RU2315233C2 - Method and device for generating steam - Google Patents
Method and device for generating steam Download PDFInfo
- Publication number
- RU2315233C2 RU2315233C2 RU2005121910/06A RU2005121910A RU2315233C2 RU 2315233 C2 RU2315233 C2 RU 2315233C2 RU 2005121910/06 A RU2005121910/06 A RU 2005121910/06A RU 2005121910 A RU2005121910 A RU 2005121910A RU 2315233 C2 RU2315233 C2 RU 2315233C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- working
- working fluid
- fluid
- pressure
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области транспортных средств и теплоэнергетики, в частности к паросиловым установкам.The invention relates to the field of vehicles and power engineering, in particular to steam power plants.
Хорошо известны два основных способа генерирования рабочего газа или пара, осуществляемых соответственно в газовых и паровых циклах для получения механической энергии.Two main methods are well known for generating working gas or steam, carried out respectively in gas and steam cycles to produce mechanical energy.
Способ генерирования рабочего газа в современных двигателях основан на сжигании топлива внутри сжатого рабочего тела, находящегося в течение всего цикла в газообразном состоянии, далеком от линии насыщения. Недостатком этого способа является то, что газовые циклы внутреннего сгорания обладают большой степенью несовершенности по отношению к обратимому циклу Карно и большой необратимостью из-за высоких температур, а также расходуют часть полученной механической энергии на предварительное сжатие атмосферного воздуха. Следствием этих недостатков является то, что большая часть энергии сгорающего топлива не используется для получения механической энергии и выбрасывается в атмосферу.The method of generating working gas in modern engines is based on burning fuel inside a compressed working fluid that is in a gaseous state throughout the cycle, far from the saturation line. The disadvantage of this method is that the gas cycles of internal combustion have a large degree of imperfection with respect to the reversible Carnot cycle and a large irreversibility due to high temperatures, and also spend part of the obtained mechanical energy on the preliminary compression of atmospheric air. The consequence of these drawbacks is that most of the energy of burning fuel is not used to produce mechanical energy and is released into the atmosphere.
Способ генерирования рабочего пара в паровых циклах основан на использовании таких рабочих тел, агрегатное состояние которых в цикле меняется: в одной части цикла рабочее тело находится в жидком состоянии, в другой части - в виде двухфазной смеси (влажного пара), в третьей - в виде перегретого пара. Обычно перегретый пар находится в состояниях, настолько близких к области насыщения, что к нему не применимы законы идеального газа. Подвод энергии сгорающего топлива производится путем теплообмена в котле. Несмотря на то, что использование рабочего тела, изменяющего в течение цикла свое агрегатное состояние, позволяет осуществить на практике цикл Карно, в этом способе генерирования большая часть энергии сгорающего топлива не подводится к рабочему телу из-за низкого эксергетического коэффициента полезного действия котла.The method of generating working steam in steam cycles is based on the use of working fluids whose aggregate state changes in the cycle: in one part of the cycle, the working fluid is in a liquid state, in the other part in the form of a two-phase mixture (wet steam), in the third - in the form superheated steam. Usually superheated steam is in states so close to the saturation region that the laws of an ideal gas are not applicable to it. The energy of the burning fuel is supplied by heat exchange in the boiler. Despite the fact that the use of a working fluid that changes its state of aggregation during the cycle allows the Carnot cycle to be implemented in practice, in this method of generating most of the energy of the burning fuel is not supplied to the working fluid due to the low exergy efficiency of the boiler.
Известны поршневые двигатели внутреннего сгорания, работающие по газовым циклам Отто, Дизеля и Тринклера, а также газотурбинные установки, работающие по различным газовым циклам. Эти устройства в большей или меньшей степени неэффективны по причинам, присущим способу генерирования рабочего пара, описанному выше.Known piston internal combustion engines operating on gas cycles of Otto, Diesel and Trinkler, as well as gas turbine plants operating on various gas cycles. These devices are more or less ineffective for reasons inherent in the working steam generation method described above.
