RU2666701C1 - Stoichiometric steam and gas installation - Google Patents

Stoichiometric steam and gas installation Download PDF

Info

Publication number
RU2666701C1
RU2666701C1 RU2017143318A RU2017143318A RU2666701C1 RU 2666701 C1 RU2666701 C1 RU 2666701C1 RU 2017143318 A RU2017143318 A RU 2017143318A RU 2017143318 A RU2017143318 A RU 2017143318A RU 2666701 C1 RU2666701 C1 RU 2666701C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchanger
turbine
air
gas
heat
Prior art date
Application number
RU2017143318A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Леонидович Письменный
Original Assignee
Владимир Леонидович Письменный
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 Владимир Леонидович Письменный filed Critical Владимир Леонидович Письменный
Priority to RU2017143318A priority Critical patent/RU2666701C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2666701C1 publication Critical patent/RU2666701C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.SUBSTANCE: invention relates to power engineering. Steam and gas installation consists of two circuits – internal and external and a gas outlet channel. In the internal circuit there is a turbocharger, in the external one there is a heat exchanger, cooling high-pressure air, used to cool the turbocharger. At the output of the external circuit, a free turbine is installed, at the outlet from the internal circuit there is a gas channel in which two heat exchangers are located that convert the energy of the exhaust gases into steam energy. Working body of the first and the second heat exchangers is water and freon, concordantly. Water vapor is supplied to a mixing chamber located between the combustion chamber and the turbine of the turbocharger. This allows the stoichiometric composition of the air-fuel mixture to be maintained in the combustion chamber. Vapor freon is fed into the steam turbine, which is an element of the closed circuit of the steam power plant.EFFECT: invention allows to increase the effective efficiency of the installation.6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике.The invention relates to a power system.

Многочисленные публикации посвящены газотурбинным установкам (ГТУ) различного назначения, используемым в авиации, наземном и морском транспорте, на газоперекачивающих станциях. В последние годы значительно возрос интерес к энергетическим ГТУ и ПТУ (парогазовые установки), их особенностям и работе на электростанциях. Парогазовые установки - единственные энергетические установки, которые в конденсационном режиме работы отпускают электроэнергию с эффективным к.п.д. более 58% (Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов / Под ред. С.В. Цанаева - М.: Издательство МЭИ, 2002. С. 3).Numerous publications are devoted to gas turbine units (GTU) for various purposes, used in aviation, land and sea transport, at gas pumping stations. In recent years, there has been a significant increase in interest in energy gas turbines and gas turbines (combined cycle plants), their features and work in power plants. Combined cycle plants are the only power plants that release electricity with an efficient efficiency in the condensation mode of operation more than 58% (Gas-turbine and combined-cycle plants of thermal power plants: Textbook for universities / Ed. by S.V. Tsanaev - M .: MEI Publishing House, 2002. P. 3).

Целью изобретения является повышение эффективного к.п.д. парогазовых установок до 60÷65%.The aim of the invention is to increase effective efficiency combined-cycle plants up to 60 ÷ 65%.

Известна стехиометрическая парогазовая установка, состоящая из входного устройства, внутреннего контура, внутри которого расположен турбо-компрессор с камерой смешения, с газовым каналом, соединяющим контур с атмосферой, содержащим теплообменник-испаритель, с одной стороны соединенный с источником питательной воды, а с другой - с камерой смешения, внешнего контура, на выходе которого установлена свободная турбина, теплообменника-регенератора, расположенного за турбокомпрессором и соединяющего свободную турбину с воздушной полостью высокого давления (патент RU 2287708, 2006 г.).A stoichiometric combined-cycle plant is known, consisting of an input device, an internal circuit, inside of which there is a turbo-compressor with a mixing chamber, with a gas channel connecting the circuit to the atmosphere containing a heat exchanger-evaporator, on the one hand connected to a source of feed water, and on the other hand with a mixing chamber, an external circuit at the output of which a free turbine is installed, a heat exchanger-regenerator located behind the turbocompressor and connecting the free turbine to the air cavity in high pressure (patent RU 2287708, 2006).

Известны газотурбинные двигатели, у которых за свободной турбиной устанавливается диффузорный патрубок, позволяющий повышать перепад давлений в турбине больше, чем располагаемый (Нечаев Ю.Н., Федоров P.M. Теория авиационных газотурбинных двигателей. Ч. 2. М.: Машиностроение, 1978, с. 268, рис. 19.2).Gas turbine engines are known in which a diffuser nozzle is installed behind a free turbine, which allows increasing the pressure drop in the turbine more than that available (Nechaev Yu.N., Fedorov PM Theory of aircraft gas turbine engines. Part 2. M: Engineering, 1978, p. 268, Fig. 19.2).

