RU2511116C1 - Method of light-duty power aggregate operation, eg with associated petroleum gas, and power aggregate for method implementation - Google Patents

Method of light-duty power aggregate operation, eg with associated petroleum gas, and power aggregate for method implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2511116C1
RU2511116C1 RU2012150906/03A RU2012150906A RU2511116C1 RU 2511116 C1 RU2511116 C1 RU 2511116C1 RU 2012150906/03 A RU2012150906/03 A RU 2012150906/03A RU 2012150906 A RU2012150906 A RU 2012150906A RU 2511116 C1 RU2511116 C1 RU 2511116C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermostat
channels
heat
turbine
massive
Prior art date
Application number
RU2012150906/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Энгель Рафикович Галимов
Юлия Ринатовна Давлетшина
Татьяна Александровна Ильинкова
Мухаббат Шарифовна Гарифуллина
Герман Викторович Демидов
Леонард Шамсиевич Хаиров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Герман Викторович Демидов
Леонард Шамсиевич Хаиров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ), Герман Викторович Демидов, Леонард Шамсиевич Хаиров filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2012150906/03A priority Critical patent/RU2511116C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2511116C1 publication Critical patent/RU2511116C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.SUBSTANCE: method involves air feed, compression, associated gas feed to a power aggregate, air and gas mixing and combustion in power aggregate resulting in obtaining heated working medium, where combustion is performed in cycles in some of multiple tunnel channels using detailed thermal equilibrium by heat transfer in thermostat from the low-pressure working medium to a wall, from the wall to high-pressure compressed air, with further transformation of working medium energy into useful load, and discharge of the working medium into air. Power aggregate includes compressor 1, turbine 2, electric generator 3, combustion chamber, air supply 18 and fuel supply 19 elements. Also it includes thermostat device 4 with multiple tunnel channels 6 in massive body, with some channels at rear end 10 connected to compressor 1 output and the other channels connected respectively to air via internal cavity of exhaust pipe 14, some channels at the front end 9 of massive thermostat body connected to turbine input 2 and the other channels connected respectively to turbine output, while turbine 2 output is connected also to fuel feed elements 19 and to internal cavities of burners 12 forming combustion chamber with multichannel cavities of the thermostat device. Aggregate includes additional drive 17 connected to the thermostat device to provide it with at least one-axis motion. Thermostat device 4 can be made of heat-resistant high-temperature ceramics.EFFECT: enhanced efficiency of power aggregate operation due to increased thermal efficiency along with reduced hazardous exhaust.2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии, полученной при утилизации топлив в факелах путем сжигания жидких, газообразных отходов лесной и сельскохозяйственной промышленности, биогаза, продуктов переработки бытовых отходов, продуктов подземной или промышленной газификации твердых топлив, отходов нефтедобычи и нефтепереработки.The invention relates to the field of energy and can be used to generate electricity obtained from the utilization of fuel in flares by burning liquid, gaseous waste from the forest and agricultural industries, biogas, household waste products, underground or industrial gasification of solid fuels, oil and petroleum waste.

Роль энергетических установок малой мощности (от десятков киловатт до нескольких мегаватт) в общей структуре энергетики все возрастает в связи с огромной нагрузкой, например, процесса утилизации попутного нефтяного газа нефтяной отрасли на экосистему.The role of small-scale power plants (from tens of kilowatts to several megawatts) in the overall energy structure is growing due to the huge load, for example, the process of utilization of associated petroleum gas from the oil industry on the ecosystem.

Принципиально в теплоэнергетических установках могут быть применены различные типы агрегатов: двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины или их комбинации.In principle, various types of units can be used in thermal power plants: internal combustion engines, steam and gas turbines, or combinations thereof.

Одним из видов топлива может быть неочищенный попутный нефтяной газ или очищенный природный газ. Природный газ, который поступает из нефтяных скважин, обычно существует в составе с другими углеводородами, такими как этан, пропан, бутан и пентан. Кроме того, сырой природный газ содержит водяные пары, сероводород (H2S), углекислый газ, азот и другие компоненты. Попутный нефтяной газ, содержащий такие примеси, сложно транспортировать, а также трудно использовать без дополнительной очистки после его получения в процессе добычи нефти.One type of fuel may be crude petroleum gas or purified natural gas. Natural gas, which comes from oil wells, usually exists in combination with other hydrocarbons, such as ethane, propane, butane and pentane. In addition, raw natural gas contains water vapor, hydrogen sulfide (H 2 S), carbon dioxide, nitrogen and other components. Associated petroleum gas containing such impurities is difficult to transport, and it is also difficult to use without additional purification after it is received in the process of oil production.

Проблема утилизации попутного нефтяного газа стоит перед всеми нефтяными компаниями. Для нефтяников транспортировка и переработка попутного нефтяного газа для дальнейшего применения нерентабельна, так как стоимость такого топлива будет выше рыночной. В настоящий момент попутный нефтяной газ в огромных количествах сжигается на факелах. Использование попутного нефтяного газа в энергетике позволит решить проблему теплового и энергетического снабжения нефтяных компаний. При добыче нефти существует практика использования попутного нефтяного газа для выработки электроэнергии для промысловых нужд.The problem of associated petroleum gas utilization is facing all oil companies. For oil workers, the transportation and processing of associated petroleum gas for further use is unprofitable, since the cost of such fuel will be higher than the market price. At the moment, associated petroleum gas in large quantities is flared. The use of associated petroleum gas in the energy sector will solve the problem of heat and energy supply to oil companies. In oil production, there is a practice of using associated petroleum gas to generate electricity for field needs.

