CZ304079B6 - Energy system employing connection of hydrogen and oxygen generator with a system of gas microturbine in combination with organic Rankin cycle - Google Patents
Energy system employing connection of hydrogen and oxygen generator with a system of gas microturbine in combination with organic Rankin cycle Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304079B6 CZ304079B6 CZ20110373A CZ2011373A CZ304079B6 CZ 304079 B6 CZ304079 B6 CZ 304079B6 CZ 20110373 A CZ20110373 A CZ 20110373A CZ 2011373 A CZ2011373 A CZ 2011373A CZ 304079 B6 CZ304079 B6 CZ 304079B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- hydrogen
- oxygen
- gas
- mixture
- generator
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 56
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 abstract 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Energetický systém využívající spojení generátoru vodíku a kyslíku se systémem plynové mikroturbíny v kombinaci s organickým Rankinovým cyklemEnergy system utilizing the connection of a hydrogen and oxygen generator with a gas micro-turbine system in combination with an organic Rankine cycle
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká zařízení k výrobě a řízenému dávkování ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku do systému plynové mikroturbíny spojené s ORC modulem pracujícím na základě organického Rankinova cyklu.The present invention relates to an apparatus for producing and controlling the dosing of an ionized hydrogen-oxygen gas mixture into a gas microturbine system coupled to an ORC module operating on the basis of an organic Rankine cycle.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
V současné době se výzkum a vývoj věnuje realizaci vhodných technologií, které by zvýšily podíl obnovitelných zdrojů energie na celkové spotřebě primárních energetických zdrojů. Rostoucí potřeba elektrické energie v oblastech s omezeným přístupem k rozvodné síti a rostoucí cena elektrické energie podporují vznik nových technologií pracujících na principech rekuperace tepla a vyššího energetického využití paliva. Technologie založená na zužitkování tepelné energie, která je nevyužita v primárním procesu přeměny energie využívá odpadní teplo k pohonu zařízení pro výrobu elektrické energie.Currently, research and development is devoted to the implementation of suitable technologies that would increase the share of renewable energy sources in the total consumption of primary energy sources. The increasing demand for electricity in areas with limited access to the grid and the rising cost of electricity are fueling the emergence of new technologies based on the principles of heat recovery and higher energy use of fuel. The technology based on the utilization of thermal energy, which is not used in the primary energy conversion process, uses waste heat to power the power generation equipment.
Mezi takové technologie se řadí i plynové mikroturbíny, jejichž využití vede ke snížení nákladů, zvýšení účinnosti spalovacího procesu a získávání energie, přispívají ke zlepšení životního prostředí. Výhodou plynových mikroturbín je skutečnost, že rotující součásti jsou uloženy na hřídeli se vzduchovým ložiskem. Toto tzv. bezkontaktní ložisko využívá stlačený vzduch, který vytváří tenkou vrstvu mezi ložiskem a rotující součástí, takže nedochází kjejich kontaktu, tudíž nejsou zapotřebí maziva či další nebezpečné materiály. Mikroturbíny mohou být instalovány jak samostatně, tak jako systém mikroturbín. Jako palivo pro mikroturbíny je využíván například zemní plyn, motorová nafta, resp. různá jiná kapalná a plynná paliva.Such technologies include gas micro-turbines, the use of which leads to reduced costs, increased efficiency of the combustion process and energy recovery, and contributes to the improvement of the environment. The advantage of gas microturbines is that the rotating parts are mounted on an air bearing shaft. This so-called non-contact bearing uses compressed air, which creates a thin layer between the bearing and the rotating part, so that there is no contact between them and therefore no lubricants or other hazardous materials are required. Microturbines can be installed both separately and as a microturbine system. As fuel for microturbines is used, for example, natural gas, diesel, respectively. various other liquid and gaseous fuels.
Efektivita plynových mikroturbín je dále zvyšována kombinací s jinými energetickými systémy využívajícími odpadní teplo přeměnou na elektrickou energii, jako je například organický Rankinův cyklus (ORC) Kombinací těchto dvou systémů dochází ke snížení, resp. eliminaci znečišťujících látek (NOX, CO, nespálené uhlovodíky a prachové částice).The efficiency of gas microturbines is further enhanced by combination with other energy systems that use waste heat to convert to electrical energy, such as the organic Rankine Cycle (ORC). Elimination of pollutants (NO X , CO, unburnt hydrocarbons and dust particles).
