Теплохладоэнергетический агрегат

 

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно к области комплексных энергетических установок, позволяющих получать одновременно теплоту, холод и электроэнергию. Теплохладоэнергетический агрегат, содержащий газовый контур, в котором последовательно установлены генератор продуктов сгорания, включающий компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, экономайзер, влагоотделитель, регенератор, турбодетандер, установленный на одном валу с турбонагнетателем, отделитель твердой двуокиси углерода и теплообменник, причем выходы теплообменника и экономайзера соединены трубопроводом, снабженным регулирующим органом, а на выходах турбонагревателя и экономайзера установлены противопомпажные клапаны, дополнительно снабжен камерой с распылительной форсункой, водяным насосом, подготовительной камерой аммиачного раствора, эжектором, причем эжектор и подготовительная камера аммиачного раствора соединены трубопроводом, снабженным регулирующими вентилями. Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность агрегата и уменьшить количество вредных выбросов оксидов азота и серы в атмосферу. 1 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно к области комплексных энергетических установок, позволяющих получать одновременно теплоту, холод, например в виде кристаллической углекислоты, электроэнергию, и может быть использовано в сельском хозяйстве, химической и нефтедобывающей отраслях народного хозяйства.

Известны энергетические установки для производства тепла и твердой двуокиси углерода, содержащие газовый контур, в котором последовательно установлены генератор продуктов сгорания, включающий компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, экономайзер, влагоотделитель, регенератор, турбодетандер, установленный на одном валу с турбонагнетателем, отделитель твердой двуокиси углерода и теплообменник [1].

Недостатком данной установки является низкая эксплуатационная надежность вследствие возможности срыва работы установки из-за возникновения помпажа в турбонагнетателе и повышения давления газа на выходе из газовой турбины.

Наиболее близкой по технической сущности является энергетическая установка для производства тепла и твердой двуокиси углерода [2]. Данная установка содержит газовый контур, в котором последовательно установленны генератор продуктов сгорания, включающий компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, экономайзер, влагоотделитель, регенератор, турбодетандер, установленный на одном валу с турбонагнетателем, отделитель твердой двуокиси углерода и теплообменник, причем выходы теплообменника и экономайзера соединены трубопроводом, снабженным регулирующим органом, а на выходах турбонагнетателя и экономайзера установлены противопомпажные клапаны.

Недостатки данной установки.

1. Низкая эксплуатационная надежность теплообменных аппаратов, работающих при температурах, близких к точке росы, что обусловлено коррозией теплообменной поверхности под действием слабых растворов кислот, образующихся в установке.

2. Наличие в выхлопных газах большого количества вредных для здоровья оксидов азота и серы, образующихся при сгорании топлива.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности агрегата и уменьшение вредных выбросов оксидов азота и серы в атмосферу.

Поставленная задача решена за счет того, что теплохладоэнергетический агрегат, содержащий газовый контур, в котором последовательно установлены генератор продуктов сгорания, включающий компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, экономайзер, влагоотделитель, регенератор, турбодетандер, установленный на одном валу с турбонагнетателем, отделитель твердой двуокиси углерода и теплообменник, причем выходы теплообменника и экономайзера соединены трубопроводом, снабженным регулирующим органом, а на выходах турбонагнетателя и экономайзера установлены противопомпажные клапаны, дополнительно снабжен камерой с распылительной форсункой, водяным насосом, подготовительной камерой аммиачного раствора, эжектором, причем эжектор и подготовительная камера аммиачного раствора соединены трубопроводом, снабженным регулирующими вентилями.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен предлагаемый теплохладоэнергетический агрегат.

Теплохладоэнергетический агрегат содержит газовый контур, в котором последовательно установлены генератор продуктов сгорания, включающий компрессор 1, камеру сгорания 2, газовую турбину 3, первую ступень экономайзера 4, камеру с распылительной форсункой 5, вторую ступень экономайзера 6, влагоотделитель 7, регенератор 8, турбодетандер 9, установленный на одном валу с турбонагнетателем 10, отделитель твердой двуокиси углерода 11, теплообменник 12, подготовительная камера аммиачного раствора 13, водяной насос 14, эжектор 15, трубопровод 16, снабженный регулирующим органом 17 и противопомпажными клапанами 18 и 19, трубопровод 20, снабженный регулирующими вентилями 21 и 22.

