Газотурбінна енергетична установка зовнішнього згоряння

Реферат: Газотурбінна енергетична установка зовнішнього згоряння має можливість працювати на різних видах палива. Установка містить компресор, турбіну, теплообмінник з топкою. Установка діє за рахунок спалювання палива у відкритій топці і розігріву робочого тіла в повітряному теплообміннику рекуперативного типу. Як робоче тіло використовується стиснуте циклове повітря. UA 83318 U (12) UA 83318 U UA 83318 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель має відношення до енергомашинобудування, у тому числі до стаціонарних енергетичних установок, що використовуються як приводи, які працюють на різних видах палива, і може знайти застосування зокрема для привода електрогенератора, призначеного для вироблення електроенергії. У газотурбінних установках, використовуються газотурбінні двигуни внутрішнього згоряння, у камері згоряння яких здійснюється спалювання палива і розігрів циклового повітря за рахунок змішування із паливною сумішшю, що згоряє. У свій час створення двигуна внутрішнього згоряння дозволило різко зменшити габарити теплових машин. Використання камери згоряння сформувало вимоги до використовуваного палива по калорійності, хімічному складу і фізичному стану. Так, наприклад, відомо газотурбінний привід ГТЭ-МС-2,5 виробництва МОТОР СІЧ [1], що містить осьовий компресор, кільцеву камеру згоряння, осьову реактивну турбіну і виносний редуктор. Для роботи привода, згідно з 1250000000 ТУД, забезпечується подача природного або попутного нафтового газу, що відповідає вимогам ГОСТ 5542. Застосування камери згоряння обмежує, а найчастіше унеможливлює використання альтернативних, малокалорійних палив. Відома пропозиція по створенню енергетичної установки із зовнішнім пристроєм підігріву [2], що містить відцентровий компресор, зовнішній пристрій підігріву, виконаний у вигляді камери згоряння і повітронагрівача, доцентрову турбіну, водогрійний котел. Недоліками даної установки є: - застосування ненапруженої камери згоряння, що регламентує використання як паливо природного газу; - невелика потужність до 200 кВт; - низькі параметри циклу πk = 3; - низька температура перед турбіною Т3=650-700 °C (923-973 К). Задачею корисної моделі є створення газотурбінної енергетичної установки зовнішнього згоряння, що має можливість працювати на різних видах палива за рахунок його спалювання у відкритій топці і розігріву робочого тіла в повітряному теплообміннику рекуперативного типу, у якій як робоче тіло використовується циклове повітря, попередньо стиснуте у компресорі. Застосування корисної моделі дозволить наступне: 1. Використовувати велику номенклатуру альтернативних палив без переробки компресора і турбіни. 2. Підвищити надійність роботи турбіни за рахунок використання чистого циклового повітря без домішок продуктів згоряння. Задача вирішується тим, що в газотурбінній енергетичній установці зовнішнього згоряння, що містить компресор, як мінімум один зовнішній пристрій розігріву робочого тіла, турбіну, відповідно до корисної моделі, зовнішній пристрій розігріву робочого тіла виконано у вигляді повітряного теплообмінника і топки, при цьому вихід компресора з'єднаний трубопроводом із входом у теплообмінник, а вихід теплообмінника з'єднаний із входом турбіни. Крім того, вихід з турбіни може бути з'єднаний з топкою для використання відпрацьованого в турбіні повітря в процесі спалювання палива і розігріву робочого тіла, що додатково підвищує ККД установки. Відрізняльними ознаками корисної моделі є використання відомих пристроїв - компресора, турбіни - у сполученні з теплообмінником і топкою, які використовуються як пристрої для розігріву робочого тіла. При цьому на відміну від внутрішніх камер згоряння стиснуте циклове повітря не бере участі у процесі горіння та залишається чистим, без домішок продуктів згоряння, що забезпечує надійність роботи турбіни. В топці відбувається згоряння палива і розігрів середовища до робочої температури, яке розігріває через стінки теплообмінника стиснуте циклове повітря. Стиснуте у компресорі і далі розігріте у теплообміннику до необхідної температури циклове повітря направляється на турбіну. Спалювання палива в топці дозволяє використовувати велику номенклатуру альтернативних палив без переробки компресора і турбіни. Нижче приводиться опис пристрою з посиланням на додане креслення, на якому зображена блок-схема газотурбінної енергетичної установки зовнішнього згоряння. Газотурбінна енергетична установка зовнішнього згоряння містить компресор 1, пов'язанийз турбіною 2, теплообмінник 3 з топкою 4, трубопроводи для циркуляції циклового повітря між компресором і турбіною. Конструкції топки і теплообмінника можуть бути різні залежно від виду палива і розрахункових параметрів циклу та вибрані з описаних у технічній літературі (наприклад [3]) або спроектовані спеціально. 