Высокоэффективная экологически безопасная камера сгорания с комбинированным циклом брайтона - RU2000125743A

Реферат

1. Система производства электроэнергии, содержащая компрессор (10) для сжатия окружающего воздуха с получением сжатого воздуха, имеющего повышенную температуру и давление, камеру сгорания (25), соединенную с компрессором (10), рабочий двигатель (50), соединенный с камерой сгорания, первый механизм (218) впрыскивания для впрыскивания топлива в камеру (25) сгорания, второй механизм (201) впрыскивания для впрыскивания регулируемых количеств негорючей жидкости в камеру (25) сгорания, отличающаяся тем, что камера (25) сгорания содержит первую зону (250) горения, расположенную во впускном конце камеры (25) сгорания, по меньшей мере одну дополнительную зону (252) горения, расположенную дальше первой зоны (250) горения; и дополнительно отличающаяся тем, что она включает механизм (236) подачи воздуха для впуска части всего располагаемого сжатого воздуха в первую зону (250) горения и второй механизм (232) подачи воздуха для впуска оставшейся части всего располагаемого сжатого воздуха в одну или более расположенных дальше зон горения.

2. Система производства электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что первый механизм (236) подачи воздуха впускает приблизительно 50% всего располагаемого сжатого воздуха в первую зону (250) горения, и второй механизм (232) подачи воздуха впускает оставшуюся часть располагаемого сжатого воздуха в одну или более расположенных дальше зон горения.

3. Система производства электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что камера сгорания дополнительно содержит третью зону (254) горения, расположенную дальше второй зоны (252) горения; и четвертую зону (256) горения, расположенную дальше третьей зоны (254) горения; и дополнительно отличающаяся тем, что первый механизм (236) подачи воздуха подает приблизительно 50% всего располагаемого сжатого воздуха в первую зону (250) горения, и второй механизм (232) подачи воздуха подает 25% всего располагаемого сжатого воздуха во вторую зону (252) горения, 12,5% всего располагаемого сжатого воздуха в третью зону (254) горения и 12,5% всего располагаемого сжатого воздуха в четвертую зону (256) горения.

4. Система производства электроэнергии по п. 3, отличающаяся тем, что второй механизм (201) впрыскивания включает множество форсунок для впрыскивания негорючей жидкости во множестве точек, расположенных дальше четвертой зоны (256) горения.

5. Система производства электроэнергии по п. 4, отличающаяся тем, что второй механизм (201) впрыскивания включает по меньшей мере одну форсунку для подачи негорючей жидкости в сжатый воздух перед его введением в камеру (25) сгорания.

6. Система производства электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что второй механизм (201) впрыскивания включает множество форсунок для впрыскивания негорючей жидкости в камеру (25) сгорания во множестве точек, расположенных дальше всех зон (250, 252, 254, 256) горения.

7. Система производства электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что второй механизм (201) впрыскивания включает по меньшей мере одну форсунку для подачи негорючей жидкости в сжатый воздух перед его введением в камеру (25) сгорания.

8. Система производства электроэнергии по п. 1, отличающаяся тем, что она включает теплообменник (204, 208); и соединитель (240), расположенный в переднем конце теплообменника (204, 208), соединенный с компрессором (10), дальний конец теплообменника (204, 208) сообщается с первым и вторым механизмами (236, 232) подачи воздуха для подачи воздуха в камеру (25) сгорания после его прохождения через теплообменник (204, 208).

9. Система производства электроэнергии по п. 8, отличающаяся тем, что второй механизм (201) впрыскивания включает по меньшей мере одну форсунку (201) для подачи негорючей жидкости в дальний конец (228) теплообменника, но в точку, расположенную перед точкой, в которой сжатый воздух подается в камеру (25) сгорания.

10. Система производства электроэнергии по п. 8, отличающаяся тем, что камера (25) сгорания содержит первую трубу (202) и теплообменник (204, 208) содержит вторую концентрическую трубу (206), окружающую первую трубу с зазором между ними, внутреннее пространство внутренней трубы содержит камеру (25) сгорания, и пространство (204) между первой и второй трубами образует канал, по которому сжатый воздух проходит от соединителя до первого и второго механизмов (236, 232) подачи воздуха.

11. Система производства электроэнергии по п. 8, отличающаяся тем, что камера (25) сгорания содержит первую трубу (202), теплообменник (204, 208) содержит вторую концентрическую трубу (206), окружающую первую трубу с зазором между ними, причем пространство (204) между первой и второй трубами формирует первый канал, и третью концентрическую трубу (210), окружающую с зазором первую и вторую трубы (202, 206), причем пространство (208) между второй и третьей трубами (202, 210) образует второй канал, передний конец (230) второго канала соединен с соединителем (240), дальний конец второго канала соединен с передним концом первого канала, и дальний конец первого канала соединен с первым и вторым механизмами (236, 232) подачи воздуха, внутреннее пространство первой трубы содержит камеру (25) сгорания, и первый и второй каналы образуют проход, по которому сжатый воздух проходит от соединителя (240) к первому и второму механизмам (236, 232) подачи воздуха.

