RU2056584C1 - Supercharged boiler and steam production process in it - Google Patents

Supercharged boiler and steam production process in it Download PDF

Info

Publication number
RU2056584C1
RU2056584C1 RU94041533/06A RU94041533A RU2056584C1 RU 2056584 C1 RU2056584 C1 RU 2056584C1 RU 94041533/06 A RU94041533/06 A RU 94041533/06A RU 94041533 A RU94041533 A RU 94041533A RU 2056584 C1 RU2056584 C1 RU 2056584C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
duct
parts
combustion products
air
Prior art date
Application number
RU94041533/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94041533A (en
Inventor
Константин Аркадьевич Якимович
Original Assignee
Константин Аркадьевич Якимович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Константин Аркадьевич Якимович filed Critical Константин Аркадьевич Якимович
Priority to RU94041533/06A priority Critical patent/RU2056584C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2056584C1 publication Critical patent/RU2056584C1/en
Publication of RU94041533A publication Critical patent/RU94041533A/en

Links

Images

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering, boiler engineering. SUBSTANCE: boiler flue is divided into two parts 1 and 2 for passing gas in tandem, each formed by its own heat-transfer surface in the form of cylinders with gollow walles, with helical channels inside them for passing medium being heated. Cylinders communicate with each other and are coaxially arranged in a spaced relation to each other with mentioned flue formed in the latter. Heat-transfer surfaces of parts 1 and 2 are connected in series to pass heated medium. Burner unit 3 is supercharged with air with compressor 4 driven by gas turbine 5 connected to flue between parts 1 and 2. Combustion products are cooled down in first part of flue to 850-970 K; pressure drop in parts 1 and 2 of flue is maintained, as a total, between 0.01 and 0.06 MPa; air is compressed to 0.16-0.35 MPa. EFFECT: increased steaming capacity. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в котлостроении. The invention relates to power engineering and can be used in boiler building.

Известен паровой котел с агрегатом наддува, содержащий газоход, разделенный на две части, каждая из которых образована своей теплообменной поверхностью, а одна из частей газохода на входе подключена к горелочному устройству, причем части газохода подключены последовательно с образованием газового тракта, а агрегат наддува выполнен в виде нагнетающего в горелочное устройство воздух компрессора с приводом от газовой турбины, последняя из которых подключена к газовому тракту между частями газохода. A steam boiler with a boost unit is known, comprising a gas duct divided into two parts, each of which is formed by its own heat exchange surface, and one of the gas duct parts at the inlet is connected to the burner device, and the gas duct parts are connected in series with the formation of a gas path, and the boost unit is made in in the form of a compressor forcing air into the burner, driven by a gas turbine, the last of which is connected to the gas path between the parts of the gas duct.

Недостатки известного котла являются его большие масса и габариты, что снижает его эксплуатационные характеристики. The disadvantages of the known boiler are its large mass and dimensions, which reduces its operational characteristics.

Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов котла, а также повышение его экономической эффективности и эксплуатационной надежности. The aim of the invention is to reduce the weight and dimensions of the boiler, as well as increasing its economic efficiency and operational reliability.

Цель достигается тем, что в паровом котле с агрегатом наддува, содержащем газоход, разделенный на две части, каждая из которых образована своей теплообменной поверхностью, и одна из частей газохода на входе подключена к горелочному устройству, причем части газохода подключены последовательно с образованием газового тракта, а агрегат наддува выполнен в виде нагнетающего в горелочное устройство воздух компрессора с приводом от газовой турбины, последняя из которых подключена к газовому тракту между частями газохода, теплообменная поверхность каждой части газохода изготовлена в виде цилиндров с полыми стенками, внутри которых выполнены спиральные каналы для прохода нагреваемой среды, причем цилиндры связаны между собой и размещены один относительно другого коаксиально с зазором и образованием в последнем между ними упомянутого газохода, при этом теплообменные поверхности разных частей газохода подключены между собой по нагреваемой среде, а наружные поверхности стенок цилиндров, омываемые продуктами сгорания, выполнены гладкими или при необходимости дополнительной прочности внешние стенки цилиндров снабжены снаружи спиральными ребрами. The goal is achieved in that in a steam boiler with a boost unit containing a gas duct divided into two parts, each of which is formed by its own heat exchange surface, and one of the gas duct parts at the inlet is connected to the burner device, and the gas duct parts are connected in series with the formation of the gas path, and the boost unit is made in the form of a compressor forcing air into the burner driven by a gas turbine, the last of which is connected to the gas path between the parts of the duct, heat exchange on top each part of the duct is made in the form of cylinders with hollow walls, inside of which spiral channels are made for the passage of the heated medium, the cylinders being interconnected and placed one relative to the other coaxially with a gap and the latter forming the said duct, the heat exchange surfaces of different parts the gas ducts are interconnected by a heated medium, and the outer surfaces of the cylinder walls, washed by the combustion products, are made smooth or, if necessary, additional The external walls of the cylinders are provided with spiral ribs on the outside.

