RU2545115C2 - Power plant - Google Patents

Power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2545115C2
RU2545115C2 RU2013119016/06A RU2013119016A RU2545115C2 RU 2545115 C2 RU2545115 C2 RU 2545115C2 RU 2013119016/06 A RU2013119016/06 A RU 2013119016/06A RU 2013119016 A RU2013119016 A RU 2013119016A RU 2545115 C2 RU2545115 C2 RU 2545115C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
low
power plant
temperature
output
Prior art date
Application number
RU2013119016/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013119016A (en
Inventor
Юлия Ринатовна Давлетшина
Герман Викторович Демидов
Ренат Рустамович Зиганшин
Алсу Тагировна Курочкина
Леонард Шамсиевич Хаиров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Герман Викторович Демидов
Леонард Шамсиевич Хаиров
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ), Герман Викторович Демидов, Леонард Шамсиевич Хаиров filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2013119016/06A priority Critical patent/RU2545115C2/en
Publication of RU2013119016A publication Critical patent/RU2013119016A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2545115C2 publication Critical patent/RU2545115C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: invention relates to power industry and can be used for generation of electric energy at fuel utilisation by its combustion in flames, namely to low-duty power plants. A power plant includes a housing in the form of a stack, which is energetically isolated from environment, a bladed machine, with a possibility of operation in a compressor mode, a turbine drive, an electric generator in the form of a payload unit, a combustion chamber, atmospheric air supply elements, fuel supply elements, for example associated petroleum gas, and a high-temperature recuperative heat exchanger. A low-temperature recuperative heat exchanger is introduced to the power plant, and it is provided as an additional drive with at least one pneumatic motor, the inlet of which is interconnected with the compressor outlet, and the outlet of the pneumatic motor is interconnected through the combustion chamber and the stack cavity with atmosphere. The low-temperature recuperative heat exchanger is located in the stack cavity after the high-temperature recuperative heat exchanger. Each pneumatic motor is connected to one electric generator being its only drive.
EFFECT: invention is aimed at improvement of efficiency of a power plant, increase of thermal efficiency, simplification of the design as a whole and enlargement of a range of stable operation.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии и/или тепловой энергии, в том числе при утилизации, например, неочищенного попутного нефтяного газа путем сжигания его, в частности к энергетическим установкам малой мощности, ориентированным на широкую гамму топлив: жидких, газообразных, твердых отходов лесной и сельскохозяйственной промышленности, биогаз, продуктов переработки бытовых отходов, продуктов подземной или промышленной газификации твердых топлив, отходов нефтедобычи и нефтепереработки и применять энергетическую установку также для автономного энергоснабжения жилых домов, торговых центров, офисных сооружений, бассейнов, больниц, предприятий общественного питания.The invention relates to the field of energy and can be used to generate electricity and / or heat energy, including the utilization, for example, of crude petroleum gas by burning it, in particular to low-power power plants oriented to a wide range of fuels: liquid, gaseous, solid waste from the forestry and agricultural industries, biogas, household waste products, underground or industrial gasification of solid fuels, oil and petroleum waste processing and applying the power plant also for autonomous power supply of residential buildings, shopping centers, office buildings, pools, hospitals, catering facilities.

Принципиально в энергетических установках малой мощности используют различные типы агрегатов: двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины или их комбинации.Fundamentally in low-power power plants, various types of units are used: internal combustion engines, steam and gas turbines, or combinations thereof.

Одновременно с технической задачей - преобразованием в электрическую энергию тепловой энергии факельного сжигания попутного нефтяного газа - решается другая экологическая задача - одна из важнейших задач современности - уменьшение вредного воздействия на экосистему.Along with the technical task - the conversion of heat energy of flaring of associated petroleum gas into electric energy - another environmental problem is being solved - one of the most important tasks of our time - reducing the harmful effects on the ecosystem.

Природный газ, который поступает из нефтяных скважин, обычно существует в составе с другими углеводородами, такими как: этан, пропан, бутан и пентан. Кроме того, сырой природный газ содержит водяные пары, сероводород (H2S), углекислый газ, азот и другие компоненты. Попутный нефтяной газ, содержащий такие примеси, сложно транспортировать, а также трудно использовать без дополнительной очистки после его получения в процессе добычи нефти.Natural gas, which comes from oil wells, usually exists in combination with other hydrocarbons, such as ethane, propane, butane and pentane. In addition, raw natural gas contains water vapor, hydrogen sulfide (H 2 S), carbon dioxide, nitrogen and other components. Associated petroleum gas containing such impurities is difficult to transport, and it is also difficult to use without additional purification after its receipt in the oil production process.