12. Система производства электроэнергии по п. 11, отличающаяся тем, что второй механизм (201) впрыскивания включает по меньшей мере одну форсунку (201) для подачи негорючей жидкости в дальний конец первого канала.

13. Система производства электроэнергии по п. 1, в которой негорючей жидкостью является вода, не пригодная для питья, и дополнительно отличающаяся тем, что она включает накопитель (80) для неорганических материалов, которые растворены в воде, не пригодной для питья, и которые были перенесены рабочей текучей средой, подаваемой в рабочий двигатель (50).

14. Система производства электроэнергии по п. 13, отличающаяся тем, что она включает конденсатор (62) для извлечения питьевой воды из рабочей текучей среды, подаваемой в рабочий двигатель (50).

15. Способ работы системы производства электроэнергии, включающей воздушный компрессор (10), камеру (25) сгорания, соединенную с компрессором (10), рабочий двигатель (50), соединенный с камерой (25) сгорания, первый механизм (218) впрыскивания для впрыскивания топлива в камеру (25) сгорания и второй механизм (201) впрыскивания для впрыскивания негорючей жидкости в камеру (25) сгорания, способ содержит следующие операции сжатия окружающего воздуха для получения сжатого воздуха, имеющего повышенные температуру и давление, работы первого механизма (218) впрыскивания для подачи регулируемого количества топлива в передний конец камеры (25) сгорания, отличающийся следующими операциями подачи первого количества сжатого воздуха в первую зону (250) горения, расположенную в переднем конце камеры (25) сгорания, подачи второго количества сжатого воздуха в по меньшей мере одну дополнительную зону (252) горения, расположенную после первой зоны (250) горения, и работы второго механизма (201) впрыскивания для подачи регулируемого количества негорючей жидкости в камеру (25) сгорания для регулирования, таким образом, температуры горения для сжигания впрыскиваемого топлива и существенной части кислорода, содержащегося в сжатом воздухе, и для преобразования впрыскиваемой жидкости в пар и для получения рабочей текучей среды, состоящей из смеси негорючих компонентов сжатого воздуха, продуктов сгорания топлива и пара, в камере (25) сгорания при желаемой температуре сгорания.

16. Способ по п. 15, в котором операция работы второго механизма (201) впрыскивания включает впрыскивание регулируемых количеств негорючей жидкости в сжатый воздух перед смешиванием воздуха с топливом.

17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что около 50% располагаемого сжатого воздуха смешивается с топливом в первой зоне (250) горения, таким образом, образуя пламя, богатое топливом, в первой зоне (250) горения, и дополнительно отличающийся тем, что оставшийся располагаемый сжатый воздух смешивается с топливом в одной или более дополнительных, расположенных дальше, зон (252) горения.

18. Способ по п. 15, дополнительно отличающийся тем, что около 50% сжатого воздуха смешивается с топливом в первой зоне (250) горения, таким образом, образуя пламя, богатое топливом, в первой зоне горения, и дополнительно отличающийся тем, что около 25% всего располагаемого сжатого воздуха добавляется в камеру (25) сгорания во вторую зону (252) горения, расположенную после первой зоны горения, около 12,5% всего располагаемого сжатого воздуха добавляется в камеру сгорания в третью зону (254) горения, расположенную после второй зоны (252) горения, и оставшаяся часть сжатого воздуха добавляется в камеру (25) сгорания в четвертую зону (256) горения, расположенную после третьей зоны (254) горения.

19. Способ по п. 18, в котором операция работы второго механизма (201) впрыскивания содержит впрыскивание регулируемых количеств негорючей жидкости в камеру (25) сгорания во множестве точек, расположенных после четвертой зоны (256) горения.

20. Способ по п. 18, в котором операция работы второго механизма (201) впрыскивания включает впрыскивание регулируемых количеств негорючей жидкости в сжатый воздух перед смешиванием воздуха с топливом.

21. Способ по п. 17, в котором перед смешиванием сжатого воздуха с топливом сжатый воздух нагревается посредством его прохождения через теплообменник, где он подвергается воздействию тепла, излучаемого камерой (25) сгорания.

22. Способ по п. 15, в котором перед смешиванием сжатого воздуха с топливом сжатый воздух нагревается посредством его прохождения через теплообменник, где он подвергается воздействию тепла, излучаемого камерой (25) сгорания.

23. Способ по п. 15, в котором рабочая текучая среда, выходящая из рабочего двигателя (50), содержит NO_x в количестве менее 3 частей на миллион.

24. Способ по п. 23, в котором рабочая текучая среда, выходящая из рабочего двигателя (50), содержит СО в количестве менее 3 частей на миллион.

25. Способ по п. 15, в котором операция работы второго механизма (201) впрыскивания содержит впрыскивание регулируемых количеств негорючей жидкости в камеру (25) сгорания во множестве точек, расположенных после всех четырех зон горения.