Systémy spojení plynové mikroturbíny s modulem ORC byly úspěšně implementovány v různých průmyslových aplikacích, současný stav techniky však ještě stále zcela neuspokojuje požadavky pro zvýšení energetické účinnosti, snížení škodlivých emisí a současně snížení nákladů.The gas microturbine / ORC connection systems have been successfully implemented in various industrial applications, but the state of the art still does not fully satisfy the requirements for increasing energy efficiency, reducing harmful emissions, and at the same time reducing costs.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Uvedené nevýhody ve velké míře odstraňuje energetický systém spojení generátoru vodíku a kyslíku se systémem plynové mikroturbíny v kombinaci s ORC modulem, jehož podstata je v tom, že komora suchého elektrolyzéru s elektrodami generátoru vodíku a kyslíku je propojena svou horní částí, ve které se ionizovaná plynná směs vodíku a kyslíku hromadí, přes potrubí do zásobníku elektrolytu s tím, že prodloužené potrubí prochází vnitřním prostorem zásobníku elektrolytu do jeho spodní části, přičemž následný vnitřní prostor na trase probublávajícího plynuje ve vrchní části zásobníku elektrolytu napojen na výstup ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku a dále prostřednictvím výstupního potrubí spojen s odlučovací nádobou, ze které je spojovací hadicí napojen na vstup ionizované směsi vodíku a kyslíku do sání plynové mikroturbíny, jehož prostřednictvím se vzniklá směs nasávaného vzduchu a ionizovaného vodíku a kyslíku dostává dáleThese drawbacks are largely eliminated by the energy system connecting the hydrogen and oxygen generator to the gas microturbine system in combination with the ORC module, which is based on the fact that the dry electrolyzer chamber is connected to the hydrogen and oxygen generator electrodes by its upper part in which the ionized gas a mixture of hydrogen and oxygen accumulates through the conduit into the electrolyte reservoir, with the elongated conduit passing through the interior of the electrolyte reservoir to its lower part, the subsequent internal space along the bubbling gas path being connected to the top of the electrolyte reservoir. further via an outlet pipe connected to a separation vessel, from which it is connected by a connecting hose to the inlet of the ionized mixture of hydrogen and oxygen into the suction of the gas micro-turbine, through which the resulting mixture of intake air and ionized hydrogen and oxygen gets further
- 1 CZ 304079 B6 přes generátor mikroturbíny do turbíny, a dále přes rekuperátor do spalovací komory, přičemž generátor vodíku a kyslíku je napojen na zdroj stejnosměrného proudu.Via a microturbine generator to a turbine, and then via a recuperator to a combustion chamber, the hydrogen and oxygen generator being connected to a direct current source.
Výhodné je dále to, že přívod ionizované směsi vodíku a kyslíku do sání plynové mikroturbíny je zajištěn pouze jedním generátorem vodíku a kyslíku, kdy je prostřednictvím vstupu ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku napojen na sání pro jednu plynovou mikroturbínu nebo systém několika plynových mikroturbín najednou.It is further advantageous that the supply of the ionized hydrogen-oxygen mixture to the gas microturbine inlet is provided by only one hydrogen-oxygen generator, where it is connected to the intake for a single gas-microturbine or a system of several gas-microturbines via the inlet.
Dále je výhodné, že v případě systému několika plynových mikroturbín je přívod ionizované směsi vodíku a kyslíku zajištěn napojením systému generátorů vodíku a kyslíku na jejich sání, kdy na každou jednu plynovou mikroturbínu připadá jeden generátor vodíku a kyslíku, který je napojen prostřednictvím vstupu ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku přímo na sání každé této jednotlivé plynové mikroturbíny.It is further preferred that in the case of a plurality of gas microturbines, the supply of the ionized hydrogen-oxygen mixture is ensured by connecting the hydrogen-oxygen generating system to their suction, each hydrogen-oxygen generating one hydrogen-oxygen generator connected via the ionized gas inlet hydrogen and oxygen directly at the intake of each of these individual gas microturbines.