Известен «Способ отвода сопутствующего горючего газа от нефтяной скважины и устройство для отвода сопутствующего горючего газа от нефтяной скважины» (Патент RU №2376458, опубл. 20.12.2009, МПК Е21В 43/00, H01M 8/00), по которому сопутствующий горючий газ проходит предварительную подготовку (фильтрацию, сепарацию, осушку) и направляется в двигатель внутреннего сгорания.The well-known "Method for the removal of associated combustible gas from an oil well and a device for the removal of associated combustible gas from an oil well" (Patent RU No. 2376458, publ. 12/20/2009, IPC Е21В 43/00, H01M 8/00), according to which the associated combustible gas passes preliminary preparation (filtration, separation, drying) and is sent to the internal combustion engine.

Недостатком такого технического решения является сложность проведения предварительной подготовки попутного горючего газа, заключающаяся в фильтрации, сепарации, осушки, что ведет к усложнению конструкции установки и требует квалифицированного обслуживания газопоршневой электростанции.The disadvantage of this technical solution is the complexity of the preliminary preparation of associated flammable gas, which consists in filtering, separation, drying, which leads to the complexity of the design of the installation and requires qualified maintenance of a gas piston power plant.

Известна «Факельная энергетическая установка на попутном газе» (Патент RU №2180720, опубл. 20.03.2002, МПК F23D 14/62, F22B 33/18), реализующая утилизацию попутного нефтяного газа, подачей воздуха и попутного нефтяного газа в факельную энергетическую установку, их смешение и сжигание в ней с получением нагретого рабочего тела, включающая газовый коллектор, коллекторы водяной и паровой, цистерну питательной воды, систему подачи воды, привод в виде паровой турбины, электрогенератор.The well-known "Flare power plant using associated gas" (Patent RU No. 2180720, publ. March 20, 2002, IPC F23D 14/62, F22B 33/18), which utilizes associated petroleum gas by supplying air and associated petroleum gas to the flare power plant, mixing and burning them into a heated working fluid, including a gas collector, water and steam collectors, a feed water tank, a water supply system, a drive in the form of a steam turbine, an electric generator.

Недостатком известной факельной энергетической установки является сложность ее эксплуатации непосредственно на месторождении из-за удаленности от источника расходуемого компонента рабочего тела в виде питательной воды, необходимости привоза и подготовки питательной воды перед подачей в коллектор, постоянного присутствия персонала повышенной квалификации, что ведет к дополнительным затратам.A disadvantage of the known flare power plant is the difficulty of its operation directly at the field due to the distance from the source of the expendable component of the working fluid in the form of feed water, the need to bring and prepare feed water before being fed to the collector, the constant presence of highly qualified personnel, which leads to additional costs.

Наиболее близким по технической сущности и взятому в качестве прототипа является «Способ утилизации попутного нефтяного газа и энергетическая машина для его осуществления» (Патент RU №2447363, опубл. 10.04.2012, МПК F23G 5/00), заключающийся в подаче воздуха и подаче попутного нефтяного газа в энергетическую машину, их смешение и сжигание в ней с получением нагретого рабочего тела, преобразование энергии рабочего тела в полезную работу и удаление рабочего тела в атмосферу. Энергетическая машина содержит корпус, лопаточную машину, соединенную с агрегатом полезной нагрузки, камеру сгорания и элементы подвода атмосферного воздуха, попутного нефтяного газа. Корпус выполнен в виде вытяжной трубы, вход которой герметично соединен с корпусом струйного насоса. Выход вытяжной трубы сообщен с атмосферой. На выходе вытяжной трубы установлена, по меньшей мере, одна лопаточная машина.The closest in technical essence and taken as a prototype is the "Method for the utilization of associated petroleum gas and an energy machine for its implementation" (Patent RU No. 2447363, publ. 10.04.2012, IPC F23G 5/00), which consists in supplying air and supplying associated gas oil gas into an energy machine, their mixing and burning in it to produce a heated working fluid, the conversion of the working fluid energy into useful work and the removal of the working fluid into the atmosphere. An energy machine comprises a housing, a blade machine connected to a payload aggregate, a combustion chamber, and elements for supplying atmospheric air and associated petroleum gas. The housing is made in the form of an exhaust pipe, the inlet of which is hermetically connected to the housing of the jet pump. The chimney outlet is connected to the atmosphere. At least one scapular machine is installed at the outlet of the chimney.

Недостатком известного «Способа утилизации попутного нефтяного газа и энергетической машины для его осуществления» является низкая эффективность преобразования теплоты в электрическую энергию при утилизации попутного нефтяного газа, из-за низкого значения термического коэффициента полезного действия тепловой машины, работающей при низких значениях давления рабочего тела, реализующей цикл Карно.The disadvantage of the known "Method for the utilization of associated petroleum gas and an energy machine for its implementation" is the low efficiency of converting heat into electrical energy when disposing of associated petroleum gas, due to the low thermal efficiency of a heat engine operating at low pressure of the working fluid, which implements Carnot cycle.