Проблема утилизации попутного нефтяного газа стоит перед всеми нефтяными компаниями. Для нефтяников транспортировка и переработка попутного нефтяного газа для дальнейшего применения нерентабельна, так как стоимость такого топлива будет выше рыночной. В настоящий момент попутный нефтяной газ в огромных количествах сжигается на факелах. Использование попутного нефтяного газа в энергетике позволит решить проблему теплового и энергетического снабжения нефтяных компаний. При добыче нефти существует практика использования попутного нефтяного газа для выработки электроэнергии для промысловых нужд.The problem of associated petroleum gas utilization is facing all oil companies. For oil workers, the transportation and processing of associated petroleum gas for further use is unprofitable, since the cost of such fuel will be higher than the market price. At the moment, associated petroleum gas in large quantities is flared. The use of associated petroleum gas in the energy sector will solve the problem of heat and energy supply to oil companies. In oil production, there is a practice of using associated petroleum gas to generate electricity for field needs.

Известна «Энергетическая установка», разработанная компанией «Capstone», и изложена в работе (НТЦ Микротурбинные технологии. Обзор и состояние развития современных газотурбинных установок малой мощности. http: ), в корпусе которой установлен газогенератор; в нем газовая турбина используется как привод для механически соединенных между собой агрегатов - электрогенератора и компрессора, один предназначен для выработки электрической энергии, а другой соответственно для сжатия воздуха. Эта энергетическая установка содержит совокупность устройств очистки попутного нефтяного газа перед подачей его в камеру сгорания газогенератора, а также рекуператор и электронный преобразователь.The well-known "Power plant" developed by the company "Capstone", and described in the work (STC Microturbine technology. Review and development status of modern low-power gas turbine plants. Http:), in the housing of which a gas generator is installed; in it, a gas turbine is used as a drive for mechanically interconnected units - an electric generator and a compressor, one is designed to generate electrical energy, and the other, respectively, to compress air. This power plant contains a set of associated petroleum gas purification devices before feeding it into the combustion chamber of the gas generator, as well as a recuperator and an electronic converter.

Недостатком такого технического решения является необходимость проведения предварительной подготовки сопутствующего горючего газа фильтрации, сепарации, осушки. Это усложняет конструкцию установки, что требует квалифицированного обслуживания ее. Недостатком известной энергетической установки также является сложность конструкции, обусловленная как высокой частотой вращения ротора турбины, малыми проходными сечениями проточной части ее при возможном потоке гетерогенных продуктов сгорания, так и высокой частотой вырабатываемого электрического тока высокооборотным электрогенератором на постоянных магнитах (45000 об/мин и выше) и, как следствие, необходимостью применения электронного преобразователя для выдачи во внешнюю сеть переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 230 и 400 В.The disadvantage of this technical solution is the need for preliminary preparation of concomitant combustible gas filtration, separation, drying. This complicates the design of the installation, which requires qualified maintenance. A disadvantage of the known power plant is also the design complexity due to both the high frequency of rotation of the turbine rotor, the small passage sections of its flow part with a possible flow of heterogeneous combustion products, and the high frequency of the generated electric current by a high-speed permanent magnet generator (45,000 rpm and above) and, as a consequence, the need to use an electronic converter for issuing to an external network an alternating current with a frequency of 50 Hz, voltage of 230 and 400 V.

Известна «Энергетическая установка» (Малая энергетика ОАО «СКБТ» журнал ВОЛГА-БИЗНЕС №1(197) 2011 г.), в корпусе которой размещены турбина, компрессор, камера сгорания, рекуператор, высокооборотный редуктор и электрогенератор. Жесткая связь турбины, как привода электрогенератора, через высокооборотный редуктор с электрогенератором требует сложного автоматического регулирования на переменных режимах работы энергетической установки. Установка обеспечивает генерацию и выдачу во внешнюю сеть переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 230 и 400 В.The well-known "Energy installation" (Small energy of OJSC "SKBT" VOLGA-BUSINESS Magazine No. 1 (197) 2011), in the housing of which there is a turbine, compressor, combustion chamber, recuperator, high-speed gearbox and electric generator. A rigid connection of a turbine, as a drive of an electric generator, through a high-speed gearbox with an electric generator, requires complex automatic control at variable operating conditions of a power plant. The installation provides generation and delivery to an external network of alternating current with a frequency of 50 Hz, voltage of 230 and 400 V.

Недостатком известной газотурбинной установки является сложность ее конструкции, обусловленная наличием высокооборотного редуктора, необходимого для согласования высокой частоты вращения турбины, в том числе на переходных режимах, с низкой частотой вращения стандартного электрогенератора переменного тока частотой 50 Гц (1000 или 1500 об/мин).A disadvantage of the known gas turbine installation is the complexity of its design, due to the presence of a high-speed gearbox necessary to match the high speed of the turbine, including in transition modes, with the low speed of a standard alternator with a frequency of 50 Hz (1000 or 1500 rpm).

