WO2021034221A1 - Газопаровая энергетическая установка по антони циклу - Google Patents

Газопаровая энергетическая установка по антони циклу Download PDF

Info

Publication number
WO2021034221A1
WO2021034221A1 PCT/RU2020/000443 RU2020000443W WO2021034221A1 WO 2021034221 A1 WO2021034221 A1 WO 2021034221A1 RU 2020000443 W RU2020000443 W RU 2020000443W WO 2021034221 A1 WO2021034221 A1 WO 2021034221A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
steam
gas
rotor
low
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000443
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Николаевич КОСТЮКОВ
Original Assignee
Владимир Николаевич КОСТЮКОВ
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
Priority claimed from RU2019127349A external-priority patent/RU2811729C2/ru
Application filed by Владимир Николаевич КОСТЮКОВ filed Critical Владимир Николаевич КОСТЮКОВ
Publication of WO2021034221A1 publication Critical patent/WO2021034221A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/02—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using exhaust-gas pressure in a pressure exchanger to compress combustion-air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F13/00—Pressure exchangers

Definitions

  • the invention relates to the field of power engineering and can be used in gas turbine engines and gas-steam power plants.
  • the disadvantage of this design is the low efficiency of the high-pressure turbocompressor of the gas-turbine engine and the high-pressure steam turbine, especially at partial loads, the large dimensions and weight of the regenerative air heater.
  • the technical result achieved in this invention is to expand the scope of application of the pressure exchanger, increase its productivity and efficiency, improve the efficiency and environmental parameters of gas-steam power plants with minimal weight and size characteristics, utilization of CO2.
  • the gas-steam power plant according to the Antoni cycle containing at least one gas turbine power plant, the air compression devices of which, at least some of them, are made in the form of an air compression device due to the energy of steam, for example, water vapor
  • the air compression devices of which, at least some of them, are made in the form of an air compression device due to the energy of steam for example, water vapor
  • a steam-gas cascade pressure exchanger including a housing in which it is installed with the possibility of rotation rotor, with channels made along the rotor circumference parallel to the shaft (axially), or radially, or diagonally, or axially radially, from the side of the inlet and outlet openings of the channels to the ends of the rotor with a minimum clearance, for example, with the possibility of adjusting its size, can also be made in the clearance seals, adjacent the walls of the casing, in which ports (windows) are formed with the possibility of supplying and removing compressive and compressible working bodies from them to the rotor channels, the steam-gas cascade pressure exchanger is integrated with the gas turbine engine, for example, in such a way that the low pressure working medium (compressible working body), for example air from the compressor system pressurization, or from the compressor of a gas
  • the walls of the casing of the steam-gas cascade pressure exchanger located between the ports are made with the possibility of overlapping (for example, with a minimum clearance), when the rotor, inlet and outlet openings of at least one rotor channel rotate, a number of ports (windows) are also made in the wall of the steam-gas exchanger with pressure, for example, from the side of the low-pressure working medium supply port, connected to each other by bypass (mass transfer) channels, made with the possibility of organizing a sequential step-by-step supply to the rotor channels and discharge from the rotor channels of the compressing working fluid in such a way that the ports made after the low-pressure working fluid supply port, in the direction of rotation of the rotor, are made with the possibility sequential increase of pressure in the rotor channels,
  • the power plant differs in that the steam-gas cascade pressure exchanger contains an additional port for supplying the working fluid (combustion products), made on the side and before the outlet port of the high-pressure working fluid, along the rotor rotation, or on both sides of the rotor, in front of the ports for removing and supplying the high-pressure working fluid, or before the port supplying a high-pressure working fluid, while the additional port is connected to a part of the outlet from the combustion chamber, or to an outlet from a separate high-temperature combustion chamber, the inlet of which is connected to a part of the high-pressure working fluid outlet port of the steam-gas cascade pressure exchanger.
  • the working fluid combustion products
  • the power plant is characterized in that in the rotor of the cascade pressure exchanger, for example, along the radius of the rotor, several rows of channels are made, for example, with displacement of channels in some rows relative to channels in other rows, while the walls of the body located between the ports are made with the possibility overlap (for example, with a minimum clearance), when the rotor rotates, inlet and outlet openings of at least one of the channels in each of the rows of rotor channels, for example, alternately.
  • the power plant is characterized in that at least one waste-heat boiler, for example a low-temperature boiler, is configured to generate steam of several, for example, two or three pressures, with the possibility of supplying high-pressure steam, at least to a steam-gas cascade pressure exchanger or into a high-pressure steam turbine, and steam of lower pressure, at least into the nozzles of gas or steam turbines, in which the pressure of the working fluid (steam or gas) does not exceed the pressure of the steam obtained in the corresponding circuit of the waste heat boiler, steam can also be removed, for example low pressure for heating needs.
  • at least one waste-heat boiler for example a low-temperature boiler
  • at least one waste-heat boiler for example a low-temperature boiler
  • the power plant differs in that the steam-gas cascade pressure exchanger is integrated with the gas turbine engine in such a way that the low pressure working medium (compressible working medium), for example, air from the boost compressor, or after the compressor of the gas turbine engine, is supplied to the low pressure working medium supply port.
  • the low pressure working medium compressible working medium
  • a port for withdrawing a working medium of low pressure for example, water vapor
  • a steam turbine of medium or low pressure for example, water vapor
  • a port for supplying the high-pressure working medium (compressing working medium), for example water vapor which can be connected to the outlet of the high-pressure steam turbine, for example, through a steam generator recovery boiler, on the opposite side of the rotor, for example with some displacement towards the direction of rotation of the rotor, in the wall of the cascade of the steam-gas cascade exchanger with pressure
  • a port for withdrawing a high-pressure working medium for example, air
  • the power plant is characterized in that the port for the outlet of the low-pressure working medium contains, in the direction of rotation of the rotor, at the beginning of the port and at the end of the port, outlets of the steam-gas (steam-air) mixture, for example, into an additional medium-pressure turbine, on the shaft of which an electric generator can be installed , and the outlet of the additional turbine is connected, for example, to a deaerator, for example, operating under pressure.
  • the power plant is characterized in that it contains at least two successively installed steam-gas cascade pressure exchangers - one high pressure, made in the direction of air movement in front of the combustion chamber, and the second, for example, medium pressure, made, for example, after the compressor of a gas turbine engine, while high pressure working medium (air) outlet port of a steam-gas cascade exchanger with high pressure pressure, connected to the combustion chamber and, for example, to the cooling system of a high-pressure turbine of a gas turbine engine, and possibly to a high-temperature the combustion chamber, the high pressure working medium supply port of this pressure exchanger is connected to a high pressure steam line connected through a control valve, for example, to a superheater of a high-temperature waste heat boiler, a low pressure working medium (air) supply port, for example, through a circulating fan, is connected to the working medium outlet port high-pressure body of a steam-gas cascade exchanger with medium pressure pressure, the port of the low-pressure working medium of the steam-gas cascade exchanger
  • the power plant is characterized in that at least one turbine of a gas turbine engine, for example, a medium-pressure turbine is made with a separate partial supply to the nozzles of two working bodies, with the possibility of separate expansion in one sector of the turbine, mainly steam, and in the other - mainly products combustion, while the removal of steam or mainly steam from this partial two-flow turbine is connected to a steam turbine, or to a low-pressure turbine of a gas turbine engine, for example, through a condensate separator, and the removal of mainly combustion products is connected to a high-temperature steam generator (waste heat boiler and, or superheater) , the outlet of the working fluid from which is connected to a low-pressure gas turbine of a gas turbine engine or pressurization system of a gas turbine engine.
  • a high-temperature steam generator waste heat boiler and, or superheater
  • the power plant is characterized in that the gas turbine engine contains at least one intermediate combustion chamber, while, for example, the latter, in the direction of gas movement, the intermediate combustion chamber may contain an additional air supply connected, for example, to the compressor of the gas turbine engine.
  • the power plant is characterized in that it contains a device for pressurizing a gas turbine engine in the form of at least one compressor, for example with an electric motor and at least one turbine and, or an expander, for example with an electric generator, or the pressurization device is made in the form of of at least one turbocharger, for example with a motor-generator on its shaft, while a condensate separator can be made behind the turbine and, or the expander of the boosting device.
  • the power plant is characterized in that between the devices for compressing the working medium, for example, air, for example, between compressors, and, or in a gas duct connected to the port for supplying the working medium of low pressure (for example, air), at least one steam-gas cascade pressure exchanger, at least one heat removal device (intercooler) is made, for example, integrated into the steam generation system in the steam generator, for example, into the steam generation system of several pressures in the waste heat boiler and into the gas condensate heater.
  • the devices for compressing the working medium for example, air
  • at least one steam-gas cascade pressure exchanger at least one heat removal device (intercooler) is made, for example, integrated into the steam generation system in the steam generator, for example, into the steam generation system of several pressures in the waste heat boiler and into the gas condensate heater.
  • the power plant is characterized in that an air compression device using steam energy, for example, a steam-gas cascade pressure exchanger, at least one combustion chamber and at least a high-pressure turbine, on the shaft of which an electric generator can be made, are allocated into a separate unit, while the low and, possibly, medium pressure turbine can be made on the compressor shaft of the gas turbine engine.
  • an air compression device using steam energy for example, a steam-gas cascade pressure exchanger, at least one combustion chamber and at least a high-pressure turbine, on the shaft of which an electric generator can be made, are allocated into a separate unit, while the low and, possibly, medium pressure turbine can be made on the compressor shaft of the gas turbine engine.
  • the power plant is characterized in that the rotor shaft of the steam-gas cascade pressure exchanger is connected to a drive, for example, from a gas turbine or electric engine, with the possibility of regulating the rotor speed and, or the rotor is made with the possibility of self-rotation, for example, by means of special nozzles made in separate supply ports of the working fluid into the rotor channels, for example, also with the possibility of regulating the rotor speed, while the body of the steam-gas cascade pressure exchanger can be made sealed.
  • a drive for example, from a gas turbine or electric engine
  • the power plant is characterized in that it contains a device for injecting condensate (water) under pressure into the air duct, along at least upstream of one steam-gas cascade pressure exchanger, while the condensate (water) injection device can also be made in the air channel upstream of the compressor and, or upstream of the compressor stages, at least upstream of the gas turbine engine compressor, and the injected condensate (water) can be connected to a condensate injection device through a heat supply device, for example, in the form of an economizer of a waste heat boiler and, or a steam condenser and, or an intermediate heat exchanger - cooler.
  • a heat supply device for example, in the form of an economizer of a waste heat boiler and, or a steam condenser and, or an intermediate heat exchanger - cooler.
  • the power plant is characterized in that it contains at least one supply of water vapor, with the possibility of regulating its flow rate, into at least one combustion chamber and, or into the gas path, at least in front of one turbine of a gas turbine engine.
  • the power plant differs in that it contains a steam or mixed steam-air cooling system, at least of the high-temperature part of the gas turbine engine, while the steam-air cooling system can be formed by injection of water (condensate) under pressure into the air cooling path of the gas turbine engine.
  • the power plant differs in that a low-temperature waste-heat boiler is installed in the gas path after leaving the low-pressure turbine, the gas outlet from which is connected to a condensate separator, after which an expander or a cascade of expanders is made, between which intermediate condensate separators can be made , at the outlet of their expander, a device for separating carbon dioxide and its removal to the consumer is installed, and the residual gaseous working fluid can be connected to the atmosphere, to the cold consumer, or supplied as a cooler to the intermediate gas cooling system between the expanders and, or to the intermediate air cooling system between air compression devices, for example, between the boost compressors of a gas turbine engine and, or in front of an air compression device using steam energy, for example, in the form of a steam-gas pressure exchanger.