Odpadní plyny vzniklé při procesu spalování vystupují výfukem mikroturbíny, který je napojen na výparník systému ORC spojený s ORC turbínou s generátorem.The off-gas generated by the combustion process exits through the micro-turbine exhaust, which is connected to an ORC evaporator connected to an ORC turbine generator.
Výše uvedená metoda může být využita jak u stávajících energetických systémů, tak v systémech nových.The above method can be used for both existing and new power systems.
Navrhované spojení generátoru ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku se systémem plynové mikroturbíny v kombinaci s ORC vykazuje při optimálním dávkování ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku výrazné pozitivní efekty:The proposed combination of an ionized hydrogen-oxygen gas generator with a gas microturbine system in combination with ORC exhibits significant positive effects at optimal dosing of the ionized hydrogen-oxygen gas mixture:
> snížení spotřeby paliva při generování stejného množství tepla, > dosažení vyšší teploty při spalování a vyššího termického využití paliva, > snížení emisí oxidů dusíku, oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého, > snížení produkce prachových částic.> reducing fuel consumption while generating the same amount of heat,> achieving higher combustion temperatures and higher thermal utilization of the fuel,> reducing emissions of nitrogen oxides, carbon dioxide and carbon monoxide,> reducing dust particle production.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Na přiložených listech jsou znázorněny obrázky a legenda.Figures and legend are shown on the enclosed sheets.
Na obrázku k anotaci je znázorněn systém spojení generátoru vodíku a kyslíku se systémem plynové mikroturbíny v kombinaci s ORC modulemThe annotation figure shows the connection system of the hydrogen and oxygen generator with the gas microturbine system in combination with the ORC module
Obr. 1 Systém spojení generátoru vodíku a kyslíku se systémem plynové mikroturbíny v kombinaci s ORC modulemGiant. 1 Hydrogen-oxygen generator connection system with gas microturbine system in combination with ORC module
Obr. 2 Detailní znázornění systému napojení generátoru vodíku a kyslíku na systém plynové mikroturbíny v kombinaci s ORC modulemGiant. 2 Detailed illustration of the hydrogen and oxygen generator connection to the gas microturbine system in combination with the ORC module
Obr. 3 Detail napojení generátoru vodíku a kyslíku na sání plynové mikroturbínyGiant. 3 Detail of connection of hydrogen and oxygen generator to suction of gas microturbine
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Dávkování ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku probíhá ze zdroje generátoru 3 vodíku a kyslíku do sání 4 plynové mikroturbíny 1, kteráje zároveň spojena s ORC modulem 2.The ionized hydrogen-oxygen gas mixture is metered from the source of the hydrogen-oxygen generator 3 to the suction 4 of the gas microturbine 1, which is also connected to the ORC module 2.
Proces elektrolytické výroby ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku probíhá v komoře 23 suchého elektrolyzéru 22 s elektrodami 24, ze které je vzniklá ionizovaná plynná směs vodíku a kyslíku vedena prostřednictvím potrubí 28 do zásobníku 25 elektrolytu, a dále prostřednictvím prodlouženého potrubí 29, pronikajícího vnitřním prostorem zásobníku 25 elektrolytu do jehoThe process of electrolytic production of the ionized hydrogen-oxygen gas mixture takes place in a chamber 23 of the dry electrolyzer 22 with electrodes 24 from which the resulting ionized hydrogen-oxygen gas mixture is routed via line 28 to the electrolyte reservoir 25 and further through an extended conduit 29 penetrating the interior of the reservoir. 25 electrolyte into his
-2CZ 304079 B6 spodní části, z této spodní části ionizovaná plynná směs probublává vnitřním prostorem zásobníku 25 elektrolytu do jeho horní části, odkud je odváděna výstupem 30 ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku a dále prostřednictvím výstupního potrubí 31 do odlučovací nádoby 32, odkud je vedena spojovací hadicí 36 do sání 4 plynové mikroturbíny i.The ionized gas mixture is bubbled through the interior of the electrolyte container 25 into its upper part, from where it is discharged through the outlet 30 of the ionized hydrogen-oxygen gas mixture and further via an outlet pipe 31 to a separator vessel 32 from which it is led. connecting hose 36 to suction 4 gas microturbines i.
