DE112021000060T5

DE112021000060T5 - POWER PLANT

Info

Publication number: DE112021000060T5
Application number: DE112021000060.8T
Authority: DE
Inventors: Vladimir Petrovich Sizov; Svetlana Konstantinovna Zhuikova; Iurii Viktorovich Aliev
Original assignee: Obshchestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiu "novyi Tsikl"; Obshchestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiu Novyi Tsikl
Current assignee: Obshchestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiu "novyi Tsikl"; Obshchestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiu Novyi Tsikl
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2022-03-24
Also published as: RU2744743C1; WO2022031185A1; CN114761671A

Abstract

Die Erfindung betrifft komplexe Energieanlagen, insbesondere Anlagen umfassend ein System eines kombinierten Gas- und Dampfturbinen-Kreislaufs. Die Erhöhung der Effizienz des Betriebs der Energieanlage unter Verringerung der Menge an Schadstoffemissionen in den austretenden Gasen wird dadurch erreicht, dass in der Anlage umfassend einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine, einen Dampferzeuger, der mit der Brennkammer verbunden ist, einen Brenngasabfuhrkanal, der mit einem Kondensator ausgestattet ist und mit einem Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser verbunden ist, wobei der Behälter zum Sammeln von Wasser mit dem Dampferzeuger verbunden ist, der Verdichter ein Schraubenverdichter ist und mit dem Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser verbunden ist, der Einlass des Verdichters mit einer Luftzerlegungsanlage verbunden ist.The invention relates to complex energy plants, in particular plants comprising a system of a combined gas and steam turbine circuit. Increasing the efficiency of the operation of the power plant while reducing the amount of harmful emissions in the exiting gases is achieved by the fact that in the plant comprising a compressor, a combustion chamber, a turbine, a steam generator connected to the combustion chamber, a fuel gas discharge channel, which equipped with a condenser and connected to a tank for collecting distilled water, the tank for collecting water being connected to the steam generator, the compressor being a screw compressor and connected to the tank for collecting distilled water, the inlet of the Compressor is connected to an air separation plant.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Energietechnik, komplexe Energieanlagen, insbesondere Gas- und Dampfturbinenanlagen umfassend ein System eines kombinierten Gas- und Dampfturbinen-Kreislaufs. Sie kann zur Erzeugung elektrischer, mechanischer und thermischer Energie genutzt werden.The invention relates to the field of energy technology, complex energy systems, in particular gas and steam turbine systems, comprising a system of a combined gas and steam turbine cycle. It can be used to generate electrical, mechanical and thermal energy.

Bekannt ist eine Energieanlage mit einer Gasturbine gemäß dem russischen Gebrauchsmuster Nr. 158646, F02C 6/16, 2016, umfassend einen Verdichter, eine Gasturbineneinheit, eine Druckwechseladsorptionsanlage zur Luftzerlegung, die den Verdichter mit sauerstoffangereicherter Luft versorgt, eine Vorrichtung zur Einspritzung von Wasser oder Dampf in die Gasturbine. Zur Erzeugung von Dampf für die Einspritzung in die Turbine wird im Verdampfer die Wärme der Turbinenabgase genutzt. In der Druckwechseladsorptionsanlage wird aus der atmosphärischen Luft unter Druck durch ein Adsorptionsmittel ein Teil des Stickstoffs, der während der Regeneration periodisch über eine Leitung in die Atmosphäre ausgestoßen wird, absorbiert und das sauerstoffangereicherte Luftgemisch durch einen Booster-Verdichter in einen Behälter gepumpt. Dies stellt einen größeren Vorrat an Oxidationsmittel für einen dauerhaften Betrieb der Gasturbineneinheit oder für ihren Betrieb bei höherer Leistung bereit. Die Anreicherung des Oxidationsmittels mit Sauerstoff führt zu einem Anstieg der Temperatur der Verbrennungsprodukte am Auslass der Brennkammer der Gasturbineneinheit, was für die Turbinenschaufeln gefährlich ist. Die Einführung (Einspritzung) von Wasser oder besser noch von Dampf senkt die Temperatur der Schaufeln und erhöht gleichzeitig den Durchsatz des Arbeitsmediums in der Turbine. Der Nachteil ist die geringe Effizienz des Energiesystems.A power plant with a gas turbine according to Russian Utility Model No. 158646, F02C 6/16, 2016 is known, comprising a compressor, a gas turbine unit, a pressure swing adsorption plant for air separation, which supplies the compressor with oxygen-enriched air, a device for injecting water or steam into the gas turbine. The heat from the turbine exhaust gases is used in the evaporator to generate steam for injection into the turbine. In the pressure swing adsorption system, part of the nitrogen, which is periodically expelled into the atmosphere via a line during regeneration, is absorbed from the atmospheric air under pressure by an adsorbent, and the oxygen-enriched air mixture is pumped through a booster compressor into a container. This provides a larger supply of oxidant for continuous or higher power operation of the gas turbine unit. The enrichment of the oxidant with oxygen leads to an increase in the temperature of the combustion products at the outlet of the combustor of the gas turbine unit, which is dangerous for the turbine blades. The introduction (injection) of water, or even better, steam, lowers the temperature of the blades and at the same time increases the throughput of the working fluid in the turbine. The disadvantage is the low efficiency of the energy system.

