ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ДЕТОНАЦИОННЫЙ ТУРБОАГРЕГАТ И УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)
ELECTRIC DETONATION TURBINE UNIT AND UNIVERSAL COMBINED-CYCLE PLANT (EMBODIMENTS)

Группа изобретений относится к области тепловой электроэнергетики и представляет собой электроэнергетический детонационный турбоагрегат, электрическая нагрузка которого МГД генератор и синхронный генератор переменного тока, и варианты, исполнения которого могут применяться в составе отдельных ГТУ (газотурбинная установка), или ГТУ в составе отопительных котельных, или в составе ПГУ (парогазовая установка) ТЭС (тепловая электростанция) любых известных конструкций. А применение такого электроэнергетического детонационного турбоагрегата в составе универсальной парогазовой установки, позволяет работать универсально на комбинированном топливе - природный газ плюс каменный уголь и/или смесь любых других органических видов топлива, пригодного для высокотемпературного крекинга, очищенная газовая фаза после которого, подается в основную систему подачи топлива, с повышением единичной мощности оборудования ТЭС до 1200-1600 МВт и увеличением общего КПД универсальной парогазовой установки до ~ 60-80%, а также значительным улучшением экологической обстановки в окружающей среде по сравнению с пылеугольными тепловыми электростанциями и улучшенными возможностями электроэнергетических режимов работы ТЭС.
Из существующего уровня техники известна газовая турбина (фр. turbine от лат. turbo - вихрь, вращение) - это лопаточная машина, в ступенях которой энергия сжатого и/или нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Основными элементами конструкции являются ротор (рабочие лопатки, закрепленные на дисках) и статор, именуемый сопловым аппаратом (направляющие лопатки, закрепленные в корпусе). Газовые турбины используются в составе газотурбинных двигателей, стационарных газотурбинных установок (ГТУ) и парогазовых установок (ПГУ). Применение МГД генераторов после газовой турбины в составе ГТУ и/или ПГУ, которые могут повышать общий КПД еще на 10-20%, ограничено из-за низкой термической ионизации газов на выходе газовой турбины и необходимости применения дополнительных ионизирующих присадок (в соответствии с Л[4, 5]).
Также из существующего уровня техники известна парогазовая установка - электрогенерирующая станция, служащая для производства электроэнергии. Парогазовая установка состоит из двух отдельных блоков: паросилового и газотурбинного. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Отличается от паросиловых и газотурбинных установок повышенным КПД, который составляет ~ 58-64%, например для сравнения, у работающих отдельно паросиловых установок КПД обычно находится в пределах 33-45%, в стандартных газотурбинных установках КПД составляет ~ 28-42%. Недостатки современной парогазовой установки: низкая единичная мощность оборудования (160-972 МВт на 1 блок), в то время как современные ТЭС имеют мощность блока до 1200 МВт, а АЭС 1200-1600 МВт, необходимость осуществлять фильтрацию воздуха, используемого для сжигания топлива, ограничения на типы используемого топлива - как правило в качестве основного топлива используется природный газ, а резервного - мазут и применение угля в качестве топлива абсолютно исключено, а также ограничение на применение МГД генераторов на выходе газовой турбины, которые могут повышать общий КПД всей ПГУ еще на 10-20% из-за низкой термической ионизации газов после газовой турбины (в соответствии с Л[4, 5, 6, 7]).
Также известно, что двигатели внутреннего сгорания, использующие «быстрое» детонационное горение намного эффективнее существующих двигателей внутреннего сгорания, использующих «медленное» обычное горение топлива (в соответствии с Л[1, 2, 3]).