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой и взятой в качестве прототипа является «Энергетическая машина для осуществления способа утилизации неочищенного попутного нефтяного газа» (Патент RU №2447363, опубл. 10.04.2012, МПК F23G 5/00), содержащая корпус, лопаточную машину, агрегат полезной нагрузки в виде электрогенератора, камеру сгорания, элементы подвода атмосферного воздуха, попутного нефтяного газа, при этом корпус выполнен в виде вытяжной трубы, энергетически изолированный от окружающей среды, выполняющий роль рекуператора, передающего тепло через стенку рабочему телу, используя теплопроводность ее.The closest in technical essence to the claimed and taken as a prototype is the "Energy machine for implementing the method of utilization of crude associated petroleum gas" (Patent RU No. 2447363, publ. 10.04.2012, IPC F23G 5/00), comprising a casing, a blade machine, the payload unit in the form of an electric generator, a combustion chamber, elements for supplying atmospheric air, associated petroleum gas, while the casing is made in the form of a chimney, energetically isolated from the environment, acting as a recuperator, before heat guide through the wall of the working fluid by using its thermal conductivity.

Недостатком известного технического решения является конструктивная сложность согласования, снижающая эффективность преобразования в электрическую энергию тепловой энергии факельного процесса утилизации попутного нефтяного газа, из-за низкого значения термического коэффициента полезного действия тепловой машины, работающей при низких значениях давления рабочего тела (окислителя - воздуха, горючего - попутного нефтяного газа), снижающих диапазон устойчивой работы.A disadvantage of the known technical solution is the constructive complexity of matching, which reduces the efficiency of conversion into electrical energy of thermal energy of the flare process for the utilization of associated petroleum gas, due to the low thermal efficiency of a heat engine operating at low pressure values of the working fluid (oxidizing agent - air, fuel - associated petroleum gas), reducing the range of sustainable operation.

Решаемой технической задачей изобретения является повышение эффективности энергетической установки путем увеличения значения термического коэффициента полезного действия с сохранением низкого значения давления одного из компонентов горючего в камере сгорания и простоты согласования высокой частоты вращения турбины с низкой частотой вращения стандартного электрогенератора с одновременным упрощением конструкции в целом и расширения диапазона устойчивой работы.The technical task of the invention is to increase the efficiency of a power plant by increasing the thermal efficiency while maintaining a low pressure of one of the components of the fuel in the combustion chamber and simplicity of matching a high speed of a turbine with a low speed of a standard electric generator while simplifying the design as a whole and expanding the range sustainable work.

Технический результат достигается тем, что в энергетической установке, содержащей корпус в виде вытяжной трубы, энергетически изолированный от окружающей среды, лопаточную машину, с возможностью работы в режиме компрессора, турбинный привод, электрогенератор в виде агрегата полезной нагрузки, камеру сгорания, элементы подвода атмосферного воздуха, элементы подвода горючего, например попутного нефтяного газа, высокотемпературный рекуператор, введен низкотемпературный рекуператор и она снабжена, в качестве дополнительного привода, по меньшей мере, одним пневмодвигателем, вход которого сообщен с выходом компрессора, а выход пневмодвигателя сообщен через камеру сгорания и полость вытяжной трубы с атмосферой, причем низкотемпературный рекуператор расположен в полости вытяжной трубы за высокотемпературным рекуператором, при этом каждый пневмодвигатель соединен с одним электрогенератором, являющимся единственным приводом его.The technical result is achieved by the fact that in a power plant containing a body in the form of a chimney, energetically isolated from the environment, a spatula machine, with the ability to work in compressor mode, a turbine drive, an electric generator in the form of a payload unit, a combustion chamber, elements for supplying atmospheric air , elements for supplying fuel, such as associated petroleum gas, a high-temperature recuperator, a low-temperature recuperator is introduced and it is equipped, as an additional drive, with at least one air motor, the input of which is connected to the compressor outlet, and the air motor output is communicated through the combustion chamber and the cavity of the exhaust pipe with the atmosphere, and the low-temperature recuperator is located in the cavity of the exhaust pipe behind the high-temperature recuperator, while each air motor is connected to one electric generator, which is the only electric generator driven him.

Способствует достижению технического результата и то, что вход пневмодвигателя сообщен с выходом компрессора через холодный тракт низкотемпературного рекуператора.Contributes to the achievement of the technical result and the fact that the input of the air motor is in communication with the output of the compressor through the cold path of the low-temperature recuperator.

Способствует достижению технического результата и то, что в нее введен эжектор и входы его, как теплового генератора, сообщены с выходом компрессора и с выходом низкотемпературного рекуператора, причем вход в эжектор от компрессора выполнен активным, а вход в эжектор от низкотемпературного рекуператора выполнен пассивным, при этом выход эжектора сообщен с тепловой сетью потребителя тепловой энергии.It contributes to the achievement of the technical result by the fact that an ejector is introduced into it and its inputs, like a heat generator, are communicated with the output of the compressor and with the output of the low-temperature recuperator, the input to the ejector from the compressor being made active, and the entrance to the ejector from the low-temperature recuperator this ejector output is communicated with the heat network of the consumer of thermal energy.