  • a low-temperature waste-heat boiler is installed in the gas path after leaving the low-pressure turbine, the gas outlet from which is connected to a condensate separator, after which an expander or a cascade of
  • the power plant is characterized in that the gas turbine engine is made according to a semi-closed circuit, for example, in such a way that in the low pressure part, for example, in front of the low pressure turbine, or in front of the expander, a gas duct with a flow of combustion products, for example after devices for heat removal (waste heat boiler) and condensate separation, divided into two parts, one part is connected to the inlet of the gas turbine engine compressor, the inlet of which is also connected to the atmosphere, possibly through a boost compressor, and the other part of the gas (combustion products) is connected to low pressure turbine and, or to the expander (expander stage).
  • a gas duct with a flow of combustion products for example after devices for heat removal (waste heat boiler) and condensate separation, divided into two parts, one part is connected to the inlet of the gas turbine engine compressor, the inlet of which is also connected to the atmosphere, possibly through a boost compressor, and the other part of the gas (combustion products) is connected to low pressure turbine
  • the power plant differs in that the air compression device using steam energy is made in the form of a blade air compressor mounted on the shaft of a steam turbine, while, when the device is integrated with a gas turbine engine, the inlet of the air compressor will correspond to the supply port of the low pressure working medium steam-gas cascade pressure exchanger, and the compressor outlet will be equivalent to the high-pressure working medium outlet port, the steam turbine inlet will correspond to the high-pressure working medium supply port of the exchanger, and the steam turbine outlet will be equivalent to the low-pressure working medium outlet port of the steam-gas cascade pressure exchanger.
  • FIG. 1 Steam-gas cascade pressure exchanger. Front view.
  • FIG. 2 Steam-gas cascade pressure exchanger with an additional working medium supply port. Front view.
  • FIG. 3 Steam-gas cascade pressure exchanger with an additional working medium supply port. Back view.
  • FIG. 4 Gas-steam power plant according to Antoni cycle with high-temperature and low-temperature waste heat boilers and an additional high-temperature combustion chamber. Shown is a sweep of a steam-gas cascade pressure exchanger
  • FIG. 5 Gas-steam power plant according to the Anthony cycle with high-temperature and low-temperature waste heat boilers, with a cascade of expanders and a system for utilizing carbon dioxide. Shown is a sweep of a steam-gas cascade pressure exchanger
  • FIG. 6. Gas-steam power plant according to the Antoni cycle with a cascade of steam-gas cascade pressure exchangers.
  • FIG. 7. Gas-steam power plant according to the Antoni cycle with an additional high-temperature combustion chamber, a high-pressure GTE superstructure, a steam turbine and a three-pressure recovery boiler. Shown is a sweep of a steam-gas cascade pressure exchanger.
  • the gas-steam power plant according to the Antoni cycle contains a gas turbine engine 1, with a compressor 2 and, for example, a pressurization device in the form of a compressor 3, with a combustion chamber 4 connected to the high pressure working medium outlet port 5 of a steam-gas cascade exchanger with pressure b, containing a housing 7, in which the rotor 8 is rotatably installed, with rows of 9 channels 10, with inlet 11 and outlet 12 openings, with the possibility of their periodic alignment with the ports in the housing 7, in which the low pressure working medium supply port 13, the high working medium supply port pressure 14, low pressure working fluid outlet port 15, ports connected to bypass (mass exchange) channels 16, may contain an additional working fluid supply port 17 connected to the outlet, for example, from a high-temperature combustion chamber 18, a high-pressure turbine 19, may contain a turbine medium pressure 20, low pressure turbine 21, can contain a tour bin 22 of a pressurization device, for example, in the form of a turbocharger 23 with a motor-generator 24, a high-temperature waste heat boiler 25,
  • combustion chamber 4 where fuel is also supplied.
  • the combustion products formed in the combustion chamber 4 expand in the high-pressure turbine 19, after which they enter their sector of the nozzle apparatus of the two-flow partial turbine 38, then enter the high-temperature waste heat boiler 25, in which they give off part of the heat, after which expands in the low-pressure turbine 21 of the gas turbine engine 1, rotating the power take-off shaft with the compressor 2 and the electric generator 32.
  • the working fluid - the combustion products enters the low-temperature waste heat boiler 26, where they give off some of the heat, after which the combustion products enter the condensate separator 28 where condensate is removed from them and expanded in the turbine 22 of the turbocharger 23 of the boost device, rotating the boost compressor 3, after which the combustion products enter the condensate separator 28 where condensate is removed from them and discharged into the atmosphere.
  • the water vapor gradually expands in the channels 10 of the rotor 8, when they are combined with the bypass channels 16, after which the steam is pushed into the outlet port of the low pressure working fluid 15, from which part of the steam enters the cooling system of the hot part (at least the nozzle apparatus) of the partial two-flow turbine 38, and part of the steam enters its part, the nozzle apparatus of the partial two-flow turbine 38 and expands in it, rotating the turbine 38, then the steam enters the condensate separator 28 where condensate is removed from it and again expands in the low-pressure turbine 21 of the gas turbine engine 1, then together with the combustion products enters the low-temperature waste-heat boiler 26.
  • the condensate obtained in the condensate separators 28 is distributed depending on its temperature, after which the condensate pumps 29 are fed into the low-temperature waste-heat boiler 26, into the high-temperature waste-heat boiler 25 and into intercoolers 30, in them to heat is supplied to the condensate, as a result of which steam is generated from it, after the superheater, which can be made in a high-temperature waste-heat boiler 25, supplied at least to the high-pressure working medium supply port 14 of the steam-gas cascade exchanger with pressure 6 and the steam cycle is repeated.
  • Fig. 3, Fig. 4 allows you to increase the thermal efficiency of the cycle due to the recirculation of hot combustion products in the cycle.
  • the products of combustion from the high-temperature combustion chamber 18 enter the additional port for supplying the working fluid 17, compress the steam and air in the channels 10 of the rotor 8 and partially fill the channels 10.
  • the efficiency of the installation also increases as a result of the regeneration (recovery) of the pressure of the hot gas, after its expansion in the additional port of the working medium supply 17, in the steam-gas cascade exchanger with pressure 6 due to the operation of the water (condensate) pump 29.
  • Excess high-pressure steam can be fed through the control valves 31 to the combustion chambers 4 and 18 and 47, increasing the power of the installation.
  • the condensate pumps 29 can be made of several, for example, two pressures with the generation of steam and its subsequent operation in medium or low pressure turbines (not shown in the diagrams).
  • a cooling system for example a high-pressure turbine 19, can be supplied with atomized water via a condensate injection device 34, which evaporates and reduces the temperature of the cooling air.
  • the device of several rows of 9 channels 10 increases the flow rate of the working fluid through the steam-gas cascade exchanger by pressure 6 and increases its efficiency by reducing the negative impact of shock waves.
  • the boost compressor 3 can contain an electric motor 35 (Fig. 5), which increases the maneuverability of the gas turbine engine 1, and after the low pressure turbine 21 of the gas turbine engine 1 and the low-temperature waste heat boiler 26 with a condensate separator 28, an expander 37 (a cascade of expanders) can be made, as well with condensate separators 28 between the stages (cascades) of the expander 37, at the outlet of the last stages (cascades) of which a device for utilizing carbon dioxide 45 can be installed, for example, in the form of a separator of liquefied carbon dioxide and ice, as well as a pump that pumps in liquefied (supercooled) carbon dioxide to the consumer.
  • an electric motor 35 Fig. 5
  • a cascade of expanders can be made, as well with condensate separators 28 between the stages (cascades) of the expander 37, at the outlet of the last stages (cascades) of which a device for utilizing carbon dioxide 45 can be installed, for example, in the form of
  • an intercooler 30 can be made, as a cooling working medium in which a dried and purified from carbon dioxide gas is used, taken after the expander 37. Additionally, this gas can be used later for cooling, in the intercooler 30, compressed in the air compressors 2 and 3.
  • a gas-steam power plant according to the Antoni cycle may contain a cascade, for example, of three steam-gas cascade exchangers with a pressure of high 6 medium 39 and low pressure 40 (Fig. 6).
  • steam from the high-temperature waste heat boiler 25 enters the port for supplying the high-pressure working medium 14 of the steam-gas cascade exchanger with high pressure 6, compresses and displaces the air in the channels 10 into the combustion chamber 4, and possibly into the high-temperature combustion chamber 18.
  • the channels 10 filled with steam, after partial expansion of steam in the bypass channels 16, are combined with the low pressure working medium supply port 13, through which air enters and displaces steam into the low pressure working medium outlet pressure 15, from where part of the steam can enter the turbine cooling system, and possibly the medium-pressure turbine itself 20, and most of the steam enters the high-pressure working fluid supply port 14 of the steam-gas cascade exchanger with medium pressure 39 pressure, compresses and displaces from the channels 10 this exchanger pressurized air through the port o
  • the steam When the rotor 8 of the steam-gas cascade exchanger rotates with a pressure of low pressure 40, the steam partially expands in its channels 10 when combined with the bypass channels 16 and through the port of the low-pressure working medium it enters, for example, through a condensate separator 28, into a turbine, for example, a low pressure 21 of a gas turbine engine 1.
  • the gas turbine engine 1 may include a high pressure superstructure 46.
  • the air from the compressor 2 of the gas turbine engine 1 enters the high-pressure superstructure 46, namely, the steam-gas cascade exchanger with pressure 6, is compressed in it and enters from the port of the high-pressure working medium 5, into the high-temperature combustion chamber 18, into the combustion chamber of the superstructure 47 and, as a cooler, into the hot part of the turbine of the superstructure 48.
  • the combustion products formed in the combustion chambers 47 and 18 and the remaining air expand in the turbine of the superstructure 48 and rotate the electric generator 32, then enter the combustion chamber 4 of the gas turbine engine 1, where fuel is also supplied, during the combustion of which the temperature of the combustion products rises again.
  • the combustion products expand in the turbine, for example, low pressure 21 of a gas turbine engine 1, rotating the power take-off shaft with a compressor 2 and an electric generator 32.
  • the working fluid - hot combustion products - enter the waste heat boiler 44 of three pressures, heating and evaporating water in the lines ( circuits) of low, medium and high pressure.
  • the steam obtained in the waste-heat boiler 44, from the low-pressure line enters the low-pressure turbine (turbine cylinder) 43 and expands in it, rotating the electric generator 32, and also through the shut-off and control valve 31 can enter the deaerator 49, heating entering it condensate.
  • the pairs filling the channels 10 of the rotor 8 expands stepwise through the bypass channels 16, after which, through the outlet port of the low-pressure working medium 15 leaves the steam-gas cascade pressure exchanger 6.
  • the vapor-air mixture formed upon contact of steam and air in the channels 10 of the rotor 8 enters an auxiliary medium-pressure turbine 50, expands in it, rotating an electric generator, and enters the deaerator 49, where it heats the condensate entering it.
  • the volume and volume of steam required for its compression in the steam-gas cascade exchanger by pressure 6 also decreases.
  • the heat removed from the air can heat the condensate and generate steam in the high-medium and low-pressure lines, as well as in the gas condensate heater of the recovery boiler 44, which can be partially connected to the intercooler 30 using condensate (water) and steam as a cooler.
  • Gas-steam power plant according to the Anthony cycle can be performed in a semi-closed cycle (not shown in the diagrams).
  • the installation can contain a pressurization device, which reduces the dimensions of the recovery boiler and improves the regulation of the gas turbine engine 1.
  • the air of their atmosphere for example, through the compressor of the pressurization device 3, and then through the intercooler 30, in an amount slightly exceeding the amount of air required for fuel combustion, enters the compressor 2 of the gas turbine engine 1 and is compressed in it.
  • ballast gas combustion products
  • ballast gas combustion products
  • the combustion products and ballast gas expand in the turbines, then enter the waste heat boiler 26 or 44, where they give off heat, after which they can partially expand in the turbine 22 of the pressurization device and , or in the expander 37, and will partially return to the inlet, for example, the compressor 2 of the gas turbine engine 1.
  • an air compressor driven by a steam turbine (not shown in the diagrams) can be installed as a device for compressing air using steam energy.
  • the steam after the steam turbine rotating the compressor can expand in the steam or in the gas turbine by analogy with the expansion of steam after the steam-gas cascade pressure exchanger 6.
  • This invention will improve the efficiency and environmental characteristics of gas turbine engines operating as part of gas-steam power plants, and will also allow, if necessary, to release carbon dioxide from the combustion products, with its subsequent disposal.