Цель в части способа достигается тем, что продукты сгорания получают путем сжигания топлива в горелочном устройстве с последующим их охлаждением в первой по ходу газа части газохода при передаче тепла через теплообменную поверхность нагреваемой среде, расширением продуктов сгорания в турбине привода компрессора, сжимающего воздух для подачи в горелочное устройство, и дополнительном охлаждении продуктов сгорания во второй по ходу газов части газохода при передаче их низкопотенциального тепла через теплообменную поверхность нагреваемой среде, причем продукты сгорания охлаждают в первой части газохода до температуры 850-970 К, перепады давлений в первой части газохода и во второй части газохода поддерживают в сумме в диапазоне 0,01-0,06 МПа, а воздух сжимают до давления 0,16-0,35 МПа. The goal in terms of the method is achieved by the fact that the combustion products are obtained by burning fuel in a burner device with their subsequent cooling in the first portion of the gas duct during the transfer of heat through the heat exchange surface to the heated medium, by expanding the combustion products in the compressor drive turbine, compressing the air for burner device, and additional cooling of the combustion products in the second part of the gas duct along the gases during the transfer of their low potential heat through the heat exchange surface medium, and the combustion products are cooled in the first part of the gas duct to a temperature of 850-970 K, the pressure drops in the first part of the gas duct and in the second part of the gas duct are kept together in the range of 0.01-0.06 MPa, and the air is compressed to a pressure of 0, 16-0.35 MPa.

На фиг.1 представлена схема энергетического блока малогабаритного цилиндрического парогенератора (парового котла) с агрегатом турбонаддува и горелочным устройством; на фиг.2 показан вариант парогенерирующего цилиндра с оребренной внешней поверхностью для обеспечения прочности наружной оболочки в случае, если нагреваемая среда имеет повышенное давление; на фиг.3 процесс работы блока в I-S-диаграмме. Figure 1 presents a diagram of the energy block of a small cylindrical steam generator (steam boiler) with a turbocharger unit and a burner; figure 2 shows a variant of a steam generating cylinder with a finned outer surface to ensure the strength of the outer shell in case the heated medium has high pressure; figure 3 the process of operation of the block in the I-S diagram.

Паровой котел содержит газоход, разделенный на две части 1 и 2, каждая из которых образована своей теплообменной поверхностью, а часть 1 газохода подключена к горелочному устройству 3. Части 1 и 2 газохода подключены последовательно с образованием газового тракта. Агрегат турбонаддува котла выполнен в виде нагнетающего в горелочное устройство 3 воздух компрессора 4 с приводом от газовой турбины 5. Турбина подключена к газовому тракту между частями 1 и 2 газохода. Теплообменная поверхность частей 1 и 2 газохода выполнена в виде цилиндров 6 и 7 с полыми стенками, внутри которых выполнены спиральные каналы 8 для прохода нагреваемой среды. В случае необходимости при повышенном давлении нагреваемой среды наружная стенка 9 цилиндра упрочняется спиральными ребрами 10, омываемыми продуктами сгорания. Цилиндры 6 и 7 связаны между собой 3 и размещены один относительно другого коаксиально с зазором 11 и образованием в последнем между цилиндрами упомянутого газохода. Число цилиндров может быть различным и определяется тепловой мощностью парового котла и рядом других условий. Теплообменные поверхности частей 1 и 2 газохода подключены последовательно по нагреваемой среде. The steam boiler contains a gas duct, divided into two parts 1 and 2, each of which is formed by its heat exchange surface, and part 1 of the gas duct is connected to the burner device 3. Parts 1 and 2 of the gas duct are connected in series with the formation of the gas path. The turbocharging unit of the boiler is made in the form of a compressor 4 forcing air into the burner device 3 driven by a gas turbine 5. The turbine is connected to the gas path between parts 1 and 2 of the gas duct. The heat exchange surface of the duct parts 1 and 2 is made in the form of cylinders 6 and 7 with hollow walls, inside of which spiral channels 8 are made for the passage of the heated medium. If necessary, with increased pressure of the heated medium, the outer wall 9 of the cylinder is hardened by spiral ribs 10 washed by the combustion products. The cylinders 6 and 7 are interconnected 3 and placed one relative to the other coaxially with the gap 11 and the formation in the latter between the cylinders of the aforementioned duct. The number of cylinders can be different and is determined by the thermal power of the steam boiler and a number of other conditions. The heat exchange surfaces of the gas duct parts 1 and 2 are connected in series over a heated medium.