Также из существующего уровня техники известен патент на полезную модель RU 164690 от 22.03.2016 (автор Криштоп Анатолий Михайлович (RU), в котором описано «Маятниково-шиберное устройство реактивного детонационного горения» (далее - МШУРДГ), характеризующееся тем, что включает в себя систему подачи воздуха, использующую, как минимум один источник предварительно сжатого воздуха, систему подачи топлива, использующую, как минимум, один вид топлива, и систему детонационного горения, состоящую из динамичной камеры газогенерации, керамической камеры сгорания, с, как минимум, двумя отдельными устройствами запуска процесса детонационного горения, работающими, как минимум, от основной топливной системы, выходного сопла и маятникового керамического шибера, расположенного внутри системы детонационного горения, ось которого имеет возможность фиксации его в среднем положении, для разделения системы детонационного горения в продольном сечении на две равные симметричные незапертые области в нерабочем режиме, и возможность ограниченных поворотов в крайние положения керамического шибера в рабочем режиме, для разделения системы детонационного горения в продольном сечении на две поочередно динамично запираемые в противофазе области системы детонационного горения, одна из которых открыта со стороны подачи топливовоздушной смеси и заперта в сторону выходного сопла, а другая в противофазе, заперта со стороны подачи топливно-воздушной смеси и открыта в сторону выходного сопла, а также включает в себя как минимум одно стартерное устройство, которое имеет возможность ограниченно поворачивать ось маятникового керамического шибера в его крайние положения, а также фиксировать ось маятникового керамического шибера в его среднем положении. В этом же патенте, на полезную модель RU 164690 описаны различные варианты исполнения МШУРДГ и в одном из вариантов исполнения МШУРДГ выходное сопло содержит МГД генератор, а другом варианте исполнения МШУРДГ выходное сопло содержит дополнительное устройство для крекинга органического топлива и дополнительное устройство подачи газовой фазы, переработанного крекингом органического топлива в основную систему подачи топлива.
Однако в настоящее время из уровня техники не известен электроэнергетический турбоагрегат, в составе которого синхронный генератор переменного тока с приводом от реактивной газовой турбины, которая содержит устройства реактивного детонационного горения, работающие на комбинированном топливе - природный газ плюс газовая фаза, переработанного крекингом органического топлива, и выходные сопла, которых содержат МГД генераторы, а высокотемпературная струя продуктов реактивного детонационного горения из выходного сопла которых, используется для технологического нагрева дополнительных устройств, для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную систему подачи топлива, а общая электрическая мощность электроэнергетического турбоагрегата определяется суммой мощностей синхронного генератора переменного тока и всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения.
Однако в настоящее время не известна также универсальная парогазовая установка, состоящая из двух отдельных блоков: стандартного паросилового и газотурбинного, содержащего электроэнергетический турбоагрегат, в составе которого синхронный генератор переменного тока с приводом от реактивной газовой турбины, которая содержит устройства реактивного детонационного горения, работающие на комбинированном топливе - природный газ плюс газовая фаза, переработанного крекингом органического топлива, и выходные сопла, которых содержат МГД генераторы, а высокотемпературная струя продуктов реактивного детонационного горения из выходного сопла которых, используется для технологического нагрева дополнительных устройств для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную систему подачи топлива, а общая электрическая мощность электроэнергетического турбоагрегата определяется суммой мощностей синхронного генератора переменного тока и всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения, что позволяет комплексно двум отдельным блокам: стандартному паросиловому и газотурбинному универсальной парогазовой установки работать на комбинированном универсальном топливе - природный газ плюс каменный уголь и/или смесь любых других органических видов топлива, пригодного для высокотемпературного крекинга, очищенная газовая фаза после которого, подается в основную систему подачи топлива, от которой работают также и котлы стандартного паросилового блока, с повышением единичной мощности оборудования ТЭС до 1200-1600 МВт и увеличением общего КПД универсальной парогазовой установки до ~ 60-80%, а также значительным улучшением экологической обстановки в окружающей среде по сравнению с пылеугольными тепловыми электростанциями и улучшенными возможностями электроэнергетических режимов работы ТЭС.
Таким образом, остается актуальной задача создания электроэнергетического детонационного турбоагрегата, в составе которого синхронный генератор переменного тока с приводом от реактивной газовой турбины, которая содержит устройства реактивного детонационного горения, работающие на комбинированном топливе - природный газ плюс газовая фаза, переработанного крекингом органического топлива, и выходные сопла, которых содержат МГД генераторы, а высокотемпературная струя продуктов реактивного детонационного горения из выходного сопла которых, используется для технологического нагрева дополнительных устройств, для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную систему подачи топлива, а общая электрическая мощность электроэнергетического турбоагрегата определяется суммой мощностей синхронного генератора переменного тока и всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения.