Решаемой задачей изобретения является повышение эффективности способа работы энергетической установки малой мощности, например, на попутном нефтяном газе, путем увеличения термического коэффициента полезного действия с одновременным уменьшением вредных выбросов.The solved problem of the invention is to increase the efficiency of the method of operation of a low-power power plant, for example, associated petroleum gas, by increasing the thermal efficiency while reducing harmful emissions.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности преобразования механической теплоты в электрическую энергию при утилизации топлива путем сжигания его в факелах без дополнительной очистки при минимальной квалификации обслуживающего персонала.The technical result, which the invention is directed to, is to increase the efficiency of converting mechanical heat into electrical energy during fuel utilization by burning it in flares without additional purification with minimal qualification of maintenance personnel.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе работы энергетической установки малой мощности, например, на попутном нефтяном газе, включающем подачу воздуха, сжатие его, подачу топлива в энергетическую установку, их смешение и сжигание в ней с получением нагретого рабочего тела, затем преобразование энергии рабочего тела в полезную нагрузку, удаление рабочего тела в атмосферу, отличающемся тем, что сжигание производят циклически в ограниченном объеме устройства типа термостат, выполненного из жаростойкого и жаропрочного высокотемпературного материала, например керамики, в виде массивного тела ротора с множеством удлиненной формы туннельных каналов и передают тепловую и лучистую энергию через туннельные каналы ротора массивной стенке термостата, причем нагревают ее до температуры, обеспечивающей жаропрочность материала стенки устройства типа термостат, вплоть до предела ползучести, не достигая усталостных термических напряжений при длительном тепловом воздействии, используя принцип детального равновесия, при котором обеспечивают постоянную температуру ротора устройства термостат, передавая теплоту в термостате от рабочего тела при низком давлении массивной стенке термостата, с последующим освобождением туннельных каналов и удалением рабочего тела в атмосферу из этого ограниченного объема устройства типа термостат для последующего заполнения его предварительно сжатым воздухом, который нагревают в части множества туннельных каналах ротора путем теплообмена с массивной стенкой устройства и направляют его на вход турбины для расширения и преобразования теплоты от механической энергии соответственно в электрическую энергию, а остаточную теплоту после расширения в турбине увеличивают, направляя ее в этот ограниченный объем устройства типа термостат, путем подачи и смешения новой порции попутного нефтяного газа низкого давления и сжигания, завершая цикл в устройстве типа термостат, который имеет, по меньшей мере, одну степень свободы движения.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method of operation of a low-power power plant, for example, associated petroleum gas, including air supply, its compression, fuel supply to a power plant, their mixing and burning in it to produce a heated working fluid, then energy conversion working fluid into the payload, removing the working fluid into the atmosphere, characterized in that the combustion is carried out cyclically in a limited volume of a thermostat type device made of heat-resistant and heat-resistant of high-temperature material, such as ceramics, in the form of a massive rotor body with many elongated tunnel channels and transfer heat and radiant energy through the tunnel channels of the rotor to the massive thermostat wall, and heat it to a temperature that ensures the heat resistance of the material of the thermostat-type wall material, up to the creep limit without reaching fatigue thermal stresses during prolonged heat exposure, using the principle of detailed equilibrium, in which a constant the temperature of the rotor of a thermostat device, transferring heat in the thermostat from the working fluid at low pressure to the massive wall of the thermostat, followed by the release of tunnel channels and the removal of the working fluid into the atmosphere from this limited volume of a thermostat-type device for its subsequent filling with pre-compressed air, which is heated in parts of the set the tunnel channels of the rotor by heat exchange with the massive wall of the device and direct it to the turbine inlet to expand and convert heat from the mechanical energy, respectively, into electrical energy, and the residual heat after expansion in the turbine is increased by directing it to this limited volume of a thermostat-type device by feeding and mixing a new portion of associated low-pressure petroleum gas and burning, completing the cycle in a thermostat-type device, which has, at least one degree of freedom of movement.