Новым является:New is:

Повышение эффективности энергетической установки достигают путем увеличения значения термического коэффициента полезного действия с сохранением низкого значения давления подачи горючего в камеру сжигания и подачи окислителя в нее в виде высокой турбулентности нагретого воздушного потока после турбины, а также упрощение согласования высокой частоты вращения турбины с низкой частотой вращения стандартного электрогенератора переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 230 и 400 В за счет введения упругой связи, т.е. путем перераспределения воздушных потоков в конструктивные элементы турбинного привода компрессора и привода электрогенератора, тем самым расширяют диапазон устойчивой работы с одновременным упрощением установки в целом. В энергетической установке режим устойчивой работы обеспечивают при возможной одновременной выработки тепловой и электрической видов энергии, например, в зимний сезон года.An increase in the efficiency of a power plant is achieved by increasing the thermal efficiency while maintaining a low pressure of the fuel supply to the combustion chamber and the oxidizing agent in the form of high turbulence of the heated air stream after the turbine, as well as simplification of matching the high speed of the turbine with a low speed of standard an alternating current generator with a frequency of 50 Hz, a voltage of 230 and 400 V due to the introduction of an elastic coupling, i.e. by redistributing the air flows into the structural elements of the compressor turbine drive and electric generator drive, thereby expanding the range of stable operation while simplifying the installation as a whole. In a power plant, a stable operation mode is ensured with the possible simultaneous generation of thermal and electric types of energy, for example, in the winter season of the year.

Воздушная тепловая сеть актуальна для районов Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, и как аварийная система в жилищно-коммунальном хозяйстве, и как стационарная тепловая сеть.The air heating network is relevant for the regions of the Far North, Siberia and the Far East, both as an emergency system in housing and communal services and as a stationary heating network.

Простота эксплуатации и ремонтопригодность энергетической установки обеспечивается параллельным подключением пневмодвигателей, т.е. сообщение между собой по входу через элементы автоматики, условно не показанные на графических материалах предлагаемого изобретения. Она позволяет без отключения работы энергетической установки подключить, отключить, переключить в режиме переменных нагрузок при эксплуатации и ремонте дополнительные мощности.The simplicity of operation and maintainability of the power plant is ensured by the parallel connection of air motors, i.e. communication with each other at the entrance through automation elements conventionally not shown on the graphic materials of the invention. It allows without disconnecting the operation of the power plant to connect, disconnect, switch in the mode of variable loads during operation and repair of additional power.

Эта инновационная особенность позволяет применять энергетическую установку для автономного энергоснабжения жилых домов, торговых центров, офисных сооружений, бассейнов, больниц, предприятий общественного питания.This innovative feature allows the use of a power plant for autonomous power supply of residential buildings, shopping centers, office buildings, swimming pools, hospitals, catering facilities.

Для пояснения технической сущности рассмотрим фигуры 1-3.To clarify the technical nature, consider figures 1-3.

На фиг. 1 показан внешний вид энергетической установки.In FIG. 1 shows the appearance of a power plant.

На фиг. 2 показана схема энергетической установки, в которой электрогенератор с приводом в виде пневмодвигателя, вход которого сообщен с выходом компрессора, вырабатывающий электрическую энергию.In FIG. 2 shows a diagram of a power plant in which an electric generator with a drive in the form of a pneumatic motor, the input of which is connected to the output of the compressor, which generates electrical energy.

На фиг. 3 показана схема энергетической установки, в которой представлены электрогенератор с приводом, в виде пневмодвигателя, вырабатывающего электрическую и эжектор со входами, как тепловой генератор, сообщенными с выходом компрессора и выходом низкотемпературного рекуператора, вырабатывающего тепловую виды энергий, где на фигурах обозначено:In FIG. 3 shows a diagram of a power plant, in which an electric generator with a drive is presented, in the form of a pneumatic motor generating an electric and an ejector with inputs, like a thermal generator, connected to the compressor output and the output of a low-temperature recuperator generating thermal types of energies, where the figures indicate:

1 - корпус энергетической установки;1 - power plant building;

2 - компрессор;2 - compressor;

3 - турбина;3 - turbine;

4 - электрогенератор;4 - electric generator;

5 - камера сгорания;5 - a combustion chamber;

6 - пневмодвигатель;6 - air motor;

7 - высокотемпературный рекуператор рабочего тела турбины;7 - high-temperature recuperator of the working fluid of the turbine;

8 - низкотемпературный рекуператор рабочего тела пневмодвигателя;8 - low-temperature recuperator of the working fluid of the air motor;

9 - элементы подвода атмосферного воздуха;9 - elements for supplying atmospheric air;

10 - элементы подвода топлива;10 - fuel supply elements;

11 - вытяжная труба;11 - exhaust pipe;

12 - эжектор.12 - ejector.

