Способ повышения электрического кпд микротурбинной установки


 


Владельцы патента RU 2544900:

Суворов Валентин Степанович (RU)

Способ повышения КПД выработки электрической энергии микротурбинной парогазовой установки заключается в том, что компрессором сжимают воздух и подают в зону горения камеры сгорания. В камеру сгорания одновременно подают горючее, смешивают со сжатым воздухом и полученную топливную смесь сжигают. Полученные продукты сгорания смешивают в смесительной камере с водяным паром, получая парогазовую смесь. Парогазовую смесь направляют в турбину, где её энергию преобразуют в механическую энергию вращения ротора турбины. Отработавшая парогазовая смесь подается в рекуператор, где тепловая энергия передается встречному потоку воды, преобразуя его в пар. Пар, полученный в рекуператоре, подается к наружным стенкам камеры сгорания, обеспечивая дополнительный нагрев пара и охлаждение стенок камеры. Далее пар поступает в смесительную камеру, обеспечивая возврат значительной части тепловой энергии от стенок камеры сгорания в рабочий цикл. Достигаются повышение КПД и снижение температурной нагрузки на элементы установки. 1 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к микротурбинным энергетическим установкам и может быть использовано для генерации электрической энергии.

Известна микротурбинная установка Capstone C30, разработанная и производимая Capstone Turbine Corporation (www.bpcenergy.ru/capstone/1256/), имеющая компрессор, турбину, электрический генератор, выполненные на одном валу, рекуператор, камеру сгорания, которая работает следующим образом,: воздух проходит через электрический генератор и поступает в компрессор. Компрессор, сжимая воздух, подает его сжатым и от того подогретым в рекуператор, куда во встречном направлении подаются отработавшие, но еще горячие продукты сгорания. В рекуператоре происходит теплообмен, сжатый воздух подогревается и подается в камеру сгорания. В камере сгорания происходит горение обедненной смеси, смесь обедняется для снижения температуры в камере сгорания и уменьшения температурной нагрузки на детали микротурбинной установки. Из камеры сгорания продукты горения истекают на лопатки турбины. После совершения работы по раскручиванию турбины, компрессора и электрического генератора продукты сгорания направляются в рекуператор. Пройдя через рекуператор, продукты сгорания выбрасываются в атмосферу.

Недостатком данной микротурбинной установки является невысокий кпд выработки электрической энергии (не более 33%). При выработке микротурбинной установкой электрической энергии значительная часть тепловой энергии не возвращается в рабочий цикл, что и является причиной низкого КПД.

Известна энергетическая установка с газотурбинным блоком (патент РФ №2411368 C2, МПК F01K 21/04), включающим сжатие воздуха в компрессоре, подвод и сжигание топлива в камере сгорания, ввод пара в проточную часть газотурбинного блока, образование парогазовой смеси, расширение ее в турбине для преобразования тепловой энергии в механическую, охлаждение парогазовой смеси в теплообменном устройстве, дополнительное охлаждение и конденсацию влаги парогазовой смеси во втором теплообменном устройстве, вывод оставшейся охлажденной парогазовой смеси в атмосферу.

Недостатком данной энергетической установки является то, что тепловая энергия наиболее нагретой части конструкции, стенок камеры сгорания не возвращается в рабочий цикл энергетической установки

Задачей изобретения является повышение КПД выработки электрической энергии микротурбинной установкой за счет наиболее полного использования тепловой энергии, образующейся при сгорании топлива.

Поставленная задача решается тем, что компрессором сжимают воздух и подают в камеру сгорания, в которую одновременно подают горючее, смешивают со сжатым воздухом и полученную топливную смесь сжигают, продукты сгорания смешивают в смесительной камере с паром, получая парогазовую смесь, которую затем направляют в турбину, в которой энергию потока парогазовой смеси преобразуют в механическую энергию вращения ротора турбины, отработавшая парогазовая смесь поступает в рекуператор, туда же в рекуператор подают воду из емкости, парогазовой смесью нагревают воду, происходит ее испарение и образовавшийся пар подают в смесительную камеру, в которой он смешивается с продуктами горения, поступающими из камеры сгорания, и далее поступает на турбину. Способ повышения электрического кпд микротурбинной установки отличается от известной установки тем, что пар из рекуператора поступает к наружной стенке камеры сгорания, где происходит дополнительный подогрев пара и охлаждение стенок камеры сгорания, далее пар подается в смесительную камеру.

Таким образом, пар снимает значительную часть тепловой энергии со стенок камеры сгорания и возвращает ее в рабочий цикл микротурбинной установки, следствием чего является повышение кпд выработки электрической энергии.

