ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F02C6/18 

Изобретение относится к производству тепловой и электрической энергии, а более конкретно к производству тепловой и электрической энергии на базе установок, работающих по бинарному циклу при комбинированном использовании газотурбинных установок.

Известны парогазовые установки с раздельными рабочими телами на базе бинарного цикла. Такие парогазовые установки содержат в своем составе газотурбинную установку, состоящую из воздушного компрессора, газовой турбины и генератора, размещенных на одном валу, и паротурбинной установки, состоящей из паровой турбины и генератора, размещенных на одном валу, оснащенную системой регенерации.

Общим элементом газотурбинной и паротурбинной установок является высоконапорный парогенератор, который производит пар для паротурбинной установки на тепле продуктов сгорания, образующихся при сжигании топлива в среде сжатого воздуха, поданного из компрессора газотурбинной установки в камеру сгорания высоконапорного парогенератора. После высоконапорного парогенератора продукты сгорания, находящиеся под давлением и имеющие высокую температуру, направляются в газовую турбину для выработки электрической мощности [1,2]
Основным недостатком таких парогазовых установок является сложность изготовления и эксплуатации высоконапорного парогенератора при параметрах давления и температуры продуктов сгорания перед газовой турбиной у современных газотурбинных установок до 30-40 ата и 1100-1300^oС соответственно.

Известна парогазовая установка утилизационного типа, которая включает в себя газотурбинную установку, состоящую компрессора, газовой турбины и генератора, расположенных на одном валу, камеру сгорания, размещенную между компрессором и газовой турбиной, а также паротурбинную установку, состоящую из компрессора, газовой турбины и генератора, расположенных на одном валу, камеру сгорания, размещенную между компрессором и газовой турбиной, а также паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины и генератора, расположенных на одном валу, системы регенерации, конденсатора, конденсатных и питательных насосов, деаэратора и трубопроводов конденсата, питательной воды и пара, котелутилизатор, расположенный на газоходе за газовой турбиной, который по воде и пару трубопроводами связан с паротурбинной установкой [3]
Основным недостатком такой установки является то, что температура продуктов сгорания за газовой турбиной у современных газотурбинных установок на уровне 460-520^oС, что ниже температуры пара для традиционных паротурбинных установок, составляющей 535-565^oС, что приводит к необходимости снижения температуры пара в ущерб экономичности паротурбинной установки и всей парогазовой установки в целом.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка, повышение термодинамической эффективности производства электроэнергии и перевод существующих паросиловых энергетических установок в парогазовые, имеющих более высокие технико-экономические показатели, с минимальным объемом реконструкции и минимальным количеством заменяемого оборудования.

Это достигается тем, что газоход, соединяющий выхлоп газотурбинной установки и входное устройство котла-утилизатора, оснащен байпасным газопроводом с установленным на нем пароперегревателем с горелочным устройством для сжигания топлива.

На чертеже приведена предлагаемая парогазовая установка.

Парогазовая установка имеет воздухозаборное устройство 1, соединенное с воздуховодом с газотурбинной установкой 2, которая по газу соединена газоходом 3 с входным патрубком регулирующего шибера 4, имеющего два входных патрубка. Один из этих патрубков соединен байпасирующим газоходом 5 с горелочным устройством 6 пароперегревателя 7. Выходное устройство пароперегревателя 7 байпасирующим газоходом 8 соединен с газоходом 9, соединяющем выходной патрубок котла-утилизатора 10 с входным патрубком дымовой трубы 11, а второй патрубок регулирующего перепускного шибера 4 соединен газоходом 12 с входным патрубком котла-утилизатора 10.

Паротурбинная установка 13 соединена трубопроводом питательной воды 14 с котлом-утилизатором 10, который по пару соединен паропроводом 15 с пароперегревателем 7, паровой выход которого соединен по перегретому пару паропроводом 16 с паротурбинной установкой 13.

Предлагаемая парогазовая установка работает следующим образом.

Атмосферный воздух через воздухозаборное устройство 1 подается на вход компрессора газотурбинной установки 2, из которой после сжигания топлива и выработки полезной работы горячие (450-550^oС) продукты сгорания поступают по газоходу 3 на регулирующий перепускной шибер 4, где они разделяются на два потока, один из которых поступает по газоходу 5 в горелочное устройство 5 пароперегревателя 7, и после сжигания дополнительного топлива и производства необходимого (535-570^oС) перегрева пара подается газоходом 15 в поток, поступающий по газоходу 12 в котел-утилизатор 10, из которого после отдачи тепла на производство пара с температурой 190-290^oС продукты сгорания поступают по газоходу 9 в водяной теплообменник для подогрева сетевой воды до температуры 130-150^oС (не показан), после которого с температурой 80-100^oС сбрасываются по газоходу в дымовую трубу 11. Произведенный в котле-утилизаторе 10 пар с температурой 400-490^oС поступает по паропроводу 15 в пароперегреватель 7 с горелочным устройством 6 на перегрев, после чего трубопроводом 16 с температурой 535-570^oС поступает на паротурбинную установку 13, после выработки полезной работы в которой в виде питательной воды возвращается по трубопроводу 14 в котел-утилизатор 10 для очередного производства пара.

Подключение байпасного газохода через регулирующий перепускной шибер к газоходу, соединяющему выхлоп газотурбинной установки с входным устройством котла-утилизатора, позволяет регулировать температуру перегрева пара.

Установка пароперегревателя с горелочным устройством для сжигания топлива на части суммарного расхода продуктов сгорания газотурбинной установки обеспечивает необходимую температуру пара на уровне 535-570^oС при минимальных затратах топлива и минимальных капитальных затратах на производство пара, высокую эффективность производства электроэнергии.

Использование: в производстве тепловой и электрической энергии, а более конкретно - в производстве тепловой и электрической энергии на базе установок, работающих по бинарному циклу при комбинированном использовании газотурбинных установок и паротурбинных установок. Сущность изобретения: парогазовая установка содержит газотурбинную установку, паротурбинную установку, котел-утилизатор, водяной теплообменник, дымовую трубу, газоходы, воздуховоды, трубопроводы пара и воды, причем дополнительный байпасный газопровод, оснащенный дополнительным пароперегревателем и горелочным устройством, соединяет выхлоп газотурбинной установки и вход котла-утилизатора. Байпасный газоход может быть подключен к входному устройству котла-утилизатора через регулирующий перепускной шибер. 1 з.п.ф. 1 ил.

1. Парогазовая установка, содержащая газотурбинную установку, паротурбинную установку, котел-утилизатор, дымовую трубу, соединительные воздуховоды, газоходы, трубопроводы газа и воды, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена водяным теплообменником, байпасным газоходом, пароперегревателем и горелочным устройством, причем байпасный газоход размещен между входом и выходом котла-утилизатора, а пароперегреватель с горелочным устройством размещен на байпасном газоходе. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена регулирующим перепускным шибером, размещенным в месте подключения байпасного газохода к газоходу, соединяющему газотурбинную установку и котел-утилизатор.