Теплохладоэнергетический агрегат работает следующим образом. Турбонагнетатель 10 сжимает атмосферный воздух и подает его через теплообменник 12 в компрессор 1, где происходит дальнейшее повышение давления. Затем сжатый воздух поступает в камеру сгорания 2, куда также подается газовое или жидкое топливо. Образующиеся продукты сгорания топлива расширяются в газовой турбине 3, расположенной на одном валу с компрессором 2. Горячие продукты сгорания топлива охлаждаются в первой ступени экономайзера 4 до температуры выше точки росы. Это позволяет изготовлять первую ступень экономайзера 4 из материалов не стойких к коррозии и, следовательно, недорогих. Далее газовоздушная смесь поступает в камеру с распылительной форсункой 5. Сюда же подается водяным насосом 14 слабый водяной раствор аммиака, образующийся в подготовительной камере аммиачного раствора 13, за счет взаимодействия разбрызгиваемой в ней воды с парами аммиака, поступающими с воздухом. Газовоздушная смесь с капельным водным раствором аммиака поступает во вторую ступень экономайзера 6, где происходит ее дальнейшее охлаждение до температуры ниже точки росы. Образующиеся после камеры сгорания 2 слабые растворы кислот взаимодействуют с раствором аммиака, подаваемого из подготовительной камеры 13, нейтрализуются, образуя раствор солей, улавливаемый во влагоотделителе 7.

Осушенные продукты сгорания, охлажденные в регенераторе 8, понижают свое давление и охлаждаются до температуры сублимации двуокиси углерода в детандере 9. Вырабатываемая при этом механическая энергия используется для привода, расположенного на одном валу с турбодетандером 9 турбонагнетателя 10. Выделившаяся из газового потока в результате охлаждения двуокись углерода отделяется в отделителе 11, а газовый поток, нагреваясь в регенераторе 8, поступает в эжектор 15. В эжекторе 15 происходит смешение выхлопных газов, содержащих остатки не прореагировавших ранее оксидов азота и серы с влажным воздухом, содержащим большое количество паров аммиака, поступающим из подготовительной камеры 13. Это позволяет проводить дальнейшую нейтрализацию выхлопных газов, уменьшить их концентрацию, уменьшая при этом количество аммиака, выбрасываемого в атмосферу, улучшая экологическую обстановку в районе крупных животноводческих комплексов или химических производств, а также компенсировать потери давления в цикле после турбодетандера 9, создавая благоприятные условия для использования более эффективных отделителей твердой двуокиси углерода, но обладающих большим гидравлическим сопротивлением (например, рукавных фильтров).

Для надежного пуска установки она снабжена перепускным трубопроводом 16, снабженным регулирующим органом 17 и противопомпажными клапанами 18 и 19.

Для регулирования расхода воздуха, поступающего в подготовительную камеру аммиачного раствора 13 и эжектор 15, предусмотрен трубопровод 20 с регулирующими вентилями 21 и 22.

Преимущества заявленного изобретения состоят в повышении надежности агрегата за счет расширения срока службы теплообменных поверхностей экономайзера. Данный эффект достигается за счет снабжения теплохладоэнергетического агрегата элементами, позволяющими нейтрализовать слабые растворы кислот и оксиды азота и серы, образующиеся в агрегате, влажными парами аммиака, поступающими с воздухом. При этом уменьшается количество выбрасываемого в атмосферу аммиака, а образующиеся в результате реакции соли, являются минеральными удобрениями и могут быть использованы по назначению.

Источники 1. А.с. N 706549 СССР, МКИ³ F 01 K 25/00. Комплексная парогазовая установка. В. И. Гриценко, А.Н. Ложкин (СССР)-2334314/26-06; заяв. 26.06.78; опубл. 30.12.79, БИ N 48.

2. А.с. N 918727 СССР, МКИ³ F 25 B 29/00; F 25 B 11/00; F 01K 25/10. Энергетическая установка для производства тепла и твердой двуокиси углерода. В. И. Гриценко, Ю.Д. Терентьев, А.В. Приходченко и др. (СССР) - 2961413/23-06; заяв. 24.07.80; БИ N 13.

Формула изобретения

Теплоэнергетический агрегат, содержащий газовый контур, в котором последовательно установлены генератор продуктов сгорания, включающий компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, экономайзер, влагоотделитель, регенератор, турбодетандер, установленный на одном валу с турбонагнетателем, отделитель твердой двуокиси углерода и теплообменник, причем выходы теплообменника и экономайзера соединены трубопроводом, снабженным регулирующим органом, а на выходах турбонагнетателя и экономайзера установлены противопомпажные клапаны, отличающийся тем, что агрегат дополнительно снабжен камерой с распылительной форсункой, водяным насосом, подготовительной камерой аммиачного раствора, эжектором, причем эжектор и подготовительная камера аммиачного раствора соединены трубопроводом, снабженным регулирующими вентилями.

РИСУНКИ

Рисунок 1