Известны газовые эжекторы, способные понижать статическое давление на выходе из реактивного сопла (Г.Н. Абрамович. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976, с. 487, рис. 9.4).There are known gas ejectors capable of lowering the static pressure at the exit of the jet nozzle (G. N. Abramovich. Applied gas dynamics. M: Nauka, 1976, p. 487, Fig. 9.4).

Поставленная цель достигается тем, что в стехиометрической парогазовой установке, состоящей из входного устройства, внутреннего контура, внутри которого расположен турбокомпрессор с камерой смешения, с газовым каналом, соединяющим контур с атмосферой, содержащим теплообменник-испаритель, с одной стороны соединенный с источником питательной воды, а с другой - с камерой смешения, внешнего контура, на выходе которого установлена свободная турбина, теплообменника-регенератора, расположенного за турбокомпрессором и соединяющего свободную турбину с воздушной полостью высокого давления, установлен вентилятор, нагнетающий воздух во внутренний и внешний контуры, внутри газового канала расположен теплообменник конденсатор, соединенный с утилизатором тепловой энергии, свободная турбина соединена с газовым каналом на участке между теплообменником-испарителем и теплообменником-конденсатором, во внешнем контуре расположен теплообменник, канал высокого давления которого соединяет воздушную полость за компрессором с воздушными каналами турбины турбокомпрессора для ее охлаждения.This goal is achieved by the fact that in a stoichiometric combined-cycle plant, consisting of an input device, an internal circuit, inside which there is a turbocharger with a mixing chamber, with a gas channel connecting the circuit to the atmosphere, containing a heat exchanger-evaporator, on the one hand connected to a source of feed water, and on the other hand, with a mixing chamber, an external circuit at the output of which a free turbine is installed, a heat exchanger-regenerator located behind the turbocompressor and connecting the free a turbine with a high-pressure air cavity, a fan is installed that pumps air into the internal and external circuits, a condenser heat exchanger is connected inside the gas channel, connected to a heat energy recovery unit, a free turbine is connected to the gas channel in the section between the heat exchanger-evaporator and the heat exchanger-condenser, in the external a heat exchanger is located in the circuit, the high-pressure channel of which connects the air cavity behind the compressor with the air channels of the turbocharger turbine for its cooling Denia.

Сущность изобретения заключается в использовании внутренних термодинамических циклов, которые при тех же физических ограничениях позволяют увеличивать количество подводимой и уменьшать количество отводимой теплоты в тепловой машине (Письменный В.Л. Внутренние термодинамические циклы // М. - Конверсия в машиностроении. 2006, №3. С. 5÷10).The essence of the invention lies in the use of internal thermodynamic cycles, which, with the same physical limitations, can increase the amount of heat input and reduce the amount of heat removed in a heat engine (Pismenny V.L. Internal thermodynamic cycles // M. - Conversion in mechanical engineering. 2006, No. 3. S. 5 ÷ 10).

В ПГУ предпочтительно иметь:In CCGT, it is preferable to have:

коэффициент избытка воздуха в камере сгорания менее 1,1;the coefficient of excess air in the combustion chamber is less than 1.1;

степень повышения давления воздуха в вентиляторе более 7;the degree of increase in air pressure in the fan is more than 7;

суммарную степень повышения давления воздуха более 40;the total degree of increase in air pressure over 40;

внутри теплообменника-регенератора - эжектор;inside the heat exchanger-regenerator - an ejector;

керамические сопловые аппараты в турбине турбокомпрессора;ceramic nozzle apparatus in a turbocharger turbine;

паросиловую установку в качестве утилизатора тепловой энергии.steam power plant as a heat energy utilizer.

На фиг. 1 показана стехиометрическая ПГУ.In FIG. 1 shows a stoichiometric CCGT.

на фиг. 2 показан термодинамический цикл стехиометрической ПГУ;in FIG. 2 shows the thermodynamic cycle of a stoichiometric CCGT;

на фиг. 3 показаны зависимости параметров стехиометрической ПГУ от суммарной степени повышения давления воздуха.in FIG. Figure 3 shows the dependence of the stoichiometric CCGT parameters on the total degree of increase in air pressure.

Стехиометрическая ПГУ (фиг. 1) состоит из входного устройства 1, вентилятора 2, внутреннего и внешнего контуров, газового канала 3, утилизатора тепловой энергии.The stoichiometric CCGT (Fig. 1) consists of an input device 1, a fan 2, internal and external circuits, a gas channel 3, and a heat energy utilizer.