Внешний вид энергетической установки схематически представлен на чертеже фиг. 1. Она содержит корпус 1, турбокомпрессор, состоящий из компрессора 2 и турбины 3, соединенные валом. Электрогенератор 4 расположен вне высокотемпературной зоны энергетической установки. Камера сгорания 5 расположена в корпусе 1. Пневмодвигатель 6 соединен механически с электрогенератором 4. Высокотемпературный рекуператор 7 расположен в корпусе 1 после камеры сгорания 5. По горячему тракту высокотемпературный рекуператор 7 сообщен с камерой сгорания 5 и с атмосферой соответственно. По холодному тракту низкотемпературный рекуператор 8 сообщен воздуховодами с выходом компрессора 2 и с входом пневмодвигателя 6 соответственно. Выход пневмодвигателя 6 сообщен с камерой сгорания 5. По горячему тракту низкотемпературный рекуператор 8 сообщен с выходом камеры сгорания 5 и с атмосферой соответственно. Элементы подвода атмосферного воздуха 9 закреплены на компрессоре 2. Элементы подвода топлива 10 и элементы автоматики закреплены на корпусе 1, на горелочных устройствах камеры сгорания 5. Элементы автоматики и горелочные устройства на чертеже условно не показаны. Низкотемпературный рекуператор 8 расположен в полости вытяжной трубы 11 за высокотемпературным рекуператором 7. Турбинный привод компрессора 2 и привод электрогенератора 4 имеют общую газовую связь по воздушному тракту и выполнены с возможностью перераспределения воздушного потока между приводами, а выходы турбины 3 и пневмодвигателя 6 сообщены с внутренней полостью камеры сгорания 5.The appearance of the power plant is shown schematically in the drawing of FIG. 1. It contains a housing 1, a turbocharger, consisting of a compressor 2 and a turbine 3, connected by a shaft. The generator 4 is located outside the high-temperature zone of the power plant. The combustion chamber 5 is located in the housing 1. The air motor 6 is mechanically connected to the electric generator 4. The high-temperature recuperator 7 is located in the housing 1 after the combustion chamber 5. Through the hot path, the high-temperature recuperator 7 is in communication with the combustion chamber 5 and with the atmosphere, respectively. On the cold path, the low-temperature recuperator 8 is communicated by air ducts with the output of the compressor 2 and with the input of the air motor 6, respectively. The output of the air motor 6 is in communication with the combustion chamber 5. On the hot path, the low-temperature recuperator 8 is in communication with the output of the combustion chamber 5 and with the atmosphere, respectively. The elements of the supply of atmospheric air 9 are mounted on the compressor 2. The elements of the supply of fuel 10 and the elements of automation are fixed on the housing 1, on the burner devices of the combustion chamber 5. The elements of automation and burner devices are not conventionally shown in the drawing. The low-temperature recuperator 8 is located in the cavity of the exhaust pipe 11 behind the high-temperature recuperator 7. The turbine drive of the compressor 2 and the drive of the electric generator 4 have a common gas connection through the air path and are arranged to redistribute the air flow between the drives, and the outputs of the turbine 3 and air motor 6 are in communication with the internal cavity combustion chambers 5.

Внутренними полостями горячего тракта высокотемпературного рекуператора 7 и низкотемпературного рекуператора 8 сформирована проточная часть для потока высокотемпературных продуктов из камеры сгорания 5 через вытяжную трубу 11 в атмосферу. Вход компрессора 2 сообщен с элементами подвода атмосферного воздуха 9, выход компрессора 2 сообщен с входом турбины 3 через высокотемпературный рекуператор 7 по холодному тракту, а выход турбины 3 сообщен с камерой сгорания 5.The internal cavities of the hot path of the high-temperature recuperator 7 and the low-temperature recuperator 8 formed a flow part for the flow of high-temperature products from the combustion chamber 5 through the exhaust pipe 11 into the atmosphere. The input of the compressor 2 is in communication with the elements of the supply of atmospheric air 9, the output of the compressor 2 is connected to the input of the turbine 3 through a high-temperature heat exchanger 7 through a cold path, and the output of the turbine 3 is connected to the combustion chamber 5.

Пневмодвигатель 6 является единственным приводом электрогенератора 4, а количество пневмодвигателей 6 и соответственно электрогенераторов 4 не является единственным, так как зависит от величины нагрузки.The air motor 6 is the only drive of the electric generator 4, and the number of air motors 6 and, accordingly, the electric generators 4 is not the only one, since it depends on the magnitude of the load.

На фиг. 2 и фиг. 3 также стрелками показана схема движения в энергетической установке потока атмосферного воздуха, горючего, например неочищенного попутного нефтяного газа, подаваемого в камеру сгорания, и рабочего тела, полученного в процессе сжигания горючего в нагретом турбулентном воздушном потоке.In FIG. 2 and FIG. 3, arrows also show a flow diagram of a stream of atmospheric air, fuel, for example, crude petroleum gas supplied to the combustion chamber, and a working fluid obtained in the process of burning fuel in a heated turbulent air stream in a power plant.