Spolu s ionizovanou plynnou směsí vodíku a kyslíku je do sání 4 plynové mikroturbíny I nasáván vzduch, přičemž se tato směs vzduchu a ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku dostává přes generátor 5 mikroturbíny do turbíny 9, ohřívá se v rekuperátoru 7 a proudí do spalovací komory 10. Generátor 5 mikroturbíny je touto směsí procházející chladičem 6 generátoru mikroturbíny současně chlazen.Along with the ionized hydrogen-oxygen gas mixture, air is sucked into the suction 4 of the gas microturbine I, which mixture of air and ionized hydrogen-oxygen gas mixture passes through the microturbine generator 5 to the turbine 9, heated in a recuperator 7 and flows into the combustion chamber 10 The micro-turbine generator 5 is simultaneously cooled through this mixture passing through the micro-turbine generator cooler 6.
Ve spalovací komoře 10 se vzduch s ionizovanou plynnou směsí vodíku a kyslíku mísí s palivem, dochází ke vznícení a expanzi, čímž je řízen generátor 5 mikroturbíny. Při spuštění plynové mikroturbíny i pracuje generátor 5 mikroturbíny jako elektromotor a do režimu generátoru se přepne po vznícení a expanzi plynné směsi s palivem a uvede do pohybu turbínu 9.In the combustion chamber 10, the air with the ionized hydrogen-oxygen gas mixture is mixed with the fuel, igniting and expanding, thereby controlling the micro-turbine generator 5. When the gas microturbine 1 is started, the microturbine generator 5 operates as an electric motor and switches to the generator mode after ignition and expansion of the gas mixture with fuel and moves the turbine 9.
Generovaná mechanická práce je v generátoru 5 mikroturbíny přeměněna na elektrickou energii, odpadní plyny převedou část své tepelné energie spalovacímu vzduchu v rekuperátoru 7 a vystupují výfukem 11 plynové mikroturbíny J_.The mechanical work generated in the micro-turbine generator 5 is converted into electrical energy, the waste gases transfer some of their thermal energy to the combustion air in the recuperator 7 and exit through the exhaust 11 of the gas-micro turbine.
Tepelná energie tohoto odpadního plynu přechází z výfuku 11 do výpamíku 15, kde předá svou tepelnou energii pracovní látce systému ORC modulu 2, která vlivem tepla transformuje na plynné páry. Zbytkové teplo se prostřednictvím výměníku 16 dostává do okruhu vytápění.The thermal energy of this waste gas passes from the exhaust 11 to the evaporator 15, where it transfers its thermal energy to the working substance of the ORC module 2, which transforms into gaseous vapors under the influence of heat. The residual heat is transferred to the heating circuit via exchanger 16.
Plynné páry pracovní látky expandují v ORC turbíně s generátorem 17, čímž dochází k přeměně přivedené energie proudící páry na energii mechanickou a následně na elektrickou. V ORC turbíně s generátorem 17 dojde ke snížení tlaku a snížení teploty pracovní látky, která je dále vedena do kondenzátoru 19, kde dojde k přeměně fáze plynné na kapalnou. Pracovní látka v kapalném stavu je z kondenzátoru 19 buď odváděna do chladiče 20, a poté se vrací zpět do nádrže 14 s pracovní látkou, nebo přímo z kondenzátoru 19 do nádrže 14 s pracovní látkou, čímž je cyklus uzavřen a může se znovu opakovat.The working gas vapors expand in an ORC turbine with a generator 17, thereby converting the energy of the flowing steam to mechanical energy and subsequently to electrical energy. In the ORC turbine with generator 17, the pressure is reduced and the temperature of the working substance is lowered, which is then fed to a condenser 19 where the gas phase is converted to a liquid phase. The working fluid in the liquid state is either discharged from the condenser 19 to the cooler 20 and then returned to the working fluid container 14 or directly from the condenser 19 to the working fluid container 14, whereby the cycle is closed and can be repeated again.