Сущность изобретения поясняется фиг.1.

Микротурбинная установка состоит из генератора 1, центробежного компрессора 2, камеры сгорания с рубашкой охлаждения 3, смесительной камеры 4, турбины 5, рекуператора 6, емкости для воды 7, водяного насоса 8.

Работа микротурбинной установки происходит следующим образом: воздух проходит через электрический генератор 1 и поступает в компрессор 2, компрессор 2 сжимает воздух и закачивает его в камеру сгорания 3, туда же закачивается горючее, в ней смешиваются топливо и сжатый воздух и происходит сгорание топливной смеси. Продукты сгорания, проходя через смесительную камеру 4, истекают на лопатки турбины 6, совершая работу по раскручиванию турбины, компрессора и электрического генератора. Отработавшие, но еще горячие продукты сгорания подаются в рекуператор 6, туда же насосом 8 подается холодная вода под давлением, равным давлению в камере сгорания. В рекуператоре горячие продукты сгорания разогревают воду до испарения, и пар, образовавшийся в верхней части рекуператора 6, подается к стенкам камеры сгорания 3, при этом происходят охлаждение стенок камеры сгорания 3 и дальнейший подогрев пара, после чего пар и продукты горения смешиваются в смесительной камере 4, где происходит усреднение температуры продуктов горения и пара. Из смесительной камеры 4 парогазовая смесь, расширяясь, подается на лопатки турбины, совершая работу по раскручиванию турбины, компрессора и генератора, после чего парогазовая смесь подается в рекуператор, и далее цикл повторяется.

Таким образом, происходит наиболее полное использование тепловой энергии от сгорания топлива и снижение температурной нагрузки на элементы микротурбинной установки.

Способ повышения электрического КПД парогазовой микротурбинной установки, заключающийся в том, что компрессором сжимают воздух и подают в зону горения камеры сгорания, в которую одновременно подают горючее, смешивают со сжатым воздухом и полученную топливную смесь сжигают, продукты сгорания смешивают в смесительной камере с водяным паром, получая на выходе парогазовую смесь, затем направляют в турбину, в которой энергию потока парогазовой смеси преобразуют в механическую энергию вращения ротора турбины, а отработавшая парогазовая смесь подается в рекуператор, где тепловая энергия передается встречному потоку воды, преобразуя его в пар, вводимый в камеру смешения, отличающийся тем, что пар, полученный в рекуператоре, подается к наружным стенкам камеры сгорания, обеспечивая дополнительный нагрев пара и охлаждение стенок камеры, далее поступает в смесительную камеру, обеспечивая возврат значительной части тепловой энергии от стенок камеры сгорания в рабочий цикл.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Парогазовая установка содержит газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева экономайзера, испарителя и пароперегревателя, который паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления.

Изобретение относится к энергетике. Энергетическая установка, включающая парогазовую установку, может применяться для надстройки паротурбинных энергоблоков, причем надстраивают парогазовой установкой с приводом компрессора от конденсационной паровой турбины с суперсверхкритическими начальными параметрами пара.

Изобретение относится к энергетике. Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором, содержащая компрессор, высоконапорный парогенератор, газовую турбину, котел-утилизатор, вакуумный деаэратор, конденсационную паровую турбину, противодавленческую паровую турбину, электрогенератор.

Парогазотурбинная установка состоит из входного устройства, компрессора, камеры сгорания, камеры смешения, турбины привода компрессора, выходного устройства, теплообменника-испарителя, теплообменника-нагревателя, расположенного за теплообменником-испарителем, паровой турбины, теплообменника-конденсатора.

Парогазовая установка (ПГУ) относится к области энергетики. Установка имеет два рабочих контура: парогазовый, представляющий собой газотурбинную установку (ГТУ), и паровой, включающий в себя теплообменник-конденсатор, установленный во входном канале ГТУ, теплообменник-нагреватель, установленный в выходном канале ГТУ, паровую турбину и насос высокого давления, которые закольцованы. Рабочим телом ГТУ является смесь воздуха и водяного пара, которая образуется в результате испарения воды в теплообменнике-конденсаторе.

Изобретение относится к энергетике. Энергетическая установка содержит парогазовую турбину, компрессор, камеру сгорания топлива.

Изобретение относится к энергетике. Энергетическая установка содержит парогазовую турбину, компрессор, камеру сгорания топлива.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для выработки электроэнергии на электростанциях и автономно на различных предприятиях. .

Изобретение относится к теплоэнергетике. .