Таким образом, остается также актуальной задача создания универсальной парогазовой установки, состоящей из двух отдельных блоков: стандартного паросилового и газотурбинного, содержащего электроэнергетический турбоагрегат, в составе которого синхронный генератор переменного тока с приводом от реактивной газовой турбины, которая содержит устройства реактивного детонационного горения, работающие на комбинированном топливе - природный газ плюс газовая фаза, переработанного крекингом органического топлива, и выходные сопла, которых содержат МГД генераторы, а высокотемпературная струя продуктов реактивного детонационного горения из выходного сопла которых, используется для технологического нагрева дополнительных устройств для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную систему подачи топлива, а общая электрическая мощность электроэнергетического турбоагрегата определяется суммой мощностей синхронного генератора переменного тока и всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения, что позволяет комплексно двум отдельным блокам: стандартному паросиловому и газотурбинному универсальной парогазовой установки работать на комбинированном универсальном топливе - природный газ плюс каменный уголь и/или смесь любых других органических видов топлива, пригодного для высокотемпературного крекинга, очищенная газовая фаза после которого, подается в основную систему подачи топлива, от которой работают также и котлы стандартного паросилового блока, с повышением единичной мощности оборудования ТЭС до 1200-1600 МВт и увеличением общего КПД универсальной парогазовой установки до ~ 60-80%, а также значительным улучшением экологической обстановки в окружающей среде по сравнению с пылеугольными тепловыми электростанциями и улучшенными возможностями электроэнергетических режимов работы ТЭС.
Задачей достижения технического результата, на который направлена заявленная группа изобретений, является создание электроэнергетического детонационного турбоагрегата, в составе которого синхронный генератор переменного тока с приводом от реактивной газовой турбины, которая содержит устройства реактивного детонационного горения, работающие на комбинированном топливе - природный газ плюс газовая фаза, переработанного крекингом органического топлива, и выходные сопла, которых содержат МГД генераторы, а высокотемпературная струя продуктов реактивного детонационного горения из выходного сопла, которых, используется для технологического нагрева дополнительных устройств для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную систему подачи топлива, а общая электрическая мощность электроэнергетического турбоагрегата определяется суммой мощностей синхронного генератора переменного тока и всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения, а также создание универсальной парогазовой установки, состоящей из двух отдельных блоков: стандартного паросилового и газотурбинного, содержащего электроэнергетический турбоагрегат, в составе которого синхронный генератор переменного тока с приводом от реактивной газовой турбины, которая содержит устройства реактивного детонационного горения, работающие на комбинированном топливе - природный газ плюс газовая фаза, переработанного крекингом органического топлива, и выходные сопла, которых содержат МГД генераторы, а высокотемпературная струя продуктов реактивного детонационного горения из выходного сопла которых, используется для технологического нагрева дополнительных устройств, для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную систему подачи топлива, а общая электрическая мощность электроэнергетического турбоагрегата определяется суммой мощностей синхронного генератора переменного тока и всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения, что позволяет комплексно двум отдельным блокам: стандартному паросиловому и газотурбинному универсальной парогазовой установки работать на комбинированном универсальном топливе - природный газ плюс каменный уголь и/или смесь любых других органических видов топлива, пригодного для высокотемпературного крекинга, очищенная газовая фаза после которого, подается в основную систему подачи топлива, от которой работают также и котлы стандартного паросилового блока, с повышением единичной мощности оборудования ТЭС до 1200-1600 МВт и увеличением общего КПД универсальной парогазовой установки до ~ 60-80%, а также значительным улучшением экологической обстановки в окружающей среде по сравнению с пылеугольными тепловыми электростанциями и улучшенными возможностями электроэнергетических режимов работы ТЭС.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен электроэнергетический детонационный турбоагрегат, характеризующийся тем, что содержит в своем составе синхронный генератор переменного тока, на выходном валу которого установлено, как минимум, одно реактивное турбинное колесо, по краям которого противоположно расположены, как минимум, два противоположно направленных маятниково-шиберных устройства реактивного детонационного горения, каждое из которых включает в себя систему подачи воздуха, использующую сверхзвуковой воздухозаборник в качестве источника предварительно сжатого воздуха, систему подачи топлива, использующую, как минимум, один вид топлива, и систему детонационного горения, состоящую из динамичной камеры газогенерации, керамической камеры сгорания, с, как минимум, двумя отдельными устройствами запуска процесса детонационного горения, работающими, как минимум, от основной топливной системы, выходного сопла, содержащего МГД генератор, и маятникового керамического шибера, расположенного внутри системы детонационного горения, ось которого имеет возможность фиксации его в среднем положении, для разделения системы детонационного горения в продольном сечении на две равные симметричные незапертые области в нерабочем режиме, и возможность ограниченных поворотов в крайние положения керамического шибера в рабочем режиме, для разделения системы детонационного горения в продольном сечении на две поочередно динамично запираемые в противофазе области системы детонационного горения, одна из которых открыта со стороны подачи топливовоздушной смеси и заперта в сторону выходного сопла, а другая в противофазе, заперта со стороны подачи топливно-воздушной смеси и открыта в сторону выходного сопла, а также включает в себя как минимум одно стартерное устройство, которое имеет возможность ограниченно поворачивать ось маятникового керамического шибера в его крайние положения, а также фиксировать ось маятникового керамического шибера в его среднем положении, а также содержит в своем составе дополнительное устройство, которое установлено в зоне действия высокотемпературных струй продуктов реактивного детонационного горения из выходных сопел маятниково-шиберных устройств реактивного детонационного горения, и которое предназначено для высокотемпературного крекинга каменного угля и/или смеси любых других органических видов топлива, пригодного для высокотемпературного крекинга, очищенная газовая фаза после которого, подается в основную систему подачи топлива.