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может использоваться в газотурбинных двигателях и газопаровых энергетических установках. Газопаровая энергетическая установка содержит парогазовый каскадный обменник давлением, интегрированный с газотурбинным двигателем таким образом, что рабочее тело из компрессора газотурбинного двигателя, подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления. С противоположной стороны в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления - водяного пара в турбину низкого или среднего давления, далее, по ходу вращения ротора, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления- водяного пара из котла-утилизатора. С противоположной стороны в стенке корпуса выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления - воздуха, подключенный к камере сгорания, выход из которой соединен с газовой турбиной. Техническим результатом является расширение сферы применения обменника давления, улучшение экономичности и экологических параметров газопаровых энергетических установок.

Description

Г азопаровая энергетическая установка по Антони циклу
Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может использоваться в газотурбинных двигателях и газопаровых энергетических установках.
Известна «Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной» Патент RU JVa 2409746(13) С2. Дата публикации заявки: 27.09.2010. Бюл. Ns 27, содержащая паровую турбину, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, регенеративный подогреватель воздуха, котел-утилизатор с пароперегревателем и другими системами парового паросилового цикла и.т.п..
Недостатком подобной конструкции является низкий КПД турбокомпрессора высокого давления ГТД и паровой турбины высокого давления особенно на частичных нагрузках, большие габариты и масса регенеративного подогревателя воздуха.
Известен также каскадный обменник давлением , содержащий , корпус с выполненными портами подвода и отвода рабочего тела, а также с перепускными массообменными каналами , в корпусе, с возможностью вращения, установлен ротор с каналами открытыми с торцов. «Новые направления совершенствования рабочего процесса газотурбинных двигателей с каскадным обменником давления Крайнюка». А.И. Крайнюк. «Авиационно-космическая техника и технология». 2010 N°7
Недостатком подобной конструкции является узкая сфера применения, необходимость установки дополнительных вентиляторов, что в ряде случаев усложняет конструкцию, низкие КПД и производительность.
Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является расширение сферы применения обменника давлением, повышение его производительности и КПД, улучшение экономичности и экологических параметров газопаровых энергетических установок при минимальных массогабаритных характеристиках, утилизация С02.
Технический результат достигается тем, что газопаровая энергетическая установка по Антони циклу, содержащая , по крайней мере, одну газотурбинную энергетическую установку, устройства компрессии воздуха которой , по крайне мере часть из них , выполнены в виде устройства компрессии воздуха за счёт энергии пара , например водяного пара, содержит также , по крайней мере один парогенератор, например котёл- утилизатора тепла с пароперегревателем, по крайней мере часть паропроводов, а возможно и газоходов оборудованы запорно-регулирующими клапанами , также содержит питательные , например водяные насосы и другие системы обеспечения паросилового и газотурбинного циклов, включая системы контроля , регулирования , управления и.т.п. , отличается тем, что в тракте компрессии воздуха газотурбинного двигателя, по крайней мере в части высокого давления, содержит , по крайней мере , одно устройство компрессии воздуха за счёт энергии пара , например парогазовый каскадный обменник давлением , включающий корпус , в котором установлен с возможностью вращения ротор , с выполненными по окружности ротора параллельно валу (аксиально), или радиально, или диагонально, либо осерадиально каналами, со стороны впускных и выпускных отверстий каналов к торцам ротора с минимальным зазором, например с возможностью регулирования его величины, также в зазоре могут быть выполнены уплотнения , примыкают стенки корпуса, в которых образованы порты (окна) с возможностью подвода в каналы ротора и отвода из них сжимающего и сжимаемого рабочих тел, парогазовый каскадный обменник давлением интегрирован с газотурбинным двигателем, например таким образом, что рабочее тело низкого давления ( сжимаемое рабочее тело), например воздух из компрессора системы наддува , или из компрессора газотурбинного двигателя , подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления, выполненного с одной стороны ротора парогазового каскадного обменника давлением, а с противоположной стороны ротора в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления , например водяного пара или его смеси с воздухом, например в турбину низкого или среднего давления, например в газовую, далее, по ходу вращения ротора, например со стороны подвода рабочего тела низкого давления, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления (сжимающего рабочего тела), например водяного пара из котла , возможно из котла- утилизатора , например после пароперегревателя, с противоположной стороны ротора в стенке корпуса, например с некоторым смещением в сторону вращения ротора, выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления , например воздуха , который может быть подключен к системе охлаждения турбины высокого давления и, или к устройству подвода тепла, например в виде камеры сгорания, выход из которой соединён с газовой турбиной, или с каскадом турбин высокого, например среднего и низкого давления газотурбинного двигателя , и, по крайней мере, с одним котлом -утилизатором , при этом, по крайней мере, один котёл- утилизатор, например высокотемпературный , может быть выполнен в газовом тракте между турбинами , например, по ходу движения газа, перед турбиной низкого давления, а после турбины низкого давления газотурбинного двигателя может быть установлен низкотемпературный котёл- утилизатор, стенки корпуса парогазового каскадного обменника давлением, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия (например , с минимальным зазором), при вращении ротора, впускных и выпускных отверстий , по крайней мере, одного канала ротора, также в стенке корпуса парогазового обменника давлением , например со стороны порта подвода рабочего тела низкого давления, выполнен ряд портов (окон), соединённых между собой перепускными (массообменными) каналами, выполненными с возможностью организации последовательного ступенчатого подвода в каналы ротора и отвода из каналов ротора сжимающего рабочего тела таким образом, что порты , выполненные после порта подвода рабочего тела низкого давления , по ходу вращения ротора, выполнены с возможностью последовательного повышения давления в каналах ротора, по мере удаления каналов от порта подвода рабочего тела низкого давления (по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела высокого давления ) , при вращении ротора, а порты, выполненные, по ходу вращения ротора, перед портом подвода рабочего тела низкого давления , выполнены с возможностью последовательного снижения давления рабочего тела в каналах ротора, при его вращении, по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела низкого давления , при этом, равноудалённые, с одной и с другой стороны от порта подвода рабочего тела низкого давления порты соединены между собой перепускными (массообменными) каналами, также в газовом и, или в паровом тракте, по крайней низкого давления может быть выполнен, по крайней мере один сепаратор конденсата , соединённый трубопроводом, по крайней мере, с одним питательным насосом, например через систему очистки, подготовки и накопления конденсата, по крайней мере с одним котлом- утилизатором, при этом , низкотемпературный и высокотемпературный котлы-утилизаторы могут быть соединены между собой трубопроводом, например с конденсатным насосом, также газовый тракт в части низкого давления может содержать охладитель, например перед одним из сепараторов конденсата.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что парогазовый каскадный обменник давлением содержит дополнительный порт подвода рабочего тела (продуктов сгорания) , выполненный со стороны и перед портом отвода рабочего тела высокого давления , по ходу вращения ротора, либо с обеих сторон ротора, перед портами отвода и подвода рабочего тела высокого давления, либо перед портом подвода рабочего тела высокого давления, при этом дополнительный порт соединён с частью выхода из камеры сгорания, либо с выходом из отдельной высокотемпературной камеры сгорания, вход которой соединён с частью порта отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что в роторе каскадного обменника давлением выполнены , например вдоль радиуса ротора, несколько рядов каналов , например со смещением каналов в одних рядах относительно каналов в других рядах, при этом стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия (например , с минимальным зазором), при вращении ротора, впускных и выпускных отверстий ,по крайней мере, одного из каналов в каждом из рядов каналов ротора, например поочерёдно.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что , по крайней мере один котёл-утилизатор , например низкотемпературный , выполнен с возможностью генерации пара нескольких , например двух или трёх давлений, с возможностью подачи пара высокого давления, по крайней мере в парогазовый каскадный обменник давлением или в паровую турбину высокого давления, а пара меньшего давления , по крайней мере в сопла турбин газовых или паровых , в которых давление рабочего тела ( пара или газа ) не превышает давление пара, полученного в соответствующем контуре котла-утилизатора, также возможен отвод пара, например низкого давления на теплофикационные нужды.