Bekannt ist eine Gasturbinenanlage, die als Arbeitsmedium ein Gemisch aus Kohlendioxid und Wasser verwendet, gemäß der Anmeldung US 20080320 , F02C 1/10, 2008. Die Gasturbinenanlage umfasst einen Verdichter und eine Turbine. Der Turbinenrotor mit Schaufelreihen ist in einem Gehäuse untergebracht, zwischen Reihen von beweglichen Schaufeln sind feststehende Führungen in dem Raum zwischen Gehäuse und Rotor angeordnet. In der Gasturbinenanlage sind Modifizierungen an den Strömungskanälen der Turbine vorgesehen. Insbesondere gemäß einer der Ausführungsformen weisen einige der Strömungskanäle in der Leitschaufelkaskade über den Umfang verteilte blockierte Sektoren auf. Gemäß einer zweiten Ausführungsform werden zur Verringerung der Querschnitte der Strömungskanäle der Turbine ringförmige Strömungshindernisse eingeführt. In der Wärmesenke der Gasturbinenanlage ist eine Vorrichtung zur Dampferzeugung angeordnet. Ein Teil des erzeugten Dampfstroms wird zur Kühlung der Turbinenkomponenten zugeführt, die einer Wärmebelastung ausgesetzt sind. Der zweite Teil des Dampfstroms wird für den Betrieb der Dampfturbine verwendet. In der Gasturbinenanlage sind Mittel zur Kondensation des Arbeitsmediums durch Wärmeabfuhr vorgesehen. Der Nachteil ist der geringe Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage, die Emission von Schadstoffen in die Atmosphäre.A gas turbine plant is known which uses a mixture of carbon dioxide and water as the working medium, according to the application US20080320 , F02C 1/10, 2008. The gas turbine system includes a compressor and a turbine. The turbine rotor with rows of blades is housed in a casing, fixed guides are arranged between rows of moving blades in the space between the casing and the rotor. In the gas turbine engine, modifications to the turbine flow passages are provided. In particular, according to one of the embodiments, some of the flow channels in the guide vane cascade have blocked sectors distributed over the circumference. According to a second embodiment, annular flow obstacles are introduced to reduce the cross sections of the flow channels of the turbine. A device for generating steam is arranged in the heat sink of the gas turbine system. A portion of the generated steam flow is channeled to cool turbine components that are subject to thermal stress. The second part of the steam flow is used to operate the steam turbine. Means for condensing the working medium by dissipating heat are provided in the gas turbine system. The disadvantage is the low efficiency of the gas turbine plant, the emission of harmful substances into the atmosphere.

