RU2184255C2 - Gas turbine plant - Google Patents
Gas turbine plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2184255C2 RU2184255C2 RU2000123253/06A RU2000123253A RU2184255C2 RU 2184255 C2 RU2184255 C2 RU 2184255C2 RU 2000123253/06 A RU2000123253/06 A RU 2000123253/06A RU 2000123253 A RU2000123253 A RU 2000123253A RU 2184255 C2 RU2184255 C2 RU 2184255C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- turbine
- regenerator
- input
- output
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 57
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 65
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 18
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к газотурбинным установкам с подводом тепла при постоянном объеме рабочего тела (пульсирующего типа) с регенерацией тепла уходящих газов, и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях, а также там, где применяется газовая турбина для преобразования тепловой энергии в механическую энергию. The invention relates to a power system, in particular to gas turbine units with heat supply at a constant volume of the working fluid (pulsating type) with heat recovery of flue gases, and can be used in thermal and nuclear power plants, as well as where a gas turbine is used to convert thermal energy into mechanical energy.
В настоящее время все действующие газотурбинные установки как работающие с подводом тепла при постоянном давлении, так и с подводом тепла при постоянном объеме, работают с компрессором (с процессом предварительного сжатия). Это приводит к повышенным потерям тепла с уходящими газами на выходе из газотурбинной установки, которые вызваны двумя причинами, ограничивающими передачу тепла от уходящих газов к воздуху в регенераторе. Currently, all existing gas turbine units, both working with heat supply at constant pressure, and with heat supply at constant volume, work with a compressor (with the pre-compression process). This leads to increased heat loss with the flue gases at the outlet of the gas turbine unit, which are caused by two reasons that limit the transfer of heat from the flue gases to the air in the regenerator.
Во-первых, потери, вызванные сжатием воздуха в компрессоре. Так как нельзя охладить уходящие газы в регенераторе ниже температуры воздуха на входе в регенератор, то сжимая предварительно воздух в компрессоре и тем самым повышая температуру воздуха на входе в регенератор, ограничивают передачу тепла от газов к воздуху. Это вызывает первую потерю тепла, принципиально не устранимую в циклах с предварительным сжатием рабочего тела. Firstly, losses caused by compression of air in the compressor. Since it is impossible to cool the flue gases in the regenerator below the air temperature at the inlet to the regenerator, then pre-compressing the air in the compressor and thereby increasing the air temperature at the inlet to the regenerator, limit the transfer of heat from gases to air. This causes the first heat loss, which cannot be eliminated in principle in cycles with preliminary compression of the working fluid.
Во-вторых, причина потерь тепла с уходящими газами вызвана тем, что для передачи тепла в регенераторе qрег от горячих газов на выхлопе из турбины к холодному воздуху, входящему в регенератор, необходим перепад температур ΔTрег. Эта потеря тем меньше, чем меньше перепад температур ΔTрег, и ее можно уменьшить, увеличивая теплопередающую поверхность регенератора и тем самым снижая ΔTрег в соответствии со следующей формулой:
где qpeг - тепло, переданное в регенераторе от газов к воздуху; k - коэффициент теплопередачи; F - теплопередающая поверхность от газов к воздуху в регенераторе;
where q peg is the heat transferred in the regenerator from gases to air; k is the heat transfer coefficient; F is the heat transfer surface from gases to air in the regenerator;
Более глубокое охлаждение газов можно осуществить только в противотоке между охлаждаемыми газами и подогреваемым воздухом. Deeper cooling of gases can be carried out only in countercurrent between the cooled gases and the heated air.
Известен термический регенератор с переменной циркуляцией для газовых турбин, состоящий из матрицы или элемента термического аккумулятора, представляющего собой поршень, перемещающийся взад-вперед в цилиндре, установленном в корпусе. Цилиндр состоит из первой пары отверстий подвода и вывода, к которым подсоединена матрица в соответствии с первой позицией в цилиндре, и второй пары отверстий подвода и вывода, к которым она подсоединена в соответствии со второй позицией в цилиндре. Расположение отверстий таково, что струя горячего газа, проходящая через одну из этих пар отверстий, и другая струя холодного газа, проходящая через другую пару отверстий, пересекая попеременно матрицу, для одной, когда она занимает первую позицию, и для другой, когда она занимает вторую позицию, механизмы позволяют матрице двигаться взад-вперед в цилиндре. Корпус содержит в себе серию цилиндров, каждый из которых имеет матрицу. Цилиндры располагаются параллельно и размещаются на круге в корпусе. Каждая матрица состоит из полого корпуса, образующего поршень, заполненный огнеупорным материалом, который содержит отверстия, взаимодействующие с отверстиями подвода и вывода соответствующего цилиндра (см. заявку Франции 2208051, МПК F 02 C 7/08, 1973). Known thermal regenerator with variable circulation for gas turbines, consisting of a matrix or element of a thermal accumulator, which is a piston moving back and forth in a cylinder mounted in the housing. The cylinder consists of a first pair of inlet and outlet openings to which the matrix is connected in accordance with the first position in the cylinder, and a second pair of inlet and outlet openings to which it is connected in accordance with the second position in the cylinder. The location of the holes is such that a jet of hot gas passing through one of these pairs of holes and another jet of cold gas passing through another pair of holes intersecting the matrix alternately, for one when it takes the first position, and for the other when it takes the second position, mechanisms allow the matrix to move back and forth in the cylinder. The housing contains a series of cylinders, each of which has a matrix. Cylinders are arranged in parallel and placed on a circle in the housing. Each matrix consists of a hollow body that forms a piston filled with refractory material, which contains holes that interact with the inlet and outlet holes of the corresponding cylinder (see French application 2208051, IPC F 02 C 7/08, 1973).