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что парогазовый каскадный обменник давлением интегрирован с газотурбинным двигателем таким образом, что рабочее тело низкого давления ( сжимаемое рабочее тело), например воздух из компрессора наддува, или после компрессора газотурбинного двигателя, подведёно к порту подвода рабочего тела низкого давления, выполненного с одной стороны ротора парогазового каскадного обменника давлением, со стороны впускных отверстий каналов ротора , а с противоположной стороны ротора, со стороны выпускных отверстий каналов ротора, в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления , например водяного пара, в паровую турбину среднего или низкого давления, далее , по ходу вращения ротора, например со стороны подвода рабочего тела низкого давления, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления (сжимающего рабочего тела), например водяного пара , который может быть подключен к выходу из паровой турбины высокого давления , например через парогенератор котла -утилизатора, с противоположной стороны ротора, например с некоторым смещением в сторону вращения ротора, в стенке корпуса парогазового каскадного обменника давлением выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления , например воздуха , который может быть подключен к системе охлаждения турбины высокого давления и, или к устройству подвода тепла, например в виде камеры сгорания , выход из которого соединён с газовой турбиной , или с каскадом газовых турбин высокого, например среднего и низкого давления , выход рабочего тела из турбины, например низкого давления подключен к парогенератору, например в виде котла -утилизатора и , или парового котла со сжиганием дополнительного топлива , с возможностью отвода тепла от рабочего тела (продуктов сгорания) , а выпуск из паровой турбины низкого давления сжимающего рабочего тела , например водяного пара подключен к конденсатору пара , а затем трубопроводами, через систему питательных водяных насосов и , например через газовый подогреватель конденсата, а возможно , что и через другие системы регенерации тепла, к системам деаэрации и далее - к парогенератору, например в виде котла-утилизатора.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что порт отвода рабочего тела низкого давления содержит, по ходу вращения ротора, в начале порта и в конце порта отводы парогазовой (паровоздушной) смеси, например в дополнительную турбину среднего давления , на валу которой может быть установлен электрогенератор , а выход дополнительной турбины подключен , например к деаэратору, например работающему под давлением.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что содержит как минимум два последовательно установленных парогазовых каскадных обменника давлением - один высокого давления , выполненный по ходу движения воздуха перед камерой сгорания , а второй, например среднего давления , выполненный, например после компрессора газотурбинного двигателя , при этом порт отвода рабочего тела высокого давления (воздуха) парогазового каскадного обменника давлением высокого давления , подключен к камере сгорания и , например к системе охлаждения турбины высокого давления газотурбинного двигателя, а возможно и к высокотемпературной камере сгорания, порт подвода рабочего тела высокого давления этого обменника давлением подключен к паропроводу высокого давления, соединённому через регулирующий клапан , например с пароперегревателем высокотемпературного котла - утилизатора , порт подвода рабочего тела низкого давления (воздуха) , например через циркуляционный вентилятор подключен к порту отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением среднего давления , порт отвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением высокого давления может быть подключен к системе охлаждения турбины среднего давления газотурбинного двигателя и, например через пароперегреватель, к порту подвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением среднего давления , порт подвода рабочего тела низкого давления которого подключен к компрессору , например газотурбинного двигателя , а порт отвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением среднего давления может быть подключен , например через сепаратор конденсата , к турбине низкого давления газотурбинного двигателя , либо к паровой турбине , на выходе из которой выполнен конденсатор пара.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что, по крайней мере одна турбина газотурбинного двигателя , например турбина среднего давления выполнена с раздельным парциальным подводом к соплам двух рабочих тел , с возможностью раздельного расширения в одном секторе турбины преимущественно пара, а в другом - преимущественно продуктов сгорания, при этом отвод пара или преимущественно пара от этой парциальной двухпоточной турбины подключен к паровой турбине , либо к турбине низкого давления газотурбинного двигателя , например через сепаратор конденсата , а отвод преимущественно продуктов сгорания подключен к высокотемпературному парогенератору (котлу- утилизатору и, или пароперегревателю), выход рабочего тела из которого подключен к газовой турбине низкого давления газотурбинного двигателя или системы наддува газотурбинного двигателя.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что газотурбинный двигатель содержит , по крайней мере, одну промежуточную камеру сгорания , при этом, например последняя, по ходу движения газа, промежуточная камера сгорания может содержать дополнительный подвод воздуха, подключенный , например к компрессору газотурбинного двигателя. Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что содержит устройство наддува газотурбинного двигателя в виде, по крайней мере одного компрессора, например с электромотором и, по крайней мере одной турбины и, или детандера , например с электрогенератором, либо устройство наддува выполнено в виде, по крайней мере одного турбокомпрессора, например с мотор- генератором на его валу, при этом за турбиной и , или детандером устройства наддува может быть выполнен сепаратор конденсата.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что между устройствами сжатия рабочего тела , например воздуха , например между компрессорами , и , или в газоходе, соединённом с портом подвода рабочего тела низкого давления (например воздуха) , по крайней мере одного парогазового каскадного обменника давлением, выполнено, по крайней мере, одно устройство отвода тепла (промежуточный охладитель) , например интегрированное в систему генерации пара в парогенераторе , например, в систему генерации пара нескольких давлений в котле- утилизаторе и в газовый подогреватель конденсата.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что , устройство компрессии воздуха за счёт энергии пара , например парогазовый каскадный обменник давлением, по крайней мере , одна камера сгорания и , по крайней мере , турбина высокого давления, на валу которой может быть выполнен электрогенератор, выделены в отдельный блок, при этом турбина низкого, а, возможно , и среднего давления может быть выполнена на валу компрессора газотурбинного двигателя.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что вал ротора парогазового каскадного обменника давлением подключен к приводу , например от газотурбинного или электрического двигателя, с возможностью регулирования оборотов ротора и , или ротор выполнен с возможностью самовращения, например посредством специальных сопел, выполненных в отдельных портах подвода рабочего тела в каналы ротора, например также с возможностью регулирования оборотов ротора , при этом корпус парогазового каскадного обменника давлением может быть выполнен герметичным.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что содержит устройство впрыска конденсата (воды) под давлением в воздушный канал , по крайней мере , перед одним парогазовым каскадным обменником давлением , при этом устройство впрыска конденсата (воды) может быть также выполнено в воздушном канале перед компрессором и, или перед ступенями компрессора , по крайней мере перед компрессором газотурбинного двигателя, а впрыскиваемый конденсат ( вода) может быть подключен к устройству впрыска конденсата через устройство подвода тепла , например в виде экономайзера котла-утилизатора и, или конденсатора пара и, или промежуточного теплообменника - охладителя.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что содержит , по крайней мере один подвод водяного пара , с возможностью регулирования его расхода, по крайней мере в одну камеру сгорания и , или в газовый тракт, по крайней мере перед одной турбиной газотурбинного двигателя.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что содержит паровую или смешанную паровоздушную систему охлаждения, по крайней мере высокотемпературной части газотурбинного двигателя , при этом паровоздушная система охлаждения может быть образована путём впрыска под давлением воды ( конденсата) в тракт воздушного охлаждения газотурбинного двигателя.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что в газовом тракте после выхода из турбины низкого давления, установлен низкотемпературный котёл- утилизатор, выпуск газа из которого подключен к сепаратору конденсата , после которого выполнен детандер или каскад детандеров, между которыми могут быть выполнены промежуточные сепараторы конденсата, на выходе их детандера установлено устройство сепарации углекислого газа и его отвода потребителю , а остаточное газообразное рабочее тело может быть подключено к атмосфере, к потребителю холода, либо подведено в качестве охладителя к системе промежуточного охлаждения газа между детандерами и, или к системе промежуточного охлаждения воздуха между устройствами компрессии воздуха , например между компрессорами наддува газотурбинного двигателя и, или перед устройством компрессии воздуха за счёт энергии пара, например в виде парогазового обменника давлением.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что газотурбинный двигатель выполнен по полузамкнутой схеме, например таким образом, что в части низкого давления, например перед турбиной низкого давления, или перед детандером газоход с потоком продуктов сгорания , например после устройств отвода тепла (котла-утилизатора) и сепарации конденсата, разделён на две части , одна часть присоединена ко входу компрессора газотурбинного двигателя , вход которого также подключен к атмосфере, возможно, что через компрессор наддува , а другая часть газа (продуктов сгорания) подключена к турбине низкого давления и, или к детандеру (ступени детандера).