Технический результат достигается тем, что в энергетической установке для осуществления способа работы, содержащей корпус, компрессор в качестве лопастной машины, турбину, электрогенератор, камеру сгорания, элементы подвода атмосферного воздуха и топлива, вытяжную трубу, отличающейся тем, что она снабжена устройством типа термостат, который выполнен в виде массивного тела удлиненной формы с множеством туннельных каналов в роторе, горелок и распределительной камеры, выполненной с возможностью сообщения внутренних полостей туннельных каналов с полостями горелок и внутренней полостью вытяжной трубы, и снабжена дополнительным приводом, который соединен с устройством типа термостат, выполненный из жаростойкого и жаропрочного высокотемпературного материала, например керамики, и с возможностью обеспечения ему, по меньшей мере, одной степени свободы движения, при этом на заднем торце массивного тела термостата одна часть каналов сообщена с выходом компрессора, а другая часть каналов соответственно сообщена с атмосферой через внутреннюю полость вытяжной трубы, на переднем торце массивного тела термостата, одна часть каналов сообщена с входом турбины, а другая часть каналов соответственно сообщена с выходом турбины, при этом выход турбины соединен также с элементами подвода топлива и внутренними полостями горелок, образуя камеру сгорания в виде многоканальной полости устройства типа термостат.The technical result is achieved in that in a power plant for implementing a method of operation comprising a housing, a compressor as a blade machine, a turbine, an electric generator, a combustion chamber, elements for supplying atmospheric air and fuel, an exhaust pipe, characterized in that it is equipped with a thermostat type device, which is made in the form of a massive body of an elongated shape with many tunnel channels in the rotor, burners and distribution chamber, configured to communicate the internal cavity of the tunnel of analogs with the cavity of the burner and the internal cavity of the exhaust pipe, and is equipped with an additional drive that is connected to a device such as a thermostat, made of heat-resistant and heat-resistant high-temperature material, such as ceramics, and with the possibility of providing it with at least one degree of freedom of movement, while at the rear end of the massive body of the thermostat, one part of the channels is connected to the compressor outlet, and the other part of the channels is respectively connected to the atmosphere through the internal cavity of the exhaust pipe, on the front at the end of the massive body of the thermostat, one part of the channels is connected to the turbine inlet, and the other part of the channels is respectively connected to the turbine outlet, while the turbine outlet is also connected to the fuel supply elements and the internal cavities of the burners, forming a combustion chamber in the form of a multi-channel cavity of a thermostat-type device.

Новым является:New is:

1. Повышение термического кпд;1. Increase in thermal efficiency;

2. Компактность установки;2. Compactness of installation;

3. Повышение полноты сгорания и снижение вредных выбросов в виде компонентов неполного сгорания;3. Increasing the completeness of combustion and reducing harmful emissions in the form of components of incomplete combustion;

4. Применение жаростойких, жаропрочных материалов ротора в разных вариантах: например, стальным без покрытия или с керамическим покрытием или из керамических материалов в целом, а также выполнение туннельных каналов, заполненных керамическими вставками, что позволяет получать более высокую степень нагрева (1200-1500°С) сжатого воздуха на входе в турбину.4. The use of heat-resistant, heat-resistant materials of the rotor in different versions: for example, steel without coating or with ceramic coating or ceramic materials in general, as well as the implementation of tunnel channels filled with ceramic inserts, which allows to obtain a higher degree of heating (1200-1500 ° C) compressed air at the entrance to the turbine.

Эта инновационная особенность позволяет применять предлагаемое изобретение для автономного энергоснабжения жилых домов, торговых центров, офисных сооружений, бассейнов, больниц, предприятий общественного питания.This innovative feature makes it possible to apply the proposed invention for autonomous power supply of residential buildings, shopping centers, office buildings, pools, hospitals, catering facilities.

Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи.To clarify the technical nature, consider the drawings.

На фиг.1 показана схематически энергетическая установка, где:Figure 1 shows schematically a power plant, where:

1 - компрессор;1 - compressor;

2 - турбина;2 - turbine;

3 - электрогенератор;3 - electric generator;

4 - корпус устройства типа термостат;4 - a thermostat-type device case;

5 - ротор устройства типа термостат;5 - a rotor of a thermostat type device;

6 - туннельные каналы устройства типа термостат;6 - tunnel channels of a thermostat type device;

7 - подшипниковый узел;7 - bearing assembly;

8 - опорный подшипниковый узел;8 - bearing bearing assembly;

9 - переднее днище устройства типа термостат;9 - the front bottom of a thermostat type device;

10 - заднее днище устройства типа термостат;10 - rear bottom of a thermostat type device;

11 - распределительная камера устройства типа термостат;11 - a distribution chamber of a thermostat type device;

12 - горелка;12 - burner;

13 - сборная камера устройства типа термостат;13 is a collection chamber of a thermostat-type device;

14 - вытяжная труба;14 - exhaust pipe;

15 - передний торец устройства типа термостат;15 - front end of the device type thermostat;

16 - задний торец устройства типа термостат;16 - the rear end of the device type thermostat;

17 - дополнительный привод в виде электродвигателя;17 - an additional drive in the form of an electric motor;

18 - элементы подвода атмосферного воздуха;18 - elements for supplying atmospheric air;

19 - элементы подвода топлива.19 - fuel supply elements.