В известной установке в форме цилиндра с поршнем изготовлен подогреватель воздуха регенеративного типа, широко используемый в котлостроении, играющий роль аккумулятора тепла. Известная установка работает с процессом предварительного сжатия и без нагнетательного устройства (компрессора) работать не может, так как необходима периодическая продувка секций регенератора и камеры сгорания свежим воздухом для горения. Это приводит к повышенным потерям тепла с уходящими газами на выходе из газотурбинной установки, снижению КПД и экономичности установки. Кроме того, по мере нагрева материала матрицы снижается эффективность теплосъема от горячих газов, что также снижает эффект регенерации и КПД. In the known installation in the form of a cylinder with a piston, a regenerative type air heater is widely used in boiler building, which plays the role of a heat accumulator. The known installation works with the pre-compression process and cannot work without a discharge device (compressor), since periodic purging of the regenerator sections and the combustion chamber with fresh combustion air is necessary. This leads to increased heat loss with flue gases at the outlet of the gas turbine installation, lower efficiency and efficiency of the installation. In addition, as the matrix material is heated, the efficiency of heat removal from hot gases decreases, which also reduces the effect of regeneration and efficiency.
Известна газотурбинная установка, содержащая турбину, компрессор, подключенный посредством трубопровода и магистрали с установленным на ней регенератором к камере сгорания, имеющей зоны подачи воздуха для горения и смешения. При этом камера сгорания снабжена перегородкой, разделяющей зоны подвода воздуха для горения и смешения, с установленными на ней штуцерами для подсоединения трубопровода и магистрали, первый из которых подключен к зоне подвода воздуха для горения, а второй - к зоне подвода воздуха для смешения. Перегородка выполнена составной, состоящей из взаимно сопряженных вдвигаемых одна в другую деталей (см. авт. свид. СССР 1809139, МПК F 02 C 3/22, опубл. 15.04.1993 г., бюл. 14). A gas turbine installation is known, comprising a turbine, a compressor connected via a pipeline and a line with a regenerator installed on it to a combustion chamber having air supply zones for combustion and mixing. In this case, the combustion chamber is equipped with a partition separating the air supply zone for combustion and mixing, with fittings installed on it for connecting the pipeline and the main, the first of which is connected to the combustion air supply zone, and the second to the mixing air supply zone. The partition is made composite, consisting of mutually conjugated parts pushed into one another (see ed. Certificate of the USSR 1809139, IPC F 02
К недостаткам этой установки относятся невысокий КПД и низкая экономичность из-за наличия компрессора и увеличенного в связи с этим количества тепла, передаваемого в теплообменных аппаратах окружающей среде. The disadvantages of this installation include low efficiency and low efficiency due to the presence of a compressor and the increased amount of heat transferred to the environment in heat exchangers due to this.
Известна также газотурбинная установка с подогревом воздуха в регенераторе при постоянном объеме (пульсирующего типа), содержащая камеру сгорания, силовую турбину, турбину привода компрессора, секционный рекуператор, золотник на входе сжатого воздуха в секцию рекуператора, золотник на выходе подогретого воздуха из секции рекуператора, перегородки, установленные между секциями рекуператора, разделяющие рекуператор на секции (см. авт. свид. СССР 1719684 А1, МПК F 02 С 7/08, 5/00, опубл. 15.03.92 г., бюл. 10). Also known is a gas turbine installation with heating the air in the regenerator at a constant volume (pulsating type), containing a combustion chamber, a power turbine, a compressor drive turbine, a sectional recuperator, a spool at the inlet of compressed air to the recuperator section, a spool at the outlet of the heated air from the recuperator section, the partition installed between the sections of the recuperator, dividing the recuperator into sections (see ed. certificate of the USSR 1719684 A1, IPC F 02 С 7/08, 5/00, publ. 03/15/92, bull. 10).