Введение эжектора в энергетическую установку позволяет, например, в зимний период получать не только наиболее ценный вид электрической энергии из части тепловой энергии рабочего тела, но и получать экологически чистый вид тепловой энергии в виде нагретого воздуха для отопления из оставшейся части тепловой энергии рабочего тела.The introduction of an ejector into a power plant allows, for example, in winter to obtain not only the most valuable type of electric energy from a portion of the thermal energy of the working fluid, but also to obtain an environmentally friendly form of thermal energy in the form of heated air for heating from the remaining portion of the thermal energy of the working fluid.

Пневмодвигатель 6, являясь единственным приводом электрогенератора 4, входом сообщен с выходом компрессора 2, а выход пневмодвигателя 6 сообщен через камеру сгорания 5 и полость вытяжной трубы 11 с атмосферой. Эжектор 12 входами сообщен с выходом компрессора 2 и с выходом низкотемпературного рекуператора 8, а выход эжектора 12 сообщен с потребителем тепловой энергии в виде нагретого воздуха для отопления, т.е. с тепловой сетью жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ). В режиме запуска электрогенератор 4 работает как стартер, а пневмодвигатель 6 работает как компрессор, являясь пусковым устройством.The air motor 6, being the only drive of the electric generator 4, is connected to the output of the compressor 2 by the input, and the output of the air motor 6 is connected through the combustion chamber 5 and the cavity of the exhaust pipe 11 to the atmosphere. The ejector 12 has inputs connected to the output of the compressor 2 and the output of the low-temperature recuperator 8, and the output of the ejector 12 is connected to the consumer of thermal energy in the form of heated air for heating, i.e. with a heating network of housing and communal services (housing and communal services). In the start-up mode, the electric generator 4 works as a starter, and the air motor 6 works as a compressor, being a starting device.

Энергетическая установка работает следующим образом.The power plant operates as follows.

Пусковое устройство раскручивает ротор компрессора 2 и турбины 3. Через элементы подвода топлива 10, элементы автоматики, закрепленные на корпусе 1, в горелочные устройства камеры сгорания 5 подается горючее. Атмосферный воздух сжимают в компрессоре 2.The starting device spins the rotor of the compressor 2 and turbine 3. Through the fuel supply elements 10, automation elements mounted on the housing 1, fuel is supplied to the burner devices of the combustion chamber 5. Atmospheric air is compressed in the compressor 2.

Через элементы подвода воздуха 9 и элементы подвода топлива 10 сжатый воздух после компрессора 2 вместе с горючим подают в камеру сгорания 5, смешивают и воспламеняют запальным устройством, размещенным в горелочных устройствах. Смесь горючего и окислителя сгорает в камере сгорания, выделяя определенное количество теплоты. В камере сгорания 5 формируют после запуска стационарный режим бессажевого горения подачей заданного соотношения компонентов горючего и окислителя. Вертикальное расположение камеры сгорания 5 является предпочтительным.Through the air supply elements 9 and the fuel supply elements 10, the compressed air after the compressor 2 together with the fuel is supplied to the combustion chamber 5, mixed and ignited by the ignition device located in the burner devices. The mixture of fuel and oxidizer burns in the combustion chamber, releasing a certain amount of heat. After starting up the combustion chamber 5, a stationary mode of particleless combustion is formed by applying a predetermined ratio of fuel and oxidizer components. The vertical arrangement of the combustion chamber 5 is preferred.

Компрессор 2 сжимает воздух и направляет его на вход холодного тракта высокотемпературного рекуператора 7. Нагретый в высокотемпературном рекуператоре 7 воздух (ориентировочно до температуры 800-850 градусов Цельсия) поступает в турбину 3 и далее в камеру сгорания 5. Работа расширения сжатого в компрессоре 2 и нагретого в высокотемпературном рекуператоре 7 воздуха в турбине 3 используется для привода компрессора 2. Избыточная тепловая энергия используется для направления либо части сжатого в компрессоре 2 воздуха или нагретой в низкотемпературном рекуператоре 8 части сжатого воздуха на вход пневмодвигателя 6 для работы в качестве дополнительного привода электрогенератора 4. В качестве пускового устройства при запуске энергетической установки может быть использован сам электрогенератор 4, который переключают и он может работать в режиме стартера, а пневмодвигатель 6 работает в этом случае в режиме компрессора.Compressor 2 compresses the air and directs it to the inlet of the cold duct of the high-temperature heat exchanger 7. Heated air in the high-temperature heat exchanger 7 (approximately up to a temperature of 800-850 degrees Celsius) enters the turbine 3 and then into the combustion chamber 5. The expansion work of the compressed in the compressor 2 and heated in a high-temperature air recuperator 7 in the turbine 3 is used to drive the compressor 2. Excessive thermal energy is used to direct either part of the compressed air in the compressor 2 or heated to a low temperature To the recuperator 8, parts of compressed air to the inlet of the air motor 6 to work as an additional drive of the electric generator 4. As a starting device when starting the power plant, the electric generator 4 itself can be used, which switch and it can work in starter mode, and the air motor 6 works in this case in compressor mode.

