RU2597715C1

RU2597715C1 - Power plant

Info

Publication number: RU2597715C1
Application number: RU2015119847/06A
Authority: RU
Inventors: Владислав Юрьевич Климов
Original assignee: Владислав Юрьевич Климов
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2016-09-20

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering. Power plant comprises combustion chamber, inside which there is a burner, which is a blind branch pipe with attached thereto pylons, uniformly arranged in a circle and having in cross section a V-shape, in which there are channels for fuel outlet, ignition device arranged on side surface of combustion chamber, turbocompressor consisting of interconnected turbine and compressor connected with electric generator, wherein turbocompressor turbine is located in inlet part of combustion chamber, and output of compressor is connected by pipelines with a heat exchanger located in outlet part of combustion chamber, wherein at output of heat exchanger there is a flue pipe.

EFFECT: invention provides high efficiency and compactness by increasing thermal efficiency.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в нефтедобывающей отрасли.The invention relates to the field of energy and can be used in the oil industry.

Одна из острых проблем в нефтегазовом секторе сегодня - это проблема утилизации попутного нефтяного газа. В настоящий момент попутный нефтяной газ в огромном количестве 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.One of the acute problems in the oil and gas sector today is the problem of associated petroleum gas utilization. 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 машина для утилизации попутного нефтяного газа, содержащая корпус в виде вытяжной трубы, сообщенной с атмосферой входом и выходом, лопаточную машину, кинематически соединенную с агрегатом полезной нагрузки, камеру сгорания и элементы подвода атмосферного воздуха, попутного нефтяного газа, теплообменник, компрессор и турбину, которые кинематически соединены между собой и дополнительным агрегатом полезной нагрузки, образуя турбокомпрессор. Вход компрессора сообщен с внутренней полостью вытяжной трубы в нижней ее части, а выход его сообщен с входом турбины через полость холодной части теплообменника, которая размещена в высокотемпературной зоне камеры сгорания. Выход турбины сообщен с внутренней полостью вытяжной трубы в зоне подвода попутного нефтяного газа камеры сгорания (патент РФ №2488705, МПК: F02C 1/02 - прототип).A known energy machine for utilization of associated petroleum gas, comprising a casing in the form of a chimney connected to the atmosphere by an inlet and an outlet, a blade machine kinematically connected to a payload unit, a combustion chamber and elements for supplying atmospheric air, associated petroleum gas, a heat exchanger, a compressor and a turbine which are kinematically interconnected with an additional payload aggregate, forming a turbocharger. The compressor inlet communicates with the internal cavity of the exhaust pipe in its lower part, and its output communicates with the turbine inlet through the cavity of the cold part of the heat exchanger, which is located in the high-temperature zone of the combustion chamber. The turbine outlet is connected with the internal cavity of the exhaust pipe in the zone of supply of associated petroleum gas of the combustion chamber (RF patent No. 2488705, IPC: F02C 1/02 - prototype).

Указанная энергетическая машина работает следующим образом.The specified energy machine operates as follows.

Попутный нефтяной газ через элементы подвода попутного нефтяного газа вместе со свободно поступающим холодным воздухом из атмосферы с минимальными потерями напора подается в камеру сгорания и сгорает, выделяя определенное количество теплоты. Часть холодного воздуха, не участвующая в процессе горения вместе с продуктами сгорания, образуя рабочее тело, вводится в канал отвода рабочего тела корпуса вытяжной трубы, который сообщается с атмосферой. В результате, из-за повышения температуры продуктов сгорания в поле силы тяжести создается положительная разница плотностей на входе и выходе из энергетической машины. За счет разницы плотностей нагретых газов внутри вытяжной трубы и столба холодного атмосферного воздуха вне трубы создается вытяжной поток. Кинетическая энергия вытяжного потока рабочего тела используется для вращения лопаточной машины, расположенной на выходе из корпуса вытяжной трубы. Крутящий момент от лопаточной машины передается на агрегат полезной нагрузки, в виде электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию.Associated petroleum gas through the associated petroleum gas supply elements, together with free-flowing cold air from the atmosphere with minimal pressure loss, is supplied to the combustion chamber and burns, releasing a certain amount of heat. Part of the cold air that is not involved in the combustion process together with the combustion products, forming a working fluid, is introduced into the exhaust channel of the working fluid of the exhaust pipe body, which communicates with the atmosphere. As a result, due to an increase in the temperature of the combustion products, a positive density difference is created in the field of gravity at the inlet and outlet of the energy machine. Due to the difference in the densities of the heated gases inside the exhaust pipe and the column of cold atmospheric air, an exhaust stream is created outside the pipe. The kinetic energy of the exhaust flow of the working fluid is used to rotate the blade machine located at the outlet of the exhaust pipe body. The torque from the blade machine is transmitted to the payload aggregate, in the form of an electric generator that generates electricity.