Работает энергетический блок малогабаритного цилиндрического парогенератора (парового котла) с агрегатом турбонаддува и горелочным устройством следующим образом. The power unit of a small cylindrical steam generator (steam boiler) with a turbocharger unit and a burner operates as follows.

Продукты сгорания охлаждаются в части 1 до необходимой с точки зрения стойкости рабочих лопаток турбины и других соображений температуры и входят в турбину 5. Работа расширения продуктов сгорания в турбине идет на привод сочлененного с ней компрессора 4, который нагнетает воздух в горелочное устройство. Отработавшие в турбине продукты сгорания поступают в газоход части 2 и отдают оставшийся тепловой потенциал теплоносителю (фиг.1). The combustion products are cooled in part 1 to the temperature necessary for the resistance of the turbine blades and other considerations and enter the turbine 5. The expansion of the combustion products in the turbine is driven by the compressor 4 connected to it, which pumps air into the burner device. Spent combustion products in the turbine enter the gas duct of part 2 and give up the remaining thermal potential to the coolant (Fig. 1).

Термодинамический расчет и условия работоспособности турбины определяют оптимальное местоположение турбины в газовоздушном тракте блока с учетом гидравлических сопротивлений тракта, температуры продуктов сгорания на входе в газоход и в турбину, КПД турбокомпрессора и ряд других условий. Необходимая для стабильного функционирования блока работа компрессора обеспечивается при температуре газа на входе в турбину 850-970 К, КПД турбокомпрессора, равном или больше 0,52, степени сжатия воздуха в компрессоре в интервале 0,16-0,35 МПа и гидравлическом сопротивлении газовоздушного тракта, включая и горелочное устройство 0,01-0,06 МПа. Работа блока при таких повышенных давлениях в газовоздушном тракте МЦП ведет к дополнительному снижению удельных массогабаритных характеристик установки. Thermodynamic calculation and conditions of turbine operability determine the optimal location of the turbine in the gas-air duct of the unit, taking into account the hydraulic resistance of the duct, the temperature of the combustion products at the inlet to the gas duct and the turbine, the efficiency of the turbocharger, and a number of other conditions. The compressor operation necessary for the stable operation of the unit is ensured at a gas temperature at the turbine inlet of 850-970 K, an efficiency of the turbocompressor equal to or greater than 0.52, a compression ratio of air in the compressor in the range of 0.16-0.35 MPa and hydraulic resistance of the gas-air duct , including a burner device of 0.01-0.06 MPa. The operation of the unit at such high pressures in the gas-air path of the MCP leads to an additional decrease in the specific weight and size characteristics of the installation.

Указанный уровень температур определяется, прежде всего, стойкостью лопаток турбины. В обычных случаях (например, в газотурбинных установках) этот уровень достигается подмешиванием к продуктам сгорания значительного количества воздуха (в несколько раз больше теоретически необходимого), что увеличивает проходные сечения газовоздушного тракта и снижает эффективность энергетической установки. В рассматриваемой схеме необходимый уровень температур перед турбиной достигается теплоотводом к нагреваемому теплоносителю, что намного более компактно и экономично. The indicated temperature level is determined primarily by the resistance of the turbine blades. In ordinary cases (for example, in gas turbine plants) this level is achieved by mixing a considerable amount of air (several times more than theoretically necessary) by adding to the combustion products, which increases the flow areas of the gas-air duct and reduces the efficiency of the power plant. In the scheme under consideration, the required temperature level in front of the turbine is achieved by heat removal to the heated coolant, which is much more compact and economical.