Bekannt ist ein Verfahren zur Umwandlung der Energie von komprimiertem Gas in Nutzenergie und eine Gasturbinen (Gas-und-Dampf)-Anlage zu seiner Ausführung gemäß dem eurasischen Patent Nr. 001062, F01K 25/08, 1999. Bei dem Energieumwandlungsverfahren werden der Brennkammer Brennstoff und komprimiertes gasförmiges Oxidationsmittel zugeführt, es wird die Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer unter gleichzeitiger Zuführung in diese von Sekundärgasen zur Kühlung der Verbrennungsprodukte bereitgestellt; letztere werden auf die Schaufeln der Gasturbine geleitet. Der Brennkammer wird als gasförmiges Oxidationsmittel ein Gemisch aus Sauerstoff mit Kohlendioxid bei einer Sauerstoffkonzentration in dem Gemisch von im Wesentlichen 21% zugeführt. Die Verbrennung des Brennstoffs erfolgt unter Einhaltung der Oxidationsmittelüberschusszahl in der Verbrennungszone in einem Bereich von 1,05 - 1,15. Der Sauerstoff wird durch Zerlegung der Luft in Sauerstoff und Stickstoff gewonnen. Die Abgase der Turbine werden auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts abgekühlt, wobei das in Form von Kondensat freigesetzte Frischwasser in einen Speicher abgeführt wird. Die gekühlten Abgase werden der Brennkammer als Sekundärgase zugeführt.A method for converting the energy of compressed gas into useful energy and a gas turbine (gas and steam) plant for its implementation is known according to the Eurasian Patent No. 001062, F01K 25/08, 1999. In the energy conversion method, the combustor becomes fuel and supplied compressed gaseous oxidant, providing combustion of fuel in the combustion chamber with simultaneous supply thereto of secondary gases for cooling the products of combustion; the latter are directed to the blades of the gas turbine. A mixture of oxygen with carbon dioxide is fed to the combustor as the gaseous oxidant at an oxygen concentration in the mixture of substantially 21%. The fuel is burned while maintaining the excess oxidizer number in the combustion zone in the range of 1.05 - 1.15. The oxygen is obtained by breaking down the air into oxygen and nitrogen. The exhaust gases from the turbine are cooled to a temperature below the dew point, with the fresh water released in the form of condensate being discharged into a storage tank. The cooled exhaust gases are fed to the combustion chamber as secondary gases.

Die Gasturbinen (Gas-und-Dampf)-Anlage umfasst eine Brennkammer, umfassend einen Einlass zur Brennstoffzufuhr, einen Einlass zur Oxidationsmittelzufuhr und einen Auslass für die Verbrennungsprodukte. Ein Verdichter ist auf der Seite hohen Drucks an den Einlass zur Oxidationsmittelzufuhr angeschlossen. Die Gasturbine ist nach der Brennkammer entlang des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte angeordnet und befindet sich auf einer Welle mit dem Verdichter. Es gibt ein Mittel zur Kühlung der Abgase der Turbine. Die Gasturbinen (Gas-und-Dampf)-Anlage ist mit einer Luftzerlegungsanlage umfassend Sauerstoff- und Stickstoffauslässe ausgestattet. Das Mittel zur Kühlung der Abgase ist ausgebildet in Form eines in Reihe, entlang des Strömungswegs der Gase angeordneten Dampferzeugers oder Abhitzekessels und eines Kontakt-Economisers mit Kühlung auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts, welcher mit einer Leitung zur Entnahme von Frischwasser mit einer Temperatur von 50-60°C und einem Auslass für die gekühlten Verbrennungsprodukte ausgestattet ist. Der Nachteil ist der geringe Wirkungsgrad der Anlage, die Komplexität der Konstruktion, die große Menge an in die Atmosphäre ausgestoßenen Schadstoffen.The gas turbine (gas and steam) plant includes a combustor comprising an inlet for fuel supply, an inlet for oxidant supply and an outlet for the products of combustion. A compressor is connected to the oxidant supply inlet on the high pressure side. The gas turbine is located after the combustor along the flow path of the products of combustion and is on-shaft with the compressor. There is a means of cooling the turbine exhaust gases. The gas turbine (gas and steam) plant is equipped with an air separation unit comprising oxygen and nitrogen outlets. The means for cooling the exhaust gases is in the form of a steam generator or waste heat boiler arranged in series along the flow path of the gases and a contact economizer with cooling to a temperature below the dew point, which is connected to a line for the extraction of fresh water at a temperature of 50 -60°C and an outlet for the cooled combustion products. The disadvantage is the low efficiency of the plant, the complexity of the design, the large amount of harmful substances emitted into the atmosphere.