Недостатками известной установки также являются невысокий КПД и низкая экономичность, во-первых, из-за наличия компрессора, необходимого для периодической продувки секций регенератора и камеры сгорания свежим воздухом для горения, и, во-вторых, из-за увеличенного количества тепла, передаваемого в теплообменных аппаратах окружающей среде, так как дымовые газы омывают покоящийся объем воздуха (неподвижные секции), а по мере нагрева воздуха в неподвижной секции регенератора процесс передачи тепла сокращается и секцию покидают уже мало охлажденные газы, несущие с собой большие потери вне зависимости от величины теплопередающей поверхности секций регенератора. The disadvantages of the known installation are also low efficiency and low efficiency, firstly, due to the presence of the compressor necessary for periodic purging of the regenerator sections and the combustion chamber with fresh combustion air, and, secondly, due to the increased amount of heat transferred to heat exchangers to the environment, since flue gases wash the volume of air at rest (fixed sections), and as the air heats up in the fixed section of the regenerator, the heat transfer process is reduced and the section is already leaving little cooling Adequate gases, which cause heavy losses, regardless of the magnitude of the heat transfer surface of the regenerator sections.
Наиболее близкой к предлагаемой по совокупности признаков является газотурбинная установка, содержащая турбину, на выхлопном патрубке которой установлен регенератор, сообщенный с камерой сгорания. Регенератор выполнен в виде корпуса, внутри которого расположена технологическая, например конвейерная, линия, перемещающая последовательно установленные на ней капсулы с подогреваемым рабочим телом против течения нагретого рабочего тела на выхлопе из турбины. Капсулы, с обеих сторон которых размещены запорные устройства, выполнены в виде цилиндров с поршнями для зарядки капсул свежей порцией воздуха. Конвейерная линия снабжена механизмом доставки капсул к камере сгорания. Камера сгорания выполнена в виде цилиндрической обечайки с вложенной в нее капсулой и снабжена механизмом перемещения поршня внутри капсулы для зарядки последней свежей порцией воздуха. В известной установке предусмотрен вариант размещения камеры сгорания на выхлопе турбины перед регенератором, при этом используется камера сгорания постоянного горения (см. патент РФ 2154181, МПК F 02 C 7/08, 5/12, опубл. 10.08.2000 г., бюл. 22). Closest to the proposed combination of features is a gas turbine installation containing a turbine, on the exhaust pipe of which a regenerator is installed, in communication with the combustion chamber. The regenerator is made in the form of a housing, inside of which there is a technological, for example, conveyor, line that moves capsules with a heated working fluid in series installed on it against the flow of a heated working fluid at the exhaust from the turbine. Capsules, on both sides of which locking devices are located, are made in the form of cylinders with pistons for charging the capsules with a fresh portion of air. The conveyor line is equipped with a capsule delivery mechanism to the combustion chamber. The combustion chamber is made in the form of a cylindrical shell with a capsule embedded in it and is equipped with a piston movement mechanism inside the capsule to charge the last fresh portion of air. In the well-known installation provides an option for placing the combustion chamber on the exhaust of the turbine in front of the regenerator, while using a combustion chamber of constant combustion (see RF patent 2154181, IPC F 02 C 7/08, 5/12, publ. 10.08.2000, bull. 22).
Известная установка работает без компрессора, поэтому потери тепла, ограничивающие регенерацию и вызванные сжатием воздуха в компрессоре, отсутствуют. Однако для устранения повышенных потерь тепла с уходящими газами на выходе из газотурбинной установки, вызванных ΔTрег, необходима значительная теплопередающая поверхность регенератора. Конструктивно это осуществить затруднительно, что не позволяет достичь полной регенерации тепла в цикле. Это снижает экономичность установки и термический КПД.The known installation works without a compressor, so there is no heat loss that limits regeneration and is caused by air compression in the compressor. However, to eliminate the increased heat loss with flue gases at the outlet of the gas turbine unit caused by ΔT reg , a significant heat transfer surface of the regenerator is required. Structurally, this is difficult to implement, which does not allow to achieve complete heat recovery in the cycle. This reduces the efficiency of the installation and thermal efficiency.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение КПД и экономичности установки за счет полной регенерации тепла уходящих газов. The problem to which the invention is directed is to increase the efficiency and efficiency of the installation due to the complete heat recovery of the flue gases.