FunkceFunction
Energetický systém spočívající ve spojení systému plynové mikroturbíny 1 a ORC modulu 2 s generátorem vodíku a kyslíku 3, který zajišťuje dávkování směsi vodíku a kyslíku do sání 4 plynové mikroturbíny 1, je založen na výrobě ionizovaného vodíku a kyslíku procesem elektrolýzy v komoře 23 suchého elektrolyzéru 22 s elektrodami 24.The energy system consisting of combining the gas microturbine system 1 and the ORC module 2 with the hydrogen and oxygen generator 3, which provides the hydrogen and oxygen mixture to the suction 4 of the gas microturbine 1, is based on ionized hydrogen and oxygen production by electrolysis process in chamber 23 of dry electrolyzer 22 with electrodes 24.
Elektrolýzou získaná ionizovaná plynná směs vodíku a kyslíku je vedena prostřednictvím potrubí 28 do zásobníku 25 elektrolytu, a dále prostřednictvím prodlouženého potrubí 29, pronikajícího vnitřním prostorem zásobníku 25 elektrolytu do jeho spodní části, z této spodní části ionizovaná plynná směs probublává vnitřním prostorem zásobníku 25 elektrolytu do jeho horní části, odkud je odváděna výstupem 30 ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku a dále prostřednictvím výstupního potrubí 31 do odlučovací nádoby 32, odkud je vedena spojovací hadicí 36 prostřednictvím vstupu 12 ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku do sání 4 plynové mikroturbíny I. Přívod ionizované směsi vodíku a kyslíku do sání 4 plynové mikroturbíny 1 může být řešen ve dvou variantách. Na sání 4 plynové mikroturbíny 1 je napojen pouze jeden generátor 3 vodíku a kyslíku, kdy je prostřednictvím vstupu 12 ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku tato směs přiváděna do sání 4 pro jednu plynovou mikroturbínu i nebo systém několika plynových mikroturbín i najednou (varianta A). V případě systému několika plynových mikroturbín I je na jejich sání 4 napojen systém generátorů 3 vodíku a kyslíku, kdy na každou jednu plynovou mikroturbínu i připadá jeden generátor 3 vodíku a kyslíku, kterýje napojen prostřednictvím vstupu 12 ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku přímo na sání 4 každé této jednotlivé plynové mikroturbíny 1 (varianta B).The ionized hydrogen-oxygen gas mixture obtained by electrolysis is passed through a conduit 28 into the electrolyte container 25, and further through an extended conduit 29 penetrating the interior of the electrolyte container 25 into its lower part, from which the ionized gas mixture bubbles through the interior of the electrolyte container 25. its upper part, from which it is discharged through the outlet 30 of the ionized hydrogen-oxygen gas mixture and further via an outlet pipe 31 to the separator vessel 32, from which it is led through a connecting hose 36 through the inlet 12 of the ionized hydrogen-oxygen gas mixture. The mixture of hydrogen and oxygen into the suction 4 of the gas microturbine 1 can be solved in two variants. Only one hydrogen and oxygen generator 3 is connected to the suction 4 of the gas microturbine 1, whereby through the inlet 12 of the ionized hydrogen-oxygen gas mixture, this mixture is fed to the suction 4 for a single gas microturbine or multiple gas microturbines i at once (variant A). In the case of a system of several gas microturbines I, a hydrogen and oxygen generator system 3 is connected to their suction 4, with one hydrogen and oxygen generator 3 connected to each gas microturbine 3, which is connected directly to the suction 4 via an inlet 12 of the ionized hydrogen-oxygen gas mixture. each of these individual gas microturbines 1 (variant B).
-3 CZ 304079 B6-3 CZ 304079 B6
Zásobník 25 elektrolytu je propojen se zásobníkem 26 destilované vody přívodem 27 destilované vody.The electrolyte reservoir 25 is connected to the distilled water reservoir 26 by a distilled water supply 27.
Generování ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku je ovládáno zapínáním a vypínáním zdroje 33 stejnosměrného proudu připojeného prostřednictvím elektrického vedení 34 k řídicí jednotce 35 generátoru 3 vodíku a kyslíku.The generation of the ionized hydrogen-oxygen gas mixture is controlled by switching on and off a direct current source 33 connected via power line 34 to the control unit 35 of the hydrogen-oxygen generator 3.