Во внутреннем контуре расположены: турбокомпрессор 4, полость низкого давления теплообменника-регенератора 5, эжектор 6 (расположен внутри теплообменника 5 - охватывает выходное сечение турбокомпрессора). Между камерой сгорания и турбиной турбокомпрессора расположена камера смешения 7.In the internal circuit are located: a turbocompressor 4, a low-pressure cavity of the heat exchanger-regenerator 5, an ejector 6 (located inside the heat exchanger 5 - covers the output section of the turbocompressor). Between the combustion chamber and the turbine of the turbocharger there is a mixing chamber 7.

Во внешнем (втором) контуре расположены: теплообменник 8, полость высокого давления теплообменника-регенератора 5, свободная турбина 9. Внутренние каналы теплообменника 8 с одной стороны соединены с воздушной полостью за компрессором турбокомпрессора, с другой - с воздушными каналами турбины турбокомпрессора.In the external (second) circuit there are: a heat exchanger 8, a high pressure cavity of the heat exchanger-regenerator 5, a free turbine 9. The internal channels of the heat exchanger 8 are connected on one side to the air cavity behind the turbocompressor compressor, and on the other, to the air channels of the turbocharger turbine.

В газовом канале 3, соединяющем полость низкого давления теплообменника 5 с атмосферой, расположены: теплообменник-испаритель 10 и теплообменник-конденсатор 11. Полость высокого давления теплообменника-регенератора 5 соединена с газовым каналом 3 через турбину 9 на участке между теплообменниками 10 и 11.In the gas channel 3 connecting the low-pressure cavity of the heat exchanger 5 with the atmosphere, there are: a heat exchanger-evaporator 10 and a heat exchanger-condenser 11. The high-pressure cavity of the heat exchanger-regenerator 5 is connected to the gas channel 3 through a turbine 9 in the area between the heat exchangers 10 and 11.

Утилизатор тепловой энергии состоит из теплообменника-конденсатора 11, паровой турбины 12, теплообменника-конденсатора 13 и насоса (н), которые закольцованы. Внутри закольцованной системы циркулирует фреон R22. Теплообменник 13 омывается проточной водой, часть которой насосом высокого давления (н) подается в теплообменник 10.The heat energy utilizer consists of a heat exchanger-condenser 11, a steam turbine 12, a heat exchanger-condenser 13 and a pump (n), which are looped. Freon R22 circulates inside the looped system. The heat exchanger 13 is washed with running water, part of which is supplied with a high pressure pump (n) to the heat exchanger 10.

Вентилятор 2 соединен с турбокомпрессором 4 через редуктор (Р).Fan 2 is connected to turbocharger 4 through a gearbox (P).

Работа стехиометрической ПГУ осуществляется следующим образом. Турбокомпрессор 4 приводит в действие вентилятор 2, который нагнетает воздух во внутренний и внешний контуры установки.The stoichiometric CCGT is as follows. The turbocharger 4 drives a fan 2, which pumps air into the internal and external circuits of the installation.

Во внутреннем контуре к воздуху подводится энергия топлива Q1, часть которой в виде теплоты (через теплообменник 8) и работы (через вентилятор 2) передается во внешний контур установки. Воздух, отбираемый от компрессора для охлаждения турбины, проходит через канал высокого давления теплообменника 8 и отдает часть теплоты воздуху внешнего контура. Вентилятор 2, сжимает воздух, часть которого поступает во внешний контур. Оставшаяся теплота в виде энергии истекающего газа поступает в полость низкого давления теплообменника-регенератора 5.In the internal circuit, fuel energy Q 1 is supplied to the air, part of which in the form of heat (through heat exchanger 8) and work (through fan 2) is transferred to the external circuit of the installation. The air taken from the compressor for cooling the turbine passes through the high pressure channel of the heat exchanger 8 and transfers part of the heat to the air of the external circuit. Fan 2, compresses the air, part of which enters the external circuit. The remaining heat in the form of energy of the outgoing gas enters the low-pressure cavity of the heat exchanger-regenerator 5.

Сжатый и нагретый воздух внешнего контура поступает в полость высокого давления теплообменника-регенератора 5.Compressed and heated air of the external circuit enters the high pressure cavity of the heat exchanger-regenerator 5.