Als der zur beanspruchten technischen Lösung nächstliegende Stand der Technik wird die Energieanlage und das Verfahren zur Energieerzeugung ohne Kohlendioxidausstoß gemäß dem Patent US 5247791 , F01K 21/04, 1993 gewählt. In einer Energieanlage geschlossenen Typs wird der Brennstoff einer Brennkammer zugeführt und wird in ihr in Anwesenheit von Sauerstoff und nicht von Luft verbrannt. Das Verbrennungsgas, das hauptsächlich aus Wasser und Kohlendioxid besteht, wird aus der Brennkammer der Turbine zugeführt. Das Abgas aus der Turbine wird dem Abhitzekessel zugeführt, um in ihm einen Wärmeaustauschvorgang durchzuführen. Anschließend strömt das Abgas, das hauptsächlich einen Wasserbestandteil und Kohlendioxid aus dem Abhitzekessel enthält, in den Kondensator. Der Gasbestandteil, der hauptsächlich Kohlendioxid enthält, wird in einem Wasser-Gas-Abscheider von dem Kondensat getrennt und in komprimiertem Zustand der Brennkammer zugeführt. Das getrennte Kondensat wird dem Abhitzekessel zugeführt, um in ihm einen Wärmeaustauschvorgang unter Bildung von überhitztem Dampf durchzuführen, der der Brennkammer zugeführt wird. Die Dampfturbine kann mit dem Abhitzekessel und dem Erzeuger verbunden sein. Der Kondensator kann mit der Dampfturbine und dem Abhitzekessel verbunden sein, so dass Dampfturbine, Kondensator und Abhitzekessel einen geschlossenen Kreislauf bilden. Der Nachteil ist die niedrige Effizienz der Anlage, der geringe Wirkungsgrad.As the state of the art closest to the claimed technical solution, the power plant and the method for power generation without carbon dioxide emissions according to the patent US5247791 , F01K 21/04, Elected 1993. In a closed-type power plant, the fuel is supplied to a combustion chamber and is burned in it in the presence of oxygen and not air. The combustion gas, which mainly consists of water and carbon dioxide, is fed into the turbine from the combustor. The exhaust gas from the turbine is fed to the waste heat boiler to perform a heat exchange process therein. Then, the exhaust gas mainly containing a water component and carbon dioxide from the waste heat boiler flows into the condenser. The gas component, which mainly contains carbon dioxide, is separated from the condensate in a water-gas separator and fed to the combustion chamber in a compressed state. The separated condensate is fed to the waste heat boiler to perform a heat exchange process therein to form superheated steam, which is fed to the combustor. The steam turbine can be connected to the waste heat boiler and the generator. The condenser can be connected to the steam turbine and the waste heat boiler, so that the steam turbine, condenser and waste heat boiler form a closed circuit. The disadvantage is the low efficiency of the installation, low efficiency.

Das technische Ergebnis der beanspruchten Erfindung besteht darin, die Effizienz des Betriebs der Energieanlage unter Verringerung der Menge an Schadstoffemissionen in den austretenden Gasen zu erhöhen.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the operation of the power plant while reducing the amount of pollutant emissions in the exiting gases.

Das technische Ergebnis wird dadurch erreicht, dass in der Energieanlage umfassend einen Verdichter, der mit dem Einlass der Brennkammer verbunden ist, eine Brennkammer, deren Auslass mit einer Turbine verbunden ist, einen Dampferzeuger, der mit der Brennkammer verbunden ist, einen Brenngasabfuhrkanal, der mit einem Kondensator ausgestattet ist und mit einem Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser verbunden ist, wobei der Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser mit dem Dampferzeuger verbunden ist, erfindungsgemäß der Verdichter ein Schraubenverdichter ist, der Verdichter mit dem Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser verbunden ist, der Einlass des Verdichters mit einer Luftzerlegungsanlage verbunden ist.The technical result is achieved in that in the power plant comprising a compressor connected to the inlet of the combustion chamber, a combustion chamber, the outlet of which is connected to a turbine, a steam generator connected to the combustion chamber, a fuel gas discharge channel connected to is equipped with a condenser and is connected to a tank for collecting distilled water, wherein the tank for collecting distilled water is connected to the steam generator, according to the invention the compressor is a screw compressor, the compressor is connected to the tank for collecting distilled water, the inlet of the compressor is connected to an air separation unit.