Изобретение относится к двигателестроению, Камерно-инжекторно-турбинный двигатель содержит сообщенные между собой посредством вала турбину и компрессор с электрогенератором, камеры сгорания, системы управления, охлаждения и зажигания.

Изобретение относится к способу регулируемой регенерации энергии реакции окисления, при которой образуется газовый поток, каковую реакцию осуществляют в реакторе окисления непрерывного действия, в который подают газообразный окислитель. Способ включает: (a) нагревание газового потока до температуры по меньшей мере 800°C; (b) направление газового потока на ступень турбины внутреннего сгорания с открытым циклом, в которой имеется турбинное колесо, соединенное с компрессором, каковой компрессор сжимает газообразный окислитель, подаваемый в реактор; (c) регулирование давления на ступени турбины; (d) поддержание давления на ступени турбины в диапазоне больше минимальной величины, соответствующей энергетической потребности компрессора на сжатие газообразного окислителя, подаваемого в реактор окисления, и меньше максимальной величины, определяемой пределами газовой турбины по мощности или давлению, путем добавления газа в газовый поток; (e) обеспечение расширительного устройства или вспомогательного компрессора после компрессора газовой турбины по технологическому потоку на входе газообразного окислителя в реактор окисления. Также изобретение относится к способу окисления прекурсора с получением ароматической карбоновой кислоты или ее сложного эфира. Использование настоящего изобретения позволяет турбине эффективно функционировать. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ работы парогазовой энергетической установки, при котором охлаждение расширенного рабочего тела, после выработки пара, производят в теплофикационном теплообменнике, а конденсацию его паровой составляющей осуществляют в контактном охладителе-конденсаторе за счет впрыска охлаждающей воды; меньшую часть выработанного пара расширяют в паровой турбине до давления, превышающего давление сжатого воздуха в камере сгорания, а его большую часть до давления, превышающего давление в камере дожигания; тепловую энергию сжатого осушенного рабочего тела утилизируют для подогрева части водного конденсата, используемого для генерирования пара. Также представлена парогазовая энергетическая установка для осуществления способа. Изобретение позволяет повысить удельную мощность и термодинамическую эффективность парогазовой энергетической установки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам, преобразующим тепловую энергию в механическую, а более конкретно к тепловому приводу, обеспечивающему утилизацию тепла отводящих газов котельной и использование их энергии для привода, например конвейера удаления шлама. Тепловой привод содержит последовательно расположенные в парожидкостном тракте испаритель, заполненный кипящей жидкостью, парожидкостный патрубок, тепловую трубу, гидрорукав, гидродвигатель и холодильник. Холодильник совмещен с гидростатическим гидроаккумулятором, где последний расположен над тепловой трубой и парожидкостным патрубком, соосно с ним и отделен от него перегородкой, имеющей сквозное отверстие с клапаном, выполненным в виде подвижного золотника, расположенного на штоке, закрепленном к дну тепловой трубы, и снабженного свободно установленными и охватывающими золотник, поплавком и пружиной, размещенными между клапаном и буртом, которые связаны с золотником, а верхняя часть тепловой трубы сообщена с испарителем наклонно установленным патрубком, сечение которого значительно больше сечения проектируемого потока жидкости, поступающей самотеком от тепловой трубы в испаритель. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ работы парогазовой установки (ПГУ) обеспечивается путем выполнения догревающего теплообменника охлаждения парогазовой смеси на выходе из турбины высокого давления в виде двух последовательно расположенных теплообменников с соответствующим перераспределением потоков нагреваемой воды, из которой генерируется охлаждающий водяной пар. Способ работы ПГУ содержит систему организации парового замкнутого и открытого охлаждения горячих элементов проточной части газовой турбины. Способ работы ПГУ предусматривает также работу в теплофикационном режиме с одновременной выработкой электрической и тепловой энергии. Изобретение позволяет повысить эффективность работы установки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для использования на тепловых электростанциях. Парогазовая установка содержит газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева первого экономайзера, испарителя и пароперегревателя, который паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления. Первый рекуператор паропроводом связан с конденсатором-испарителем, который водопроводом через первый насос связан с первым экономайзером котла-утилизатора, который снабжен газоходом для отвода газов в дымовую трубу. Паровая турбина низкого давления одним паропроводом через первый рекуператор связана с конденсатором-испарителем, а другим через второй рекуператор связана с конденсатором, который через второй насос водопроводом связан со вторым рекуператором. В котел-утилизатор дополнительно встроены поверхности нагрева промежуточного пароперегревателя и второго экономайзера. Паровая турбина высокого давления через промежуточный пароперегреватель паропроводом связана с паровой турбиной среднего давления, которая паропроводом связана с первым рекуператором. Второй экономайзер водопроводами связан с конденсатором-испарителем и через третий насос с регенеративным подогревателем, который паропроводом связан с отбором паровой турбины низкого давления, а водопроводом связан со вторым рекуператором. Паровые турбины высокого, среднего и низкого давления через общий вал связаны с электрическим генератором. Изобретение позволяет обеспечить повышение надежности и безопасности работы парогазовой установки, увеличение кпд производства электроэнергии, снижение затрат в установку. 1 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для использования на тепловых электростанциях. Парогазовая установка содержит газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, который снабжен газоходом для отвода газов в дымовую трубу. В котел-утилизатор встроены связанные между собой поверхности нагрева экономайзера, испарителя и пароперегревателя, который паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления. Первый рекуператор паропроводом связан с конденсатором-испарителем, который водопроводом связан с первым насосом. Паровая турбина низкого давления одним паропроводом через первый рекуператор связана с конденсатором-испарителем, а другим - через второй рекуператор связана с конденсатором, который через второй насос водопроводом связан со вторым рекуператором. В котел-утилизатор дополнительно встроены поверхности нагрева промежуточного пароперегревателя. Паровая турбина высокого давления через промежуточный пароперегреватель паропроводом связана с паровой турбиной среднего давления, которая паропроводом связана с первым рекуператором. Охладитель-подогреватель водопроводами связан с первым насосом и экономайзером котла-утилизатора и трубопроводами - с конденсатором-испарителем и со вторым рекуператором. Паровые турбины высокого, среднего и низкого давления через общий вал связаны с электрическим генератором. Изобретение позволяет увеличить мощность и КПД парогазовой установки, повысить надежность и безопасность ее работы, а также снизить затраты в установку. 1 ил.