Известны теплосиловые установки с генерированием рабочего пара из рабочего тела, которое при атмосферном давлении и комнатной температуре находится в жидком состоянии. Эти устройства могут работать по различным циклам, но всех их объединяет наличие в их составе котла, имеющего низкий эксергетический коэффициент полезного действия (Кириллин В.А. и др. Техническая термодинамика, М., Энергоатомиздат, 1983).Thermal power plants are known with the generation of working steam from a working fluid, which is in a liquid state at atmospheric pressure and room temperature. These devices can operate in different cycles, but all of them are united by the presence in their composition of a boiler having a low exergy coefficient of performance (Kirillin V.A. et al. Technical Thermodynamics, M., Energoatomizdat, 1983).
Ближайшим техническим решением (прототипом) является парогазовая камера сгорания двигателей (Алексеев Г.Н. Общая теплотехника: Учебное пособие, М., Высшая школа, 1980).The closest technical solution (prototype) is a gas-vapor combustion chamber of engines (Alekseev G.N. General heat engineering: Textbook, M., Higher School, 1980).
В этом устройстве реализуется усовершенствованный способ генерирования рабочего газа в цикле газотурбинной установки. Впрыск воды в камеру сгорания понижает максимальную температуру, делая газовый цикл более приближенным к циклу Карно.This device implements an improved method for generating working gas in the cycle of a gas turbine installation. Injecting water into the combustion chamber lowers the maximum temperature, making the gas cycle closer to the Carnot cycle.
В парогазовой камере сгорания через форсунку подается керосин, а через множество отверстий верхней крышки - воздух (или другой окислитель). Горючая смесь поджигается запальным приспособлением. Ниже фронта пламени через систему патрубков с малыми отверстиями на концах впрыскивается вода. После перемешивания с продуктами сгорания образуется парогаз, который подается в турбину или поршневую расширительную машину.In the gas-vapor combustion chamber, kerosene is fed through the nozzle, and air (or another oxidizing agent) is supplied through the many openings of the top cover. The combustible mixture is ignited by the ignition device. Below the flame front, water is injected through a system of nozzles with small holes at the ends. After mixing with the combustion products, vapor gas forms, which is fed into the turbine or piston expansion machine.
Эффективность парогазовой камеры сгорания по сравнению с газотурбинной установкой несколько улучшается. Однако интервал температур, в котором осуществляется этот цикл, не позволяет получить коэффициент полезного действия, превышающий 0,5. Кроме того, можно предположить, что затруднено изменение режимов работы парогазовой камеры сгорания в сочетании с оптимальной дозировкой топлива и воды при изменении нагрузки в турбине или в поршневой расширительной машине.The efficiency of a combined-cycle combustion chamber is somewhat improved compared to a gas turbine plant. However, the temperature range in which this cycle is carried out does not allow to obtain a coefficient of performance in excess of 0.5. In addition, we can assume that it is difficult to change the operating modes of a combined-cycle combustion chamber in combination with the optimal dosage of fuel and water when the load changes in a turbine or in a piston expansion machine.
Задачей изобретения является повышение эффективности использования энергии сгорающего топлива в паросиловой установке.The objective of the invention is to increase the efficiency of energy use of combustible fuel in a steam-powered installation.
Задача решается за счет того, что в качестве рабочего тела используется вещество или смесь веществ, в нормальных условиях являющихся паром, например азот, кислород, воздух, которое перед использованием предварительно сжижают или отверждают, а топливо сжигают внутри герметичного объема, в котором находится это вещество. Генерированный рабочий пар подается в рабочий орган, например в турбину или в поршневую расширительную машину.The problem is solved due to the fact that, as a working fluid, a substance or mixture of substances is used, which under normal conditions is steam, for example nitrogen, oxygen, air, which is preliminarily liquefied or solidified, and the fuel is burnt inside the sealed volume in which this substance is located . The generated working steam is supplied to the working body, for example, to a turbine or to a piston expansion machine.