Das technische Ergebnis wird dadurch sichergestellt, dass in der Energieanlage ein volumetrischer Verdichter eingesetzt wird, und zwar ein Schrauben-Mehrstufenverdichter, der gleichzeitig mit gasförmigen und flüssigen Medien arbeitet. Im Vergleich zu einem dynamischen Verdichter, in dem eine adiabatische Kompression des Gases erfolgt und dessen Wirkungsgrad 80 - 85% beträgt, beträgt der Wirkungsgrad eines Schraubenverdichters üblicherweise 95%. Dadurch, dass der Schraubenverdichter mit dem Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser verbunden ist, strömt Wasser in den Verdichter. Im Verlaufe der Kompression des Mediums verdampft Wasser, wodurch das zu komprimierende Gas gekühlt wird. Das Wasser weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität auf, die Temperatur des komprimierten Gases am Auslass aus dem Verdichter steigt geringfügig an. Durch die Verdampfung des Wassers in dem Verdichter erfolgt eine Kompression des Gases, die einer isothermen Kompression nahe kommt. Dadurch, dass es keine durch die Erwärmung des zu komprimierenden Gases verursachten Verluste gibt, erreicht der Wirkungsgrad eines solchen Verdichters 97%, was die Effizienz des Betriebs der Energieanlage erhöht. Durch das Fehlen von Reibung in der Schraubeneinheit des Verdichters verringert sich der Verbrauch von elektrischer Energie im Vergleich zu Verdichtern anderen Typs erheblich, was auch die Effizienz des Betriebs der Energieanlage erhöht. Der Einlass des Verdichters ist mit einer Luftzerlegungsanlage des Typs Vakuumwechseladsorptions (VWA)-Anlage verbunden, in der der atmosphärischen Luft Stickstoff entzogen wird und eine Sauerstoffsättigung von bis zu 85% erfolgt. Die Zufuhr in den Verdichter von bereits angereicherter Luft ermöglicht es, seinen Energieverbrauch für die Kompression zu verringern und der Brennkammer sauerstoffangereicherte Luft in komprimiertem Zustand zuzuführen. Damit wird in dem Verdichter weniger Energie für die Kompression von Sauerstoff und nicht von atmosphärischer Luft aufgewendet, und in der Brennkammer wird bei der Verbrennung die gleiche Energie erzeugt wie bei der Oxidation von Gas mit nicht komprimiertem Sauerstoff. Dies erhöht die Effizienz des Betriebs der Brennkammer und schließt Gase vom Betrieb aus, die nicht am Verbrennungsprozess beteiligt sind, gewährleistet ein stöchiometrisches Verhältnis der Menge von Oxidationsmittel zu Brennstoff von eins. Das wesentliche Gas, das nicht an der Verbrennung beteiligt ist, ist Stickstoff mit einer Volumen- (und molaren) Konzentration von etwa 80%. Die Zufuhr in die Brennkammer aus dem Verdichter von komprimierter gereinigter Luft reduziert den NOx-, SOx- und CO₂-Gehalt erheblich.The technical result is ensured by the fact that the power plant uses a volumetric compressor, namely a multi-stage screw compressor, which works simultaneously with gaseous and liquid media. Compared to a dynamic compressor, in which adiabatic compression of the gas takes place and whose efficiency is 80 - 85%, the efficiency of a screw compressor is usually 95%. With the screw compressor connected to the distilled water collection tank, water flows into the compressor. During the compression of the medium, water evaporates, which cools the gas to be compressed. The water has high thermal conductivity and heat capacity, the temperature of the compressed gas at the outlet from the compressor rises slightly. The evaporation of the water in the compressor results in a compression of the gas that comes close to isothermal compression. Due to the fact that there are no losses caused by heating of the gas to be compressed, the efficiency of such a compressor reaches 97%, which increases the efficiency of the power plant operation. Due to the absence of friction in the screw unit of the compressor, the consumption of electrical energy is significantly reduced compared to other types of compressors, which also increases the efficiency of the power plant operation. The inlet of the compressor is connected to a vacuum swing adsorption (VWA) type air separation unit in which atmospheric air is stripped of nitrogen and up to 85% oxygen saturation occurs. The supply of already enriched air into the compressor makes it possible to reduce its energy consumption for compression and to supply oxygen-enriched air in a compressed state to the combustion chamber. Thus, less energy is expended in the compressor for the compression of oxygen and not atmospheric air, and the same energy is produced in the combustor during combustion as in the oxidation of gas with uncompressed oxygen. This increases the efficiency of the operation of the combustor and excludes from operation gases that are not involved in the combustion process, ensures a stoichiometric ratio of the amount of oxidizer to fuel of one. The main gas not involved in combustion is nitrogen, with a volume (and molar) concentration of about 80%. The supply of compressed, cleaned air from the compressor into the combustion chamber significantly reduces the NOx, SOx and CO ₂ content.