Горючее через элементы подвода топлива 10 и элементы подвода атмосферного воздуха 9 подается в камеру сгорания 5 и сжигается в ней в среде подогретого (ориентировочно до температуры 400-420 градусов Цельсия) воздуха, выделяя определенное количество теплоты.Fuel through the fuel supply elements 10 and the atmospheric air supply elements 9 is supplied to the combustion chamber 5 and burned therein in the medium of heated (approximately to a temperature of 400-420 degrees Celsius) air, releasing a certain amount of heat.

Работа расширения сжатого в компрессоре 2 и нагретого в высокотемпературном рекуператоре 7 воздуха в турбине 3 используется для привода компрессора 2, обеспечивая высокую частоту вращения его. Избыточная часть работы расширения в турбине 3 по сравнению с работой сжатия воздуха в компрессоре 2 реализуется сжатием большего количества воздуха, чем проходит через турбину. Избыточная часть сжатого воздуха направляется в низкотемпературный рекуператор 8 и нагревается (ориентировочно до температуры 350-370 градусов Цельсия) и используется в дальнейшем для работы расширения в пневмодвигателе 6 в качестве привода электрогенератора 4. Работа расширения избыточной части сжатого в компрессоре 2 и нагретого в низкотемпературном рекуператоре 8 воздуха в пневмодвигателе 6 обеспечивает низкую частоту вращения стандартного электрогенератора 4 в режиме переменного тока с электрической частотой 50 Гц, напряжением 230 и 400 В.The expansion work of the compressed air in the compressor 2 and heated in the high-temperature recuperator 7 of the air in the turbine 3 is used to drive the compressor 2, providing its high speed. The excess part of the expansion work in the turbine 3 compared to the air compression work in the compressor 2 is realized by compressing more air than passes through the turbine. The excess part of the compressed air is directed to the low-temperature recuperator 8 and heated (approximately up to a temperature of 350-370 degrees Celsius) and is then used to work the expansion in the air motor 6 as the drive of the electric generator 4. The expansion work of the excess part of the compressed in the compressor 2 and heated in the low-temperature recuperator 8 of air in the air motor 6 provides a low speed of a standard electric generator 4 in alternating current mode with an electric frequency of 50 Hz, voltage of 230 and 400 V .

Воздух после пневмодвигателя 6 направляют во внутреннюю полость камеры сгорания 5, который участвует в процессе горения вместе с воздухом после расширения в турбине 3, а затем в виде продуктов сгорания (ориентировочно при температуры 950-1000 градусов Цельсия) направляют по проточной части горячих трактов высокотемпературного и низкотемпературного рекуператоров.The air after the air motor 6 is directed into the internal cavity of the combustion chamber 5, which participates in the combustion process together with the air after expansion in the turbine 3, and then in the form of combustion products (approximately at a temperature of 950-1000 degrees Celsius) is directed along the flow part of the hot ducts of high temperature and low temperature recuperators.

Claims (3)

1. Энергетическая установка, содержащая корпус в виде вытяжной трубы, энергетически изолированный от окружающей среды, лопаточную машину, с возможностью работы в режиме компрессора, турбинный привод, электрогенератор в виде агрегата полезной нагрузки, камеру сгорания, элементы подвода атмосферного воздуха, элементы подвода горючего, например попутного нефтяного газа, высокотемпературный рекуператор, отличающаяся тем, что в нее введен низкотемпературный рекуператор, и она снабжена, в качестве дополнительного привода, по меньшей мере, одним пневмодвигателем, вход которого сообщен с выходом компрессора, а выход пневмодвигателя сообщен через камеру сгорания и полость вытяжной трубы с атмосферой, причем низкотемпературный рекуператор расположен в полости вытяжной трубы за высокотемпературным рекуператором, при этом каждый пневмодвигатель соединен с одним электрогенератором, являющимся единственным приводом его.1. Power plant, comprising a casing in the form of a chimney, energetically isolated from the environment, a blade machine, with the ability to work in compressor mode, a turbine drive, an electric generator in the form of a payload unit, a combustion chamber, elements for supplying atmospheric air, elements for supplying fuel, for example associated petroleum gas, a high-temperature recuperator, characterized in that a low-temperature recuperator is introduced into it, and it is equipped with at least one a pneumatic motor, the input of which is communicated with the compressor output, and the pneumatic motor output is communicated through the combustion chamber and the cavity of the exhaust pipe with the atmosphere, and the low-temperature recuperator is located in the cavity of the exhaust pipe behind the high-temperature recuperator, with each air motor connected to one electric generator, which is its only drive. 2. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что вход пневмодвигателя сообщен с выходом компрессора через холодный тракт низкотемпературного рекуператора.2. The power plant according to claim 1, characterized in that the input of the air motor is in communication with the output of the compressor through the cold path of the low-temperature recuperator. 3. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в нее введен эжектор и входы его, как теплового генератора, сообщены с выходом компрессора и с выходом низкотемпературного рекуператора, причем вход в эжектор от компрессора выполнен активным, а вход в эжектор от низкотемпературного рекуператора выполнен пассивным, при этом выход эжектора сообщен с тепловой сетью потребителя тепловой энергии. 3. The power plant according to claim 1, characterized in that an ejector is introduced into it and its inputs, like a heat generator, are communicated with the output of the compressor and with the output of the low-temperature recuperator, and the input to the ejector from the compressor is made active, and the entrance to the ejector from the low-temperature the recuperator is made passive, while the ejector output is in communication with the heat network of the heat energy consumer.
RU2013119016/06A 2013-04-23 2013-04-23 Power plant RU2545115C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119016/06A RU2545115C2 (en) 2013-04-23 2013-04-23 Power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119016/06A RU2545115C2 (en) 2013-04-23 2013-04-23 Power plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013119016A RU2013119016A (en) 2014-11-20
RU2545115C2 true RU2545115C2 (en) 2015-03-27