Для решения указанной задачи в газотурбинную установку, содержащую турбину, на выхлопном патрубке которой установлены камера сгорания и регенератор, при этом регенератор выполнен в виде корпуса, внутри которого расположена технологическая линия, перемещающая последовательно установленные на ней капсулы с подогреваемым рабочим телом против течения предварительно подогретого рабочего тела в камере сгорания, согласно изобретению дополнительно введен вспомогательный регенеративный контур, содержащий теплообменник-охладитель рабочего тела турбины, теплообменник-подогреватель рабочего тела турбины, вспомогательную турбину, компрессор вспомогательной турбины и двигатель привода компрессора, причем камера сгорания расположена на выхлопном патрубке из турбины после теплообменника-подогревателя, при этом первый вход теплообменника-охладителя рабочего тела турбины соединен с первым выходом охлажденного рабочего тела регенератора, первый выход теплообменника-охладителя соединен со вторым входом регенератора, второй вход теплообменника-охладителя соединен с выхлопным патрубком вспомогательной турбины, второй выход теплообменника-охладителя соединен с всасывающим патрубком компрессора вспомогательной турбины, нагнетательный патрубок компрессора вспомогательной турбины соединен со вторым входом теплообменника-подогревателя, второй выход теплообменника-подогревателя соединен с входным патрубком вспомогательной турбины, первый вход теплообменника-подогревателя соединен с выхлопным патрубком турбины, первый выход теплообменника-подогревателя соединен с входом в камеру сгорания, а выход камеры сгорания соединен с первым входом регенератора, причем первый выход теплообменника-охладителя соединен со вторым входом регенератора, второй выход регенератора соединен с входным патрубком турбины. To solve this problem, in a gas turbine installation containing a turbine, on the exhaust pipe of which a combustion chamber and a regenerator are installed, the regenerator is made in the form of a housing, inside of which there is a production line that moves the capsules with a heated working fluid in series installed on it against the flow of a pre-heated working body in the combustion chamber, according to the invention, an auxiliary regenerative circuit is added, comprising a working heat exchanger-cooler about the turbine body, the heat exchanger-heater of the working fluid of the turbine, the auxiliary turbine, the compressor of the auxiliary turbine and the compressor drive motor, the combustion chamber being located on the exhaust pipe from the turbine after the heat exchanger-heater, while the first input of the heat exchanger-cooler of the working fluid of the turbine is connected to the first output cooled working fluid of the regenerator, the first output of the heat exchanger-cooler is connected to the second input of the regenerator, the second input of the heat exchanger-cooler is connected to the exhaust auxiliary pipe of the auxiliary turbine, the second output of the heat exchanger-cooler is connected to the suction pipe of the compressor of the auxiliary turbine, the discharge pipe of the compressor of the auxiliary turbine is connected to the second input of the heat exchanger-heater, the second output of the heat exchanger-heater is connected to the inlet of the auxiliary turbine, the first input of the heat exchanger-heater is connected to turbine exhaust pipe, the first output of the heat exchanger-heater is connected to the entrance to the combustion chamber, and the output of the ry combustion is connected to a first input of the regenerator, wherein the first outlet of the cooling heat exchanger is connected to the second input of the regenerator, the second output of the regenerator is connected to the inlet of the turbine.
В качестве камеры сгорания может быть использована камера сгорания постоянного горения органического топлива, или теплообменник от ядерного реактора, или теплообменник от геотермального или любого другого источника тепла, имеющего температуру выше расчетной температуры рабочего тела. As a combustion chamber, a combustion chamber of continuous combustion of organic fuel, or a heat exchanger from a nuclear reactor, or a heat exchanger from a geothermal or any other heat source having a temperature above the calculated temperature of the working fluid can be used.
Введение вспомогательного регенеративного контура, содержащего теплообменник-охладитель рабочего тела турбины, теплообменник-подогреватель рабочего тела турбины, вспомогательную турбину, компрессор вспомогательной турбины и двигатель привода компрессора, позволяет газотурбинной установке пульсирующего типа, работающей по замкнутому циклу, осуществить подогрев рабочего тела перед входом в турбину в регенераторе, например конвейерного типа, в капсулах, последовательно расположенных на конвейере. При этом вспомогательный регенеративный контур работает по принципу теплового насоса, передающего тепло, остающееся у рабочего тела после охлаждения в регенераторе, к рабочему телу на выходе из турбины. The introduction of an auxiliary regenerative circuit containing a heat exchanger-cooler of the turbine working fluid, a heat exchanger-heater of the turbine working fluid, an auxiliary turbine, an auxiliary turbine compressor and a compressor drive motor allows the pulsating gas turbine unit operating in a closed cycle to heat the working fluid before entering the turbine in a regenerator, for example a conveyor type, in capsules sequentially located on the conveyor. In this case, the auxiliary regenerative circuit operates on the principle of a heat pump that transfers the heat remaining in the working fluid after cooling in the regenerator to the working fluid at the outlet of the turbine.