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что устройство компрессии воздуха за счёт энергии пара выполнено в виде лопаточного воздушного компрессора, установленного на валу паровой турбины, при этом, при интеграции устройства с газотурбинным двигателем, вход воздушного компрессора будет соответствовать порту подвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением, а выход компрессора будет эквивалентен порту отдвода рабочего тела высокого давления, впуск паровой турбины будет соответствовать порту подвода рабочего тела высокого давления обменника , а выпуск паровой турбины будет эквивалентен порту отвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением.
На чертежах изображено.
Фиг. 1. Парогазовый каскадный обменник давлением. Вид спереди.
Фиг. 2. Парогазовый каскадный обменник давлением с дополнительным портом подвода рабочего тела . Вид спереди.
Фиг. 3. Парогазовый каскадный обменник давлением с дополнительным портом подвода рабочего тела . Вид сзади.
Фиг. 4. Газопаровая энергетическая установка по Антони циклу с высокотемпературным и низкотемпературным котлами-утилизаторами и дополнительной высокотемпературной камерой сгорания. Показана развёртка парогазового каскадного обменника давлением
Фиг. 5. Газопаровая энергетическая установка по Антони циклу с высокотемпературным и низкотемпературным котлами-утилизаторами , с каскадом детандеров и системой утилизации углекислого газа. Показана развёртка парогазового каскадного обменника давлением
Фиг. 6. Газопаровая энергетическая установка по Антони циклу с каскадом парогазовых каскадных обменников давлением. Фиг. 7. Газопаровая энергетическая установка по Антони циклу с дополнительной высокотемпературной камерой сгорания, с надстройкой высокого давления ГТД , паровой турбиной и котлом -утилизатором трёх давлений. Показана развёртка парогазового каскадного обменника давлением.
Газопаровая энергетическая установка по Антони циклу содержит газотурбинный двигатель 1, с компрессором 2 и , например, с устройством наддува в виде компрессора 3, с камерой сгорания 4 , подключенной к порту отвода рабочего тела высокого давления 5 парогазового каскадного обменника давлением б, содержащего корпус 7 , в котором установлен с возможностью вращения ротор 8, с рядами 9 каналов 10 , с впускными 11 и выпускными 12 отверстиями, с возможностью их периодического совмещения с портами в корпусе 7, в котором выполнены порт подвода рабочего тела низкого давления 13, порт подвода рабочего тела высокого давления 14, порт отвода рабочего тела низкого давления 15 , порты, подключенные к перепускным (массообменным) каналам 16, может содержать дополнительный порт подвода рабочего тела 17 , подключенный к выходу, например из высокотемпературной камеры сгорания 18 , турбину высокого давления 19 , может содержать турбину среднего давления 20 , турбину низкого давления 21, может содержать турбину 22 устройства наддува , например в виде турбокомпрессора 23 с мотор -генератором 24, высокотемпературный котёл-утилизатор 25 , низкотемпературный котёл-утилизатор 26, конденсатор пара 27 , сепаратор конденсата 28 , конденсатный (питательный) насос 29, может содержать промежуточный охладитель 30, запорно-регулирующие клапаны 31 , электрогенератор 32 , устройство регулирования оборотов 33 парогазового каскадного обменника давлением 6, может содержать устройство впрыска воды (конденсата) 34, электромотор 35, циркуляционный вентилятор 36, детандер 37, может содержать парциальную двухпоточную турбину 38, парогазовый каскадный обменник давлением среднего давления 39 , парогазовый каскадный обменник давлением низкого давления 40, паровую турбину высокого 41, среднего 42 и низкого давления 43 , котёл- утилизатор трёх давлений 44, устройство утилизации углекислого газа 45, надстройка высокого давления 46 газотурбинного двигателя 1 , камера сгорания надстройки 47 , турбина надстройки 48, деаэратор 49, вспомогательная паровая турбина среднего давления 50. Г азопаровая энергетическая установка по Антони циклу работает следующим образом.
При пуске газотурбинного двигателя от какого -либо стартерного устройства (на схемах не показано) в компрессоре 2 газотурбинного двигателя 1 , а при работе мотор -генератора 24 турбокомпрессора 23 устройства наддува и в компрессоре 3 (Фиг.4) сжимается воздух , который затем поступает в порт подвода рабочего тела низкого давления 13 парогазового каскадного обменника давлением 6, ротор 8 которого вращается от устройства регулирования оборотов 33. При этом трубопроводы, соединённые с портом подвода рабочего тела высокого давления 14 и портом отвода рабочего тела низкого давления 15 парогазового каскадного обменника давления 6 перекрыты запорно- регулирующими клапанами 31 . Воздух низкого давления заполняет ряды 9 каналов 10 ротора 8 (Фиг. 1) , которые при вращении ротора 8 совмещаются с портом отвода рабочего тела высокого давления 5, при этом , сжатый в компрессорах воздух, поступает в камеру сгорания 4, куда также подводится топливо. Образованные в камере сгорания 4 продукты сгорания (смесь воздуха и продуктов сгорания) расширяются в турбине высокого давления 19, после чего поступают в свой сектор соплового аппарата двухпоточной парциальной турбины 38 , затем поступают в высокотемпературный котёл-утилизатор 25 , в котором отдают часть тепла , после чего расширяется в турбине низкого давления 21 газотурбинного двигателя 1 , вращая вал отбора мощности с компрессором 2 и электрогенератором 32. Затем рабочее тело - продукты сгорания поступает в низкотемпературный котёл- утилизатор 26 , где отдают часть тепла, после этого , продукты сгорания поступают в сепаратор конденсата 28 где из них удаляется конденсат и расширяются в турбине 22 турбокомпрессора 23 устройства наддува , вращая компрессор наддува 3 , после этого продукты сгорания поступают в сепаратор конденсата 28 где из них удаляется конденсат и удаляются в атмосферу. После того, как в высокотемпературном котле - утилизаторе 25 образуется водяной пар необходимых объёма и давления регулирующие клапаны 31, перекрывающие трубопроводы, соединённые с портом подвода рабочего тела высокого давления 14 и портом отвода рабочего тела низкого давления 15 парогазового каскадного обменника давления 6 открываются и в порт подвода рабочего тела высокого давления 14 парогазового каскадного обменника давлением 6 поступает пар , который сжимает находящийся в каналах 10 ротора 8 воздух и выталкивает его в порт отвода рабочего тела высокого давления 5, из которого воздух высокого давления подаётся в камеру сгорания 4 и цикл повторяется , но теперь уже с более высоким давлением воздуха. При вращении ротора 8 водяной пар ступенчато расширяется в каналах 10 ротора 8 , при их совмещении с перепускными каналами 16 , после чего пар выталкивается в порт отвода рабочего тела низкого давления 15 , из которого часть пара поступает в систему охлаждения горячей части (по крайней мере соплового аппарата ) парциальной двухпоточной турбины 38, а часть пара поступает в свою часть соплового аппарат парциальной двухпоточной турбины 38 и расширяется в ней , вращая турбину 38 , затем пар поступает в сепаратор конденсата 28 где из него удаляется конденсат и вновь расширяется в турбине низкого давления 21 газотурбинного двигателя 1, затем вместе с продуктами сгорания поступает в низкотемпературный котёл-утилизатор 26. Полученный в сепараторах конденсата 28 конденсат распределяется в зависимости от своей температуры, после чего конденсатными насосами 29 подаётся в низкотемпературный котёл -утилизатор 26 , в высокотемпературный котёл -утилизатор 25 и в промежуточные охладители 30 , в них к конденсату подводится тепло , в результате чего из него генерируется пар , после пароперегревателя , который может быть выполнен в высокотемпературном котле-утилизаторе 25, поступающий, по крайней мере, в порт подвода рабочего тела высокого давления 14 парогазового каскадного обменника давлением 6 и паровой цикл повторяется.
Наличие дополнительного порта подвода рабочего тела 17 (Фиг. 2,
Фиг.3, Фиг. 4 ) позволяет увеличить тепловую эффективность цикла за счёт рециркуляции горячих продуктов сгорания в цикле. При этом продукты сгорания из высокотемпературной камеры сгорания 18 поступают в дополнительный порт подвода рабочего тела 17 , сжимают, находящиеся в каналах 10 ротора 8 пар и воздух и частично заполняют при этом каналы 10. При вращении ротора 8 , в результате давления пара , поступающего через порт подвода рабочего тела высокого давления 14 в каналы 10 ротора 8 , находящиеся в них пар , воздух и продукты сгорания дополнительно сжимаются , после чего продукты сгорания и воздух выталкиваются в порт отвода рабочего тела высокого давления 5 , попадают в камеру сгорания 4 и в высокотемпературную камеру сгорания 18 , при этом горячие продукты сгорания предварительно нагревают воздух , снижая потребный расход топлива в камерах сгорания , повышая этим экономичность установки, и выступают в качестве охладителя с низким содержанием окислителя, в результате чего снижается образованию оксидов азота при горении топлива и повышаются экологические характеристики. Экономичность установки также повышается в результате регенерации (восстановления) давления горячего газа , после его расширения в дополнительном порте подвода рабочего тела 17, в парогазовом каскадном обменнике давлением 6 за счёт работы водяного (конденсатного) насоса 29.
Излишки пара высокого давления могут через регулирующие клапаны 31 подаваться в камеры сгорания 4 и 18 и 47, увеличивая мощность установки.
С целью увеличения отбираемого , по крайней мере в низкотемпературном котле-утилизаторе тепловой энергии 26 , конденсатные насосы 29 могут быть выполнены нескольких, например, двух давлений с генерацией пара и последующего его срабатывания в турбинах среднего или низкого давления (на схемах не показано). В систему охлаждения , например турбины высокого давления 19 может, через устройство впрыска конденсата 34, подаваться распылённая вода , которая испаряясь, снижает температуру охлаждающего воздуха .