Энергетическая установка, представленная схемой на фиг.1, содержит компрессор 1, турбину 2, электрогенератор 3, которые соединены между собой. Энергетическая установка содержит также устройство типа термостат, в корпусе 4 которого размещен с возможностью вращения ротор 5 устройства типа термостат с множеством удлиненной формы туннельных каналов 6 внутри. При горизонтальном расположении ротор 5 закреплен в подшипниковом узле 7. При вертикальном расположении устройства типа термостат ротор 5 в дополнении к подшипниковому узлу 7 имеет опорный подшипниковый узел 8. На корпусе 4 устройства типа термостат закреплены переднее днище 9 и заднее днище 10. Во внутренней полости переднего днища 9 расположена распределительная камера 11, которая совместно с горелкой 12, туннельными каналами 6 ротора 5 образует камеру сгорания. Во внутренней полости заднего днища 10 расположена сборная камера 13, которая соединена с вытяжной трубой 14. Распределительная камера 11 устройства типа термостат на переднем торце 15 ротора 5 образует зону раздела двух сред сжатого воздуха и рабочего тела в полости переднего днища 9. На заднем торце 16 ротора 5 сборная камера 13 устройства типа термостат образует зону раздела двух сред сжатого воздуха и рабочего тела в полости заднего днища 10. Ротор 5 устройства типа термостат имеет привод 17 в виде электродвигателя. Энергетическая установка содержит элементы 18 подвода атмосферного воздуха и элементы 19 подвода топлива. Полость переднего днища 9 устройства типа термостат сообщена с входом турбины 2, а выход турбины 2 сообщен с полостью распределительной камеры 11, расположенной в полости переднего днища 9 устройства типа термостат. Полость заднего днища 10 устройства типа термостат сообщена с выходом компрессора 1, а вход компрессора 1 сообщен через элементы подвода атмосферного воздуха с атмосферой. Полость сборной камеры 13, расположенной в полости заднего днища 10 устройства типа термостат, сообщена через полость вытяжной трубы 14 с атмосферой. Полость переднего днища 9 сообщена с полостью заднего днища 10 устройства типа термостат множеством туннельных каналов 6 внутри ротора 5.The power plant, represented by the circuit in figure 1, contains a compressor 1, a turbine 2, an electric generator 3, which are interconnected. The power plant also includes a thermostat-type device, in the housing 4 of which a rotor 5 of a thermostat-type device with a plurality of elongated tunnel channels 6 inside is rotatably disposed. With a horizontal arrangement, the rotor 5 is fixed in the bearing assembly 7. With a vertical arrangement of a thermostat-type device, the rotor 5, in addition to the bearing assembly 7, has a support bearing assembly 8. On the housing 4 of the thermostat-type device, the front bottom 9 and the rear bottom are fixed 10. In the inner cavity of the front the bottom 9 is a distribution chamber 11, which together with the burner 12, the tunnel channels 6 of the rotor 5 forms a combustion chamber. In the inner cavity of the rear bottom 10, a collection chamber 13 is located, which is connected to the exhaust pipe 14. The distribution chamber 11 of the thermostat-type device at the front end 15 of the rotor 5 forms a separation zone between the two compressed air and working medium media in the cavity of the front bottom 9. At the rear end 16 rotor 5, the collection chamber 13 of the thermostat-type device forms a separation zone between the two compressed air and working medium media in the cavity of the rear bottom 10. The rotor 5 of the thermostat-type device has a drive 17 in the form of an electric motor. The power plant contains elements 18 for supplying atmospheric air and elements 19 for supplying fuel. The cavity of the front bottom 9 of the thermostat-type device is in communication with the input of the turbine 2, and the output of the turbine 2 is communicated with the cavity of the distribution chamber 11 located in the cavity of the front bottom 9 of the thermostat-type device. The cavity of the rear bottom 10 of the thermostat-type device is in communication with the output of the compressor 1, and the input of the compressor 1 is communicated through the elements of the supply of atmospheric air with the atmosphere. The cavity of the collection chamber 13 located in the cavity of the rear bottom 10 of a thermostat-type device is communicated through the cavity of the exhaust pipe 14 to the atmosphere. The cavity of the front bottom 9 is in communication with the cavity of the rear bottom 10 of the thermostat-type device by a plurality of tunnel channels 6 inside the rotor 5.

Работает энергетическая установка следующим образом.The power plant operates as follows.