Компрессор сжимает воздух и направляет его в полость холодной части теплообменника. Нагретый в теплообменнике воздух поступает в турбину и далее во внутреннюю полость корпуса вытяжной трубы в зону подвода попутного нефтяного газа в камеру сгорания. Работа расширения предварительно сжатого в компрессоре и нагретого в теплообменнике воздуха в турбине используется для привода компрессора и дополнительного электрогенератора. При запуске энергетической машины электрогенератор работает в режиме стартера.The compressor compresses the air and directs it into the cavity of the cold part of the heat exchanger. The air heated in the heat exchanger enters the turbine and then into the internal cavity of the chimney body in the zone for supplying associated petroleum gas to the combustion chamber. The expansion work of the previously compressed air in the compressor and heated in the heat exchanger in the turbine is used to drive the compressor and an additional electric generator. When starting the energy machine, the electric generator operates in starter mode.

Основными недостатками данной энергетической машины являются значительная сложность конструкции, а также значительные габариты и вес, обусловленные принятой компоновкой элементов конструкции энергетической машины.The main disadvantages of this energy machine are the significant complexity of the design, as well as the significant dimensions and weight due to the adopted layout of structural elements of the energy machine.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание энергетической установки, конструкция которой позволит обеспечить высокую производительность и компактность путем увеличения термического коэффициента полезного действия.The objective of the invention is to remedy these disadvantages and create a power plant, the design of which will ensure high productivity and compactness by increasing the thermal efficiency.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенная энергетическая установка согласно изобретению содержит камеру сгорания, во внутренней полости которой расположена горелка, представляющая собой глухой патрубок с прикрепленными к нему пилонами, равномерно расположенными по окружности и имеющими в поперечном сечении V-образную форму, в которых выполнены каналы для выхода топлива, запальное устройство, размещенное на боковой поверхности камеры сгорания, турбокомпрессор, состоящий из связанных между собой турбины и компрессора, соединенного с электрогенератором, при этом турбина турбокомпрессора расположена во входной части камеры сгорания, а выход компрессора соединен с помощью трубопроводов с теплообменником, расположенным в выходной части камеры сгорания, причем на выходе теплообменника расположена дымовая труба.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed power plant according to the invention contains a combustion chamber, in the inner cavity of which there is a burner, which is a blind pipe with pylons attached to it, uniformly spaced around the circumference and having a V-shaped cross section in which channels for the exit of fuel, an ignition device located on the side surface of the combustion chamber, a turbocompressor consisting of interconnected turbines and a compressor connected to the electric generator, the turbine of the turbocompressor located in the input part of the combustion chamber, and the compressor output connected via pipelines to a heat exchanger located in the output part of the combustion chamber, with a chimney at the outlet of the heat exchanger.

Предлагаемая конструкция энергетической установки, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - повышения производительности и уменьшения габаритов и массы энергетической установки путем увеличения термического коэффициента полезного действия.The proposed design of the power plant, due to its distinguishing features, provides a solution to the technical problem - to increase productivity and reduce the size and weight of the power plant by increasing the thermal efficiency.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид энергетической установки, на фиг. 2 - разрез А-А - поперечный разрез камеры сгорания энергетической установки, на фиг. 3 - разрез Б-Б - поперечный разрез пилона горелки.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a power plant; FIG. 2 - section AA - cross section of the combustion chamber of a power plant, in FIG. 3 - section BB - cross section of the pylon of the burner.