Der Einsatz von Vakuumwechseladsorption ist eine der kostengünstigsten Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff aus Luft. Ein weiteres kostengünstiges Verfahren, bei dem mit minimalen Kosten aus Luft ein Maximum an Sauerstoff gewonnen wird, ist das kryogene Verfahren. Aber das kryogene Verfahren ist sehr umständlich und träge. Es existieren auch andere Verfahren, wie das Membranverfahren, die Verwendung von Druckwechseladsorption und dergleichen. Für die beanspruchte Energieanlage, deren Leistung 10 MW nicht übersteigt, ist der Einsatz von Vakuumwechseladsorption optimal.Vacuum swing adsorption is one of the most cost-effective methods of extracting oxygen from air. Another cost The cryogenic process is a cheap process that extracts maximum oxygen from air at minimal cost. But the cryogenic process is very cumbersome and sluggish. Other methods also exist, such as the membrane method, the use of pressure swing adsorption, and the like. The use of vacuum swing adsorption is optimal for the required power plant, the power of which does not exceed 10 MW.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung des Betriebs der Energieanlage.The figure shows a schematic representation of the operation of the energy system.

Die Energieanlage umfasst eine VWA-Anlage 1, deren Auslass mit dem Einlass des Schraubenverdichters 2 verbunden ist, der Auslass des Schraubenverdichters 2 ist mit dem Einlass der Brennkammer 3 verbunden. Am Auslass der Brennkammer 3 ist eine Turbine 4 angebracht, in einem Abschnitt 5 des Auslasskanals der aus der Turbine 4 abgehenden Gase ist ein Dampferzeuger 6 angebracht. Der Dampferzeuger 6 kann in dem aus der Brennkammer 3 austretenden Strom von Gasen angebracht sein. In einem Abschnitt 7 des Auslasskanals ist ein Kondensator 8 angebracht, der mit einem externen Kühler verbunden ist. Der Auslasskanal 7 ist mit einem Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser 9 verbunden. Teile der Energieanlage sind miteinander durch ein System von Rohrleitungen mit einer Absperrarmatur verbunden. Der Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser 9 ist mit dem Dampferzeuger 6 verbunden. Der Dampferzeuger 6 ist über eine Dampfzufuhrleitung mit der Brennkammer 3 verbunden. Die Brennkammer 3 ist mit einer Brennstoffzufuhrleitung verbunden. Der Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser 9 ist über eine Wasserzufuhrleitung mit dem Schraubenverdichter 2 verbunden.The power plant comprises a VWA plant 1, the outlet of which is connected to the inlet of the screw compressor 2, the outlet of the screw compressor 2 is connected to the inlet of the combustion chamber 3. At the outlet of the combustion chamber 3 a turbine 4 is installed, in a section 5 of the outlet channel of the gases leaving the turbine 4 a steam generator 6 is installed. The steam generator 6 can be placed in the flow of gases exiting the combustion chamber 3 . In a section 7 of the exhaust duct a condenser 8 is mounted, which is connected to an external cooler. The outlet channel 7 is connected to a tank 9 for collecting distilled water. Parts of the power plant are connected to each other by a system of pipelines with a shut-off valve. The distilled water collecting tank 9 is connected to the steam generator 6 . The steam generator 6 is connected to the combustion chamber 3 via a steam supply line. The combustion chamber 3 is connected to a fuel supply line. The distilled water collecting tank 9 is connected to the screw compressor 2 via a water supply pipe.

Die Energieanlage arbeitet wie folgt.The power plant works as follows.