Работа теплообменника-регенератора осуществляется следующим образом. Горячий газ из турбокомпрессора истекает в эжектор 6. Статическое давление в плоскости выходного сечения турбокомпрессора ниже, чем давление в полости низкого давления теплообменника 5, которое близко к атмосферному. В результате разницы давлений снаружи и внутри эжектора 6 происходит циркуляция газа внутри полости низкого давления теплообменника 5, которая интенсифицирует теплообменные процессы. Технические возможности теплообменника-регенератора определяются техническими возможностями циркуляционного теплообменника (патент RU 2607916, 2017 г.), т.е. при определенных условиях разница в температурах газа и воздуха, выходящих из теплообменника-регенератора 5, может быть сведена к минимуму (20÷30 градусов). Еще один плюс от применения теплообменника-регенератора 5 - это возможность использования эффекта перерасширения газа в турбине, когда статическое давление за турбиной искусственным образом понижается ниже атмосферного с последующим его повышением с отводом теплоты.The operation of the heat exchanger-regenerator is as follows. Hot gas from the turbocharger flows into the ejector 6. The static pressure in the plane of the outlet section of the turbocharger is lower than the pressure in the low-pressure cavity of the heat exchanger 5, which is close to atmospheric. As a result of the pressure difference outside and inside the ejector 6, gas circulates inside the low pressure cavity of the heat exchanger 5, which intensifies the heat exchange processes. The technical capabilities of the heat exchanger-regenerator are determined by the technical capabilities of the circulation heat exchanger (patent RU 2607916, 2017), i.e. under certain conditions, the difference in gas and air temperatures leaving the heat exchanger-regenerator 5 can be minimized (20 ÷ 30 degrees). Another plus from the use of the heat exchanger-regenerator 5 is the possibility of using the effect of gas over-expansion in the turbine, when the static pressure behind the turbine artificially decreases below atmospheric pressure with its subsequent increase with the removal of heat.

Воздух высокого давления, нагретый в теплообменнике 5, поступает в ресивер турбины 9, где расширяется - совершает работу, после чего истекает в газовый канал 3.High-pressure air, heated in the heat exchanger 5, enters the receiver of the turbine 9, where it expands - performs work, and then expires in the gas channel 3.

Газ низкого давления из теплообменника 5 поступает в газовый канал 3, где часть теплоты газа отдается теплообменнику-испарителю 10. В канале высокого давления теплообменника 10 движется вода, которая при нагреве превращается в насыщенный пар. Пар поступает в камеру смешения 7 турбокомпрессора. Количество воды (пара) выбирается из условия обеспечения стехиометрического состава топливовоздушной смеси в камере сгорания турбокомпрессора.Low pressure gas from the heat exchanger 5 enters the gas channel 3, where part of the heat of the gas is given to the heat exchanger-evaporator 10. Water moves in the high pressure channel of the heat exchanger 10, which when heated turns into saturated steam. The steam enters the mixing chamber 7 of the turbocharger. The amount of water (steam) is selected from the condition of ensuring the stoichiometric composition of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the turbocompressor.

После теплообменника 10 газ, движущийся по каналу 3, смешивается с воздухом, истекающим из турбины 9. Образовавшаяся смесь (выхлопные газы) поступает в теплообменник-конденсатор 11. В теплообменнике-конденсаторе 11 происходит передача теплоты выхлопных газов фреону R22, который циркулирует в канале высокого давления теплообменника 11. При охлаждении выхлопных газов выделяется конденсат (вода, используемая в теплообменнике 10), который вместе с выхлопными газами удаляется в атмосферу.After the heat exchanger 10, the gas moving along the channel 3 is mixed with the air flowing out from the turbine 9. The resulting mixture (exhaust gases) enters the heat exchanger-condenser 11. In the heat exchanger-condenser 11, the heat of the exhaust gases is transferred to freon R22, which circulates in the high channel pressure of the heat exchanger 11. When cooling the exhaust gases, condensate (water used in the heat exchanger 10) is released, which together with the exhaust gases is removed into the atmosphere.

Работа утилизатора теплоты осуществляется следующим образом.The operation of the heat recovery unit is as follows.

Критическим давлением и критической температурой фреона R22 являются: Ркр=5 МПа и Ткр=96°С, соответственно. Фреон под критическим давлением насосом (н) подается в канал высокого давления теплообменника 11, где нагревается до критической температуры. В паровой турбине 12 фреон расширяется до давления, при котором происходит его конденсация в теплообменнике 13. Турбина 12 совершает работу. Теплота, выделившаяся при конденсации, отводится проточной водой (начальная температура ~ 15°С; конечная ~ 30°С). Охлажденный фреон сжимается насосом (н). Цикл повторяется.The critical pressure and critical temperature of Freon R22 are: P cr = 5 MPa and T cr = 96 ° C, respectively. Freon under a critical pressure pump (n) is fed into the high pressure channel of the heat exchanger 11, where it is heated to a critical temperature. In the steam turbine 12, the freon expands to a pressure at which it is condensed in the heat exchanger 13. The turbine 12 does the work. The heat released during condensation is removed by running water (initial temperature ~ 15 ° C; final temperature ~ 30 ° C). The cooled freon is compressed by the pump (n). The cycle repeats.

Питательная вода насосом (н) подается в теплообменник-испаритель 10.Feed water pump (n) is supplied to the heat exchanger-evaporator 10.