Устройство нескольких рядов 9 каналов 10 (Фиг.-1, Фиг.-2, Фиг.-З) повышает расход рабочего тела через парогазовый каскадный обменник давлением 6 и увеличивает его эффективность за счёт снижения негативного влияния ударных волн.
Компрессор наддува 3 может содержать электромотор 35 (Фиг. 5), что повышает маневренные характеристики газотурбинного двигателя 1 , а после турбины низкого давления 21 газотурбинного двигателя 1 и низкотемпературного котла утилизатора 26 с сепаратором конденсата 28 может быть выполнен детандер 37 (каскад детандеров), также с сепараторами конденсата 28 между ступенями (каскадами) детандера 37 , на выходе из последних ступеней (каскадов) которого , может быть установлено устройство утилизации углекислого газа 45 , например в виде сепаратора сжиженного углекислого газа и льда, а также насоса , закачивающего сжиженный (переохлаждённый) углекислый газ потребителю. С целью снижения давления газа перед детандером 37 , перед ним и, или между его ступенями (между каскадами ) может быть выполнен промежуточный охладитель 30 , в качестве охлаждающего рабочего тела в котором используется осушенный и очищенный от углекислоты газ , отбираемый за детандером 37. Дополнительно, этот газ можно использовать в дальнейшем для охлаждения, в промежуточном охладителе 30 , сжимаемого в компрессорах 2 и 3 воздуха. Г азопаровая энергетическая установка по Антони циклу может содержать каскад, например из трёх парогазовых каскадных обменников давлением высокого 6 среднего 39 и низкого давления 40 (Фиг. 6). При этом пар из высокотемпературного котла-утилизатора 25 поступает в порт подвода рабочего тела высокого давления 14 парогазового каскадного обменника давлением 6 высокого давления , сжимает и вытесняет , находящийся в каналах 10 воздух в камеру сгорания 4, а возможно и в высокотемпературную камеру сгорания 18. Далее , при вращении ротора 8 парогазового каскадного обменника давлением 6 высокого давления , каналы 10 , заполненные паром , после частичного расширения пара в перепускных каналах 16 , совмещаются с портом подвода рабочего тела низкого давления 13 , через который поступает воздух и вытесняет пар в отвод рабочего тела низкого давления 15 , откуда часть пара может поступать в систему охлаждения турбины , а возможно и в саму турбину среднего давления 20 , а большая часть пара поступает в порт подвода рабочего тела высокого давления 14 парогазового каскадного обменника давлением среднего давления 39, сжимает и вытесняет из каналов 10 этого обменника давлением воздух через порт отвода рабочего тела высокого давления 5 , который , после промежуточного охладителя 30 и благодаря работе циркуляционного вентилятора 36 , поступает в порт подвода рабочего тела низкого давления 13 парогазового каскадного обменника давлением 6 высокого давления. При вращении ротора 8 парогазового каскадного обменника давлением среднего давления 39 , пар частично расширяется в его каналах 10, при совмещении с перепускными каналами 16 и через порт отвода рабочего тела низкого давления 15 поступает в порт подвода рабочего тела высокого давления 14 парогазового каскадного обменника давлением низкого давления 40, сжимает и вытесняет из каналов 10 этого обменника давлением воздух через порт отвода рабочего тела высокого давления 5 , который , через промежуточный охладитель 30 , благодаря работе циркуляционного вентилятора 36 , поступает в порт подвода рабочего тела низкого давления 13 парогазового каскадного обменника давления среднего давления 39 . При вращении ротора 8 парогазового каскадного обменника давлением низкого давления 40 , пар частично расширяется в его каналах 10 при совмещении с перепускными каналами 16 и через порт отвода рабочего тела низкого давления поступает, например через сепаратор конденсата 28 , в турбину, например низкого давления 21 газотурбинного двигателя 1. Воздух из компрессора 3 устройства наддува , благодаря работе электромотора 35 , через промежуточный охладитель 30 поступает в порт подвода рабочего тела низкого давления 13 парогазового каскадного обменника давлением низкого давления 40, вытесняет из каналов 10 этого обменника давлением пар и, благодаря работе каскада каскадных обменников давлением 6, 39 и 40, дополнительно сжимается, после чего поступает в системы газотурбинного двигателя 1.
Газотурбинный двигатель 1 может содержать надстройку высокого давления 46 . (Фиг. 7) При этом воздух из компрессора 2 газотурбинного двигателя 1 поступает в надстройку высокого давления 46 , а именно в парогазовый каскадный обменник давлением 6 , дожимается в нём и поступает из порта отвода рабочего тела высокого давления 5, в высокотемпературную камеру сгорания 18, в камеру сгорания надстройки 47 и, в качестве охладителя, в горячую часть турбины надстройки 48. Образованные в камерах сгорания 47 и 18 продукты сгорания и оставшийся воздух расширяются в турбине надстройки 48 и вращают электрогенератор 32 , затем поступают в камеру сгорания 4 газотурбинного двигателя 1 , куда также подаётся топливо , при горении которого температура продуктов сгорания вновь повышается. После чего продукты сгорания расширяются в турбине , например низкого давления 21 газотурбинного двигателя 1, вращая вал отбора мощности с компрессором 2 и электрогенератором 32. Затем рабочее тело - горячие продукты сгорания поступают в котёл - утилизатор 44 трёх давлений, подогревая и испаряя воду в магистралях (контурах) низкого, среднего и высокого давлений. Полученный в котле - утилизаторе 44 пар, из магистрали низкого давления поступает в турбину (цилиндр турбины) низкого давления 43 и расширяется в ней , вращая электрогенератор 32, а также через запорно-регулирующий клапан 31 может поступать в деаэратор 49 , нагревая , поступающий в него конденсат. Пар из магистрали высокого давления поступает в турбину (цилиндр турбины) высокого давления 41 , расширяется в ней , вращая электрогенератор 32, затем смешивается с паром из магистрали среднего давления, вновь подогревается в пароперегревателе котла- утилизатора 26 и поступает в порт подвода рабочего тела высокого давления 14 парогазового каскадного обменника давлением 6, сжимает находящийся в каналах 10 ротора 8 воздух и выталкивает его в порт отвода рабочего тела высокого давления 5, из которого воздух высокого давления поступает в камеры сгорания 18 и 47 надстройки высокого давления 46 . При вращении ротора 8, заполняющий каналы 10 ротора 8 пар ступенчато расширяется через перепускные каналы 16, после чего, через порт отвода рабочего тела низкого давления 15 покидает парогазовый каскадный обменник давлением 6. При этом из первой, по ходу вращения ротора, и из последней секций порта отвода рабочего тела низкого давления 15 паровоздушная смесь , образованная при контакте пара и воздуха в каналах 10 ротора 8, поступает во вспомогательную турбину среднего давления 50 , расширяется в ней, вращая электрогенератор, и поступает в деаэратор 49 , где нагревает , поступающий в него конденсат. Пар из средней секции порта отвода рабочего тела низкого давления 15 поступает в ступени турбины среднего давления 42 , а затем расширяется в турбине (цилиндре турбины) низкого давления 43, вращая электрогенератор. Отработав в турбине низкого давления 43 пар поступает в конденсатор 27 , куда подаётся охладитель , конденсируется в нём и далее конденсат посредством конденсатного насоса 29 подаётся в газовый подогреватель конденсата в котле -утилизаторе 44 , а затем поступает в деаэратор 49 , где он подогревается и из него удаляются растворённые газы , после этого конденсат питательными насосами 29 разных давлений распределяется по контурам низкого , среднего и высокого давлений , котла - утилизатора 44. Выполненный перед портом подвода рабочего тела низкого давления 13 промежуточный охладитель 30 отводит тепло от сжатого воздуха ,при этом воздух уменьшается в объёме и объём пара , необходимого для его сжатия в парогазовом каскадном обменнике давлением 6 также уменьшается. Отведённое от воздуха тепло может нагревать конденсат и генерировать пар в магистралях высокого среднего и низкого давлений , а также в газовом подогревателе конденсата котла -утилизатора 44 , которые могут быть частично подключены к промежуточному охладителю 30, используя конденсат (воду) и пар в качестве охладителя.
Г азопаровая энергетическая установка по Антони циклу может быть выполнена по полузамкнутому циклу (На схемах не показано) . При этом установка может содержать устройство наддува , что уменьшает габариты котла -утилизатора и улучшает регулирование газотурбинного двигателя 1. Воздух их атмосферы , например через компрессор устройства наддува 3, а затем через промежуточный охладитель 30 , в количестве немного превышающим количество воздуха необходимое для горения топлива , поступает в компрессор 2 газотурбинного двигателя 1 и сжимается в нём. Одновременно на вход компрессора 2 подаётся балластный газ ( продукты сгорания) из котла -утилизатора 44 или 26 , после дополнительного охладителя и сепаратора конденсата 29 и также сжимается в нём. В камерах сгорания воздух участвует в горении топлива, а балластный газ (продукты сгорания ) выступает в качестве охладителя , затем продукты сгорания и балластный газ расширяются в турбинах , затем поступают в котёл- утилизатор 26 или 44 , где отдают тепло, после чего частично могут расширяться в турбине 22 устройства наддува и, или в детандере 37, а частично будут возвращаться на вход , например компрессора 2 газотурбинного двигателя 1.
Вместо парогазового каскадного обменика давлением 6 в качестве устройства сжатия воздуха за счёт энергии пара может быть установлен воздушный компрессор с приводом от паровой турбины (на схемах не показан). В таком случае, пар после паровой турбины вращающей компрессор, может расширяться в паровой или в газовой турбине по аналогии с расширением пара после парогазового каскадного обменника давлением 6.
Использование данного изобретения позволит повысить КПД и экологические характеристики газотурбинных двигателей , работающих в составе газопаровых энергетических установок, а также позволит , при необходимости, выделять из продуктов сгорания углекислый газ , с последующей его утилизацией .