Такой способ генерирования представляет собой внутреннее сгорание в паровом цикле рабочего тела. Причем эффективность этого цикла тем больше, чем ниже температура конденсации вещества рабочего тела. Например, в качестве рабочего тела вполне может использоваться жидкий воздух, температура тройной точки которого 64К. В этом способе вся энергия сгорающего топлива подводится к рабочему телу, а цикл максимально приближен к обратимому циклу Карно. В этом случае коэффициент полезного действия цикла с температурой нагревателя 550°С (823К) равен (823-64)/823=0,92. Такой расчет достаточно точен, несмотря на то, что часть цикла приближена к линии насыщения и не подчиняется законам идеального газа. Но большая часть цикла далека от этой линии и погрешностью в первом приближении можно пренебречь. При температуре 550°С материалы паросиловой установки могут работать без системы охлаждения, а термоизоляция горячих частей обеспечивает снижение необратимости в цикле до пренебрежимо малой величины. Остающаяся в выхлопных газах энергия может быть передана рабочему телу для его испарения и подогрева перед подводом энергии от горящего топлива.This method of generation is internal combustion in the steam cycle of the working fluid. Moreover, the efficiency of this cycle is greater, the lower the condensation temperature of the substance of the working fluid. For example, liquid air, the triple point temperature of which is 64K, may well be used as a working fluid. In this method, all the energy of the burning fuel is supplied to the working fluid, and the cycle is as close as possible to the reversible Carnot cycle. In this case, the efficiency of the cycle with a heater temperature of 550 ° C (823K) is (823-64) / 823 = 0.92. Such a calculation is quite accurate, despite the fact that part of the cycle is close to the saturation line and does not obey the laws of an ideal gas. But most of the cycle is far from this line and the error in the first approximation can be neglected. At a temperature of 550 ° C, the materials of the steam power plant can operate without a cooling system, and the thermal insulation of the hot parts ensures a decrease in irreversibility in the cycle to a negligible amount. The energy remaining in the exhaust gases can be transferred to the working fluid for its evaporation and heating before supplying energy from burning fuel.
Паросиловая установка, работающая с использованием описанного способа, имеет единую герметичную емкость, образованную камерой сгорания с соединенным с ней баллоном, содержащим рабочее тело, и рабочий орган, например турбину или поршневую расширительную машину.A steam-powered installation using the described method has a single sealed container formed by a combustion chamber with a cylinder containing a working fluid connected to it and a working body, such as a turbine or piston expansion machine.
Для поддержания оптимальных значений температуры и давления рабочего пара имеется автоматическая система управления подачей компонентов горения. Оптимальными значениями считаются: максимальная температура, на которую рассчитаны материалы установки (550°С); давление рабочего пара из расчета запаса прочности конструкций и давления насыщенного пара рабочего тела (для воздуха 350 кг/кв.см).To maintain optimal temperature and pressure of the working steam, there is an automatic control system for the supply of combustion components. The optimal values are: the maximum temperature for which the installation materials are designed (550 ° C); working steam pressure based on the safety factor of structures and saturated steam pressure of the working fluid (for air 350 kg / sq.cm).
Система управления представляет собой исполнительный механизм, который, воздействуя на дозаторы компонентов горения, ограничивает или прерывает процесс горения при превышении заданной температуры или давления рабочего пара и вновь зажигает или увеличивает интенсивность горения, когда и давление и температура становятся ниже заданной величины.The control system is an actuator, which, acting on the dispensers of the components of the combustion, limits or interrupts the combustion process when the set temperature or pressure of the working steam is exceeded and again ignites or increases the intensity of combustion when both the pressure and temperature become lower than the set value.
На схеме представлен общий вид паросиловой установки.The diagram shows a general view of a steam power plant.
Паросиловая установка состоит из баллона (1), содержащего рабочее тело в сжиженном виде, камеры сгорания (2) с дозаторами (3), испарителя (4), системы управления (5), в которую входят исполнительный механизм (6) и чувствительные элементы (7), и рабочего органа (8). Баллон (1) и камера сгорания (2) составляют единую герметичную емкость, замкнутую на рабочий орган (8).A steam-powered installation consists of a cylinder (1) containing a working fluid in a liquefied form, a combustion chamber (2) with dispensers (3), an evaporator (4), a control system (5), which includes an actuator (6) and sensing elements ( 7), and the working body (8). The cylinder (1) and the combustion chamber (2) constitute a single sealed container, closed to the working body (8).
Паросиловая установка работает следующим образом. В исходном состоянии, когда впускное отверстие рабочего органа (8) закрыто, баллон (1) заполнен рабочим телом, находящимся в двухфазном состоянии под давлением насыщенного пара, заполняющего также и камеру сгорания (2). При работе рабочего органа (8) впускное отверстие открывается. Насыщенный пар, расходуясь, понижает температуру и давление. Чувствительные элементы (7) подают сигнал на исполнительный механизм (6) для подачи и зажигания компонентов горения. В результате начала генерирования рабочего пара поднимается его температура и давление. При превышении одного из этих параметров состояния рабочего пара сверх заданной оптимальной величины чувствительные элементы (7) уменьшают подачу компонентов горения или прекращают ее совсем. По мере дальнейшего расходования рабочим органом (8) рабочего пара температура и давление падают ниже установленной величины и система управления (5) вновь возобновляет процесс генерирования рабочего пара.Steam power installation works as follows. In the initial state, when the inlet of the working body (8) is closed, the cylinder (1) is filled with a working fluid in a two-phase state under the pressure of saturated steam, which also fills the combustion chamber (2). When the working body (8), the inlet opens. Saturated steam, diverging, lowers temperature and pressure. Sensitive elements (7) provide a signal to the actuator (6) for supplying and igniting combustion components. As a result of the start of the generation of working steam, its temperature and pressure rise. When one of these parameters is exceeded, the state of the working steam exceeds a predetermined optimal value, the sensitive elements (7) reduce the supply of combustion components or completely stop it. With the further expenditure by the working body (8) of the working steam, the temperature and pressure fall below the set value and the control system (5) again resumes the process of generating working steam.
Источники информацииInformation sources
1. Кириллин В.А. и др. Техническая термодинамика. М., Энергоатомиздат, 1983.1. Kirillin V.A. et al. Technical thermodynamics. M., Energoatomizdat, 1983.
2. Алексеев Г.Н. Общая теплотехника: Учебное пособие, М., Высшая школа, 1980.2. Alekseev G.N. General heat engineering: Textbook, M., Higher School, 1980.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005121910/06A RU2315233C2 (en) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | Method and device for generating steam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005121910/06A RU2315233C2 (en) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | Method and device for generating steam |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005121910A RU2005121910A (en) | 2006-05-27 |
RU2315233C2 true RU2315233C2 (en) | 2008-01-20 |
Family
ID=36711273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005121910/06A RU2315233C2 (en) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | Method and device for generating steam |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2315233C2 (en) |
-
2002
- 2002-12-20 RU RU2005121910/06A patent/RU2315233C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005121910A (en) | 2006-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2718811A1 (en) | Vitiated steam generator | |
SG141211A1 (en) | High efficiency low pollution hybrid brayton circle combustor | |
JP2018031067A (en) | Generator of "mixture gas containing pressurized water vapor and hho gas" and utilization method thereof | |
RU2315233C2 (en) | Method and device for generating steam | |
CA2184609C (en) | A method of and device for producing energy | |
RU2686138C1 (en) | Method for obtaining highly overheated steam and detonation steam generator device (options) | |
RU179513U1 (en) | STEAM GAS GENERATOR | |
SU1746012A1 (en) | Method of, and facility for, operating gas-turbine plant | |
SU1112174A1 (en) | Burner device | |
KR950001887Y1 (en) | Combustion apparatus for gas boiler | |
SU1686211A1 (en) | Diesel generating operational method and installation | |
RU37773U1 (en) | GAS TURBINE SYSTEM | |
RU2055092C1 (en) | Energotechnological plant | |
JPH03271602A (en) | Hydrogen burning boiler | |
JP2002213304A (en) | Engine using steam explosion | |
JPS5646909A (en) | Liquid fuel gasifying burner | |
Vozár | After Ignition, Direct Water Injection (AI-WDi) Dew Point Based Closed Loop Algorithm Logic | |
JPS62197663A (en) | Heat engine using reformed fuel | |
JPS5535108A (en) | Controlling system for gas turbine steam jet system of combined cycle generator plant | |
RU2027881C1 (en) | Method of operation of power plant and power plant proper | |
JPS557966A (en) | Liquid fuel injection method for combustor | |
RU2135794C1 (en) | Method of delivering non-combustion liquid and fuel into cylinders of internal combustion engine with subsequent conversion of liquid and fuel into steam in steam generators | |
JPS6246977Y2 (en) | ||
JPS58127001A (en) | Hydrogen and oxygen internal combustion type steam boiler | |
SU1521890A1 (en) | Power plant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121221 |