На фиг. 2 в Р-υ координатах показан термодинамический цикл стехиометрической ПГУ (фиг. 1). Цикл состоит из внешнего цикла 1 (цикл Брайтона) и двух внутренних циклов: 2 (цикл Брайтона) и 3 (цикл Ренкина). Внешний цикл имеет энергообмен с внешней средой, внутренние - с внешним циклом. К внешнему циклу подводится теплота Q1, отводится - Qr. Термический к.п.д. стехиометрической ПГУ определяется как ηt=1-Qr/Q1.In FIG. 2 in P-υ coordinates shows the thermodynamic cycle of the stoichiometric CCGT (Fig. 1). The cycle consists of an external cycle 1 (Brighton cycle) and two internal cycles: 2 (Brighton cycle) and 3 (Rankine cycle). The external cycle has energy exchange with the external environment, the internal - with the external cycle. Heat Q 1 is supplied to the external cycle, Qr is removed. Thermal efficiency stoichiometric CCGT is defined as η t = 1-Qr / Q 1 .

Сущность изобретения заключается в том, что одновременно используются два фактора повышающие эффективность тепловой машины: а) стехиометрический состав топливовоздушной смеси; б) внутренние термодинамические циклы. Стехиометрический состав топливовоздушной смеси позволяет максимально увеличить количество подводимой теплоты Q1. Внутренние термодинамические циклы позволяют максимально уменьшить количество отводимой теплоты Qr. И то, и другое повышает термический к.п.д. тепловой машины и, как следствие, - эффективный к.п.д.The essence of the invention lies in the fact that at the same time two factors are used to increase the efficiency of the heat engine: a) the stoichiometric composition of the air-fuel mixture; b) internal thermodynamic cycles. The stoichiometric composition of the air-fuel mixture allows to maximize the amount of heat input Q 1 . Internal thermodynamic cycles maximize the amount of heat removed Qr. Both that, and another increases thermal efficiency heat engine and, as a result, effective efficiency

Стехиометрический состав топливовоздушной смеси в камере сгорания ПГУ обеспечивается наличием в схеме ПГУ (фиг. 1) камеры смешения 7, которая защищает лопатки турбины от перегрева (тепловая энергия распределяется на большую массу газа) при любом составе топливовоздушной смеси, включая стехиометрический. Применение камеры смешения позволяет повысить максимальную температуру газа во внешнем цикле (фиг. 2) до температуры газа в камере сгорания Ткс *, которая выше температуры газа перед турбиной Тг * (фиг. 2). Из термодинамики известно, что повышение максимальной температуры газа в цикле Брайтона повышает его работу и к.п.д., что, собственно, и происходит в стехиометрической ПГУ.The stoichiometric composition of the air-fuel mixture in the CCGT combustion chamber is ensured by the presence of a mixing chamber 7 in the CCGT circuit (Fig. 1), which protects the turbine blades from overheating (thermal energy is distributed over a large mass of gas) for any composition of the air-fuel mixture, including stoichiometric. Use of the mixing chamber allows to increase the maximum temperature of the gas in the outer loop (Fig. 2) to the gas temperature in the combustion chamber kc * T which is higher than the gas temperature before the turbine T r * (FIG. 2). It is known from thermodynamics that an increase in the maximum gas temperature in the Brighton cycle increases its work and efficiency, which, in fact, occurs in stoichiometric CCGT.

Эффективность применения внутренних термодинамических циклов -прямое следствие законов термодинамики. В соответствии с первым законом термодинамики теплота Q1 тратится на работу внешнего цикл 1, внутренних циклов 2 и 3 (работа циклов определяется с учетом расхода рабочих тел), тепловые потери Qr. При отсутствии внутренних циклов 2 и 3 та же теплота Q1 будет тратиться на работу внешнего цикла 1 и потери Qr, из чего следует, что при отсутствии внутренних циклов потери Qr увеличиваются на величину работы этих циклов.The effectiveness of using internal thermodynamic cycles is a direct consequence of the laws of thermodynamics. In accordance with the first law of thermodynamics, heat Q 1 is spent on the operation of the external cycle 1, internal cycles 2 and 3 (the work of the cycles is determined taking into account the flow rate of the working fluid), heat loss Qr. In the absence of internal cycles 2 and 3, the same heat Q 1 will be spent on the operation of external cycle 1 and the loss of Qr, which implies that in the absence of internal cycles, the loss of Qr increases by the amount of work of these cycles.