Другим отличием заявляемого устройства является то, что сверхзвуковой воздухозаборник имеет возможность регулирования.
Следующим отличием заявляемого устройства является то, что сверхзвуковой воздухозаборник не имеет возможности регулирования.
Следующим отличием заявляемого устройства является то, что синхронный генератор переменного тока имеет возможность включения в работу в двигательном режиме.
Следующим отличием заявляемого устройства является то, что синхронный генератор переменного тока, не имеет возможности включения в работу в двигательном режиме и на выходном валу которого установлен дополнительный разгонный электродвигатель.
Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложена универсальная парогазовая установка, характеризующийся тем, что состоит из двух отдельных блоков стандартного паросилового, содержащего универсальный паровой котел - утилизатор с газовыми горелками, работающими от основной системы подачи топлива, паровую турбину, конденсатор, насос и электрический генератор, установленный на валу паровой турбины, и газотурбинного, содержащего, как минимум, один электроэнергетический детонационный турбоагрегат, который содержит в своем составе синхронный генератор переменного тока, на выходном валу которого установлено, как минимум, одно реактивное турбинное колесо, по краям которого противоположно расположены, как минимум, два противоположно направленных маятниково-шиберных устройства реактивного детонационного горения, выходные сопла которых, содержат МГД генераторы, а также содержат в своем составе дополнительные устройства, которые установлены в зоне действия высокотемпературных струй продуктов реактивного детонационного горения из выходных сопел маятниково-шиберных устройств реактивного детонационного горения, и которые предназначены для высокотемпературного крекинга каменного угля и/или смеси любых других органических видов топлива, пригодного для высокотемпературного крекинга, очищенная газовая фаза после которого, подается в основную систему подачи топлива обеих блоков: стандартного паросилового и газотурбинного с электроэнергетическим детонационным турбоагрегатом, и общая электрическая мощность универсальной парогазовой установки определяется суммой мощностей всех синхронных генераторов переменного тока стандартного паросилового и газотурбинного блоков, а также всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения электроэнергетического детонационного турбоагрегата газотурбинного блока.
Сущность группы изобретений поясняется чертежами Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3.
На чертеже Фиг. 1 представлена копия эскиза из опубликованного патента на полезную модель RU 164690 от 22.03.2016 (автор Криштоп Анатолий Михайлович (RU), в котором представлена сущность, опубликованной полезной модели, которая наглядно поясняется чертежами Фиг. 1(а), (b), (с) на примере варианта маятниково-шиберного устройства реактивного детонационного горения, в котором подвижный маятниковый керамический шибер работает с минимальным зазором без трения между торцевыми поверхностями керамической камеры сгорания без уплотнений, форма продольного сечения системы детонационного горения выполнена профилированной, а маятниковый керамический шибер выполнен несимметричным относительно своей оси поворотов и на чертеже Фиг. 1(а) полезная модель, которая может быть использована в конструкции дозвукового прямоточного реактивного двигателя, содержит дозвуковой воздухозаборник системы подачи воздуха 2, топливную систему с выходной форсункой 1, динамичную камеру газогенерации 4, разделенную профилем сужения 3 на секторы (А1, А2, В1, В2), керамическую камеру сгорания 7 с секторами (С1, С2, D1, D2) и с двумя отдельными устройствами запуска процесса детонационного горения 9 и 10, выходное сопло 11 и маятниковый керамический шибер 12, жестко закрепленный на своей оси 5, подключенной к стартерному устройству, например, в виде электродвигателя постоянного тока с ограничителями поворота ротора и фиксатором среднего нейтрального положения (на чертеже не показаны).
