменьшается коэффициент избытка воздуха, что повышает концентрацию углекислоты. . Кроме того, снижаются теплопритоки иэ окружающей среды при одновременном отводе теплоты кристаллизации углекислоты, уменьшается количество вредных выбросов в окружающую среду, уменьшается потребляемая компрессором и нагнетателем мощность.