Тепловые потоки, имеющие место в стехиометрической ПГУ, показаны на фиг. 2. К внешнему циклу подводится теплота Q1 (процесс к-г). Часть этой теплоты преобразуется в работу Lц1, которая используется для сжатия рабочих тел внутренних циклов, в том числе в насосах (н). Другая часть теплоты (Q1-2 и Q1-3) передается во внутренние циклы, в которых преобразуется в работу Lц2 и Lц3. Нереализованная во внутренних циклах теплота Q2-1 и Q3-1 возвращается (условно) внешнему циклу, после чего рассеивается в атмосфере в виде теплоты Qr. Небольшая часть теплоты Q1-1 регенерируется во внешнем цикле.The heat fluxes occurring in the stoichiometric CCGT are shown in FIG. 2. Heat Q 1 is supplied to the external cycle (process k-g). Part of this heat is converted into work Lс 1 , which is used to compress the working fluid of the internal cycles, including in pumps (n). Another part of the heat (Q 1-2 and Q 1-3 ) is transferred to the internal cycles, in which it is converted into work Lts 2 and Lts 3 . The heat Q 2-1 and Q 3-1 that is not realized in internal cycles is returned (conditionally) to the external cycle, after which it is dissipated in the atmosphere in the form of heat Qr. A small part of the heat Q 1-1 is regenerated in the external cycle.

На фиг. 3 показаны характеристики стехиометрической ПГУ (фиг. 1) в зависимости от суммарной степени повышения давления воздуха π. Условные обозначения: πВ - степень повышения давления воздуха в вентиляторе, πк - степень повышения давления воздуха в компрессоре; m - степень двухконтурности; mв - относительный расход воды (по отношению к расходу воздуха через внутренний контур); mф - относительный расход фреона (аналогично); Тв* - температура воздуха на выходе из вентилятора; Тк* - температура воздуха на выходе из компрессора; Ткс* - температура газа на выходе из камеры сгорания; Тг* - температура газа на входе в турбину турбокомпрессора; Твг* - температура воздуха на входе в свободную турбину; tвх - температура газа на входе в утилизатор тепловой энергии; tвых - температура газа на выходе из утилизатора тепловой энергии; ηe∑ - суммарный эффективный к.п.д. ПГУ, ηе - эффективный к.п.д. ПГУ (без утилизатора тепловой энергии).In FIG. 3 shows the characteristics of the stoichiometric CCGT (Fig. 1) depending on the total degree of increase in air pressure π . Legend: π B is the degree of increase in air pressure in the fan, π k is the degree of increase in air pressure in the compressor; m is the bypass ratio; m in - the relative flow rate of water (relative to the flow rate of air through the internal circuit); m f - the relative consumption of freon (similarly); Tv * - air temperature at the outlet of the fan; Tk * - air temperature at the outlet of the compressor; Tks * - gas temperature at the outlet of the combustion chamber; Tg * is the temperature of the gas at the entrance to the turbine of the turbocompressor; TVG * - air temperature at the inlet to a free turbine; tin - gas temperature at the inlet to the heat energy utilizer; tout - gas temperature at the outlet of the heat energy utilizer; η e∑ - total effective efficiency CCP, η e - effective efficiency CCPP (without heat energy utilizer).

Исходные данные ПГУ: внешние условия стандартные; топливо - керосин; рабочее тело утилизатора энергии - фреон R22; коэффициент избытка воздуха в камере сгорания - 1,05; степень повышения давления в вентиляторе - 8; температура газа перед турбиной - 2400 К; температура лопаток первой ступени турбины - 1250 К; коэффициент интенсивности охлаждения лопаток турбины - 0,65; отбор воздуха на охлаждение турбины - 18%; к.п.д. вентилятора - 0,83; к.п.д. компрессора - 0,83; к.п.д. турбины турбокомпрессора - 0,96; к.п.д. свободной турбины - 0,95; к.п.д. паровой турбины - 0,9; механический к.п.д. - 0,99; полнота сгорания топлива - 0,99; коэффициент восстановления давления в камере сгорания - 0,98; коэффициенты восстановления давления в теплообменниках - 0,98.CCP initial data: standard external conditions; fuel - kerosene; working body of an energy utilizer - freon R22; the coefficient of excess air in the combustion chamber is 1.05; the degree of increase in pressure in the fan - 8; gas temperature in front of the turbine - 2400 K; the temperature of the blades of the first stage of the turbine is 1250 K; coefficient of intensity of cooling of the turbine blades - 0.65; air extraction for cooling the turbine - 18%; efficiency fan - 0.83; efficiency compressor - 0.83; efficiency turbocharger turbines - 0.96; efficiency free turbine - 0.95; efficiency steam turbine - 0.9; mechanical efficiency - 0.99; the completeness of fuel combustion is 0.99; the pressure recovery coefficient in the combustion chamber is 0.98; Coefficients of pressure recovery in heat exchangers - 0.98.