Работа маятниково-шиберного устройства реактивного детонационного горения по схемам Фиг. 1(а), (b), (с) осуществляется следующим образом.
Перед непосредственным началом работы маятниково-шиберного устройства реактивного детонационного горения система подачи воздуха формирует предварительно сжатый воздух на выходе воздухозаборника 2, а система подачи топлива с топливной форсункой 1 формирует топливовоздушную смесь при определенной степени ее предварительного сжатия (до начала рабочего цикла) на входе динамичной камеры газогенерации 4 секторы (А1, В1)„ где в области сужения профиля 3 при увеличении давления формируются продукты газогенерации в секторах (А2, В2), при фиксированном среднем положении подвижного маятникового керамического шибера 12, разделяющего симметрично систему детонационного горения в продольном сечении на две равные незапертые области 6 с секторами (А2, С1, С2) и 8 с секторами (В2, D1, D2) на схеме Фиг. 1(а) - нерабочий режим.
Непосредственный запуск работы, маятниково-шиберного устройства реактивного детонационного горения начинается при работе стартерного устройства, которое поворачивая в одну из сторон подвижный маятниковый керамический шибер 12 образует динамично запираемые противофазные области системы детонационного горения, и на примере схемы Фиг. 1(b) - рабочий режим, первую по ходу движения воздушно-топливной смеси динамично запертую область (А1, В1, А2, С1) системы детонационного горения, которая в начале хода движения воздушно-топливной смеси формирует предварительное ее сжатие в зоне сужения (А1, В1) динамичной камеры газогенерации 5 и дополнительное сжатие продуктов газогенерации при торможении потока в зоне сужения области (А2, С1) с максимальным увеличением температуры и давления продуктов газогенерации у соответствующего устройства запуска процесса детонационного горения 10 керамической камеры сгорания 7, которое инициирует детонационную волну, например в детонационной трубке электрическим разрядом необходимой для этого мощности с последующим общим «детонационным взрывом» паров рабочей топливовоздушной смеси в запертой области (А2, С1) (неизменного объема) на время начала «детонационного взрыва», что приводит под действием детонационной волны к быстрому повороту подвижного маятникового керамического шибера 12 в противоположную сторону с образованием уже двух других запертых областей системы детонационного горения: область (А2, С1, С2, D2, выходное сопло 11) после произведенного «детонационного взрыва», которая обеспечивает эффективную реактивную тягу сверхзвукового выхода продуктов детонационного горения топливовоздушной смеси с использованием боковой поверхности маятникового керамического шибера 12 в качестве «тяговой стенки» на схеме Фиг. 1(с) - рабочий режим, а при этом с противоположной стороны боковой поверхности маятникового керамического шибера 12 образуется новая первая по ходу движения обновляемой топливовоздушной смеси запертая область (А1, В1, В2, D1) системы детонационного горения со своим устройством запуска процесса детонационного горения 9 и процесс «детонационного взрыва» повторяется аналогично вышеописанному процессу в запертой области (А1, В1, А2, С1) системы детонационного горения на схеме Фиг. 1(b), а далее процесс детонационного горения переходит в автоколебательный режим с последующим отключением стартерного устройства и устройств запуска процесса детонационного горения 9 и 10 при достижении режима «белого каления» керамической камеры сгорания 7, доведенной до температуры стенки в 1300-1500°С с эффектом калильного зажигания для паров рабочей топливовоздушной смеси, что позволяет весьма эффективно и полноценно сжигать очень бедную рабочую топливовоздушной смесь при значительном и гарантированном коэффициенте избытка воздуха.
Другой вариант, исполнения маятниково-шиберного устройства реактивного детонационного горения, изображен на чертеже Фиг. 2(d)„ и отличается от варианта исполнения по чертежу Фиг. 1 тем, что вместо дозвукового воздухозаборника 2 системы подачи воздуха используется вариант регулируемого или нерегулируемого сверхзвукового воздухозаборника 16, с «конусом» 13, в качестве источника предварительно сжатого воздуха в системе подачи воздуха, выходное сопло 11 дополнительно содержит МГД генератор 14, а в зоне действия высокотемпературной струи продуктов реактивного детонационного горения из выходного сопла 11 установлено дополнительное устройство 15 для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную топливную систему с выходной форсункой 1.