Расположение камеры сгорания на выхлопном патрубке из турбины после теплообменника-подогревателя позволяет рабочему телу нагреваться до расчетной температуры перед турбиной в камере сгорания, выполненной, например, в виде камеры сгорания постоянного горения органического топлива, или теплообменника от ядерного реактора, или теплообменника от геотермального или любого другого источника тепла, имеющего температуру выше расчетной температуры рабочего тела. The location of the combustion chamber on the exhaust pipe from the turbine after the heat exchanger-heater allows the working fluid to heat up to the calculated temperature in front of the turbine in the combustion chamber, made, for example, in the form of a combustion chamber of continuous combustion of organic fuel, or a heat exchanger from a nuclear reactor, or a heat exchanger from geothermal or any another heat source having a temperature higher than the calculated temperature of the working fluid.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная технологическая схема газотурбинной установки; на фиг.2 изображен графически термодинамический цикл в T-S диаграмме газотурбинной установки пульсирующего типа с вспомогательным регенеративным контуром. Чертежи имеют следующие цифровые позиции: 1 - турбина; 2 - регенератор; 3 - камера сгорания; 4 - теплообменник-подогреватель рабочего тела турбины; 5 - теплообменник-охладитель рабочего тела турбины; 6 - вспомогательная турбина; 7 - компрессор вспомогательной турбины 6; 8 - электродвигатель привода компрессора 7; 9 - первый вход теплообменника-охладителя 5; 10 - первый выход охлажденного рабочего тела регенератора 2; 11 - первый выход теплообменника-охладителя 5; 12 - второй вход регенератора 2; 13 - второй вход теплообменника-охладителя 5; 14 - второй выход теплообменника-охладителя 5; 15 - второй вход теплообменника-подогревателя 4; 16 - второй выход теплообменника-подогревателя 4; 17 - первый вход теплообменника-подогревателя 4; 18 - первый выход теплообменника-подогревателя 4; 19 - первый вход регенератора 2; 20 - второй выход регенератора 2. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a schematic process diagram of a gas turbine installation; figure 2 depicts a graphically thermodynamic cycle in a T-S diagram of a pulsating-type gas turbine plant with an auxiliary regenerative circuit. The drawings have the following digital positions: 1 - turbine; 2 - regenerator; 3 - combustion chamber; 4 - heat exchanger-heater of the working fluid of the turbine; 5 - heat exchanger-cooler of the working fluid of the turbine; 6 - auxiliary turbine; 7 - compressor
Газотурбинная установка содержит главный и вспомогательный регенеративные контуры. Главный контур содержит турбину 1, регенератор 2, камеру сгорания 3, теплообменник-подогреватель 4 рабочего тела турбины и теплообменник-охладитель 5 рабочего тела турбины (см. фиг.1, толстой сплошной линией и стрелками обозначено направление движения рабочего тела в главном контуре). Вспомогательный контур содержит теплообменник-охладитель 5 рабочего тела турбины, теплообменник-подогреватель 4 рабочего тела турбины, вспомогательную турбину 6, компрессор 7 вспомогательной турбины и электродвигатель 8 привода компрессора (фиг. 1, тонкой сплошной линией совместно с пунктирной линией и стрелками обозначено направление движения рабочего тела во вспомогательном контуре). The gas turbine installation contains the main and auxiliary regenerative circuits. The main circuit contains a
Камера сгорания 3, в качестве которой может быть использована камера сгорания постоянного горения органического топлива, или противоточный теплообменник типа труба в трубе атомного реактора, или противоточный теплообменник типа труба в трубе геотермального или любого другого источника тепла, имеющего температуру выше расчетной температуры рабочего тела, расположена на выхлопном патрубке из турбины 1 после теплообменника-подогревателя 4. The
Регенератор 2 выполнен в виде корпуса, внутри которого расположена технологическая линия, например конвейерного типа (не показано), перемещающая последовательно установленные на ней капсулы с подогреваемым рабочим телом против течения предварительно подогретого рабочего тела в камере сгорания 3, и расположен на выхлопном патрубке турбины 1 после камеры сгорания 3. The
Первый вход 9 теплообменника-охладителя 5 соединен с первым выходом 10 охлажденного рабочего тела регенератора 2, а первый выход 11 теплообменника-охладителя 5 соединен со вторым входом 12 регенератора 2. Второй вход 13 теплообменника-охладителя 5 соединен с выхлопным патрубком вспомогательной турбины 6. Второй выход 14 теплообменника-охладителя 5 соединен с всасывающим патрубком компрессора 7, а нагнетательный патрубок компрессора 7 соединен со вторым входом 15 теплообменника-подогревателя 4. Второй выход 16 теплообменника-подогревателя 4 соединен с входным патрубком вспомогательной турбины 6, первый вход 17 теплообменника-подогревателя 4 соединен с выхлопным патрубком турбины 1. Первый выход 18 теплообменника-подогревателя 4 соединен с входом в камеру сгорания 3, а выход камеры сгорания 3 соединен с первым входом 19 регенератора 2. Причем первый выход 11 теплообменника-охладителя 5 соединен со вторым входом 12 регенератора 2, а второй выход 20 регенератора 2 соединен с входным патрубком турбины 1 (фиг.1). The first input 9 of the heat exchanger-
Вспомогательный регенеративный контур работает по принципу теплового насоса, т.е. холодильной установки, с помощью которой можно передавать тепло от тела с низкой температурой к телу с более высокой температурой. Схемы и циклы тепловых насосов известны (см., например, Лариков Н.Н. Теплотехника. - М.: Стройиздат, 1985, с.138-146 или Сушкин И.Н. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973, с.127-129). The auxiliary regenerative circuit operates on the principle of a heat pump, i.e. refrigeration unit, with which it is possible to transfer heat from a body with a low temperature to a body with a higher temperature. Schemes and cycles of heat pumps are known (see, for example, Larikov N.N. Heat engineering. - M .: Stroyizdat, 1985, p.138-146 or Sushkin I.N. Heat engineering. - M: Metallurgy, 1973, p. 127-129).