Рассмотрим работу блока в термодинамической диаграмме энтальпия (I) энтропия (S) (фиг. 3). В горелочное устройство подается сжатый воздух, жидкое или газообразное топливо и производится сжигание топлива (процесс 2-3). Продукты сгорания из горелочного устройства поступают в центральный газоход части 1. Проходя по этому и последующим газоходам части 1, продукты сгорания отдают высокотемпературный потенциал тепла нагреваемому теплоносителю, протекающему в каналах парогенерирующих цилиндров процесс 3-4. Затем продукты сгорания поступают на вход в турбину и производят при расширении механическую работу (процесс 4-5), которая идет на привод компрессора, осуществляющего сжатие воздуха от начального атмосферного давления Ро до давления в горелочном устройстве (процесс 1-2). Сжатый воздух направляется в горелочное устройство, а продукты сгорания после турбины поступают в газоходы части 2 и, отдав оставшееся тепло теплоносителю (процесс 5-6), покидают газоход при атмосферном давлении Ро.Consider the operation of the block in the thermodynamic diagram of the enthalpy (I) entropy (S) (Fig. 3). Compressed air, liquid or gaseous fuel is supplied to the burner device and fuel is burned (process 2-3). The combustion products from the burner device enter the central gas duct of part 1. Passing through this and subsequent gas ducts of part 1, the combustion products give off the high-temperature heat potential to the heated coolant flowing in the channels of the steam-generating cylinders process 3-4. Then, the combustion products enter the turbine inlet and perform mechanical work during expansion (process 4-5), which goes to the compressor drive, which compresses the air from the initial atmospheric pressure P о to the pressure in the burner device (process 1-2). Compressed air is directed to the burner device, and the combustion products after the turbine enter the gas ducts of part 2 and, having given the remaining heat to the coolant (process 5-6), leave the gas duct at atmospheric pressure P about .

Применение турбокомпрессора, работающего на продуктах сгорания парогенератора, для подачи воздуха в горелочное устройство этого же парогенератора, снятие высокотемпературного потенциала продуктов сгорания теплоносителем на участке газохода парогенератора между горелочным устройством и турбиной в части 1, что обеспечивает температурные условия работоспособности турбины при количестве подаваемого в горелочное устройство воздуха, близком к теоретически необходимому, и работа газовоздушного тракта при повышенных давлениях существенно увеличивают экономичность установки, снижают ее массу и объем и повышают эксплуатационную надежность. The use of a turbocharger operating on the products of combustion of the steam generator to supply air to the burner device of the same steam generator, removing the high-temperature potential of the combustion products by the coolant in the gas duct section of the steam generator between the burner device and the turbine in part 1, which provides temperature conditions for the turbine to work with the quantity supplied to the burner device air close to theoretically necessary, and the operation of the gas-air duct at elevated pressures Fitting but increase efficiency, reduce its weight and volume and increases the operational reliability.

Claims (2)

1. Паровой котел с агрегатом наддува, содержащий газоход, разделенный на две части, каждая из которых образована своей теплообменной поверхностью, а одна из частей газохода на входе подключена к горелочному устройству, причем части газохода подключены последовательно с образованием газового тракта, при этом агрегат наддува выполнен в виде нагнетающего в горелочное устройство воздух компрессора с приводом от газовой турбины, последняя подключена к газовому тракту между упомянутыми частями газохода, отличающийся тем, что теплообменная поверхность каждой части газохода выполнена в виде цилиндрических обечаек с полыми стенками, внутри которых выполнены спиральные каналы для прохода нагреваемой среды, причем обечайки размещены одна относительно другой коаксиально с зазором и образованием в последнем между ними упомянутого газохода и сообщены между собой, а теплообменные поверхности разных частей газохода подключены последовательно по нагреваемой среде. 1. A steam boiler with a pressurization unit, comprising a gas duct divided into two parts, each of which is formed by its own heat exchange surface, and one of the gas inlet portions is connected to the burner device, the gas duct parts being connected in series with the formation of a gas path, while the pressurization aggregate made in the form of a compressor forcing air into the burner, driven by a gas turbine, the latter is connected to the gas path between the mentioned parts of the duct, characterized in that the heat exchange the surface of each part of the duct is made in the form of cylindrical shells with hollow walls, inside of which spiral channels are made for the passage of the heated medium, and the shells are placed one relative to the other coaxially with a gap and the formation of the said duct in the latter and communicated with each other, and the heat exchange surfaces of different parts gas ducts are connected in series over a heated medium. 2. Способ получения пара в котле с агрегатом наддува, заключающийся в получении продуктов сгорания путем сжигания топлива в горелочном устройстве с последующим их охлаждением в первой по ходу газа части газохода при передаче тепла через теплообменную поверхность нагреваемой среде, расширении продуктов сгорания в турбине привода компрессора, сжимающего воздух для подачи в горелочное устройство, и дополнительном охлаждении продуктов сгорания во второй по ходу газов части газохода при передаче их низкопотенциального тепла через теплообменную поверхность нагреваемой среде, отличающийся тем, что продукты сгорания охлаждают в первой части газохода до 850 - 970 К, при этом перепады давлений между входом и выходом первой части газохода и входом и выходом его второй части в сумме поддерживают в диапазоне 0,01 - 0,06 МПа, а воздух сжимают до давления 0,16 - 0,35 МПа. 2. A method of producing steam in a boiler with a boost unit, which consists in obtaining combustion products by burning fuel in a burner device and then cooling them in the first portion of the gas duct along the gas while transferring heat through the heat exchange surface of the heated medium, expanding the combustion products in the compressor drive turbine, compressing air for supply to the burner device, and additional cooling of the combustion products in the second part of the gas duct along the gases while transferring their low potential heat through the heat exchanger the surface of the heated medium, characterized in that the combustion products are cooled in the first part of the duct to 850 - 970 K, while the pressure drops between the inlet and outlet of the first part of the duct and the inlet and outlet of its second part in total are maintained in the range of 0.01 - 0 , 06 MPa, and the air is compressed to a pressure of 0.16 - 0.35 MPa.
RU94041533/06A 1994-11-17 1994-11-17 Supercharged boiler and steam production process in it RU2056584C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94041533/06A RU2056584C1 (en) 1994-11-17 1994-11-17 Supercharged boiler and steam production process in it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94041533/06A RU2056584C1 (en) 1994-11-17 1994-11-17 Supercharged boiler and steam production process in it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2056584C1 true RU2056584C1 (en) 1996-03-20
RU94041533A RU94041533A (en) 1996-11-10