Atmosphärische Luft mit einem Sauerstoffvolumengehalt von etwa 10% und einem Stickstoffgehalt von bis zu 80% wird über einen Filter und einen Verdichter (in der schematischen Darstellung nicht gezeigt) der VWA-Anlage 1 zugeführt, wo der Luft Stickstoff entzogen wird und sie mit Sauerstoff gesättigt wird. Am Auslass aus der VWA-Anlage beträgt die Volumen- (und molare) Konzentration von Stickstoff in der Luft 15%, die Konzentration von Sauerstoff bis zu 85%. Die sauerstoffangereicherte Luft wird dem Schraubenverdichter 2 zugeführt und sie wird auf einen Druck von 60 bar komprimiert. Dabei wird dem Verdichter 2 gleichzeitig destilliertes Wasser zugeführt, das aus dem Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser 9 einströmt. Es wird ein Hochdruckverdichter mit Wassereinspritzung verwendet. Bei der Kompression der Luft in der Schraubeneinheit des Verdichters 2 verdampft das destillierte Wasser und die Luft wird nicht erwärmt. Durch die Zufuhr von Wasser in den Verdichter 2 ist die Verwendung von Öl zur Kühlung der zu komprimierenden Luft nicht erforderlich. Bei dem Schraubenverdichter gibt es keine Reibungsverluste. Der Wirkungsgrad des Verdichters 2 erreicht 97%. Von dem Auslass des Verdichters 2 wird die komprimierte und sauerstoffangereicherte Luft der Brennkammer 3 zugeführt, auch werden der Brennkammer 3 Brenngas - Methan und Wasserdampf - zugeführt, die aus dem Dampferzeuger 5 einströmen. Durch die Zufuhr von Dampf in die Brennkammer 3 wird aufgrund des fehlenden Phasenübergangs von Wasser zu Dampf Wärmeenergie eingespart, was den Wirkungsgrad der Energieanlage erhöht. In der Brennkammer 3 erfolgt die Entzündung von Methan und sein Verbrennungsprozess verläuft bei einem stöchiometrischen Verhältnis, das gleich 1 ist. Anschließend werden die stickstoff- und kohlendioxidhaltigen Verbrennungsprodukte zusammen mit dem Dampf der Turbine 4 zugeführt. Aufgrund des vollständig zur Verbrennung des Brennstoffs aufgebrauchten Oxidationsmittels ist am Auslass aus der Brennkammer 3 kein Sauerstoff anwesend, was die Schaufeln der Turbine 4 vor Oxidation und Zerstörung schützt. Der Dampf, der dem Einlass der Turbine 4 zugeführt wird, schützt deren Schaufeln vor der hohen Temperatur der Verbrennungsprodukte. Darüber hinaus ist der Bereich des Auslasskanals der Brennkammer 3 teilweise mit sektorförmigen Schutzplatten abgedeckt, um die Schaufeln der Turbine 4 vor hoher Temperatur zu schützen. Die Rotationsenergie der Welle der Turbine 4 wird an die Energieverbraucher übertragen. Die abgehenden heißen Gase der Verbrennungsprodukte tragen zur Bildung von Dampf in dem Dampferzeuger 6 bei, der entlang des Strömungswegs der Verbrennungsprodukte nach der Brennkammer 3 oder im Kanal 5 nach der Turbine 4 angeordnet sein kann. Der entstandene Dampf wird der Brennkammer 3 zu deren Kühlung zugeführt und dreht die Turbine 4. Nach dem Durchströmen des Dampferzeugers 6 werden die Gase von dem Kondensator 8 abgekühlt, der mit einem externen Kühler, zum Beispiel mit einem Fluss, See und dergleichen verbunden ist. Durch die Kühlung wird aus den Gasen destilliertes Wasser freigesetzt, das in dem Gasabzug 7 gesammelt wird. Das entstandene destillierte Wasser wird in den Behälter zum Sammeln von destilliertem Wasser 9 abgelassen und in das System der Energieanlage zurückgeführt. Das destillierte Wasser aus dem Behälter 9 wird dem Verdichter 2 und dem Dampferzeuger 6 zugeführt. Auf diese Weise wird destilliertes Wasser, das eine Schmierung des Systems ersetzt und dadurch den Wirkungsgrad der Anlage erhöht, aus Abprodukten aus der Verbrennung erzeugt. Die entwässerten Verbrennungsprodukte, die eine minimale Menge an NOx enthalten, werden in die Atmosphäre ausgestoßen. Die wesentlichen Vorteile der beanspruchten Energieanlage sind:

- ein hoher Wirkungsgrad,
- eine minimale Menge an NOx, die in die Atmosphäre ausgestoßen wird,
- eine hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit,
- der Verzicht auf die Verwendung von Öl zur Schmierung von Teilen.