Family

ID=53380820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013119016/06A RU2545115C2 (en) 2013-04-23 2013-04-23 Power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2545115C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2117361A1 (en) * 1970-04-08 1971-10-21 The Clayton Aniline Co. Ltd., Clayton, Manchester (Großbritannien) Process for the preparation of 5,6-benzchnaldines
EP0062932A1 (en) * 1981-04-03 1982-10-20 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Combined steam and gas turbine power plant
DE3419560A1 (en) * 1984-05-25 1985-11-28 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Method for the operation of a gas turbine plant and plant for the method
EP0309267A1 (en) * 1987-09-25 1989-03-29 British Gas plc Heat exchanger processes
RU2013616C1 (en) * 1992-12-29 1994-05-30 Проектно-строительное предприятие "Инсерв" Method of operating combination gas-turbine system of gas distribution and apparatus for carrying out the method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2117361A1 (en) * 1970-04-08 1971-10-21 The Clayton Aniline Co. Ltd., Clayton, Manchester (Großbritannien) Process for the preparation of 5,6-benzchnaldines
EP0062932A1 (en) * 1981-04-03 1982-10-20 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. Combined steam and gas turbine power plant
DE3419560A1 (en) * 1984-05-25 1985-11-28 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Method for the operation of a gas turbine plant and plant for the method
EP0309267A1 (en) * 1987-09-25 1989-03-29 British Gas plc Heat exchanger processes
RU2013616C1 (en) * 1992-12-29 1994-05-30 Проектно-строительное предприятие "Инсерв" Method of operating combination gas-turbine system of gas distribution and apparatus for carrying out the method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013119016A (en) 2014-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130125525A1 (en) Gas turbine power plant with a gas turbine installation, and method for operating a gas turbine power plant
US9287752B2 (en) Systems for generating energy
WO2013142941A1 (en) Gas-turbine engine
RU2570296C1 (en) Regenerative gas turbine expander unit for compressor station
Noroozian et al. Microturbine generation power systems
US8640437B1 (en) Mini sized combined cycle power plant
RU2545115C2 (en) Power plant
RU2520214C1 (en) Gas turbine plant
RU2334113C1 (en) Microturbine
US7647762B2 (en) Combined apparatus for fluid heating and electrical power generation
RU190148U1 (en) INSTALLATION OF AUTONOMOUS HEAT AND ELECTRICAL POWER SUPPLY
RU2395703C2 (en) General-purpose air-turbine power plant
CN108316978B (en) Household biogas cogeneration device
RU2675427C1 (en) Combined utilizing gas turbine expander power plant of compressor station of main gas line
RU139806U1 (en) GAS TURBINE INSTALLATION
RU2463462C1 (en) Combined gas turbo expander plant to run on natural gas
RU87503U1 (en) STEAM-GAS ELECTRIC STATION (OPTIONS)
Bruno et al. Power Quality and Air Emission Tests in a Micro Gas Turbine Cogeneration Plant
CN106089437B (en) Supercritical carbon dioxide low temperature dynamical system
RU64745U1 (en) POWER INSTALLATION (OPTIONS)
RU2670856C1 (en) Ejector gas heat power generator
Tanaka et al. The development of 50kw output power atmospheric pressure turbine (apt)
RU88067U1 (en) INTEGRATED AIR TURBINE POWER INSTALLATION
RU2529296C2 (en) Two-rotor air compressor for combined-cycle plants
US20080302879A1 (en) Heating Device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180424