Электрогенератор 3 в режиме запуска работает как стартер, раскручивая компрессор 1 и турбину 2. Воздух сжимают в компрессоре 1 и направляют в полость заднего днища 10 устройства типа термостат. Сжатый воздух по туннельным каналам 6 поступает на вход турбины 2, расширяясь в турбине воздух поступает в распределительную камеру 11. Через элементы подвода топлива 19 и горелку 12 топливо в виде неочищенного попутного газа поступает в распределительную камеру 11, смешиваясь с воздухом, запальным устройством топливно-воздушную смесь воспламеняют. Начинается процесс горения, образуя высокотемпературное рабочее тело. Рабочее тело поступает в туннельные каналы 6, в которых завершается процесс химических преобразований топливной композиции в продукты сгорания. Выделяющуюся в процессе горения тепловую и лучистую энергию воспринимает массивная стенка устройства типа термостат. Множество туннельных каналов 6 с разными концентрациями продуктов сгорания передают теплоту рабочего тела, выделяющуюся в результате химических превращений, массивному телу ротора, выравнивая температуру и сохраняя ее при заданном соотношении компонентов. В сборную камеру 13 поступает множество струек из туннельных каналов 6 с разными концентрациями продуктов сгорания, они в результате взаимодействия друг с другом перемешиваются, обеспечивая необходимую полноту сгорания, уменьшая вредные концентрации продуктов неполного сгорания, которые поступают в атмосферу через вытяжную трубу 14. Туннельные каналы при вращении ротора 5 устройства типа термостат сообщаются с полостью заднего днища 10, заполненной сжатым воздухом. При движении сжатого воздуха по туннельным каналам 6 стенки массивного тела ротора передают полученную и аккумулирующую в себе теплоту сжатому воздуху. Нагретый до высокой температуры сжатый воздух поступает на вход турбины 2. Сжатый воздух расширяется в турбине 2, преобразуя теплоту в механическую энергию вращения и соответственно в электрическую на электрогенераторе 3. Сжатый воздух с оставшейся теплотой на выходе из турбины 2 поступает в распределительную камеру 11, заполняется новой порцией топлива, которая поддерживает процесс сгорания в туннельных каналах 6 ротора 5 устройства типа термостат, используя принцип детального равновесия, устанавливается стационарный тепловой режим, эквивалентный теплопередающей матрицы теплообменника. Стационарный тепловой режим обеспечивают необходимым соотношением компонентов топливной композиции, обеспечивая бессажевый режим горения. Нагрев массивного тела ротора 5 устройства типа термостат осуществляют до температуры, обеспечивающей жаропрочность материала стенки устройства, вплоть до предела ползучести, не достигая усталостных термических напряжений при длительном тепловом воздействии.The generator 3 in start-up mode works as a starter, spinning the compressor 1 and turbine 2. Air is compressed in the compressor 1 and sent to the cavity of the rear bottom 10 of a thermostat-type device. Compressed air through the tunnel channels 6 enters the inlet of the turbine 2, expanding in the turbine, the air enters the distribution chamber 11. Through the fuel supply elements 19 and the burner 12, the fuel in the form of untreated associated gas enters the distribution chamber 11, mixing with the air the air mixture is ignited. The combustion process begins, forming a high-temperature working fluid. The working fluid enters the tunnel channels 6, in which the process of chemical transformations of the fuel composition into combustion products is completed. The heat and radiant energy released during combustion are absorbed by the massive wall of a thermostat-type device. Many tunnel channels 6 with different concentrations of combustion products transfer the heat of the working fluid released as a result of chemical transformations to the massive rotor body, equalizing the temperature and keeping it at a given ratio of components. A plurality of streams from tunnel channels 6 with different concentrations of combustion products enter the collection chamber 13, they are mixed as a result of interaction with each other, providing the necessary completeness of combustion, reducing the harmful concentrations of incomplete combustion products that enter the atmosphere through the exhaust pipe 14. Tunnel channels at the rotation of the rotor 5 of the device type thermostat communicates with the cavity of the rear bottom 10, filled with compressed air. During the movement of compressed air through the tunnel channels 6, the walls of the massive rotor body transfer the heat received and accumulating heat to the compressed air. Heated to high temperature compressed air enters the turbine inlet 2. Compressed air expands in the turbine 2, converting heat into mechanical energy of rotation and, accordingly, into electric energy on the electric generator 3. Compressed air with the remaining heat at the outlet of the turbine 2 enters the distribution chamber 11, is filled with a new portion of fuel that supports the combustion process in the tunnel channels 6 of the rotor 5 of a thermostat-type device, using the principle of detailed equilibrium, a stationary thermal regime is set, equivalent bivalent heat transfer matrix heat exchanger. The stationary thermal regime provides the necessary ratio of the components of the fuel composition, providing a carbon-free combustion regime. The massive body of the rotor 5 of a thermostat-type device is heated to a temperature that ensures the heat resistance of the material of the wall of the device, up to the creep limit, without reaching fatigue thermal stresses during prolonged heat exposure.

По сравнению с известными аналогами предлагаемый способ работы энергетической установки обладает повышенной эффективностью утилизации топлива благодаря конструктивной особенности роторного теплообменника, отличной от известных, а также выполнения его из керамических материалов, что повышает термический кпд, полноту сгорания и уменьшение вредных выбросов в атмосферу в виде компонентов неполного сгорания и благодаря тому, что компактное исполнение камеры сгорания, образованной распределительной камерой, туннельными каналами ротора и горелкой, являющейся теплопередающей матрицей роторного теплообменника, уменьшающего также массу и габариты установки в целом.Compared with well-known analogues, the proposed method of operation of a power plant has increased fuel utilization efficiency due to the design features of a rotary heat exchanger, different from the known ones, as well as its implementation from ceramic materials, which increases thermal efficiency, combustion efficiency and reduction of harmful emissions into the atmosphere in the form of incomplete components combustion and due to the fact that the compact design of the combustion chamber formed by the distribution chamber, the tunnel channels of the rotor and the burner, which heat exchanger the heat transfer matrix of the rotor, also reducing the installation weight and overall dimensions.

Claims (2)

