PL199819B1 - Sposób spalania paliw, a zwłaszcza gazu, w utleniaczu o wysokiej temperaturze z równoczesnym rozprężaniem utleniacza oraz doprowadzaniem paliwa - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób spalania polegający na tym, że utleniacz, korzystnie powietrze lub mieszanina powietrza z parą wodną, podgrzewany jest do temperatury przewyższającej temperaturę samozapłonu paliwa. Paliwo dostarczane jest do utleniacza stopniowo w trakcie rozprężania. Korzystnym przy tym jest by intensywność wyzwalania ciepła w wyniku spalania równa była intensywności odprowadzania energii w wyniku pracy wykonywanej przez gaz dzięki czemu temperatura w trakcie procesu rozprężania pozostaje na niezmiennym poziomie. Do podgrzewania utleniacza korzystne jest przy tym wykorzystać powstałe, w wyniku zachodzenia spalania, spaliny.

Description

Przedmiotem wynalazku sposób spalania paliw, a zwłaszcza gazu, w utleniaczu o wysokiej temperaturze przy równoczesnym rozprężaniem utleniacza oraz doprowadzaniem paliwa.

Spalanie jest podstawowym źródłem energii współczesnej cywilizacji. Wykorzystywane jest między innymi w instalacjach do wytwarzania energii elektrycznej. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej w obecnie spotykanych obiegach waha się od 35% w przypadku elektrowni wykorzystujących parę wodną jako czynnik roboczy do ponad 55% w przypadku nowoczesnych obiegów parowogazowych o dużym stopniu złożoności.

Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, najwyższą z możliwych sprawności, przy danych temperaturach górnego i dolnego źródła, ma silnik Carnota składający się z dwóch przemian izotermiczych i dwóch izentropowych W praktyce realizacja obiegu silnika Carnota napotyka na poważne trudności ze względu na trudność wykonania urządzenia, w którym zachodzi przemiana izotermiczna. Realizacja przemiany zbliżonej do izotermicznej możliwa jest poprzez wielostopniowe rozprężanie z realizacją procesu spalania między stopniami turbiny [Jan Szargut, Termodynamika Techniczna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997].

W dotychczasowych obiegach spalanie zachodziło przed rozprężaniem, a gorące gazy spalinowe rozprężały się w turbinie, przy czym nowoczesne konstrukcje turbin wyposażone były w powietrzne chłodzenie łopatek. Stosuje się także wielostopniowe rozprężanie, którego celem jest zbliżenie procesu rozprężania do izotermicznego.

W sposobie według wynalazku sprężony utleniacz, którym może być powietrza, lub powietrze z dużą zawartością pary wodnej, podgrzewany jest do temperatury przewyższającej temperaturę samozapłonu paliwa, to jest około 900°C dla gazu ziemnego i 600°C dla oleju opałowego. Utleniacz ten rozpręża się w turbinie, przy czym w sposób ciągły doprowadza się do niego paliwo, korzystnie w taki sposób by ilość pracy wykonana przez gaz równała się ilości ciepła wyzwalanej w wyniku spalania, dzięki czemu temperatura gazu w trakcie całego procesu rozprężania pozostaje stała. Zatem dzięki jednoczesności procesów rozprężania oraz spalania zrealizowana zostaje przemiana izotermiczna.

Wynalazek zastosowany może być w elektrowniach i elektrociepłowniach wykorzystujących gaz ziemny, jako paliwo. Sposób według wynalazku pozwoli na znaczne podniesienie sprawności w stosunku do obiegów stosowanych dotychczas.

Sposób według wynalazku wymaga podgrzania utleniacza do temperatury przewyższającej temperaturę zapłonu paliwa, czyli w przypadku gazu do temperatury wyższej od 900°C, dzięki czemu nie występuje problem stabilizacji spalania. Pozwala to na umiejscowienie obszaru spalania we wnętrzu urządzenia roboczego (turbiny), w którym następuje rozprężanie. Przy odpowiednio dobranej intensywności doprowadzania paliwa temperatura w ciągu całej przemiany rozprężania pozostaje stała, gdyż intensywność doprowadzania energii w wyniku spalania równa się intensywności odprowadzania energii w wyniku rozprężania gazu. Paliwo moż e być w sposób ciąg ł y doprowadzane do obszaru spalania na przykład poprzez łopatki turbiny, w której zachodzi proces równoczesnego spalania i rozprężania.

Korzystnym jest przy tym, by spaliny wychodzące z turbiny, o wysokiej temperaturze wykorzystane zostały do podgrzania utleniacza.

Wynalazek bliżej przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia sprężony utleniacz 1 podgrzewany jest w regeneracyjnym wymienniku ciepła 8, tak by w punkcie 2 miał temperaturę przewyższającą temperaturę samozapłonu gazu. Gaz 5 podawany jest do turbiny 9 poprzez wydrążony wał wirnika turbiny. Gaz ten płynie następnie poprzez kanały łopatek 6 turbiny rozmieszczonych wzdłuż całej długości turbiny. Pomiędzy poszczególnymi rzędami łopatek znajdują się wieńce kierownic 7. Rozprężone spaliny w punkcie 3 posiadają temperaturę podobną do temperatury początkowej utleniacza 2. Spaliny te wykorzystywane są do podgrzania utleniacza, przez co schładzają się do temperatury 4. Spalanie według opisywanego sposobu zachodzi wzdłuż całej konstrukcji turbiny, między rzędami łopatek 6 oraz kierownic 7. Praca rozprężania odbierana jest przez łopatki 6, a przekroje doprowadzają ce paliwo w ł opatkach dobrane są tak, by temperatura wzdł u ż cał ej turbiny była wyrównana.

Claims (1)

1. Sposób spalania paliw, a zwłaszcza gazu, w utleniaczu o wysokiej temperaturze z równoczesnym rozprężaniem utleniacza oraz doprowadzaniem paliwa, znamienny tym, że sprężony utleniacz, korzystnie powietrze lub mieszanina powietrza z parą wodną, podgrzewa się do temperatury przewyższającej temperaturę samozapłonu paliwa, a paliwo, korzystnie gaz ziemny, dostarcza się do utleniacza stopniowo w trakcie procesu rozprężania utleniacza, korzystnie z taką wydajnością, by wykonywana praca rozprężania równa była ilości ciepła, które wyzwala się wskutek spalania paliwa, przy czym temperatura w trakcie całego procesu rozprężania pozostaje stała.