Видно (фиг. 3), что метод внутренних термодинамических циклов (Письменный В.Л. Внутренние термодинамические циклы // М. - Конверсия в машиностроении. 2006, №3. С. 5÷10) в сочетании с авиационными технологиями ГТД пятого-шестого поколений (охлаждаемые монокристаллические лопатки, керамические сопловые аппараты, технология «blisk», высокие к.п.д. лопаточных машин и д.р.) позволяет создавать тепловые машины с эффективным к.п.д. 65 процентов и более, что дает основание считать стехиометрические ПГУ прорывной технологией в области теплоэнергетики.It is seen (Fig. 3) that the method of internal thermodynamic cycles (Pismenny VL Internal thermodynamic cycles // M. - Conversion in mechanical engineering. 2006, No. 3. P. 5 ÷ 10) in combination with aviation technologies of the fifth-sixth gas turbine engine generations (cooled single-crystal blades, ceramic nozzle apparatuses, blisk technology, high efficiency of blade machines and etc.) allows you to create heat engines with effective efficiency 65 percent or more, which gives reason to consider stoichiometric CCGT as a breakthrough technology in the field of heat power.

Потребности общества в обеспечении энергией постоянно растут притом, что возможности увеличения добычи углеводородных топлив достигли своих пределов. В этих условиях создание энергосберегающих технологий становится актуальной задачей. В России, по мнению автора, следует принять программу по разработке и внедрению в народное хозяйство стехиометрических ПГУ. Это даст возможность при тех же расходах топлива повысить выработку электроэнергии на теплоэлектростанциях в 2÷3 раза.The needs of society in providing energy are constantly growing despite the fact that the possibilities of increasing the production of hydrocarbon fuels have reached their limits. In these conditions, the creation of energy-saving technologies becomes an urgent task. In Russia, according to the author, a program should be adopted to develop and introduce stoichiometric CCGTs into the national economy. This will make it possible, at the same fuel consumption, to increase the generation of electricity at thermal power plants by 2–3 times.

Claims (6)

1. Стехиометрическая парогазовая установка, состоящая из входного устройства, внутреннего контура, внутри которого расположен турбокомпрессор с камерой смешения, с газовым каналом, соединяющим контур с атмосферой, содержащим теплообменник-испаритель, с одной стороны соединенный с источником питательной воды, а с другой - с камерой смешения, внешнего контура, на выходе которого установлена свободная турбина, теплообменника-регенератора, расположенного за турбокомпрессором и соединяющего свободную турбину с воздушной полостью высокого давления, отличающаяся тем, что содержит вентилятор, нагнетающий воздух во внутренний и внешний контуры, внутри газового канала расположен теплообменник конденсатор, соединенный с утилизатором тепловой энергии, свободная турбина соединена с газовым каналом на участке между теплообменником-испарителем и теплообменником-конденсатором, во внешнем контуре расположен теплообменник, канал высокого давления которого соединяет воздушную полость за компрессором с воздушными каналами турбины турбокомпрессора для ее охлаждения.1. A stoichiometric combined-cycle plant, consisting of an input device, an internal circuit, inside of which there is a turbocharger with a mixing chamber, with a gas channel connecting the circuit to the atmosphere containing a heat exchanger-evaporator, on the one hand connected to a source of feed water, and on the other, from a mixing chamber, an external circuit at the output of which a free turbine is installed, a heat exchanger-regenerator located behind the turbocompressor and connecting a free turbine with an air cavity of high pressure, characterized in that it contains a fan that pumps air into the internal and external circuits, inside the gas channel there is a condenser heat exchanger connected to a heat energy utilizer, a free turbine is connected to the gas channel in the area between the heat exchanger-evaporator and the heat exchanger-condenser, in the external circuit a heat exchanger is located, the high-pressure channel of which connects the air cavity behind the compressor with the air channels of the turbocharger turbine to cool it. 2. Стехиометрическая парогазовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что коэффициент избытка воздуха в камере сгорания менее 1,1.2. The stoichiometric combined-cycle plant according to claim 1, characterized in that the coefficient of excess air in the combustion chamber is less than 1.1. 3. Стехиометрическая парогазовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что степень повышения давления воздуха в вентиляторе более 7, суммарная степень повышения давления воздуха более 40.3. The stoichiometric combined-cycle plant according to claim 1, characterized in that the degree of increase in air pressure in the fan is more than 7, the total degree of increase in air pressure is more than 40. 4. Стехиометрическая парогазовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что внутри теплообменника-регенератора расположен газовый эжектор.4. The stoichiometric combined-cycle plant according to claim 1, characterized in that a gas ejector is located inside the heat exchanger-regenerator. 5. Стехиометрическая парогазовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что сопловые аппараты турбины турбокомпрессора - керамические.5. The stoichiometric combined-cycle plant according to claim 1, characterized in that the nozzle apparatus of the turbocharger turbine is ceramic. 6. Стехиометрическая парогазовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что утилизатор тепловой энергии - паросиловая установка.6. The stoichiometric combined-cycle plant according to claim 1, characterized in that the heat energy utilizer is a steam power plant.
RU2017143318A 2017-12-11 2017-12-11 Stoichiometric steam and gas installation RU2666701C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143318A RU2666701C1 (en) 2017-12-11 2017-12-11 Stoichiometric steam and gas installation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143318A RU2666701C1 (en) 2017-12-11 2017-12-11 Stoichiometric steam and gas installation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2666701C1 true RU2666701C1 (en) 2018-09-11