Claims

Формула изобретения
Газопаровая энергетическая установка по Антони циклу, содержащая , по крайней мере, одну газотурбинную энергетическую установку, устройства компрессии воздуха которой , по крайне мере часть из них , выполнены в виде устройства компрессии воздуха за счёт энергии пара , например водяного пара, содержит также , по крайней мере один парогенератор, например котёл- утилизатора тепла с пароперегревателем, по крайней мере часть паропроводов, а возможно и газоходов оборудованы запорно-регулирующими клапанами , также содержит питательные , например водяные насосы и другие системы обеспечения паросилового и газотурбинного циклов, включая системы контроля , регулирования , управления и.т.п. , отличающаяся тем, что в тракте компрессии воздуха газотурбинного двигателя, по крайней мере в части высокого давления, содержит , по крайней мере , одно устройство компрессии воздуха за счёт энергии пара , например парогазовый каскадный обменник давлением , включающий корпус , в котором установлен с возможностью вращения ротор , с выполненными по окружности ротора параллельно валу (аксиально), или радиально, или диагонально, либо осерадиально каналами, со стороны впускных и выпускных отверстий каналов к торцам ротора с минимальным зазором, например с возможностью регулирования его величины, также в зазоре могут быть выполнены уплотнения , примыкают стенки корпуса, в которых образованы порты (окна) с возможностью подвода в каналы ротора и отвода из них сжимающего и сжимаемого рабочих тел, парогазовый каскадный обменник давлением интегрирован с газотурбинным двигателем, например таким образом, что рабочее тело низкого давления ( сжимаемое рабочее тело), например воздух из компрессора системы наддува , или из компрессора газотурбинного двигателя , подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления, выполненного с одной стороны ротора парогазового каскадного обменника давлением, а с противоположной стороны ротора в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления , например водяного пара или его смеси с воздухом, например в турбину низкого или среднего давления, например в газовую, далее, по ходу вращения ротора, например со стороны подвода рабочего тела низкого давления, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления (сжимающего рабочего тела), например водяного пара из котла , возможно из котла- утилизатора , например после пароперегревателя, с противоположной стороны ротора в стенке корпуса, например с некоторым смещением в сторону вращения ротора, выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления , например воздуха , который может быть подключен к системе охлаждения турбины высокого давления и, или к устройству подвода тепла, например в виде камеры сгорания , выход из которой соединён с газовой турбиной, или с каскадом турбин высокого, например среднего и низкого давления газотурбинного двигателя , и, по крайней мере, с одним котлом - утилизатором , при этом, по крайней мере, один котёл- утилизатор, например высокотемпературный , может быть выполнен в газовом тракте между турбинами , например, по ходу движения газа, перед турбиной низкого давления, а после турбины низкого давления газотурбинного двигателя может быть установлен низкотемпературный котёл-утилизатор, стенки корпуса парогазового каскадного обменника давлением , расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия (например , с минимальным зазором), при вращении ротора, впускных и выпускных отверстий , по крайней мере, одного канала ротора, также в стенке корпуса парогазового обменника давлением , например со стороны порта подвода рабочего тела низкого давления, выполнен ряд портов (окон), соединённых между собой перепускными (массообменными) каналами, выполненными с возможностью организации последовательного ступенчатого подвода в каналы ротора и отвода из каналов ротора сжимающего рабочего тела таким образом, что порты , выполненные после порта подвода рабочего тела низкого давления , по ходу вращения ротора, выполнены с возможностью последовательного повышения давления в каналах ротора, по мере удаления каналов от порта подвода рабочего тела низкого давления (по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела высокого давления ) , при вращении ротора, а порты, выполненные, по ходу вращения ротора, перед портом подвода рабочего тела низкого давления , выполнены с возможностью последовательного снижения давления рабочего тела в каналах ротора, при его вращении, по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела низкого давления , при этом, равноудалённые, с одной и с другой стороны от порта подвода рабочего тела низкого давления порты соединены между собой перепускными (массообменными) каналами, также в газовом и, или в паровом тракте, по крайней низкого давления может быть выполнен, по крайней мере один сепаратор конденсата , соединённый трубопроводом , по крайней мере, с одним питательным насосом , например через систему очистки, подготовки и накопления конденсата , по крайней мере с одним котлом- утилизатором, при этом , низкотемпературный и высокотемпературный котлы-утилизаторы могут быть соединены между собой трубопроводом, например с конденсатным насосом, также газовый тракт в части низкого давления может содержать охладитель, например перед одним из сепараторов конденсата.
2. Энергетическая установка по п. 1 , отличающаяся тем, что парогазовый каскадный обменник давлением содержит дополнительный порт подвода рабочего тела (продуктов сгорания) , выполненный со стороны и перед портом отвода рабочего тела высокого давления , по ходу вращения ротора, либо с обеих сторон ротора, перед портами отвода и подвода рабочего тела высокого давления, либо перед портом подвода рабочего тела высокого давления, при этом дополнительный порт соединён с частью выхода из камеры сгорания, либо с выходом из отдельной высокотемпературной камеры сгорания, вход которой соединён с частью порта отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением.
3. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в роторе каскадного обменника давлением выполнены , например вдоль радиуса ротора, несколько рядов каналов , например со смещением каналов в одних рядах относительно каналов в других рядах, при этом стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия (например , с минимальным зазором), при вращении ротора, впускных и выпускных отверстий ,по крайней мере, одного из каналов в каждом из рядов каналов ротора, например поочерёдно.
4. Энергетическая установка, по п. 1 или 2 , отличающаяся тем, что , по крайней мере один котёл-утилизатор , например низкотемпературный , выполнен с возможностью генерации пара нескольких , например двух или трёх давлений, с возможностью подачи пара высокого давления, по крайней мере в парогазовый каскадный обменник давлением или в паровую турбину высокого давления, а пара меньшего давления , по крайней мере в сопла турбин газовых или паровых , в которых давление рабочего тела ( пара или газа ) не превышает давление пара, полученного в соответствующем контуре котла-утилизатора, также возможен отвод пара, например низкого давления на теплофикационные нужды.
5. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что парогазовый каскадный обменник давлением интегрирован с газотурбинным двигателем таким образом, что рабочее тело низкого давления ( сжимаемое рабочее тело), например воздух из компрессора наддува, или после компрессора газотурбинного двигателя, подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления, выполненного с одной стороны ротора парогазового каскадного обменника давлением, со стороны впускных отверстий каналов ротора , а с противоположной стороны ротора, со стороны выпускных отверстий каналов ротора, в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления , например водяного пара, в паровую турбину среднего или низкого давления, далее , по ходу вращения ротора, например со стороны подвода рабочего тела низкого давления, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления (сжимающего рабочего тела), например водяного пара , который может быть подключен к выходу из паровой турбины высокого давления , например через парогенератор котла -утилизатора, с противоположной стороны ротора, например с некоторым смещением в сторону вращения ротора, в стенке корпуса парогазового каскадного обменника давлением выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления , например воздуха , который может быть подключен к системе охлаждения турбины высокого давления и, или к устройству подвода тепла, например в виде камеры сгорания , выход из которого соединён с газовой турбиной , или с каскадом газовых турбин высокого, например среднего и низкого давления , выход рабочего тела из турбины, например низкого давления подключен к парогенератору, например в виде котла -утилизатора и , или парового котла со сжиганием дополнительного топлива , с возможностью отвода тепла от рабочего тела (продуктов сгорания) , а выпуск из паровой турбины низкого давления сжимающего рабочего тела , например водяного пара подключен к конденсатору пара , а затем трубопроводами, через систему питательных водяных насосов и , например через газовый подогреватель конденсата, а возможно , что и через другие системы регенерации тепла, к системам деаэрации и далее - к парогенератору, например в виде котла-утилизатора.
6. Энергетическая установка по п. 5, отличающаяся тем, что порт отвода рабочего тела низкого давления содержит, по ходу вращения ротора, в начале порта и в конце порта отводы парогазовой (паровоздушной) смеси, например в дополнительную турбину среднего давления , на валу которой может быть установлен электрогенератор , а выход дополнительной турбины подключен , например к деаэратору, например работающему под давлением.
7. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит как минимум два последовательно установленных парогазовых каскадных обменника давлением - один высокого давления , выполненный по ходу движения воздуха перед камерой сгорания , а второй, например среднего давления , выполненный, например после компрессора газотурбинного двигателя , при этом порт отвода рабочего тела высокого давления (воздуха) парогазового каскадного обменника давлением высокого давления , подключен к камере сгорания и , например к системе охлаждения турбины высокого давления газотурбинного двигателя, а возможно и к высокотемпературной камере сгорания, порт подвода рабочего тела высокого давления этого обменника давлением подключен к паропроводу высокого давления, соединённому через регулирующий клапан , например с пароперегревателем высокотемпературного котла -утилизатора , порт подвода рабочего тела низкого давления (воздуха) , например через циркуляционный вентилятор подключен к порту отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением среднего давления , порт отвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением высокого давления может быть подключен к системе охлаждения турбины среднего давления газотурбинного двигателя и, например через пароперегреватель, к порту подвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением среднего давления , порт подвода рабочего тела низкого давления которого подключен к компрессору , например газотурбинного двигателя , а порт отвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением среднего давления может быть подключен , например через сепаратор конденсата , к турбине низкого давления газотурбинного двигателя , либо к паровой турбине , на выходе из которой выполнен конденсатор пара.
8. Энергетическая установка по п. 1или 2 , отличающая тем, что, по крайней мере одна турбина газотурбинного двигателя , например турбина среднего давления выполнена с раздельным парциальным подводом к соплам двух рабочих тел , с возможностью раздельного расширения в одном секторе турбины преимущественно пара, а в другом - преимущественно продуктов сгорания, при этом отвод пара или преимущественно пара от этой парциальной двухпоточной турбины подключен к паровой турбине , либо к турбине низкого давления газотурбинного двигателя , например через сепаратор конденсата , а отвод преимущественно продуктов сгорания подключен к высокотемпературному парогенератору (котлу- утилизатору и, или пароперегревателю), выход рабочего тела из которого подключен к газовой турбине низкого давления газотурбинного двигателя или системы наддува газотурбинного двигателя.
9. Энергетическая установка по п. 1или 2 , отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель содержит , по крайней мере, одну промежуточную камеру сгорания , при этом, например последняя, по ходу движения газа, промежуточная камера сгорания может содержать дополнительный подвод воздуха, подключенный , например к компрессору газотурбинного двигателя.
10. Энергетическая установка по п. 1или 2 , отличающаяся тем, что содержит устройство наддува газотурбинного двигателя в виде, по крайней мере одного компрессора, например с электромотором и, по крайней мере одной турбины и, или детандера , например с электрогенератором, либо устройство наддува выполнено в виде, по крайней мере одного турбокомпрессора, например с мотор- генератором на его валу, при этом за турбиной и , или детандером устройства наддува может быть выполнен сепаратор конденсата.
11. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что между устройствами сжатия рабочего тела , например воздуха , например между компрессорами , и , или в газоходе, соединённом с портом подвода рабочего тела низкого давления (например воздуха) , по крайней мере одного парогазового каскадного обменника давлением, выполнено, по крайней мере, одно устройство отвода тепла (промежуточный охладитель) , например интегрированное в систему генерации пара в парогенераторе , например, в систему генерации пара нескольких давлений в котле- утилизаторе и в газовый подогреватель конденсата.
12. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что , устройство компрессии воздуха за счёт энергии пара , например парогазовый каскадный обменник давлением, по крайней мере , одна камера сгорания и , по крайней мере , турбина высокого давления, на валу которой может быть выполнен электрогенератор, выделены в отдельный блок, при этом турбина низкого, а, возможно , и среднего давления может быть выполнена на валу компрессора газотурбинного двигателя.
13. Энергетическая установка по п.1 или 2 , отличающаяся тем, что вал ротора парогазового каскадного обменника давлением подключен к приводу , например от газотурбинного или электрического двигателя, с возможностью регулирования оборотов ротора и , или ротор выполнен с возможностью самовращения, например посредством специальных сопел, выполненных в отдельных портах подвода рабочего тела в каналы ротора, например также с возможностью регулирования оборотов ротора , при этом корпус парогазового каскадного обменника давлением может быть выполнен герметичным.
14. Энергетическая установка , по п. 1или 2 , отличающаяся тем, что содержит устройство впрыска конденсата (воды) под давлением в воздушный канал , по крайней мере , перед одним парогазовым каскадным обменником давлением , при этом устройство впрыска конденсата (воды) может быть также выполнено в воздушном канале перед компрессором и, или перед ступенями компрессора , по крайней мере перед компрессором газотурбинного двигателя, а впрыскиваемый конденсат ( вода) может быть подключен к устройству впрыска конденсата через устройство подвода тепла , например в виде экономайзера котла-утилизатора и, или конденсатора пара и, или промежуточного теплообменника - охладителя.
15. Энергетическая установка, по п. 1или 2 , отличающаяся тем, что содержит , по крайней мере один подвод водяного пара , с возможностью регулирования его расхода, по крайней мере в одну камеру сгорания и , или в газовый тракт, по крайней мере перед одной турбиной газотурбинного двигателя.
16. Энергетическая установка, по п. 1или 2 , отличающаяся тем, что содержит паровую или смешанную паровоздушную систему охлаждения по крайней мере высокотемпературной части газотурбинного двигателя , при этом паровоздушная система охлаждения может быть образована путём впрыска под давлением воды ( конденсата) в тракт воздушного охлаждения газотурбинного двигателя.
17. Энергетическая установка, по п. 1или 2 , отличающаяся тем, что в газовом тракте после выхода из турбины низкого давления, установлен низкотемпературный котёл-утилизатор, выпуск газа из которого подключен к сепаратору конденсата , после которого выполнен детандер или каскад детандеров, между которыми могут быть выполнены промежуточные сепараторы конденсата, на выходе их детандера установлено устройство сепарации углекислого газа и его отвода потребителю , а остаточное газообразное рабочее тело может быть подключено к атмосфере, к потребителю холода, либо подведено в качестве охладителя к системе промежуточного охлаждения газа между детандерами и, или к системе промежуточного охлаждения воздуха между устройствами компрессии воздуха , например между компрессорами наддува газотурбинного двигателя и, или перед устройством компрессии воздуха за счёт энергии пара, например в виде парогазового обменника давлением.
18. Энергетическая установка, по п. 1или 2 , отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель выполнен по полузамкнутой схеме, например таким образом, что в части низкого давления, например перед турбиной низкого давления, или перед детандером газоход с потоком продуктов сгорания , например после устройств отвода тепла (котла-утилизатора) и сепарации конденсата, разделён на две части , одна часть присоединена ко входу компрессора газотурбинного двигателя , вход которого также подключен к атмосфере, возможно, что через компрессор наддува , а другая часть газа (продуктов сгорания) подключена к турбине низкого давления и, или к детандеру (ступени детандера).
19. Энергетическая установка, по п. 1 или 2 , отличающаяся тем, что устройство компрессии воздуха за счёт энергии пара выполнено в виде лопаточного воздушного компрессора, установленного на валу паровой турбины, при этом, при интеграции устройства с газотурбинным двигателем, вход воздушного компрессора будет соответствовать порту подвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением, а выход компрессора будет эквивалентен порту отдвода рабочего тела высокого давления, впуск паровой турбины будет соответствовать порту подвода рабочего тела высокого давления обменника , а выпуск паровой турбины будет эквивалентен порту отвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением.
PCT/RU2020/000443 2019-08-22 2020-08-20 Газопаровая энергетическая установка по антони циклу WO2021034221A1 (ru)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127349A RU2811729C2 (ru) 2019-08-22 Парогазовая энергетическая установка
RU2019127351 2019-08-22
RU2019127349 2019-08-29
RU2019127351A RU2811448C2 (ru) 2019-08-29 Газопаровая энергетическая установка