Spolu s ionizovanou plynnou směsí vodíku a kyslíku je do sání 4 plynové mikroturbíny i nasáván vzduch, přičemž se tato směs vzduchu a ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku dostává přes generátor 5 mikroturbíny do turbíny 9, ohřívá se v rekuperátoru 7 a proudí do spalovací komory 10. Generátor 5 mikroturbíny je touto směsí procházející chladičem 6 generátoru 5 mikroturbíny současně chlazen. Ve spalovací komoře 10 se vzduch s ionizovanou plynnou směsí vodíku a kyslíku mísí s palivem přiváděným prostřednictvím přívodu 13 paliva, dochází ke vznícení a expanzi, čímž je řízen generátor 5 mikroturbíny. Při spuštění plynové mikroturbíny 1 pracuje generátor 5 mikroturbíny jako elektromotor a do režimu generátoru se přepne po vznícení a expanzi plynné směsi s palivem a uvede do pohybu turbínu 9.Along with the ionized hydrogen-oxygen gas mixture, air is also sucked into the gas micro-turbine gas intake 4, which mixture of air and ionized hydrogen-oxygen gas mixture passes through the micro-turbine generator 5 to the turbine 9, heats in the recuperator 7 and flows into the combustion chamber 10 The micro-turbine generator 5 is simultaneously cooled by this mixture passing through the radiator 6 of the micro-turbine generator 5. In the combustion chamber 10, the air with the ionized hydrogen-oxygen gas mixture is mixed with the fuel supplied via the fuel inlet 13, igniting and expanding, thereby controlling the micro-turbine generator 5. When the gas microturbine 1 is started, the microturbine generator 5 operates as an electric motor and switches to the generator mode after ignition and expansion of the gas mixture with fuel and moves the turbine 9.
Plynová mikroturbína I je založena na technologii tryskového motoru. Rotující součástí jsou uloženy na hřídeli se vzduchovým ložiskem 8, tzv. bezkontaktním ložiskem, využívajícím tenké vrstvy stlačeného vzduchu mezi ložiskem 8 a rotující součástí.Gas microturbine I is based on jet engine technology. The rotating component is mounted on a shaft with an air bearing 8, a so-called non-contact bearing, utilizing a thin layer of compressed air between the bearing 8 and the rotating component.
Generovaná mechanická práce je v generátoru 5 mikroturbíny přeměněna na elektrickou energii, odpadní plyny převedou část své tepelné energie spalovacímu vzduchu v rekuperátoru 7 a vystupují výfukem 11 mikroturbíny. Tepelná energie tohoto odpadního plynu přechází z výfuku 11 do výpamíku 15, kde předá svou tepelnou energii pracovní látce systému ORC modulu 2, která vlivem tepla transformuje na plynné páry. Zbytkové teplo se prostřednictvím výměníku 16 dostává do okruhu vytápění. Plynné páry pracovní látky expandují v ORC turbíně s generátorem 17, čímž dochází k přeměně přivedené energie proudící páry na energii mechanickou a následně na elektrickou, která je odváděna do rozvodné skříně 18. V ORC turbíně s generátorem 17 dojde ke snížení tlaku a snížení teplota pracovní látky, která je dále vedena do kondenzátoru 19, kde dojde k přeměně fáze plynné na kapalnou. Pracovní látka v kapalném stavu je z kondenzátoru 19 buď odváděna potrubím 21 pro pracovní látku do chladiče 20, a poté se vrací zpět do nádrže Γ4 s pracovní látkou, neboje z kondenzátoru 19 odváděna potrubím 21 pro pracovní látku přímo do nádrže 14 s pracovní látkou, čímž je cyklus uzavřen a může se znovu opakovat.The mechanical work generated in the micro-turbine generator 5 is converted into electrical energy, the waste gases transfer some of their thermal energy to the combustion air in the recuperator 7 and exit through the micro-turbine exhaust 11. The thermal energy of this waste gas passes from the exhaust 11 to the evaporator 15, where it transfers its thermal energy to the working substance of the ORC module 2, which transforms into gaseous vapors under the influence of heat. The residual heat is transferred to the heating circuit via exchanger 16. The working gas vapors expand in the ORC turbine with generator 17, which converts the supplied energy of the flowing steam into mechanical energy and then electrical energy, which is discharged into the distribution box 18. In the ORC turbine with generator 17, The material is then fed to a condenser 19 where the gas phase is converted to a liquid phase. The working fluid in the liquid state is either discharged via the working fluid line 21 to the cooler 20 and then returned to the working fluid tank nebo4, or is discharged from the working fluid line 21 directly into the working fluid tank 14 by the working fluid line 21, whereby the cycle is closed and can be repeated again.