Цикл 1-->2-->3-->5-->1 (фиг.2) - это термодинамический цикл газотурбинной установки с регенератором, например конвейерного типа, цикл 7-->8-->9-->10-->7 - это термодинамический цикл вспомогательного регенеративного контура, ΔT-2 - перепад температур в регенераторе 2, ΔТ-4 - перепад температур в теплообменнике-подогревателе 4, ΔТ-5 - перепад температур в теплообменнике-охладителе 5 (фиг.1). Cycle 1 -> 2 -> 3 -> 5 -> 1 (Fig. 2) is the thermodynamic cycle of a gas turbine installation with a regenerator, for example, conveyor type, cycle 7 -> 8 -> 9 -> 10 -> 7 is the thermodynamic cycle of the auxiliary regenerative circuit, ΔT-2 is the temperature difference in the
Газотурбинная установка работает следующим образом. Gas turbine installation operates as follows.
Рабочее тело (воздух, гелий и т.п.), находящееся в объеме капсул, установленных последовательно на технологической, например конвейерной, линии регенератора 2 (фиг.1), нагревается противоточно движущимся и омывающим капсулы рабочим телом, нагретым в камере сгорания 3 (фиг.1), где рабочему телу главного контура передается тепло q1 (фиг.1) от внешнего источника тепла. При этом рабочее тело, находящееся в капсулах на технологической линии регенератора 2, нагревается при постоянном объеме в процессе 1-2 (фиг.2) с повышением давления (ΔP=P2-P1=P2-P3), а нагретое рабочее тело, поступающее после камеры сгорания 3 (фиг.1) в регенератор 2 (фиг.1), охлаждается в процессе 5-6 (фиг.2), противоточно омывая капсулы на конвейере.The working fluid (air, helium, etc.), located in the volume of capsules mounted sequentially on the technological, for example conveyor, line of the regenerator 2 (Fig. 1), is heated by the working fluid counter-moving and washing the capsules, heated in the combustion chamber 3 ( figure 1), where the working fluid of the main circuit transfers heat q 1 (figure 1) from an external heat source. In this case, the working fluid in the capsules on the technological line of the
Далее капсулы с нагретым рабочим телом механическим способом доставляются из регенератора 2 к турбине 1 (фиг.1). Рабочее тело, находящееся в капсулах, срабатывает в турбине пульсирующего типа 1, давление и теплоперепад в процессе 2-3 (фиг.2). Рабочее тело на выходе из турбины 1 нагревается противоточно в теплообменнике-подогревателе 4, в котором рабочему телу передается тепло. При этом рабочее тело газотурбинного цикла нагревается в процессе 3-4 (фиг. 2), а рабочее тело цикла вспомогательного регенеративного контура противоточно охлаждается в теплообменнике-подогревателе 4 (фиг.1) в процессе 9-10 (фиг.2). Next, the capsules with the heated working fluid are mechanically delivered from the
Затем рабочее тело газотурбинного цикла поступает в камеру сгорания 3 (фиг.1) и нагревается в процессе 4-5 (фиг.2) до расчетной температуры. После этого рабочее тело газотурбинного цикла поступает в регенератор 2 (фиг.1), в котором, противоточно двигаясь перемещающимся на конвейере капсулам, передает им тепло в процессе 5-6 (фиг.2). При этом рабочее тело в капсулах нагревается до рабочей температуры в процессе 1-2 (фиг.2) и получает повышение давления ΔP= P2-P1= P2-P3. Именно этот перепад давления вызывает циркуляцию рабочего тела в главном контуре и является источником получения в предлагаемой ГТУ полезной работы, часть которой используется для привода компрессора 6 (фиг.1) вспомогательного регенеративного контура.Then the working fluid of the gas-turbine cycle enters the combustion chamber 3 (Fig. 1) and heats up in the process 4-5 (Fig. 2) to the calculated temperature. After that, the working fluid of the gas-turbine cycle enters the regenerator 2 (Fig. 1), in which, when the capsules move counter-moving on the conveyor, it transfers heat to them in the process 5-6 (Fig. 2). When this working fluid in capsules is heated to a working temperature in the process 1-2 (figure 2) and receives a pressure increase ΔP = P 2 -P 1 = P 2 -P 3 . It is this pressure drop that causes the circulation of the working fluid in the main circuit and is the source of useful work in the proposed gas turbine unit, part of which is used to drive the compressor 6 (Fig. 1) of the auxiliary regenerative circuit.
Далее рабочее тело газотурбинного цикла поступает в противоточный теплообменник-охладитель 5 (фиг.1), где отдает остатки тепла вспомогательному регенеративному контуру в процессе 6-1 (фиг.2). Цикл газотурбинного рабочего тела замкнулся. Next, the working fluid of the gas-turbine cycle enters the countercurrent heat exchanger-cooler 5 (figure 1), where it gives up the remaining heat to the auxiliary regenerative circuit in the process 6-1 (figure 2). The cycle of the gas turbine working fluid is closed.
