RU2019127349A - Парогазовая энергетическая установка по Антони циклу - Google Patents

Claims (13)

1. Парогазовая энергетическая установка по Антони циклу, содержащая, по крайней мере, один компрессор и одну турбину, по крайней мере, одно устройство подвода тепла, например, камеру сгорания, систему утилизации тепла, включающую, по крайней мере, один парогенератор, системы подачи топлива, пуска, контроля, управления, например, охлаждения, отличающаяся тем, что содержит парогазовый каскадный обменник давлением, включающий корпус, в котором установлен с возможностью вращения ротор, с выполненными по окружности ротора параллельно валу (аксиально), или радиально, или диагонально, либо осерадиально каналами, со стороны впускных и выпускных отверстий каналов к торцам ротора, с минимальным зазором, например, с возможностью регулирования величины зазора, а возможно и с какими-либо уплотнениями зазоров, примыкают стенки корпуса, в которых образованы порты (окна) с возможностью подвода в каналы ротора и отвода из них сжимающего и сжимаемого рабочих тел, парогазовый обменник давлением может быть интегрирован с газотурбинным двигателем, например, таким образом, что рабочее тело низкого давления (сжимаемое рабочее тело), например, воздух из компрессора наддува, или после компрессора газотурбинного двигателя, подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления, выполненного с одной стороны ротора парогазового каскадного обменника давлением, со стороны впускных отверстий каналов ротора, а с противоположной стороны ротора, со стороны выпускных отверстий каналов ротора, в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления, например, водяного пара, в паровую или в газовую турбину низкого или среднего давления, далее, по ходу вращения ротора, например, со стороны подвода рабочего тела низкого давления, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления (сжимающего рабочего тела), например, водяного пара, который может быть подключен к выходу из парогенератора, или из паровой турбины высокого давления, например, через пароперегреватель, а с противоположной стороны ротора в стенке корпуса выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления, например, воздуха, подключенный, например, к системе охлаждения турбины высокого давления, и к устройству подвода тепла, например, в виде камеры сгорания, выход из которого соединен с газовой турбиной, или с каскадом газовых турбин высокого, например, среднего и низкого давления, при этом в роторе парогазового каскадного обменника давлением выполнены, например, вдоль радиуса ротора, несколько рядов каналов, например, со смещением каналов в одних рядах относительно каналов в других рядах, стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия при вращении ротора, например, с минимальным зазором, впускных и выпускных отверстий, по крайней мере, одного канала в каждом ряду каналов ротора, например, поочередно, также в стенке корпуса парогазового обменника давлением, например, между портом подвода рабочего тела низкого давления и портом подвода рабочего тела высокого давления выполнен ряд портов (окон), соединенных между собой массообменными (перепускными) каналами, выполненными с возможностью организации последовательного ступенчатого подвода в каналы ротора и отвода из каналов ротора сжимающего рабочего тела таким образом, что порты, выполненные после порта подвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, соединены перепускными массообменными каналами с портами, выполненными перед портом подвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, с возможностью последовательного повышения давления в каналах ротора, по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела высокого давления, при вращении ротора, а порты, выполненные, по ходу вращения ротора, перед портом подвода рабочего тела низкого давления, выполнены с возможностью последовательного снижения давления рабочего тела в каналах ротора, при его вращении, по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела низкого давления, при этом равноудаленные, с одной и с другой стороны от порта подвода рабочего тела низкого давления порты соединены между собой массообменными (перепускными) каналами, а выход рабочего тела из турбины, например, низкого давления подключен к парогенератору, например, в виде котла-утилизатора и/или парового котла со сжиганием дополнительного топлива, с возможностью отвода тепла от рабочего тела (продуктов сгорания), а в части подвода тепла к рабочему телу вход парогенератора присоединен к системе подачи жидкого рабочего тела, например, воды.

2. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что по ходу вращения ротора парогазового каскадного обменника давлением, например, перед портом отвода рабочего тела высокого давления выполнен дополнительный порт подвода рабочего тела, соединенный с выходом из камеры сгорания, например, с отдельной высокотемпературной камерой сгорания, вход которой подключен к порту отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением, при этом порт отвода рабочего тела высокого давления может содержать секцию отвода воздуха на охлаждение, выполненную в конце порта, по ходу вращения ротора.

3. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что котел-утилизатор выполнен с возможностью раздельного нагрева в нем рабочего тела, например, воды и водяного пара нескольких, например, двух или трех давлений, например, при этом выход воды из конденсатора пара, выполненного после паровой турбины низкого давления, посредством водяного насоса подключен к газо-водяному подогревателю (экономайзеру низкого давления котла-утилизатора), после которого водопровод подключен к деаэратору, из которого выполнены отводы конденсата (воды), например, таким образом, что один отвод посредством насоса низкого давления, соединен с испарителем низкого давления котла-утилизатора, пар из которого частично, посредством паропровода с регулирующим клапаном подведен к деаэратору, а частично пар через пароперегреватель низкого давления подключен к турбине низкого давления, другой отвод посредством насоса двух давлений соединен с магистралями высокого и среднего давлений, при этом магистраль высокого давления через ряд подогревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа подключена к испарителю высокого давления, пар из которого через ряд пароперегревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа, подключен к турбине высокого давления, а магистраль среднего давления через, по крайней мере, один подогреватель, подключена к испарителю среднего давления, пар из которого, по крайней мере, после одного пароперегревателя соединен в смесителе с паром из паропровода после турбины высокого давления, и далее, через ряд пароперегревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления (сжимающей среды) парогазового каскадного обменника давлением, порт отвода рабочего тела низкого давления которого разделен, например, на три секции, первая и последняя, по ходу вращения ротора, секции могут быть соединены, например, через вспомогательную паровую турбину среднего давления, на валу которой может быть выполнены электрогенератор с деаэратором, а средняя секция порта отвода рабочего тела низкого давления подключена к паровой турбине низкого давления, например, через ряд ступеней паровой турбины среднего давления.

4. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит, по крайней мере, одну промежуточную камеру сгорания, при этом, по крайней мере, одна промежуточная камера сгорания может содержать дополнительный подвод воздуха, например, из компрессора газотурбинного двигателя.

5. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что между устройствами сжатия рабочего тела, например, воздуха, например, между компрессорами, и/или в газоходе, соединенном с портом подвода рабочего тела низкого давления (например, воздуха) парогазового каскадного обменника давлением, выполнено, по крайней мере, одно устройство отвода тепла (промежуточный охладитель), например, интегрированное в систему генерации пара в парогенераторе, например, в систему генерации пара нескольких давлений в котле-утилизаторе.

6. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит устройство наддува газотурбинного двигателя, например, в виде, по крайней мере, одного компрессора, например, с приводом от электромотора.

7. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна камера сгорания и, по крайней мере, турбина высокого давления выделены в отдельный блок, на валу которого может быть выполнен электрогенератор.

8. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что вал ротора парогазового каскадного обменника давлением подключен к приводу, например, от газотурбинного или электрического двигателя, с возможностью регулирования оборотов ротора и/или ротор выполнен с возможностью самовращения, например, посредством специальных сопел, выполненных в отдельных портах подвода рабочего тела в каналы ротора, например, также с возможностью регулирования оборотов ротора, при этом корпус парогазового каскадного обменника давлением может быть выполнен герметичным.

9. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель выполнен по «безотходному» циклу, например, таким образом, что содержит установку по выработке кислорода, например, воздухоразделительную установку и систему утилизации продуктов сгорания, по крайней мере, углекислого газа и воды, при этом выход рабочего тела, например, углекислого газа, по крайней мере его части, после котла-утилизатора и системы сепарации конденсата, например, после дополнительного охладителя, подключен ко входу компрессора, например, газотурбинного двигателя, соединенного с портом подвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением, а камера сгорания, в том числе, при ее наличии и промежуточная камера сгорания, а возможно и высокотемпературная камера сгорания подключены через регулирующие клапаны к подводам топлива и сжатого окислителя, например, кислорода.

10. Энергетическая установка, по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть паропроводов содержит регулирующие клапаны с возможностью регулирования расхода через них рабочего тела в парогазовый каскадный обменник давлением и из него, в паровые турбины, например, в деаэратор, в атмосферу и т.п.

11. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что устройство подвода тепла к рабочему телу после порта отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением выполнено в виде теплообменного аппарата, например, с керамической теплообменной поверхностью, установленного в котле, например, с возможностью сжигания твердого топлива, которое может быть предварительно газифицировано, а подвод воздуха в топку котла подключен к выпуску из турбины газотурбинного двигателя, при этом на выходе из котла установлен парогенератор в виде котла-утилизатора, например, с возможностью дожигания дополнительного топлива, подключенный к паровой турбине и к системе подачи питательной воды.

12. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что, по крайней мере, один теплообменный аппарат - парогенератор, например, в виде котла-утилизатора, возможно котел с теплообменным аппаратом, подключенным к порту отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением, выполнены напорными, то есть расположены по ходу движения рабочего тела (продуктов сгорания), перед турбиной низкого давления, выполненной на валу газотурбинного двигателя, или на отдельном валу, например, с электрогенератором, при этом за турбиной низкого давления может быть установлен газовый подогреватель питательной воды перед подачей ее в парогенератор, например, в виде котла-утилизатора.

13. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель выполнен по полузамкнутому циклу, при этом выход рабочего тела (продуктов сгорания), по крайней мере, после котла-утилизатора и сепаратора конденсата, подключен с возможностью регулирования расхода рабочего тела (продуктов сгорания), частично к атмосфере, либо к турбине низкого давления, а частично ко входу компрессора, например, низкого давления, вход которого также частично подключен к атмосфере или к компрессору устройства наддува.