Способ эксплуатации газотурбинной комбинированной теплоэлектростанции, содержащей компрессорную установку и турбинную установку, заключается в том, что полезную работу отбирает по меньшей мере одно устройство, имеющееся в станции, при котором производят топочные газы камерой сгорания, установленной перед турбинной установкой. Воду и/или пар впрыскивают путем теплообмена с потоком горячего газа после турбинной установки и/или в канале компрессора. Воду и/или пар направляют в газовый поток перед камерой сгорания и/или в камеру сгорания в таких количествах, чтобы по меньшей мере 80% кислорода, содержащегося в воздухе в данном потоке, потреблялось при сгорании в камере сгорания. Теплоноситель, используемый в нагревательном устройстве, нагревают теплотой, отобранной конденсатором топочного газа, расположенным в потоке топочного газа после турбинной установки. Поток топливного газа после турбинной установки дополняют топочными газами из дополнительной камеры сгорания. Кислород для сгорания для этой дополнительной камеры сгорания подают из увлажнителя входного воздуха. Воду и теплоту отбирают из потока топочного газа после конденсатора топочного газа с помощью дополнительного конденсатора, в результате чего поток топочного газа дополнительно осушают, а воду и теплоту, отобранную из этого потока, направляют в воздух, поступающий в компрессорную установку, посредством увлажнителя входного воздуха. Изобретение направлено на повышение эффективности эксплуатации газотурбинной комбинированной теплоэлектростанции. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к области двигателестроения, конкретно касается парогазовых турбинных двигателей. В способе работы парогазового турбинного двигателя, заключающемся в том, что образуют парогазовую смесь - рабочее парогазообразное тело, которое направляют в турбину, в которой энергию потока парогазовой смеси преобразуют в механическую энергию вращения ротора турбины, дополнительно осуществляют циклическое образование топливовоздушной смеси в цилиндре с последующим ее сжатием и воспламенением в камере сгорания, осуществляют полное сгорание топливовоздушной смеси в дополнительной камере сгорания с образованием парогазовой смеси, а ротор турбины используют в качестве привода. Парогазовый турбинный двигатель содержит электродвигатель (1), кривошипно-шатунный механизм (2), цилиндр (3), форсунку для подачи топлива (4), впускной клапан (5), выпускной клапан (6), камеру сгорания (7), свечу зажигания (8), перепускной клапан (9), форсунку для подачи воды (10), дополнительную камеру сгорания (11), калиброванное сопло (12), турбину (13) и поршень (14). Технический результат заключается в снижении расхода топлива за счет организации циклического воспламенения сжатой топливовоздушной смеси и осуществлении ее полного сгорания в дополнительной камере сгорания. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх