RU2523087C1 - Steam and gas turbine plant - Google Patents
Steam and gas turbine plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523087C1 RU2523087C1 RU2013113083/06A RU2013113083A RU2523087C1 RU 2523087 C1 RU2523087 C1 RU 2523087C1 RU 2013113083/06 A RU2013113083/06 A RU 2013113083/06A RU 2013113083 A RU2013113083 A RU 2013113083A RU 2523087 C1 RU2523087 C1 RU 2523087C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- turbine
- steam
- outlet
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике.The invention relates to a power system.
Известна тепловая машина (патент RU 2269668 C1, 2006), в которой показана принципиальная возможность повышения эффективного коэффициента полезного действия (кпд) двигателя внутреннего сгорания до 60% и более. Недостатком машины является невозможность ее практической реализации вследствие несоразмерно больших размеров теплообменных устройств.Known heat engine (patent RU 2269668 C1, 2006), which shows the fundamental possibility of increasing the effective efficiency (efficiency) of an internal combustion engine to 60% or more. The disadvantage of the machine is the impossibility of its practical implementation due to the disproportionately large sizes of heat exchangers.
Известна парогазотурбинная установка (патент RU 2272916 C2, 2006), содержащая входное устройство, компрессор, камеру сгорания, камеру смешения, турбину привода компрессора, выходное устройство, теплообменник-испаритель, расположенный в канале выходного устройства за турбиной привода компрессора и соединенный с одной стороны с источником воды, а с другой - с камерой смешения. Парогазотурбинная установка (ПГТУ) позволяет иметь эффективный кпд ~ 50%. Недостатком схемы является то, что энергия, затраченная на парообразование, рассеивается в атмосфере.Known steam-gas turbine installation (patent RU 2272916 C2, 2006), containing an input device, a compressor, a combustion chamber, a mixing chamber, a compressor drive turbine, an output device, a heat exchanger-evaporator located in the channel of the output device behind the compressor drive turbine and connected on one side to source of water, and on the other - with a mixing chamber. A combined cycle gas turbine unit (PSTU) allows an effective efficiency of ~ 50%. The disadvantage of this scheme is that the energy spent on vaporization is dissipated in the atmosphere.
Целью изобретения является устранение указанного недостатка.The aim of the invention is to remedy this drawback.
Сущность изобретения заключается в том, что повышение эффективного кпд является следствием использования в ПГТУ двух внутренних термодинамических циклов Ренкина, кпд которых в составе тепловой машины стремится к единице (Письменный В.Л. Внутренние термодинамические циклы // Конверсия в машиностроении, 2006, №3. С.5-10).The essence of the invention lies in the fact that the increase in effective efficiency is a consequence of the use of two internal Rankine thermodynamic cycles at the Perm State Technical University, the efficiency of which as a part of the heat engine tends to unity (Pismenny V.L. Internal Thermodynamic Cycles // Conversion in Mechanical Engineering, 2006, No. 3. S.5-10).
Поставленная цель достигается тем, что в ПГТУ, содержащей входное устройство, компрессор, камеру сгорания, камеру смешения, турбину привода компрессора, выходное устройство, теплообменник-испаритель, расположенный в канале выходного устройства за турбиной привода компрессора и соединенный с одной стороны с источником воды, а с другой стороны - с камерой смешения, дополнительно установлены: теплообменник-нагреватель, паровая турбина, теплообменник-конденсатор и насос. При этом теплообменник-нагреватель установлен в канале выходного устройства за теплообменником-испарителем и закольцован с паровой турбиной, теплообменником-конденсатором и насосом так, что входной ресивер турбины соединен с выходом из теплообменника-нагревателя; выходной ресивер турбины через канал низкого давления теплообменника-конденсатора соединен с входом в насос, выход из которого соединен с входом в теплообменник-нагреватель. Внутри закольцованной системы циркулирует легкоиспаряющаяся жидкость, переходящая в пар и обратно, имеющая температуру кипения менее 100°C. Вода в теплообменник-испаритель подается через канал высокого давления теплообменника-конденсатора.This goal is achieved by the fact that in the Perm State Technical University containing an input device, a compressor, a combustion chamber, a mixing chamber, a compressor drive turbine, an output device, a heat exchanger-evaporator located in the channel of the output device behind the compressor drive turbine and connected on one side to a water source, and on the other hand, with a mixing chamber, additionally installed: heat exchanger-heater, steam turbine, heat exchanger-condenser and pump. In this case, the heat exchanger-heater is installed in the channel of the output device behind the heat exchanger-evaporator and looped with a steam turbine, heat exchanger-condenser and pump so that the inlet receiver of the turbine is connected to the outlet of the heat exchanger-heater; the output receiver of the turbine is connected through the low pressure channel of the heat exchanger-condenser to the inlet to the pump, the outlet of which is connected to the inlet to the heat exchanger-heater. A volatile liquid circulates inside the ring system, passing into steam and vice versa, having a boiling point of less than 100 ° C. Water is supplied to the heat exchanger-evaporator through the high pressure channel of the heat exchanger-condenser.
В качестве легкоиспаряющейся жидкости предпочтительно использовать этиловый спирт.Ethyl alcohol is preferred as a volatile liquid.
Предпочтительно иметь следующие параметры ПГТУ: температура газа в камере сгорания более 2500 К; степень повышения давления в компрессоре более 40; давление на выходе из паровой турбины менее 0,1 МПа.It is preferable to have the following parameters of PSTU: gas temperature in the combustion chamber more than 2500 K; the degree of pressure increase in the compressor is more than 40; the pressure at the outlet of the steam turbine is less than 0.1 MPa.
Для обеспечения условий конденсации легкоиспаряющейся жидкости (при пониженных расходах воды) на выходе из теплообменника-конденсатора целесообразно установить кран кольцевания, обеспечивающий дополнительную циркуляцию воды в указанном теплообменнике.To ensure the conditions of condensation of an easily evaporating liquid (at reduced water flow rates), it is advisable to install a ring tap at the outlet of the heat exchanger-condenser, which provides additional water circulation in the specified heat exchanger.
Для повышения эффективного кпд ПГТУ в магистрали между теплообменником-испарителем и камерой смешения целесообразно установить паровую турбину высокого давления с давлением пара на входе более 10 МПа.To increase the effective efficiency of the PGTU in the line between the heat exchanger-evaporator and the mixing chamber, it is advisable to install a high pressure steam turbine with a vapor pressure at the inlet of more than 10 MPa.
На фиг.1 изображена схема ПГТУ;Figure 1 shows a diagram of the PGTU;
на фиг.2 изображен эквивалентный термодинамический цикл ПГТУ;figure 2 shows the equivalent thermodynamic cycle of PSTU;
на фиг.3 изображена зависимость термического кпд ПГТУ от рабочих температур;figure 3 shows the dependence of thermal efficiency PGTU from operating temperatures;
на фиг.4 изображена схема ПГТУ.figure 4 shows a diagram of the PGTU.
Парогазотурбинная установка (фиг.1) состоит из входного устройства 1, компрессора 2, камеры сгорания 3, камеры смешения 4, турбины привода компрессора 5, выходного устройства 6, теплообменника-испарителя 7, насоса высокого давления 8, теплообменника-нагревателя 9, паровой турбины 10, теплообменника-конденсатора 11, насоса 12, электрогенераторов 13. Теплообменник-испаритель 7 расположен в канале выходного устройства за турбиной 5. В том же канале за теплообменником-испарителем 7 расположен теплообменник-нагреватель 9. Входной ресивер паровой турбины 10 соединен с выходом из теплообменника-нагревателя 9; выходной ресивер турбины через канал низкого давления теплообменника-конденсатора 11 соединен с входом в насос 12, выход из которого соединен с входом в теплообменник-нагреватель 9. Внутри закольцованной системы циркулирует жидкость (этиловый спирт), переходящая в пар и обратно. Вода в теплообменник-испаритель 7 подается насосом высокого давления 8 через теплообменник-конденсатор 11.Steam-gas turbine installation (Fig. 1) consists of an input device 1, a compressor 2, a combustion chamber 3, a
Работа установки осуществляется следующим образом. Атмосферный воздух через канал 1 поступает в компрессор 2 для сжатия. Сжатый до заданного давления воздух (степень сжатия ~ 40) непрерывным потоком подается в камеру сгорания 3, куда одновременно через форсунки впрыскивается мелкораспыленное топливо. Температура газа в камере сгорания 2500÷2700 К.The installation is as follows. Atmospheric air through channel 1 enters the compressor 2 for compression. Compressed air to a predetermined pressure (compression ratio ~ 40) is supplied in a continuous stream to combustion chamber 3, where finely atomized fuel is injected through nozzles at the same time. The gas temperature in the combustion chamber is 2500 ÷ 2700 K.
Из камеры сгорания 3 горячий газ направляется в камеру смешения 4, куда одновременно направляется перегретый пар из теплообменника-испарителя 7. В камере смешения 4 горячий газ и перегретый пар перемешиваются, в результате чего температура рабочего тела понижается до значений, допустимых по условиям прочности лопаток турбины (1600÷2100 К), а энтальпия рабочего тела возрастает.From the combustion chamber 3, the hot gas is directed to the
Из камеры смешения 4 рабочее тело (смесь пара с газом) поступает в турбину 5, которая совершает полезную работу, затрачиваемую на привод компрессора и электрогенератора. После турбины рабочее тело отдает значительную часть своей энергии воде, которая под действием насоса 8 движется внутри теплообменника-испарителя 7. В теплообменнике-испарителе вода превращается в перегретый пар, который поступает в камеру смешения 4, а рабочее тело (смесь пара с газом) - в теплообменник-нагреватель 9, внутри которого под давлением ~ 0,19 МПа при температуре ~ 50°C циркулирует жидкость - этиловый спирт.From the
В результате теплообмена спирт нагревается до температуры более 95°C, превращаясь в перегретый пар (температура кипения спирта при указанном выше давлении ~ 95°C), а продукты сгорания охлаждаются до температуры менее 95°C, при которой водяной пар, находящийся в рабочем теле, превращается в конденсат (между спиртом и водой происходит обмен энергиями парообразования). Продукты сгорания (вместе с конденсатом) удаляются в атмосферу.As a result of heat exchange, the alcohol is heated to a temperature of more than 95 ° C, turning into superheated steam (the boiling point of alcohol at the above pressure ~ 95 ° C), and the combustion products are cooled to a temperature of less than 95 ° C, at which water vapor in the working fluid , turns into condensate (between the alcohol and water there is an exchange of vaporization energies). Combustion products (along with condensate) are removed to the atmosphere.
Перегретые пары спирта из теплообменника-нагревателя 9 поступают в турбину 10. В турбине давление и температура пара понижаются. Турбина совершает полезную работу, которая преобразуется в электрическую энергию в электрогенераторе 13. Давление за турбиной менее 0,1 МПа (выбирается из условия, при котором пар остается сухим). Из турбины пар поступает в канал низкого давления теплообменника 11 (выходной ресивер турбины). За счет теплообмена между паром и водой, циркулирующей по каналу высокого давления теплообменника 11, пар конденсируется (превращается в жидкий спирт) и охлаждается ~ до 50°C. Из теплообменника 11 жидкий спирт откачивается насосом 12, который поддерживает заданный перепад давлений на турбине 10.Superheated vapors of alcohol from the heat exchanger-
На фиг.2 в T-S координатах показан эквивалентный термодинамический цикл ПГТУ - цикл условной тепловой машины, полезная работа которой при тех же затратах энергии равна полезной работе ПГТУ. Буквами обозначены состояния рабочего тела: н - наружный воздух, к - за компрессором, кс - на выходе из камеры сгорания, с - на выходе из выходного устройства.Figure 2 in T-S coordinates shows the equivalent thermodynamic cycle of PSTU - the cycle of a conventional heat engine, the useful work of which at the same energy costs is equal to the useful work of PSTU. Letters indicate the state of the working fluid: n - outside air, k - behind the compressor, kc - at the outlet of the combustion chamber, s - at the outlet of the outlet device.
Термический кпд цикла (фиг.2) соответствует к.п.д. ПГТУ и определяется какThermal efficiency of the cycle (figure 2) corresponds to the efficiency PSTU and is defined as
На фиг.3 показана графическая интерпретация данной зависимости при Tн=288 К и Tк=1000 К.Figure 3 shows a graphical interpretation of this dependence at Tn = 288 K and Tk = 1000 K.
Для реальной ПГТУ максимальная температура газа в камере сгорания Tкс составляет ~ 2500 К, а приведенная температура рабочего тела Tс (с учетом теплоты, уносимой водой) ~ 400÷600 К. Таким образом, термический кпд ПГТУ составляет ηt=0,75÷0.8.For a real PGTU, the maximum gas temperature Tx in the combustion chamber is ~ 2500 K, and the reduced temperature of the working fluid Tс (taking into account the heat carried away by water) is ~ 400 ÷ 600 K. Thus, the thermal efficiency of the PGTU is η t = 0.75 ÷ 0.8 .
Для того чтобы термический кпд ПГТУ приблизить к его максимальному значению ηt~0,8, необходимо максимально (при прочих равных условиях) понизить приведенную температуру рабочего тела Тс на выходе из установки.In order to bring the thermal efficiency of PGTU closer to its maximum value η t ~ 0.8, it is necessary to maximally (all other things being equal) reduce the reduced temperature of the working fluid Tc at the outlet of the installation.
Приведенная температура рабочего тела на выходе из ПГТУ главным образом определяется температурой рабочего тела Tсрт и относительным (по отношению к расходу воздуха) расходом воды m:Reduced working fluid temperature at the outlet of PGTU mainly determined by the working fluid temperature Tg and Hg relative (with respect to air flow) of the water flow rate m:
Эта задача решается, если в магистрали между теплообменником-испарителем 7 и камерой смешения 4 (фиг.4) установить паровую турбину высокого давления 14 с давлением пара на входе более 10 МПа, которое создается насосом 8.This problem is solved if, in the line between the heat exchanger-
В этом случае часть тепловой энергии пара, выходящего из теплообменника-испарителя 7, будет преобразована (в турбине 14) в механическую работу, а затем - в электрическую энергию в электрогенераторе 13. Температура рабочего тела перед турбиной 5 в этом случае (при прочих равных условиях) понизится, так как понизится температура пара, поступающего в камеру смешения 4, а следовательно, понизится и физическая (приведенная) температура рабочего тела на выходе из установки.In this case, part of the thermal energy of the steam leaving the heat exchanger-
Для обеспечения условий совместной работы теплообменников 7, 8, 11 (на всех режимах работы ПГТУ) на выходе из теплообменника-конденсатора 11 устанавливается кран кольцевания 15 (фиг.4), обеспечивающий дополнительную циркуляцию воды в указанном теплообменнике.To ensure the conditions for the joint operation of
Положительным результатом предлагаемого технического решения следует считать повышение эффективного кпд ПГТУ до 70÷75%, что является следствием роста термического кпд до 75÷80% при внутренних потерях (привод насосов, трение, утечки тепла через корпус и т.д.) ~ 5%.A positive result of the proposed technical solution should be considered an increase in the effective efficiency of the PGTU to 70 ÷ 75%, which is a consequence of the increase in thermal efficiency to 75 ÷ 80% with internal losses (pump drive, friction, heat leakage through the housing, etc.) ~ 5% .
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013113083/06A RU2523087C1 (en) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | Steam and gas turbine plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013113083/06A RU2523087C1 (en) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | Steam and gas turbine plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2523087C1 true RU2523087C1 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=51217597
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013113083/06A RU2523087C1 (en) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | Steam and gas turbine plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2523087C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2613997C1 (en) * | 2016-02-11 | 2017-03-22 | Владислав Юрьевич Климов | Device for gas-vapour mixture production |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4424668A (en) * | 1981-04-03 | 1984-01-10 | Bbc Brown, Boveri & Company Limited | Combined gas turbine and steam turbine power station |
SU1590565A1 (en) * | 1987-08-03 | 1990-09-07 | Николаевский Кораблестроительный Институт Им.Адм.С.О.Макарова | Contact gas-turbine unit |
RU2126489C1 (en) * | 1993-10-20 | 1999-02-20 | Тексако Дивелопмент Корпорейшн | Method of incomplete oxidation with production of energy |
RU50603U1 (en) * | 2004-12-14 | 2006-01-20 | Владимир Леонидович Письменный | STEAM GAS INSTALLATION |
-
2013
- 2013-03-22 RU RU2013113083/06A patent/RU2523087C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4424668A (en) * | 1981-04-03 | 1984-01-10 | Bbc Brown, Boveri & Company Limited | Combined gas turbine and steam turbine power station |
SU1590565A1 (en) * | 1987-08-03 | 1990-09-07 | Николаевский Кораблестроительный Институт Им.Адм.С.О.Макарова | Contact gas-turbine unit |
RU2126489C1 (en) * | 1993-10-20 | 1999-02-20 | Тексако Дивелопмент Корпорейшн | Method of incomplete oxidation with production of energy |
RU50603U1 (en) * | 2004-12-14 | 2006-01-20 | Владимир Леонидович Письменный | STEAM GAS INSTALLATION |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2613997C1 (en) * | 2016-02-11 | 2017-03-22 | Владислав Юрьевич Климов | Device for gas-vapour mixture production |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102337934A (en) | Combined cycle generating system for improving heat source usage efficiency | |
JP5261473B2 (en) | Medium temperature engine | |
RU2523087C1 (en) | Steam and gas turbine plant | |
RU2412359C1 (en) | Operating method of combined cycle plant | |
RU145822U1 (en) | HEAT WATER BOILER CIRCUIT | |
RU159686U1 (en) | THERMAL SCHEME OF TRIGENERATION MINI-CHP | |
CN104594964A (en) | Novel single-shaft natural gas combined cycle heat supply unit system | |
RU2561770C2 (en) | Operating method of combined-cycle plant | |
CN203730081U (en) | Novel thermal power generation system | |
RU2476690C2 (en) | Method of combined cycle plant operation | |
RU121863U1 (en) | STEAM GAS INSTALLATION | |
RU2520762C1 (en) | Combined cycle plant | |
RU2393358C1 (en) | Power insatallation (versions) | |
RU162433U1 (en) | WATER BOILER ROOM | |
RU140428U1 (en) | HEAT ELECTRIC STATION | |
US11913402B2 (en) | Diesel-steam power plant | |
RU145203U1 (en) | HEAT ELECTRIC STATION | |
RU140801U1 (en) | HEAT ELECTRIC STATION | |
RU2552481C1 (en) | Operating method of thermal power plant | |
RU123842U1 (en) | ENERGY INSTALLATION | |
RU2504666C1 (en) | Power plant | |
Yari | Thermodynanic Analysis of a Combined Micro Turbine With a Micro ORC | |
RU2772096C2 (en) | System for joint production of heat and electric energy for a boiler | |
RU2673948C1 (en) | Power plant | |
RU129557U1 (en) | VAPOR CONDENSER ENGINE |