Family

ID=20162475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94041533/06A RU2056584C1 (en) 1994-11-17 1994-11-17 Supercharged boiler and steam production process in it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2056584C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103629656A (en) * 2013-12-17 2014-03-12 哈尔滨工程大学 Air supplying system and method of experiment table of small supercharged boiler
RU181138U1 (en) * 2017-07-20 2018-07-05 Общество с ограниченной ответственностью "ИнтерБлок-Техно" STEAM GENERATOR

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 219600, кл. F 22B 1/24, опублик.1968. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103629656A (en) * 2013-12-17 2014-03-12 哈尔滨工程大学 Air supplying system and method of experiment table of small supercharged boiler
RU181138U1 (en) * 2017-07-20 2018-07-05 Общество с ограниченной ответственностью "ИнтерБлок-Техно" STEAM GENERATOR

Also Published As

Publication number Publication date
RU94041533A (en) 1996-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3971211A (en) Thermodynamic cycles with supercritical CO2 cycle topping
US5678401A (en) Energy supply system utilizing gas and steam turbines
US4271665A (en) Installation for generating pressure gas or mechanical energy
WO2005003533A2 (en) High compression gas turbine with superheat enhancement
CN103775148A (en) Self-cooled thermal power acting method
Lamfon et al. Modeling and simulation of combined gas turbine engine and heat pipe system for waste heat recovery and utilization
US4663939A (en) Closed cycle external combustion engine
RU2056584C1 (en) Supercharged boiler and steam production process in it
Bammert et al. Highlights and future development of closed-cycle gas turbines
CN201246218Y (en) Sub-low temperature heat source gasification circulation thermodynamic system
JPH0354327A (en) Surplus power utilizing system
JPS5781104A (en) Composite cycle plant
CN101555807A (en) Gasification circulation thermal power system of mild-hypothermia thermal source
JPH0131012B2 (en)
US2613495A (en) Vapor and gas power plant utilizing equipressure vapor generator
US1948539A (en) Steam generator
RU2309264C1 (en) Method of power generation in steam-gas power plant
RU2044906C1 (en) Method of converting heat into mechanical work in gas- turbine engine and gas-turbine engine
RU51112U1 (en) HEAT GAS TURBINE INSTALLATION
CN118310074B (en) Compressed air energy storage system with heat supply and waste heat utilization coupled and operation method thereof
KR940004338B1 (en) Process for producing power
RU2127815C1 (en) Heat power plant with cooler
RU2078970C1 (en) Heat-energy-to-work conversion method
GB1596069A (en) Apparatus for generating heat energy for heating purposes by means of a fuel-air mixture
RU93026055A (en) METHOD FOR TRANSFORMING THERMAL ENERGY TO MECHANICAL IN A GAS TURBINE ENGINE AND A GAS TURBINE ENGINE

Legal Events

Date Code Title Description
QZ4A Changes in the licence of a patent

Effective date: 20021023

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20060613

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091118