Atmospheric air with an oxygen volume content of about 10% and a nitrogen content of up to 80% is fed via a filter and a compressor (not shown in the schematic) to the VWA plant 1, where nitrogen is removed from the air and it is saturated with oxygen will. At the outlet from the VWA plant, the volume (and molar) concentration of nitrogen in the air is 15%, the concentration of oxygen is up to 85%. The oxygen-enriched air is fed to the screw compressor 2 and is compressed to a pressure of 60 bar. At the same time, distilled water flowing in from the container for collecting distilled water 9 is fed to the compressor 2 at the same time. A high-pressure water-injected compressor is used. When the air is compressed in the screw unit of the compressor 2, the distilled water evaporates and the air is not heated. By supplying water to the compressor 2, it is not necessary to use oil to cool the air to be compressed. There are no friction losses with the screw compressor. The efficiency of compressor 2 reaches 97%. From the outlet of the compressor 2, the compressed and oxygen-enriched air is fed to the combustion chamber 3, and the combustion chamber 3 is also fed with fuel gas - methane and water vapor - which flow in from the steam generator 5. By supplying steam to the combustion chamber 3, thermal energy is saved due to the lack of phase transition from water to steam, which increases the efficiency of the energy system. In the combustion chamber 3, the ignition of methane occurs and its combustion process takes place at a stoichiometric ratio equal to 1. The combustion products containing nitrogen and carbon dioxide are then fed to the turbine 4 together with the steam. Due to the oxidant being completely consumed for combustion of the fuel, no oxygen is present at the outlet from the combustor 3, which protects the blades of the turbine 4 from oxidation and destruction. The steam supplied to the inlet of the turbine 4 protects its blades from the high temperature of the combustion products. In addition, the area of the exhaust port of the combustion chamber 3 is partially covered with sector-shaped protective plates to protect the blades of the turbine 4 from high temperature. The rotational energy of the shaft of the turbine 4 is transmitted to the energy consumers. The exiting hot gases of the combustion products contribute to the formation of steam in the steam generator 6 which can be arranged along the flow path of the combustion products after the combustor 3 or in the duct 5 after the turbine 4. The resulting steam is fed to the combustion chamber 3 for its cooling and rotates the turbine 4. After passing through the steam generator 6, the gases are cooled by the condenser 8, which is connected to an external cooler, e.g. to a river, lake and the like. The cooling releases distilled water from the gases, which is collected in the gas outlet 7 . The resulting distilled water is drained into the distilled water collecting tank 9 and returned to the power plant system. The distilled water from the tank 9 is fed to the compressor 2 and the steam generator 6 . In this way, distilled water, which replaces lubrication of the system and thereby increases the efficiency of the system, is produced from combustion by-products. The dewatered combustion products, which contain a minimal amount of NOx, are discharged to the atmosphere. The main advantages of the claimed power plant are:

- a high efficiency,
- a minimum amount of NOx emitted into the atmosphere,
- high reliability and durability,
- the renunciation of the use of oil to lubricate parts.

Damit ermöglicht es die beanspruchte Erfindung, die Effizienz des Betriebs der Energieanlage unter Verringerung der Menge an Schadstoffemissionen in den austretenden Gasen zu erhöhen.Thus, the claimed invention makes it possible to increase the efficiency of the operation of the power plant while reducing the amount of pollutant emissions in the exiting gases.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US20080320 [0003]
US5247791 [0006]

Claims

Power plant comprising a combustor, the outlet of which is connected to a turbine, a compressor connected to the inlet of the combustor, a steam generator connected to the combustor, a fuel gas discharge duct equipped with a condenser and with a tank for collecting distilled water, wherein the distilled water collecting tank is connected to the steam generator, characterized in that the compressor is a screw compressor and is connected to the distilled water collecting tank, the inlet of the compressor is connected to an air separation unit is.