1 UA 83318 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Вихідний пристрій компресора 1 трубопроводом з'єднано із входом теплообмінника 3, вихід якого з'єднаний трубопроводом із вхідним пристроєм турбіни 2. Вихід турбіни може бути з'єднаний трубопроводом з топкою. Заявлений пристрій працює таким чином. Компресор формує об'єм і первинний стан циклового повітря відповідно необхідним параметрам: - масова витрата; - напрямок руху; - первинно необхідну температуру. Наприклад: витрата 20 кг/сек, напрямок по потоку, t - 300 °C. Сформований у компресорі потік циклового повітря направляється в теплообмінник, де забезпечено необхідний мінімально можливий опір тиску стислого в компресорі повітря і максимально можливий теплообмін для нагрівання стислого циклового повітря до необхідної температури. Наприклад: 0,1 Па, 900 °C. Далі стиснуте циклове повітря, нагріте до необхідної температури, по трубопроводу спрямовується на турбіну, яка перетворює потенційну енергію розігрітого стислого циклового повітря в кінетичну енергію ротора турбіни, що виробляє корисну роботу (обертання ротора компресора і генератора). При русі через турбіну, потік стислого циклового повітря віддає теплову енергію і його температуру знижується до 400-550 °C, тиск до 0,01 МПа залежно від ККД турбіни. Відпрацьований у турбіні потік циклового повітря, що має температуру 400-550 °C, може використовуватися для одержання додаткової енергії або для часткового використання при спалюванні палива. Для використання відпрацьованого повітря при спалюванні палива на вихлопному колекторі після турбіни потрібно організувати відбір розрахункової кількості гарячого відпрацьованого повітря і направити на горіння в топку. У топці відбувається спалювання палива і одержання необхідної температури розігріваючого середовища. Через стінки теплообмінника тепло передається стиснутому цикловому повітрю, яке розігрівається до необхідної температури залежно від типу турбіни і можливості (розрахункових параметрів) теплообмінника. Довговічність і працездатність теплообмінника забезпечується застосуванням жаростійкої сталі, можливість використання великої номенклатури палив різного фізичного стану забезпечується шляхом заміни або модернізації топки на місці експлуатації без заміни основних елементів установки. Далі вихлопний газ і невикористане відпрацьоване циклове повітря спрямовується на викид через вихлопну трубу або на котел-утилізатор для подальшого використання. Застосування даної схеми (зовнішнього згоряння) дозволяє, використовуючи існуючий комплект устаткування, будувати газотурбінну установку під практично будь-який різновид палива. Джерела інформації: 1. Газотурбинный привод ГТЭ-МС-2.5 Техническое описание 1250000000 ТУД 2. Балашов С.Л., Землянский А.В., Злыгостев А.Н. Когенерационная газотурбинная установка внешнего горения // Газотурбинные технологии, 2011, - № 6 - C. 22-23 3. Справочник энергетика промышленных предприятий. Юренев В.Н., Грабовский Р.Г., Михалин Г.И., Инденбаум B.C., Файнзильбер Э.М. и др., т.3, Теплоэнергетика, М.-Л., издательство "Энергия", 1965, C. 48, C. 55, 64, 69, 91. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 1. Газотурбінна енергетична установка зовнішнього згоряння, що містить компресор, як мінімум один зовнішній пристрій розігріву робочого тіла, турбіну, яка відрізняється тим, що зовнішній пристрій розігріву робочого тіла виконано у вигляді повітряного теплообмінника і топки, при цьому вихід компресора з'єднаний трубопроводом із входом у теплообмінник, а вихід теплообмінника з'єднаний із входом турбіни. 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вихід з турбіни з'єднаний з топкою. 2 UA 83318 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3