В теплообменнике-охладителе 5 (фиг.1) тепло от рабочего тела газотурбинного цикла (в процессе 6-1 (фиг.2)) передается противоточно рабочему телу цикла вспомогательного регенеративного контура в процессе 7-8 (фиг.2). Перед поступлением в теплообменник-охладитель 5 (фиг.1) рабочее тело цикла вспомогательного регенеративного контура расширилось во вспомогательной турбине 6 (фиг. 1) в процессе 10-7 (фиг.2). В результате температура рабочего тела вспомогательного регенеративного контура снизилась до точки 7 (фиг.2), ниже температуры рабочего тела газотурбинного цикла в точке 1 (фиг.2). Охлажденное в теплообменнике-охладителе 5 (фиг.1) рабочее тело газотурбинного цикла с температурой точки 1 (фиг.2) поступает для зарядки капсул, отработавших в турбине 1 (фиг.1) и направляющихся для подогрева в регенератор 2 (фиг. 1). Нагретое рабочее тело вспомогательного регенеративного контура в теплообменнике-охладителе 5 (фиг.1) в процессе 7-8 (фиг.2) до точки 8 (фиг. 2) сжимается в компрессоре 7 (фиг.1) в процессе 8-9 (фиг.2) и затем направляется в теплообменник-подогреватель 4 (фиг.1), где в противотоке передает тепло рабочему телу газотурбинного цикла. Цикл рабочего тела вспомогательного регенеративного контура замкнулся. In the heat exchanger-cooler 5 (Fig. 1), heat from the working fluid of the gas turbine cycle (in process 6-1 (Fig. 2)) is transferred countercurrently to the working fluid of the auxiliary regenerative loop cycle in process 7-8 (Fig. 2). Before entering the heat exchanger-cooler 5 (Fig. 1), the working fluid of the auxiliary regenerative circuit cycle expanded in the auxiliary turbine 6 (Fig. 1) in the process 10-7 (Fig. 2). As a result, the temperature of the working fluid of the auxiliary regenerative circuit decreased to point 7 (FIG. 2), below the temperature of the working fluid of the gas-turbine cycle at point 1 (FIG. 2). Cooled in the heat exchanger-cooler 5 (Fig. 1), the working fluid of the gas turbine cycle with a temperature of point 1 (Fig. 2) is supplied to charge the capsules that have worked in the turbine 1 (Fig. 1) and are sent for heating to the regenerator 2 (Fig. 1) . The heated working fluid of the auxiliary regenerative circuit in the heat exchanger-cooler 5 (Fig. 1) in the process 7-8 (Fig. 2) to the point 8 (Fig. 2) is compressed in the compressor 7 (Fig. 1) in the process 8-9 (Fig. .2) and then sent to the heat exchanger-heater 4 (figure 1), where in countercurrent it transfers heat to the working fluid of the gas turbine cycle. The cycle of the working fluid of the auxiliary regenerative circuit is closed.
Для снятия пульсации рабочего тела в теплообменниках 4, 3, 2, 5 (фиг.1) желательно использование в схеме нескольких турбин пульсирующего типа, работающих на общий выхлоп. А установка в головной части каждой турбины нескольких капсул с рабочим телом, срабатывающих последовательно, позволит практически полностью снять пульсацию рабочего тела. Совокупность этих мер позволит использовать в схеме турбины пульсирующего типа камеру сгорания постоянного горения. To remove the pulsation of the working fluid in the
Газотурбинная установка работает по схеме замкнутого (закрытого) типа. Кроме воздуха можно использовать любое другое рабочее тело, например гелий, коэффициент теплоотдачи которого в 2-2,5 раза выше, чем у воздуха. The gas turbine unit operates according to a closed (closed) type scheme. In addition to air, you can use any other working fluid, for example helium, whose heat transfer coefficient is 2-2.5 times higher than that of air.