Предложенная энергетическая установка содержит камеру сгорания 1, во внутренней полости которой расположена горелка 2, представляющая собой глухой патрубок 3 с прикрепленными к нему пилонами 4, равномерно расположенными по окружности и имеющими в поперечном сечении V-образную форму, в которых выполнены глухие каналы 5 и ряды отверстий 6 для выхода топлива, запальное устройство 7, размещенное на боковой поверхности камеры сгорания 1, турбокомпрессор 8, состоящий из связанных между собой турбины 9 и компрессора 10, соединенного с электрогенератором 11, при этом турбина 9 турбокомпрессора 8 расположена во входной части камеры сгорания 1, а выход компрессора 10 соединен с помощью трубопроводов 12 с теплообменником 13, расположенным в выходной части камеры сгорания 1, причем на выходе теплообменника 13 расположена дымовая труба 14.The proposed power plant includes a combustion chamber 1, in the inner cavity of which there is a burner 2, which is a blind pipe 3 with pylons 4 attached to it, uniformly spaced around the circumference and having a V-shaped cross section in which blind channels 5 and rows are made openings 6 for the exit of fuel, an ignition device 7 located on the side surface of the combustion chamber 1, a turbocharger 8, consisting of interconnected turbines 9 and a compressor 10 connected to an electric generator a torus 11, while the turbine 9 of the turbocharger 8 is located in the input part of the combustion chamber 1, and the output of the compressor 10 is connected via pipelines 12 to a heat exchanger 13 located in the output part of the combustion chamber 1, and a chimney 14 is located at the outlet of the heat exchanger 13.

Предложенная энергетическая установка работает следующим образом.The proposed power plant operates as follows.

С помощью пускового устройства производится раскрутка ротора турбокомпрессора 8. Компрессор 10 турбокомпрессора 8 сжимает воздух, поступающий из окружающей среды, и направляет его по трубопроводам 12 в теплообменник 13 и далее в камеру сгорания 1. Топливо поступает в глухой патрубок 3 горелки 2 и далее равномерно распределяется по глухим каналам 5, выполненным в пилонах 4. В камеру сгорания 1 топливо попадает через отверстия 6, выполненные в пилонах 4. В камере сгорания 1 топливо смешивается с воздухом и воспламеняется от запального устройства 7. Смесь топлива и воздуха сгорает в камере сгорания 1, выделяя определенное количество тепла. Образовавшееся тепло нагревает в теплообменнике 13 воздух, который поступает из компрессора 10. Нагретый воздух поступает в турбину 9 и далее в камеру сгорания 1. Работа, совершаемая сжатым в компрессоре 10 и нагретым в теплообменнике 13 воздухом, при расширении его в турбине 9, используется для привода компрессора 10 и электрогенератора 11. Продукты сгорания топлива из теплообменника 13 поступают в дымовую трубу 14 и далее в атмосферу. Вырабатываемая электроэнергия направляется различным потребителям.Using the starting device, the rotor of the turbocompressor 8 is unwound. The compressor 10 of the turbocompressor 8 compresses the air coming from the environment and directs it through pipelines 12 to the heat exchanger 13 and further to the combustion chamber 1. The fuel enters the blind pipe 3 of the burner 2 and is further evenly distributed through blind channels 5 made in the pylons 4. Fuel enters the combustion chamber 1 through openings 6 made in the pylons 4. In the combustion chamber 1, the fuel is mixed with air and ignited from the ignition device 7. C a mixture of fuel and air burns in the combustion chamber 1, releasing a certain amount of heat. The resulting heat heats the air in the heat exchanger 13, which comes from the compressor 10. The heated air enters the turbine 9 and then into the combustion chamber 1. The work performed by compressed air in the compressor 10 and heated in the heat exchanger 13, when expanding it in the turbine 9, is used to the drive of the compressor 10 and the generator 11. The products of combustion of fuel from the heat exchanger 13 enter the chimney 14 and further into the atmosphere. The generated electricity is sent to various consumers.

Использование предложенного технического решения позволит повысить производительность и уменьшить габариты и массу энергетической установки путем увеличения термического коэффициента полезного действия.Using the proposed technical solution will improve productivity and reduce the size and weight of the power plant by increasing the thermal efficiency.

Claims

Power plant, characterized in that it contains a combustion chamber, in the inner cavity of which there is a burner, which is a blind pipe with pylons attached to it, evenly spaced around the circumference and having a V-shape in cross section in which the channels for fuel exit are made , ignition device, placed on the side surface of the combustion chamber, a turbocompressor, consisting of interconnected turbines and a compressor connected to an electric generator, while the turbocharger inlet is located in the inlet of the combustion chamber, and the compressor outlet is connected via pipelines to a heat exchanger located in the outlet of the combustion chamber, with a chimney at the outlet of the heat exchanger.