Алгоритм работы варианта, исполнения маятниково-шиберного устройства реактивного детонационного горения, изображенного на чертеже Фиг. 2(d) аналогичен описанному по чертежу Фиг. 1, с той лишь разницей, что давление предварительно сжатого воздуха в системе подачи воздуха формирует сверхзвуковой воздухозаборник 16, с «конусом» 13, а сверхзвуковое истечение высокотемпературной струи продуктов реактивного детонационного горения в выходном сопле 11 формирует условия для образования электропроводной низкотемпературной плазмы и эффективной работы МГД генератора 14 (в соответствии с Л[4, 5]), а тепловая энергия высокотемпературной струи продуктов реактивного детонационного горения после выходного сопла 11 обеспечивает эффективную работу дополнительного устройства 15 для крекинга органического топлива (в соответствии с Л[8, 9]), после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную топливную систему с выходной форсункой 1.
Вариант, исполнения маятниково-шиберного устройства реактивного детонационного горения, изображенного на чертеже Фиг. 2(d), может быть использован в конструкциях электроэнергетического детонационного турбоагрегата, функциональная схема которого представлена на чертеже Фиг. 2(е), и который содержит в своем составе синхронный генератор переменного тока 21, например, не имеющий возможность включения в работу в двигательном режиме (например, по условиям завода изготовителя) и поэтому к его выходному валу подключен дополнительный разгонный электродвигатель 20, а с другой стороны на выходном валу которого установлено, например, одно реактивное турбинное колесо 22 (вид сверху на чертеже Фиг. 2(f)), конструктивный диаметр которого, например, более четырех метров, и по краям которого противоположно расположены, например, четыре противоположно направленных маятниково-шиберных устройства реактивного детонационного горения 17, направление вектора тяги 19 от струй продуктов реактивного детонационного горения из выходных сопел 11, тепловая энергия которых обеспечивает также эффективную работу дополнительного устройства 15 для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную топливную систему, а для обеспечения эффективной работы маятниково-шиберных устройства реактивного детонационного горения 17 подвод свежего воздуха организован снизу в соответствии с направлением вектора 18.
Работа электроэнергетического детонационного турбоагрегата по функциональной схеме Фиг. 2(е) осуществляется следующим образом.
Перед непосредственным началом работы электроэнергетического детонационного турбоагрегата, по команде оператора, включается дополнительный разгонный электродвигатель 20, который раскручивает вал синхронного генератора переменного тока 21 вместе с реактивным турбинным колесом 22 до подсинхронной скорости около 3000 об/мин, что обеспечивает сверхзвуковую скорость набегающего потока воздуха на вход сверхзвукового воздухозаборника 16, маятниково-шиберного устройства реактивного детонационного горения 17, изображенного на чертеже Фиг. 2(d). Далее по команде оператора включаются в работу маятниково-шиберные устройства реактивного детонационного горения 17, алгоритм работы которых аналогичен, описанному по схеме Фиг. 1, и синхронный генератор переменного тока 21 включается под электрическую нагрузку, величину которой определяет момент на валу реактивного турбинного колеса 22, а разгонный электродвигатель 20 отключается. При этом в выходном сопле маятниково-шиберного устройства реактивного детонационного горения 17, содержащем МГД генератор 14, струя продуктов реактивного детонационного горения со сверхзвуковыми детонационными волнами, фотоионизацией и температурой около 2500°С (в соответствии с Л[1, 2, 3]) формируют электропроводную низкотемпературную плазму, обеспечивающую эффективную работу МГД генератора 14 (в соответствии с Л[4, 5, 6, 7]), который включается под нагрузку по команде оператора. При этом, тепловая энергия высокотемпературной струи продуктов реактивного детонационного горения после выходного сопла 11 обеспечивает эффективную работу дополнительного устройства 15 для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную топливную систему.
Для варианта исполнения, когда синхронный генератор переменного тока имеет возможность включения в работу в двигательном режиме разгонный электродвигатель 20 не требуется. Использование регулируемых сверхзвуковых воздухозаборников в маятниково-шиберных устройствах реактивного детонационного горения позволяет осуществить наиболее оптимальную настройку работы этих устройств.
