Газопаровая энергетическая установка по Антони циклу

1. Газопаровая энергетическая установка по Антони циклу, содержащая, по крайней мере, одну газотурбинную энергетическую установку, устройства компрессии воздуха которой, по крайне мере часть из них, выполнены в виде устройства компрессии газа, например воздуха, за счет энергии пара, например водяного пара; по крайней мере, один парогенератор, например котел-утилизатор тепла с пароперегревателем, по крайней мере, часть паропроводов, а возможно и газоходов оборудованы запорно-регулирующими клапанами; насосы и другие системы обеспечения паросилового и газотурбинного циклов, включая системы контроля, регулирования, управления и т.п., отличающаяся тем, что в тракте компрессии воздуха газотурбинного двигателя, по крайней мере, в части высокого давления содержит, по крайней мере, одно устройство компрессии газа, например воздуха, за счет энергии пара, возможно водяного, например парогазовый каскадный обменник давлением, включающий корпус, в котором установлен с возможностью вращения ротор, с выполненными по окружности ротора параллельно валу (аксиально), или радиально, или диагонально, либо осерадиально каналами, со стороны впускных и выпускных отверстий каналов к торцам ротора с минимальным зазором, например с возможностью регулирования его величины, также в зазоре могут быть выполнены уплотнения, примыкают стенки корпуса, в которых образованы порты (окна) с возможностью подвода в каналы ротора и отвода из них сжимающего и сжимаемого рабочих тел, парогазовый каскадный обменник давлением интегрирован с газотурбинным двигателем, например таким образом, что рабочее тело низкого давления (сжимаемое рабочее тело), например воздух из компрессора газотурбинного двигателя, подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления, выполненного с одной стороны ротора парогазового каскадного обменника давлением, а с противоположной стороны ротора в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления, например водяного пара или его смеси с воздухом (газом), по крайней мере, в один регенеративный подогреватель конденсата, возможно смесительного типа, при этом, по крайней мере, часть рабочего тела может быть подведена к дополнительной турбине, выпуск из которой и, или выпуск из ступени которой подключен к регенеративному подогревателю конденсата меньшего давления, далее по ходу вращения ротора, например со стороны подвода рабочего тела низкого давления, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления (сжимающего рабочего тела), например водяного пара из котла, возможно из котла-утилизатора, например после пароперегревателя, с противоположной стороны ротора в стенке корпуса, например с некоторым смещением в сторону вращения ротора, выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления, например воздуха, который может быть подключен к системе охлаждения турбины высокого давления и/или к устройству подвода тепла, например в виде, по крайней мере, одной камеры сгорания постоянного объема и/или постоянного давления, выход из которой соединен с газовой турбиной, или с каскадом турбин высокого, например среднего и низкого давления газотурбинного двигателя, и, по крайней мере, с одним котлом-утилизатором, при этом, по крайней мере, один котел-утилизатор может быть выполнен в газовом тракте между турбинами, например, по ходу движения газа, перед турбиной низкого давления, или каскада турбин низкого давления с возможностью отвода водного конденсата из, установленных между и за турбинами сепараторов конденсата, наружу из цикла, а также посредством питательного насоса, по крайней мере, в один регенеративный подогреватель конденсата, и далее, например, после системы водоподготовки (очистки конденсата), посредством насоса, возможно высокого давления - в котел-утилизатор - парогенератор.
2. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что парогазовый каскадный обменник давлением содержит дополнительный порт подвода рабочего тела (продуктов сгорания), выполненный со стороны и перед портом отвода рабочего тела высокого давления, по ходу вращения ротора, либо с обеих сторон ротора, перед портами отвода и подвода рабочего тела высокого давления, либо перед портом подвода рабочего тела высокого давления, при этом дополнительный порт соединен с частью выхода из камеры сгорания, либо с выходом из отдельной камеры сгорания, например высокотемпературной, вход которой соединен с частью порта отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением.
3. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в роторе каскадного обменника давлением выполнены, например вдоль радиуса ротора, несколько рядов каналов, например со смещением каналов в одних рядах относительно каналов в других рядах, при этом стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия (например, с минимальным зазором), при вращении ротора, впускных и выпускных отверстий, по крайней мере, одного из каналов в каждом из рядов каналов ротора, например поочередно.
4. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель содержит, по крайней мере, одну промежуточную камеру сгорания, при этом, например последняя, по ходу движения газа, промежуточная камера сгорания может содержать дополнительный подвод воздуха и/или выпарного газа, подключенный, например к компрессору газотурбинного двигателя и/или к выпуску выпарного газа, например через вентилятор, из регенеративного подогревателя конденсата.
5. Энергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что порт отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением подключен к высокотемпературному теплообменнику-нагревателю, с возможностью подвода тепла к рабочему телу от внешнего источника тепла, например концентратора солнечной энергии, реактора, котла и т.п., а выпуск из нагревателя присоединен к турбине высокого давления напрямую, или через камеру сгорания, при этом газотурбинный двигатель может быть выполнен по замкнутому циклу, в качестве рабочего тела может использоваться газ с подходящими свойствами, например инертный газ.
6. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что парогазовый каскадный обменник давлением, по крайней мере, одна камера сгорания и, по крайней мере, турбина высокого давления, на валу которой может быть выполнен электрогенератор, выделены в отдельный блок (надстройку) высокого давления, при этом турбина низкого, а, возможно, и среднего давления может быть выполнена на валу компрессора газотурбинного двигателя, на котором также может быть установлен электрогенератор.
7. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что вал ротора парогазового каскадного обменника давлением подключен к приводу, например от газотурбинного или электрического двигателя, с возможностью регулирования оборотов ротора и/или ротор выполнен с возможностью самовращения, например посредством специальных сопел, выполненных в отдельных портах подвода рабочего тела в каналы ротора, например также с возможностью регулирования оборотов ротора, при этом корпус парогазового каскадного обменника давлением может быть выполнен герметичным.
8. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит устройство впрыска конденсата (воды) под давлением в воздушный канал, по крайней мере, перед одним парогазовым каскадным обменником давлением, при этом устройство впрыска конденсата (воды) может быть также выполнено в воздушном канале перед компрессором и/или перед ступенями компрессора, по крайней мере перед компрессором газотурбинного двигателя, а впрыскиваемый конденсат (вода) может быть подключен к устройству впрыска конденсата через устройство подвода тепла, например к выпуску конденсата из регенеративного подогревателя конденсата и/или к промежуточному теплообменнику - охладителю сжимаемого воздуха.
9. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит, по крайней мере, один подвод водяного пара, с возможностью регулирования его расхода, по крайней мере, в одну камеру сгорания и/или в газовый тракт, по крайней мере, перед одной турбиной газотурбинного двигателя.
10. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит паровую или смешанную паровоздушную систему охлаждения, по крайней мере, высокотемпературной части газотурбинного двигателя, при этом паровоздушная система охлаждения может быть образована путем впрыска под давлением воды (конденсата) в тракт воздушного охлаждения газотурбинного двигателя.
11. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в газовом тракте после выхода из турбины низкого давления, установлен низкотемпературный котел-утилизатор и/или конденсатор с возможностью отвода, по крайней мере, части конденсата в насос, подключенный к регенеративному подогревателю конденсата.
12. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что выпуск охлаждаемого рабочего тела (продуктов сгорания) из котла-утилизатора подключен к детандеру или к каскаду детандеров, между которыми могут быть выполнены промежуточные сепараторы конденсата, на выходе из, по крайней мере, одного детандера может быть установлено устройство сепарации углекислого газа и его отвода потребителю, а остаточное газообразное рабочее тело может быть подключено к атмосфере, к потребителю холода, либо подведено в качестве охладителя к системе промежуточного охлаждения газа между детандерами и/или к системе промежуточного охлаждения воздуха между устройствами компрессии воздуха.
13. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель выполнен по полузамкнутой схеме, например таким образом, что в части низкого давления, например перед турбиной низкого давления, или перед детандером газоход с потоком продуктов сгорания, например после устройств отвода тепла (котла-утилизатора) и сепарации конденсата, разделен на две части, одна часть присоединена ко входу компрессора газотурбинного двигателя, вход которого также подключен к атмосфере, возможно, что через компрессор наддува, а другая часть газа (продуктов сгорания) подключена к турбине низкого давления и/или к детандеру (ступени детандера).
14. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что выпуск выпарного газа (не сконденсировавшегося рабочего тела) из регенеративного подогревателя конденсата подключен к впуску вентилятора, выпуск которого присоединен к трубопроводу, подключенному к порту подвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением.
15. Энергетическая установка по п. 2, отличающаяся тем, что выпуск выпарного газа (не сконденсировавшегося рабочего тела) из регенеративного подогревателя конденсата присоединен к трубопроводу, подключенному к системе охлаждения, по крайней мере, дополнительного порта и порта отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением, после чего трубопровод с выпарным газом подведен в сопловой аппарат турбины, например турбины среднего давления газотурбинного двигателя.
16. Энергетическая установка по п. 2, отличающаяся тем, что выпуск выпарного газа (не сконденсировавшегося рабочего тела) из регенеративного подогревателя конденсата низкого давления присоединен к трубопроводу, подключенному к сопловому аппарату, например турбины низкого давления газотурбинного двигателя, возможно, через систему охлаждения, например, дополнительного порта и порта отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением.
17. Энергетическая установка по п. 6, отличающаяся тем, что блок высокого давления содержит парогазовый каскадный обменник давлением, порт отвода рабочего тела высокого давления которого подключен к двигателю внутреннего сгорания (поршневому, ротационному и т.п.), на валу которого может быть выполнен электрогенератор, при этом, по ходу движения рабочего тела, перед турбиной среднего давления газотурбинного двигателя может быть выполнена дополнительная камера сгорания постоянного давления.
18. Энергетическая установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в стенках корпуса каскадного обменника давлением напротив каналов в роторе, с противоположной стороны совмещенных полностью или частично с окнами, соединенными с перепускными (массообменными) каналами, с возможностью повышения давления в этих каналах ротора, а возможно и, частично, напротив порта подвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением, выполнены форсунки с возможностью впрыска в каналы ротора под давлением охлаждающей жидкости (воды), подключенные через насос (насосы), например к регенеративному подогревателю конденсата.
19. Энергетическая установка по п. 5, отличающаяся тем, что используется в составе компрессорной установки, при этом отвод из порта отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением разделен на две части, одна из которых подключена к высокотемпературному теплообменнику-нагревателю, а другая часть отвода подключена к потребителю сжатого газа.