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021034221A1 true WO2021034221A1 (ru) 2021-02-25

Family

ID=74660690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000443 WO2021034221A1 (ru) 2019-08-22 2020-08-20 Газопаровая энергетическая установка по антони циклу

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2021034221A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114562341A (zh) * 2022-02-24 2022-05-31 艾肯（江苏）工业技术有限公司 一种基于波转子设备的功交换网络实现方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1703842A1 (ru) * 1990-02-12 1992-01-07 Луганский Машиностроительный Институт Двигатель внутреннего сгорани
RU2409746C2 (ru) * 2009-03-17 2011-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной
EP2588729A1 (en) * 2010-07-02 2013-05-08 ExxonMobil Upstream Research Company Low emission triple-cycle power generation systems and methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1703842A1 (ru) * 1990-02-12 1992-01-07 Луганский Машиностроительный Институт Двигатель внутреннего сгорани
RU2409746C2 (ru) * 2009-03-17 2011-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной
EP2588729A1 (en) * 2010-07-02 2013-05-08 ExxonMobil Upstream Research Company Low emission triple-cycle power generation systems and methods

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114562341A (zh) * 2022-02-24 2022-05-31 艾肯（江苏）工业技术有限公司 一种基于波转子设备的功交换网络实现方法
CN114562341B (zh) * 2022-02-24 2023-06-23 艾肯（江苏）工业技术有限公司 一种基于波转子设备的功交换网络实现方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8661780B2 (en) Gas turbine plant with exhaust gas recirculation and also method for operating such a plant
AU2001242649B2 (en) An engine
EP2240675B1 (en) Low carbon emissions combined cycle power plant and process
EP3314096B1 (en) Power system and method for producing useful power from heat provided by a heat source
US20050056001A1 (en) Power generation plant
CA2486013C (en) Device for utilizing the waste heat of compressors
EP2948647B1 (en) Volumetric energy recovery system with three stage expansion
GB2528757A (en) Hybrid electricity storage and power generation system
JP2018529047A (ja) 入れ子式のｃｏ２サイクルを用いる電力生産のためのシステムおよび方法
WO2016079485A1 (en) A waste heat recovery system combined with compressed air energy storage
CA2611185A1 (en) Steam generation plant and method for operation and retrofitting of a steam generation plant
EP3803064B1 (en) System for recovering waste heat and method thereof
GB2457266A (en) Power generation from a heat source
AU2001242649A1 (en) An engine
CN1220341A (zh) 燃气/蒸汽发电设备
EP2581584A1 (en) Compressed air energy storage system and method for operating this system
US20210131313A1 (en) Gas-turbine power-plant with pneumatic motor with isobaric internal combustion
CN101529055A (zh) 热力发动机系统
RU2237815C2 (ru) Способ получения полезной энергии в комбинированном цикле (его варианты) и устройство для его осуществления
WO2021034221A1 (ru) Газопаровая энергетическая установка по антони циклу
RU2199020C2 (ru) Способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения и комбинированная газотурбинная установка для его осуществления
US20240044287A1 (en) Antoni cycle intermittent combustion engine
KR101753526B1 (ko) 복합화력발전시스템
RU2811448C2 (ru) Газопаровая энергетическая установка
RU2811729C2 (ru) Парогазовая энергетическая установка

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20855200

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20855200

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1