Таким образом, различные варианты исполнения описанного электроэнергетического детонационного турбоагрегата могут использоваться как в простых схемах ГТУ, так и в сложных схемах ПГУ, когда в составе газотурбинного блока ПГУ используется электроэнергетический детонационный турбоагрегат, в составе которого синхронный генератор переменного тока с приводом от реактивной газовой турбины, которая содержит устройства реактивного детонационного горения, работающие на комбинированном топливе - природный газ плюс газовая фаза, переработанного крекингом органического топлива, и выходные сопла, которых содержат МГД генераторы, а высокотемпературная струя продуктов реактивного детонационного горения из выходного сопла которых, используется для технологического нагрева дополнительных устройств для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную систему подачи топлива, а общая электрическая мощность электроэнергетического турбоагрегата определяется суммой мощностей синхронного генератора переменного тока и всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения.
На чертеже Фиг. 3 представлена функциональная схема универсальной парогазовой установки, состоящей из двух отдельных блоков: стандартного паросилового блока 26 с дымовой трубой 34, с паровой турбиной 28, конденсатором 30, насосом 33 и установленным на валу паровой турбины электрическим генератором 29 и с универсальным паровым котлом - утилизатором 27, содержащим также газовые горелки 32, работающие от основной системы подачи топлива 31 для повышения единичной мощности оборудования ТЭС до 1200-1600 МВт, и газотурбинного блока 25, содержащего, например, один электроэнергетический детонационный турбоагрегат, установленный на опорных подшипниковых узлах 23 и 24, и который содержит в своем составе синхронный генератор переменного тока 21, на выходном валу которого установлено, например, одно реактивное турбинное колесо 22, по краям которого противоположно расположены, например, два противоположно направленных маятниково-шиберных устройства реактивного детонационного горения 17, свежий воздух для работы которых подводится по каналам 18, выходные сопла которых, содержат МГД генераторы (на чертеже не показаны), а также содержат в своем составе дополнительные устройства 15, которые установлены в зоне действия 19 высокотемпературных струй продуктов реактивного детонационного горения из выходных сопел маятниково-шиберных устройств реактивного детонационного горения, и которые предназначены для высокотемпературного крекинга каменного угля и/или смеси любых других органических видов топлива, пригодного для высокотемпературного крекинга, очищенная газовая фаза после которого, подается в основную систему подачи топлива (на чертеже не показано) обеих блоков: стандартного паро-силового с универсальным паровым котлом - утилизатором 27, содержащим также газовые горелки 32, работающие от основной системы подачи топлива 31 для повышения единичной мощности оборудования ГЭС до 1200-1600 МВт, и газотурбинного с электроэнергетическим детонационным турбоагрегатом, и общая электрическая мощность универсальной парогазовой установки определяется суммой мощностей всех электрических генераторов переменного тока стандартного паросилового и газотурбинного блоков, а также всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения электроэнергетического детонационного турбоагрегата газотурбинного блока.
Работа универсальной парогазовой установки по функциональной схеме Фиг. 3 осуществляется следующим образом.
Перед непосредственным началом работы универсальной парогазовой установки, по команде оператора включается в работу газотурбинный блок 25, содержащий электроэнергетический детонационный турбоагрегат, алгоритм работы которого описан по схеме Фиг. 2, с включением под электрическую нагрузку синхронного генератора переменного тока 21 и МГД генераторов (на чертеже не показаны), а также запуском в работу от тепловой энергии высокотемпературной струи продуктов реактивного детонационного горения дополнительного устройства 15 для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную топливную систему 31. Затем по команде оператора включается в работу универсальный паровой котел - утилизатор 27, сначала в режиме утилизации тепловой энергии высокотемпературной струи продуктов реактивного детонационного горения при работе газотурбинного блока 25 и электрическая нагрузка электрического генератора 29 может достигать, например, 50% его номинальной мощности, Затем по команде оператора на универсальном паровом котле - утилизаторе 27 включаются в работу газовые горелки 32, работающими от основной системы подачи топлива 31, в которую подается очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива от дополнительных устройств 15 в составе газотурбинного блока 25 с увеличением мощности стандартного паросилового блока 26 до номинального значения в 100%. Если в соответствии с графиком нагрузки, необходимо нести общую нагрузку универсальной парогазовой установки ниже номинального значения в 100%, то отключаются из работы газовые горелки 32, работающие от основной системы подачи топлива 31, а очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива от дополнительных устройств 15 закачивается в резервные резервуары (на чертеже не показаны) для последующего использования в часы максимума нагрузки и это значительно повышает общую возможность улучшения регулирования электроэнергетических режимов работы универсальной парогазовой установки ТЭС.