Využití dávkování ionizované plynné směsi vodíku a kyslíku z generátoru 3 vodíku a kyslíku do sání 4 plynové mikroturbíny 1, která je zároveň spojena se systémem ORC modulu 2, je nová oblast využívání této směsi z tohoto zdroje.The utilization of metering of the ionized hydrogen-oxygen gas mixture from the hydrogen-oxygen generator 3 into the suction 4 of the gas microturbine 1, which is also connected to the ORC module 2 system, is a new field of application of this mixture from this source.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Využití systému spojení generátoru vodíku a kyslíku se systémem plynové mikroturbíny v kombinaci s ORC modulem je alternativou, jak vyrobit elektrickou energii co nejlevněji a současně tak přispět k ochraně životního prostředí.Using a hydrogen-oxygen generator system with a gas microturbine system in combination with an ORC module is an alternative to producing electricity as cheaply as possible while contributing to environmental protection.
Uvedený systém umožňuje extrémní snížení škodlivých emisí, snížení energetické náročnosti a zvýšení ekonomické efektivity výroby elektrické energie z odpadního tepla, což povede kjeho využití jak v průmyslové, tak spotřebitelské sféře.This system enables extreme reduction of harmful emissions, reduction of energy intensity and increased economic efficiency of electricity generation from waste heat, which will lead to its utilization in both industrial and consumer sectors.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110373A CZ304079B6 (en) | 2011-06-23 | 2011-06-23 | Energy system employing connection of hydrogen and oxygen generator with a system of gas microturbine in combination with organic Rankin cycle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110373A CZ304079B6 (en) | 2011-06-23 | 2011-06-23 | Energy system employing connection of hydrogen and oxygen generator with a system of gas microturbine in combination with organic Rankin cycle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2011373A3 CZ2011373A3 (en) | 2013-01-02 |
| CZ304079B6 true CZ304079B6 (en) | 2013-10-02 |
Family
ID=47429419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20110373A CZ304079B6 (en) | 2011-06-23 | 2011-06-23 | Energy system employing connection of hydrogen and oxygen generator with a system of gas microturbine in combination with organic Rankin cycle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304079B6 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4267692A (en) * | 1979-05-07 | 1981-05-19 | Hydragon Corporation | Combined gas turbine-rankine turbine power plant |
| US20060211777A1 (en) * | 2005-03-16 | 2006-09-21 | Severinsky Alexander J | Systems, methods, and compositions for production of synthetic hydrocarbon compounds |
| WO2008115933A1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-09-25 | Doty Scientific, Inc. | Hydrocarbon and alcohol fuels from variable, renewable energy at very high efficiency |
| US20090014480A1 (en) * | 2004-04-16 | 2009-01-15 | Fabrice Perignon | Stopper for the neck of a fluid product reservoir |
| CN101832158A (en) * | 2010-03-17 | 2010-09-15 | 昆明理工大学 | Steam-organic Rankine cascade power cycle generating system and method |
| WO2011028233A2 (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Mcalister Roy E | Systems and methods for sustainable economic development through integrated full spectrum production or renewable material resources using solar thermal |
| US20120023959A1 (en) * | 2011-08-25 | 2012-02-02 | General Electric Company | Power plant and method of use |
-
2011
- 2011-06-23 CZ CZ20110373A patent/CZ304079B6/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4267692A (en) * | 1979-05-07 | 1981-05-19 | Hydragon Corporation | Combined gas turbine-rankine turbine power plant |
| US20090014480A1 (en) * | 2004-04-16 | 2009-01-15 | Fabrice Perignon | Stopper for the neck of a fluid product reservoir |
| US20060211777A1 (en) * | 2005-03-16 | 2006-09-21 | Severinsky Alexander J | Systems, methods, and compositions for production of synthetic hydrocarbon compounds |