1. Способ работы энергетической установки малой мощности, например, на попутном нефтяном газе, включающий подачу воздуха, сжатие его, подачу топлива в энергетическую установку, их смешение и сжигание в ней с получением нагретого рабочего тела, затем преобразование энергии рабочего тела в полезную нагрузку, удаление рабочего тела в атмосферу, отличающийся тем, что сжигание производят циклически в ограниченном объеме устройства типа термостат, выполненного из жаростойкого и жаропрочного высокотемпературного материала, например керамики, в виде массивного тела ротора с множеством удлиненной формы туннельных каналов и передают тепловую и лучистую энергию через туннельные каналы ротора массивной стенке термостата, причем нагревают ее до температуры, обеспечивающей жаропрочность материала стенки устройства типа термостат, вплоть до предела ползучести, не достигая усталостных термических напряжений при длительном тепловом воздействии, используя принцип детального равновесия, при котором обеспечивают постоянную температуру ротора устройства термостат, передавая теплоту в термостате от рабочего тела при низком давлении массивной стенке термостата, с последующим освобождением туннельных каналов и удалением рабочего тела в атмосферу из этого ограниченного объема устройства типа термостат для последующего заполнения его предварительно сжатым воздухом, который нагревают в части множества туннельных каналов ротора путем теплообмена с массивной стенкой устройства и направляют его на вход турбины для расширения и преобразования теплоты в механическую и соответственно в электрическую энергии, а остаточную теплоту после расширения в турбине увеличивают, направляя ее в этот ограниченный объем устройства типа термостат, путем подачи, смешения новой порции попутного нефтяного газа низкого давления, сжигания, и завершают цикл в устройстве типа термостат, который выполняют, по меньшей мере, с одной степенью свободы движения.1. The method of operation of a low-power power plant, for example, associated petroleum gas, which includes supplying air, compressing it, supplying fuel to a power plant, mixing and burning it to produce a heated working fluid, then converting the energy of the working fluid into a payload, removal of the working fluid into the atmosphere, characterized in that the combustion is carried out cyclically in a limited volume of a device such as a thermostat made of heat-resistant and heat-resistant high-temperature material, such as ceramics, in the form of a massive rotor body with many elongated tunnel channels and transfer thermal and radiant energy through the tunnel channels of the rotor to the massive thermostat wall, and they are heated to a temperature that provides heat resistance of the thermostat-type wall material, up to the creep limit, without reaching fatigue thermal stresses long-term heat exposure, using the principle of detailed equilibrium, which ensures a constant temperature of the rotor of the device thermostat, transferring heat in the thermostat, from the working fluid at low pressure, the massive wall of the thermostat, with the subsequent release of the tunnel channels and the removal of the working fluid into the atmosphere from this limited volume of a thermostat-type device for its subsequent filling with pre-compressed air, which is heated in part of the multiple tunnel channels of the rotor by heat exchange with massive wall of the device and direct it to the turbine inlet to expand and convert heat into mechanical and, accordingly, into electrical energy, and the remainder After expansion in the turbine, the heat is increased by directing it to this limited volume of a thermostat-type device by feeding, mixing a new portion of associated low-pressure petroleum gas, burning, and the cycle is completed in a thermostat-type device, which is performed with at least one degree freedom of movement. 2. Энергетическая установка для осуществления способа работы, содержащая корпус, компрессор в качестве лопастной машины, турбину, электрогенератор, камеру сгорания, элементы подвода атмосферного воздуха и топлива, вытяжную трубу, отличающаяся тем, что она снабжена устройством типа термостат, который выполнен в виде массивного тела удлиненной формы с множеством туннельных каналов в роторе, являющемся теплообменником, а также горелками, сборной и распределительной камерами, выполненными с возможностью сообщения внутренних полостей туннельных каналов с полостями горелок и внутренней полостью вытяжной трубы, и снабжена дополнительным приводом, который соединен с устройством типа термостат, выполненный из жаростойкого и жаропрочного высокотемпературного материала, например керамики, и с возможностью обеспечения ему, по меньшей мере, одной степени свободы движения, при этом на заднем торце массивного тела термостата одна часть каналов сообщена с выходом компрессора, а другая часть каналов соответственно сообщена с атмосферой через внутреннюю полость вытяжной трубы, на переднем торце массивного тела термостата одна часть каналов сообщена со входом турбины, а другая часть каналов соответственно сообщена с выходом турбины, при этом выход турбины соединен также с элементами подвода топлива и внутренними полостями горелок, образуя камеру сгорания с многоканальными полостями ротора устройства типа термостат. 2. Power plant for implementing the method of operation, comprising a housing, a compressor as a vane machine, a turbine, an electric generator, a combustion chamber, elements for supplying atmospheric air and fuel, an exhaust pipe, characterized in that it is equipped with a thermostat type device, which is made in the form of a massive elongated bodies with many tunnel channels in the rotor, which is a heat exchanger, as well as burners, a collection and distribution chambers, made with the possibility of communicating the internal cavities of the tunnels channels with burner cavities and an internal cavity of the exhaust pipe, and is equipped with an additional drive that is connected to a thermostat-type device made of heat-resistant and heat-resistant high-temperature material, such as ceramics, and with the possibility of providing it with at least one degree of freedom of movement, this, at the rear end of the massive body of the thermostat, one part of the channels is in communication with the compressor outlet, and the other part of the channels is respectively connected with the atmosphere through the internal cavity of the exhaust pipe, erednem end massive body of the thermostat, one portion communicates with an input channel of the turbine and another part channels respectively communicated with the outlet of the turbine, the turbine output also connected to a fuel supply elements and the burner internal cavities forming a combustion chamber with a multi-channel cavities of the rotor-type thermostat device.
RU2012150906/03A 2012-11-27 2012-11-27 Method of light-duty power aggregate operation, eg with associated petroleum gas, and power aggregate for method implementation RU2511116C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012150906/03A RU2511116C1 (en) 2012-11-27 2012-11-27 Method of light-duty power aggregate operation, eg with associated petroleum gas, and power aggregate for method implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012150906/03A RU2511116C1 (en) 2012-11-27 2012-11-27 Method of light-duty power aggregate operation, eg with associated petroleum gas, and power aggregate for method implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2511116C1 true RU2511116C1 (en) 2014-04-10