Используя известные методы интенсификации теплопередачи и изготавливая поверхности нагрева регенератора достаточно большими, можно добиться значительного снижения температуры рабочего тела на выходе из газотурбинной установки. Однако, если в газотурбинной установке, принятой в качестве прототипа, для полной регенерации тепла газотурбинного цикла необходимо изготовить поверхность теплообмена регенератора бесконечно большой, что конструктивно не реализуемо, то применение в схеме предлагаемой газотурбинной установки вспомогательного регенеративного контура позволяет достигнуть, с одной стороны, приемлемых размеров поверхностей теплообмена регенератора, а с другой, - осуществить полную регенерацию и полностью исключить передачу тепла из цикла окружающей среде. Using well-known methods of intensifying heat transfer and making the heating surfaces of the regenerator sufficiently large, it is possible to achieve a significant decrease in the temperature of the working fluid at the outlet of the gas turbine plant. However, if in a gas turbine installation adopted as a prototype, for complete heat recovery of the gas turbine cycle, it is necessary to produce an infinitely large heat exchange surface of the regenerator, which is not structurally feasible, then the use of an auxiliary regenerative circuit in the proposed gas turbine installation scheme allows, on the one hand, acceptable dimensions heat exchange surfaces of the regenerator, and on the other hand, to carry out complete regeneration and completely eliminate heat transfer from the cycle of the surrounding medium de.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000123253/06A RU2184255C2 (en) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | Gas turbine plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000123253/06A RU2184255C2 (en) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | Gas turbine plant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2184255C2 true RU2184255C2 (en) | 2002-06-27 |
Family
ID=20239864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000123253/06A RU2184255C2 (en) | 2000-09-07 | 2000-09-07 | Gas turbine plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2184255C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529767C2 (en) * | 2009-03-20 | 2014-09-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method for generation of steam with high efficiency factor |
| RU2661418C1 (en) * | 2017-01-24 | 2018-07-16 | Сергей Вячеславович Поспелов | Turbocharger thermal machine operating on a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1468311A (en) * | 1974-02-16 | 1977-03-23 | Linde Ag | Recovery of energy from liquefied gases |
| GB2076062A (en) * | 1980-05-16 | 1981-11-25 | English Electric Co Ltd | Turbine power plant |
| CH682357A5 (en) * | 1991-09-05 | 1993-08-31 | Asea Brown Boveri | |
| RU2013618C1 (en) * | 1990-12-13 | 1994-05-30 | Бойко Вадим Степанович | Combined power plant |
| RU2013616C1 (en) * | 1992-12-29 | 1994-05-30 | Проектно-строительное предприятие "Инсерв" | Method of operating combination gas-turbine system of gas distribution and apparatus for carrying out the method |
| RU2088776C1 (en) * | 1995-05-24 | 1997-08-27 | Николай Геннадьевич Кириллов | Self-contained power refrigerating plant with regeneration of cooling liquid |
| RU2125171C1 (en) * | 1997-12-19 | 1999-01-20 | Закрытое акционерное общество "Агентство регионального развития" | Power generating plant and method of its operation |
-
2000
- 2000-09-07 RU RU2000123253/06A patent/RU2184255C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1468311A (en) * | 1974-02-16 | 1977-03-23 | Linde Ag | Recovery of energy from liquefied gases |
| GB2076062A (en) * | 1980-05-16 | 1981-11-25 | English Electric Co Ltd | Turbine power plant |
| RU2013618C1 (en) * | 1990-12-13 | 1994-05-30 | Бойко Вадим Степанович | Combined power plant |
| CH682357A5 (en) * | 1991-09-05 | 1993-08-31 | Asea Brown Boveri | |
| RU2013616C1 (en) * | 1992-12-29 | 1994-05-30 | Проектно-строительное предприятие "Инсерв" | Method of operating combination gas-turbine system of gas distribution and apparatus for carrying out the method |
| RU2088776C1 (en) * | 1995-05-24 | 1997-08-27 | Николай Геннадьевич Кириллов | Self-contained power refrigerating plant with regeneration of cooling liquid |
| RU2125171C1 (en) * | 1997-12-19 | 1999-01-20 | Закрытое акционерное общество "Агентство регионального развития" | Power generating plant and method of its operation |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529767C2 (en) * | 2009-03-20 | 2014-09-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Method for generation of steam with high efficiency factor |
| RU2661418C1 (en) * | 2017-01-24 | 2018-07-16 | Сергей Вячеславович Поспелов | Turbocharger thermal machine operating on a closed thermodynamic cycle with internal heat recovery |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3426525A (en) | Rotary piston external combustion engine | |
| JP3544377B2 (en) | Internal combustion engine as heat engine | |
| US7124585B2 (en) | Scroll-type expander having heating structure and scroll-type heat exchange system employing the expander | |
| JP7599225B2 (en) | Heat Pump System | |
| CA2804316C (en) | Method of conversion of heat into fluid power and device for its implementation | |
| CN102985664B (en) | thermal compression engine | |
| RU95113502A (en) | ENGINE, HEAT PUMP AND COOLING DEVICE FOR ENGINE | |
| EP1624176A1 (en) | Multi-stage stirling engine | |
| CN1269465A (en) | Supercritical backheat-heated engine | |
| RU2184255C2 (en) | Gas turbine plant | |
| CN103397933A (en) | Extreme heat machine and operating method thereof | |
| KR101018379B1 (en) | Hermetic external combustion engine and its output method using temperature difference of working fluid | |
| US6205788B1 (en) | Multiple heat exchanging chamber engine | |
| JPS58220945A (en) | Heat energy recovery device in engine | |
| JPH071028B2 (en) | Stirling cycle engine and heat pump | |
| JP2002221089A (en) | Gas turbine cogeneration system | |
| WO2023048667A1 (en) | Heat transfer system for stirling engines | |
| CN102562357A (en) | Stirling engine with center shaft elliptical rotor | |
| RU2146014C1 (en) | Heat engine; method of operation and design versions | |
| RU2154181C1 (en) | Gas-turbine plant | |
| RU2509218C2 (en) | External combustion engine | |
| RU2701819C1 (en) | Hybrid thermal engine | |
| RU2141608C1 (en) | Thermocompressor | |
| RU2064062C1 (en) | Gas-turbine plant operating process | |
| RU2285141C2 (en) | External combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060908 |