| WO2008115933A1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-09-25 | Doty Scientific, Inc. | Hydrocarbon and alcohol fuels from variable, renewable energy at very high efficiency |
| WO2011028233A2 (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Mcalister Roy E | Systems and methods for sustainable economic development through integrated full spectrum production or renewable material resources using solar thermal |
| CN101832158A (en) * | 2010-03-17 | 2010-09-15 | 昆明理工大学 | Steam-organic Rankine cascade power cycle generating system and method |
| US20120023959A1 (en) * | 2011-08-25 | 2012-02-02 | General Electric Company | Power plant and method of use |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2011373A3 (en) | 2013-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Salehi et al. | Energy, exergy, and environmental (3E) assessments of an integrated molten carbonate fuel cell (MCFC), Stirling engine and organic Rankine cycle (ORC) cogeneration system fed by a biomass-fueled gasifier | |
| US9328426B2 (en) | Systems and methods for generating oxygen and hydrogen for plant equipment | |
| Tola et al. | Low CO2 emissions chemically recuperated gas turbines fed by renewable methanol | |
| MX2013002143A (en) | An energy generation system and method thereof. | |
| EP3359627B1 (en) | Sustainable energy system | |
| Zhang et al. | Energy and CO2 emission analysis of a Bio-Energy with CCS system: Biomass gasification-solid oxide fuel cell-mini gas turbine-CO2 capture | |
| Duan et al. | Study on a gas-steam combined cycle system with CO2 capture by integrating molten carbonate fuel cell | |
| CN105862062A (en) | System and method for producing hydrogen and methyl alcohol by utilizing residual electricity and residual heat of coal-fired generating unit | |
| Ozcan et al. | Thermodynamic and economic analysis of a synthetic fuel production plant via CO2 hydrogenation using waste heat from an iron-steel facility | |
| Zhang et al. | Thermodynamic analysis of SOFC–CCHP system based on municipal sludge plasma gasification with carbon capture | |
| US20230018213A1 (en) | Emission-free devices and method for performing mechanical work and for generating electrical and thermal energy | |
| Yadav et al. | Comprehensive review on performance assessment of solid oxide fuel cell-based hybrid power generation system | |
| Bargiacchi et al. | From biomass and electrolytic hydrogen to substitute natural gas and power: The issue of intermediate gas storages | |
| US20140060461A1 (en) | Power generation system utilizing a fuel cell integrated with a combustion engine | |
| Darabkhani et al. | Carbon capture technologies for gas-turbine-based power plants | |
| KR20040067952A (en) | Generating method and system of MHD | |
| Ghiasirad et al. | Biomethanol production via electrolysis, oxy-fuel combustion, water-gas shift reaction, and LNG cold energy recovery | |
| RU129998U1 (en) | COMBINED STEAM-GAS-TURBINE INSTALLATION ON HYDROTHERMAL ALUMINUM PRODUCTS | |
| KR100965715B1 (en) | Hybrid Power Plant System using Fuel Cell Generation and Thermoelectric Generation | |
| Hai et al. | Innovative proposal of energy scheme based on biogas from digester for producing clean and sustainable electricity, cooling and heating: Proposal and multi-criteria optimization | |
| CN214741515U (en) | Peak-regulating frequency-modulating system of thermal power plant coupling plasma pyrolysis device | |
| CZ304079B6 (en) | Energy system employing connection of hydrogen and oxygen generator with a system of gas microturbine in combination with organic Rankin cycle | |
| JP2009215608A (en) | Hydrogen production plant | |
| Ghosh et al. | Exergy analysis of a cogeneration plant using coal gasification and solid oxide fuel cell | |
| CZ23779U1 (en) | Energy system employing connection of a hydrogen generator with a system of gas microturbine in combination with organic Rankin cycle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20230623 |