Таким образом, использование группы изобретений - электроэнергетического детонационного турбоагрегата в составе универсальной парогазовой установки, позволяет работать ТЭС универсально комбинированном топливе - природный газ плюс каменный уголь и/или смесь любых других органических видов топлива, пригодного для высокотемпературного крекинга, очищенная газовая фаза после которого, подается в основную систему подачи топлива, с повышением единичной мощности оборудования ТЭС до 1200-1600 МВт и увеличением общего КПД универсальной парогазовой установки до ~ 60-80% с использованием МГД генераторов, а также значительным улучшением экологической обстановки в окружающей среде по сравнению с пылеугольными тепловыми электростанциями и улучшенными возможностями электроэнергетических режимов работы ГЭС.
Благодаря вышеперечисленному в группе изобретений достигается технический результат, заключающийся в создании электроэнергетического детонационного турбоагрегата, в составе которого синхронный генератор переменного тока с приводом от реактивной газовой турбины, которая содержит устройства реактивного детонационного горения, работающие на комбинированном топливе - природный газ плюс газовая фаза, переработанного крекингом органического топлива, и выходные сопла, которых содержат МГД генераторы, а высокотемпературная струя продуктов реактивного детонационного горения из выходного сопла которых, используется для технологического нагрева дополнительных устройств для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную систему подачи топлива, а общая электрическая мощность электроэнергетического турбоагрегата определяется суммой мощностей синхронного генератора переменного тока и всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения, а также создании универсальной парогазовой установки, состоящей из двух отдельных блоков: стандартного паросилового и газотурбинного, содержащего электроэнергетический турбоагрегат, в составе которого синхронный генератор переменного тока с приводом от реактивной газовой турбины, которая содержит устройства реактивного детонационного горения, работающие на комбинированном топливе - природный газ плюс газовая фаза, переработанного крекингом органического топлива, и выходные сопла, которых содержат МГД генераторы, а высокотемпературная струя продуктов реактивного детонационного горения из выходного сопла которых, используется для технологического нагрева дополнительных устройств, для крекинга органического топлива, после которого очищенная газовая фаза переработанного крекингом органического топлива подается в основную систему подачи топлива, а общая электрическая мощность электроэнергетического турбоагрегата определяется суммой мощностей синхронного генератора переменного тока и всех МГД генераторов в составе всех устройств реактивного детонационного горения, что позволяет комплексно двум отдельным блокам: стандартному паросиловому и газотурбинному универсальной парогазовой установки работать на комбинированном универсальном топливе - природный газ плюс каменный уголь и/или смесь любых других органических видов топлива, пригодного для высокотемпературного крекинга, очищенная газовая фаза после которого, подается в основную систему подачи топлива, от которой работают также и котлы стандартного паросилового блока, с повышением единичной мощности оборудования ТЭС до 1200-1600 МВт и увеличением общего КПД универсальной парогазовой установки до ~ 60-80%, а также значительным улучшением экологической обстановки в окружающей среде по сравнению с пылеугольными тепловыми электростанциями и улучшенными возможностями электроэнергетических режимов работы ТЭС.
Список литературы
1. А.А. Васильев. Особенности применения детонации в двигательных установках, с. 129, 141-145.
2. Ф.А. Быковский и др. Инициирование детонации в потоках водородно-воздушных смесей, с. 521-539 / Импульсные Детонационные Двигатели. Под редакцией д.ф.м.н. С.М. Фролова. ТОРУС-ПРЕСС, М., 2006).
3. В.А. Левин и др. Инициирование газовой детонации электрическими разрядами / Импульсные Детонационные Двигатели. Под редакцией д.ф.м.н. С.М. Фролова. ТОРУС-ПРЕСС, 2006, М., с. 235-254.
4. Тамоян Г.С. Учебное пособие по курсу "Специальные электрические машины" - МГД-машины и устройства.
5. Каулинг Т. Магнитная гидродинамика. М.: Изд-во МИР, 1964. 80 с.
6. Зысин В.А., Комбинированные парогазовые установки и циклы, М. - Л., 1962.
7. Зысин Л.В., Парогазовые и газотурбинные тепловые электростанции: учебное пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. - 368 с.
8. Русьянова Н.Д. Углехимия. М.: Наука, с.
9. Липович В.Г., Калабин Г.А., Калечиц И.В. Химия и переработка угля. М.: Химия, с.