Family

ID=50437791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012150906/03A RU2511116C1 (en) 2012-11-27 2012-11-27 Method of light-duty power aggregate operation, eg with associated petroleum gas, and power aggregate for method implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2511116C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7156176B2 (en) * 2001-10-24 2007-01-02 Shell Oil Company Installation and use of removable heaters in a hydrocarbon containing formation
US20080072806A1 (en) * 2006-09-21 2008-03-27 John Kimberlin Apparatus, system, and method for operating and controlling combustor for ground or particulate biomass
RU88282U1 (en) * 2009-03-17 2009-11-10 Александр Николаевич Кирилин INSTALLATION FOR DISPOSAL OF ASSOCIATED OIL GAS
RU2376458C1 (en) * 2008-04-14 2009-12-20 Владимир Архипович Кокарев Method of accompany combustible gas withdrawal from oil well and equipment for combustible gas withdrawal from oil well
RU104860U1 (en) * 2010-09-13 2011-05-27 Георгий Константинович Манастырлы TECHNOLOGICAL COMPLEX FOR PROCESSING ASSOCIATED OIL GAS
RU2447363C1 (en) * 2010-08-11 2012-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования " Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method for disposition of associated gas and energy machine for its implementation
RU119028U1 (en) * 2012-03-14 2012-08-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный университет" INSTALLATION FOR UTILIZATION OF ASSOCIATED OIL GAS AND DEVELOPMENT OF OIL DEPOSITS WITH THE POSSIBILITY OF PUMPING THE TOTAL PRODUCED VOLUME OF COMBUSTION PRODUCTS INTO THE LAYER

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7156176B2 (en) * 2001-10-24 2007-01-02 Shell Oil Company Installation and use of removable heaters in a hydrocarbon containing formation
US20080072806A1 (en) * 2006-09-21 2008-03-27 John Kimberlin Apparatus, system, and method for operating and controlling combustor for ground or particulate biomass
RU2376458C1 (en) * 2008-04-14 2009-12-20 Владимир Архипович Кокарев Method of accompany combustible gas withdrawal from oil well and equipment for combustible gas withdrawal from oil well
RU88282U1 (en) * 2009-03-17 2009-11-10 Александр Николаевич Кирилин INSTALLATION FOR DISPOSAL OF ASSOCIATED OIL GAS
RU2447363C1 (en) * 2010-08-11 2012-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования " Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method for disposition of associated gas and energy machine for its implementation
RU104860U1 (en) * 2010-09-13 2011-05-27 Георгий Константинович Манастырлы TECHNOLOGICAL COMPLEX FOR PROCESSING ASSOCIATED OIL GAS
RU119028U1 (en) * 2012-03-14 2012-08-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный университет" INSTALLATION FOR UTILIZATION OF ASSOCIATED OIL GAS AND DEVELOPMENT OF OIL DEPOSITS WITH THE POSSIBILITY OF PUMPING THE TOTAL PRODUCED VOLUME OF COMBUSTION PRODUCTS INTO THE LAYER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2013150959A (en) COMBUSTION CHAMBER, COMBUSTION METHOD, ELECTRICITY PRODUCTION DEVICE AND METHOD OF ELECTRICITY PRODUCTION ON SUCH DEVICE
US11913434B2 (en) Energy storage with hydrogen
CN103080501A (en) An energy generation system and method thereof
JP2007107490A (en) External combustion engine and structure thereof
US5950418A (en) Electrical power plant
RU2511116C1 (en) Method of light-duty power aggregate operation, eg with associated petroleum gas, and power aggregate for method implementation
CN101691201A (en) Novel power device for generating electric energy and thrust based on micro-combustion
RU2488705C1 (en) Method of associated oil gas recovery and power machine to this end
RU2313725C2 (en) Power installation
RU2509956C1 (en) Operation method of thermal power plant for utilisation of associated oil gas, and thermal power plant for its implementation
RU2675427C1 (en) Combined utilizing gas turbine expander power plant of compressor station of main gas line
CN112920826A (en) Gas device is made to hot kiln
RU66016U1 (en) AUTONOMOUS POWER MODULE (OPTIONS)
RU2328045C2 (en) Method of operating atomic steam-turbine power generating system and equipment for implementing method
Bazykin et al. Development of an autonomous power supply for oil and gas fields based on a gas turbine unit driven by an active-reactive turbine
RU70962U1 (en) PLANT FOR THE PROCESSING OF SOLID DOMESTIC WASTE
GB2585955A (en) Limestone processing
RU2557823C2 (en) Method of operation of combined gas-turbine unit of gas distribution system
RU2545115C2 (en) Power plant
RU64745U1 (en) POWER INSTALLATION (OPTIONS)
US20230258099A1 (en) Turbine Assembly
CN109141021B (en) Combustion furnace equipment
CN2218876Y (en) Burning and steaming circulation production and power combined supply device for comprehensively using coal
Antropov INCREASING OF POWER GAS TURBINE UNIT EFFICIANCY FOR NATURAL GAS BLOWER DRIVING
US20230115221A1 (en) Method and apparatus for thermal energy storage using rotary generated thermal energy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181128