Family

ID=63580228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143318A RU2666701C1 (en) 2017-12-11 2017-12-11 Stoichiometric steam and gas installation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2666701C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU222049U1 (en) * 2023-09-15 2023-12-07 Евгений Михайлович Пузырёв Steam turbine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1777490A1 (en) * 1989-12-19 1995-09-27 Научно-Исследовательский Институт Приборостроения Bed testing and diagnosing electronic control systems of gas-turbine engine
RU39208U1 (en) * 2004-04-26 2004-07-20 Открытое акционерное общество "КБ "Электроприбор" GAS-TURBINE ENGINE CONTROL AND DIAGNOSTIC DEVICE AND GAS-TURBINE ENGINE AUTOMATIC CONTROL SYSTEM
RU2287708C1 (en) * 2005-03-21 2006-11-20 Владимир Леонидович Письменный Power plant
RU81561U1 (en) * 2008-09-04 2009-03-20 Валерий Герасимович Гнеденко ELECTRIC POWER INSTALLATION
RU129669U1 (en) * 2012-11-29 2013-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" STAND FOR CONTROL OF THE DISCRETE COMMAND BOARD OF THE DIGITAL GAS-TURBINE ENGINE REGULATOR
RU2529989C1 (en) * 2013-06-05 2014-10-10 Владимир Леонидович Письменный Method of gas turbine engine cooling

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1777490A1 (en) * 1989-12-19 1995-09-27 Научно-Исследовательский Институт Приборостроения Bed testing and diagnosing electronic control systems of gas-turbine engine
RU39208U1 (en) * 2004-04-26 2004-07-20 Открытое акционерное общество "КБ "Электроприбор" GAS-TURBINE ENGINE CONTROL AND DIAGNOSTIC DEVICE AND GAS-TURBINE ENGINE AUTOMATIC CONTROL SYSTEM
RU2287708C1 (en) * 2005-03-21 2006-11-20 Владимир Леонидович Письменный Power plant
RU81561U1 (en) * 2008-09-04 2009-03-20 Валерий Герасимович Гнеденко ELECTRIC POWER INSTALLATION
RU129669U1 (en) * 2012-11-29 2013-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" STAND FOR CONTROL OF THE DISCRETE COMMAND BOARD OF THE DIGITAL GAS-TURBINE ENGINE REGULATOR
RU2529989C1 (en) * 2013-06-05 2014-10-10 Владимир Леонидович Письменный Method of gas turbine engine cooling

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU222049U1 (en) * 2023-09-15 2023-12-07 Евгений Михайлович Пузырёв Steam turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1331522C (en) Apparatus and method for optimizing the air inlet temperature of gas turbines
CN102003285B (en) Improved exhaust gas recirculating system and method for a turbomachine
US5083423A (en) Apparatus and method for optimizing the air inlet temperature of gas turbines
US10337357B2 (en) Steam turbine preheating system with a steam generator
US4271665A (en) Installation for generating pressure gas or mechanical energy
JP2004360700A (en) Method and device for operating gas turbine engine
Karaali et al. Efficiency improvement of gas turbine cogeneration systems
RU2675167C1 (en) Gas turbine unit
RU2287708C1 (en) Power plant
RU2666701C1 (en) Stoichiometric steam and gas installation
RU2199020C2 (en) Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system
RU2541080C1 (en) Auxiliary power gas turbine expander unit for compressor stations of gas-main pipelines
RU2747704C1 (en) Cogeneration gas turbine power plant
RU2605878C1 (en) Turbo-expansion system of heat utilization of circulating water on condensation units of steam turbines of thermal power station
RU2599082C1 (en) Gas turbine expander power plant of compressor station of main gas line
RU2671264C1 (en) Stoichiometric steam gas turbine installation
RU2673948C1 (en) Power plant
RU2674089C1 (en) Method of forcing gas turbine plant
RU2272916C2 (en) Steam-gas turbine plant
RU2576556C2 (en) Compressor station of main gas line with gas turbine expander power plant
RU2605879C2 (en) Power plant combined-cycle plant
RU2545261C2 (en) Gas turbine plant of raised efficiency
RU2811448C2 (en) Combined-cycle power plant
SU958665A1 (en) Steam-gas plant
RU2712339C1 (en) Combined power gas turbine expander unit of main line gas pipeline compressor station