26. Способ по п. 15, отличающийся тем, что суммарное количество сжатого воздуха, подаваемого в камеру (25) сгорания, выбрано так, чтобы по меньшей мере около 90% кислорода, содержащегося в располагаемом воздухе, расходовалось при его сгорании с топливом.

27. Способ по п. 15, отличающийся тем, что суммарное количество сжатого воздуха и топлива, подаваемое в камеру (25) сгорания, выбрано так, чтобы поддерживать постоянное соотношение топлива и воздуха.

28. Способ работы системы производства электроэнергии, включающей воздушный компрессор, камеру (25) сгорания, соединенную с компрессором (10), рабочий двигатель (50), соединенный с камерой (25) сгорания, первый механизм (218) впрыскивания для впрыскивания топлива в камеру (25) сгорания и второй механизм (201) впрыскивания для впрыскивания негорючей жидкости в камеру (25) сгорания, способ содержит следующие операции сжатия окружающего воздуха для получения сжатого воздуха, имеющего повышенное давление, и при достаточно высоком для воспламенения топлива в камере (25) сгорания, работы первого механизма (218) впрыскивания для подачи регулируемого количества топлива в камеру (25) сгорания, работы второго механизма (201) впрыскивания для подачи регулируемого количества жидкости в камеру (25) сгорания, подачи регулируемого количества сжатого воздуха в по меньшей мере одну точку в камере (25) сгорания, отличающийся тем, что количество, давление и температура сжатого воздуха, топлива и негорючей жидкости, впрыскиваемых в камеру (25) сгорания, независимо регулируются так, что впрыскиваемое топливо и существенная часть кислорода, содержащегося в сжатом воздухе, сгорают, и впрыскиваемая жидкость преобразуется в пар; посредством чего при сгорании в камере (25) сгорания с заданной температурой горения формируется рабочая текучая среда, состоящая из смеси несгоревших компонентов сжатого воздуха, продуктов сгорания топлива и пара, по существу не содержащая СО или NO_x.

29. Способ по п. 28, в котором операция работы второго механизма (201) впрыскивания включает впрыскивание регулируемых количеств негорючей жидкости в сжатый воздух перед смешиванием воздуха с топливом.

30. Способ по п. 28, отличающийся тем, что операция подачи сжатого воздуха в камеру (25) сгорания включает подачу около 50% располагаемого сжатого воздуха в первую зону (250) горения в камере (25) сгорания, посредством чего в первой зоне (250) горения формируется пламя, богатое топливом, и подачу оставшегося располагаемого сжатого воздуха в одну или более дополнительных, расположенных дальше зон (252) горения в камере (25) сгорания.

31. Способ по п. 28, дополнительно, отличающийся тем, что операция подачи сжатого воздуха в камеру (25) сгорания включает подачу около 50% сжатого воздуха в первую зону (250) горения в камере сгорания, таким образом, создается богатое топливом пламя в первой зоне горения, подачу около 25% всего располагаемого сжатого воздуха в камеру (25) сгорания во вторую зону (252) горения, расположенную после первой зоны (250) горения, подачу около 12,5% суммарного располагаемого сжатого воздуха в камеру (25) сгорания в третью зону (254) горения, расположенную после второй зоны (252) горения, и подачу остальной части сжатого воздуха в камеру (25) сгорания в четвертую зону (256) горения, расположенную после третьей зоны (254).

32. Способ по п. 31, в котором операция работы второго механизма (201) впрыскивания содержит впрыскивание регулируемых количеств негорючей жидкости в камеру (25) сгорания во множестве точек после четвертой зоны (256) горения.

33. Способ по п. 31, в котором операция работы второго механизма (201) впрыскивания включает впрыскивание регулируемых количеств негорючей жидкости в сжатый воздух перед смешиванием воздуха с топливом.

34. Способ по п. 30, в котором перед смешиванием сжатого воздуха с топливом сжатый воздух нагревается посредством его прохождения через теплообменник для воздействия на него тепла, излучаемого камерой (25) сгорания.

35. Способ по п. 28, в котором перед смешиванием сжатого воздуха с топливом сжатый воздух нагревается посредством его прохождения через теплообменник (63) для воздействия на него тепла, излучаемого камерой (25) сгорания.

36. Способ по п. 28, в котором операция работы второго механизма (201) впрыскивания содержит впрыскивание регулируемых количеств негорючей жидкости в камеру (25) сгорания во множестве точек после точек подачи сжатого воздуха.

37. Способ по п. 28, отличающийся тем, что суммарное количество сжатого воздуха, подаваемого в камеру (25) сгорания, выбрано так, чтобы по меньшей мере около 90% кислорода, содержащегося в располагаемом воздухе, расходовалось при сгорании с топливом.

38. Способ по п. 28, отличающийся тем, что суммарное количество сжатого воздуха и топлива, подаваемых в камеру (25) сгорания, выбрано так, чтобы поддерживать постоянное соотношение топлива и воздуха.