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 и паротурбинных 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]
Недостатком указанных схем является наличие аппаратуры, работающей под высоким давлением. Высоконапорные генераторы должны быть выполнены из материалов, обеспечивающих надежность работы при одновременном сочетании высокой температуры (более 1000^oС) и давления (более 15 атм) по греющей среде, что ведет к удорожанию установки.

Указанный недостаток устранен в парогазовых установках утилизационного типа, где пар для паротурбинной установки производится в котле-утилизаторе, который размещен на газоходе за газовой турбиной, за счет тепла продуктов сгорания, имеющих давление на уровне атмосферного, а температуру достаточную для получения пара. Однако такие установки недостаточно эффективны.

Наиболее близким техническим решением является известная парогазовая установка утилизационного типа, которая включает в себя газотурбинную установку, состоящую из компрессора, газовой турбины и генератора, расположенных на одном валу, камеру сгорания, размещенную между компрессором и газовой турбиной и 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, а также котел-утилизатор, расположенный на газоходе за газовой турбиной, который по воде и пару связан с паротурбинной установкой [3]
В этой парогазовой установке пар производится в котле-утилизаторе, в котором давление газа находится на уровне атмосферного.

Одним из недостатком является высокая потеря тепла с уходящими газами.

Вторым недостатком является малое производство силового пара для обеспечения работы паровых турбин в условиях реконструкции действующих станций.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение термодинамической эффективности производства электроэнергии и перевод существующих паросиловых энергетических установок в парогазовые, имеющие более высокие технико-экономические показатели, с максимальным использованием традиционного стандартного оборудования.

Указанная цель достигается тем, что выходной патрубок котла-утилизатора парогазовой установки по газу соединен посредством газохода с всасывающим патрубком дутьевого вентилятора энергетического котла, в котором тепло уходящих газов, содержащих 15-18% кислорода, поступивших из котла-утилизатора и химическая энергия сжигаемого топлива идет на производство силового пара для паровой турбины.

Парогазовая установка, содержащая газотурбинную установку, котел-утилизатор с подключенной к нему паротурбинной установкой, дымовую трубу, соединительные воздуховоды, газоходы, трубопроводы пара и воды, которая дополнительно снабжена энергетической котельной установкой с воздухоподогревателем и дутьевым вентилятором, является новой.

Парогазовая установка, дополнительно снабженная выхлопным газоходом, дополнительными газоходами и энергетической котельной установкой с воздухоподогревателем и дутьевым вентилятором таким образом, что энергетическая котельная установка размещена между котлом-утилизатором и дымовой трубой и соединена с ними дополнительными газоходами, а выхлопной газоход размещен на дополнительном газоходе, соединяющем котел-утилизатор и энергетическую установку, не следует явным образом для специалиста из уровня техники, то есть имеет изобретательский уровень.

Парогазовая установка, содержащая газотурбинную установку, котел-утилизатор, с подключенной к нему паротурбинной установкой, дымовую трубу, соединительные воздуховоды, газоходы, трубопроводы газа и воды, которая дополнительно снабжена выхлопным газоходом, дополнительными газоходами и энергетической установкой с воздухоподогревателем и дутьевым вентилятором, причем энергетическая котельная установка размещена между котлом-утилизатором и дымовой трубой, и соединена с ними дополнительными газоходами, а выхлопной газоход размещен на дополнительном газоходе, соединяющем котел-утилизатор и энергетическую установку, промышленно применима и для сооружения новых, и для реконструкции старых электростанций.

Таким образом, предлагаемое техническое решение отвечает всем критериям изобретения.

На чертеже изображена предлагаемая парогазовая установка, включающая газотурбинную установку, котел-утилизатор, выхлопной газоход, дутьевой вентилятор, энергетический котел, воздухоподогреватель, дымосос, дымовую трубу, соединенные по газу газоходами, и паротурбинную установку, соединенную по пару и воде с котлом-утилизатором и энергетическим котлом.

Парогазовая установка имеет воздухозаборное устройство 1, соединенное воздуховодом с газотурбинной установкой 3, которая соединена с помощью газохода 3 с входным устройством котла-утилизатора 4, выходной патрубок которого соединен первым дополнительным газоходом 5, снабженным отсечной арматурой 6, с выхлопным газоходом 7, который, в свою очередь, соединен вторым дополнительным газоходом 8, снабженным отсечной арматурой 9 со всасывающим патрубком дутьевого вентилятора 10, выходной патрубок которого соединен первым воздуховодом 11 с входным устройством по воздуху воздухоподогревателя 12, который своим выходным устройством соединен вторым воздуховодом 13 с горелочным устройством энергетического котла 14, выходной патрубок соединен по газовой стороне с входным патрубком воздухоподогревателя 12, выходной патрубок по газу которого соединен третьим дополнительным газоходом 15 со всасывающим патрубком дымососа 16, выходной патрубок которого в свою очередь соединен с входным устройством дымовой трубы 17. Паротурбинная установка 18 соединена трубопроводами пара и воды с коллекторами 19 и 20 пара и воды, которые, в свою очередь, соединены трубопроводами по пару и воде с котлом-утилизатором 4 и с энергетическим котлом 14.

Предлагаемая парогазовая установка работает таким образом: атмосферный воздух через воздухозаборное устройство 1 подается в компрессор газотурбинной установки 2, из которой после сжигания топлива и выработки полезной работы горячие (450-550^oС) продукты сгорания поступают по газоходу 3 в котел-утилизатор 4, где отдают свое тепло на производство пара, и далее с температурой 100-150^oС, через первый дополнительный газоход поступают в выхлопной газоход 7, имеющий постоянную связь с атмосферой, откуда через второй дополнительный газоход дутьевым вентилятором 10 подаются на подогрев до 250-350^oС в воздухоподогреватель 12, а после воздухоподогревателя 12 поступают в горелочное устройство энергетического котла 14, откуда после сжигания топлива и отдачи тепловой энергии на производство пара, пройдя воздухоподогреватель по газовой стороне, уже с температурой 130-180^oС через третий дополнительный 15 газоход сбрасываются дымососом 16 через дымовую трубу в атмосферу.

Произведенный в котле-утилизаторе 4 и в энергетическом котле 14 пар направляется в коллектор 19, откуда поступает на турбину паротурбинной установки 18. После этого пар, совершивший полезную работу, сконденсированный в конденсаторе, деаэрированный в подогретый в системе регенерации, в виде питательной воды поступает в коллектор питательной воды 20, а затем раздается на котел-утилизатор 4 и энергетический котел 14.

При работе газотурбинной установки 2 с котлом-утилизатором 4 и неработающем энергетическом котле 14 продукты сгорания после котла-утилизатора 4, пройдя по первому дополнительному газоходу 5 через открытую отсечную арматуру 6, через выхлопной газоход 7 сбрасываются в атмосферу при закрытой отсечной арматуре 9.

При неработающей газотурбинной установке 2 отсечная арматура 6 закрыта, а воздух для обеспечения сжигания в энергетическом котле 14 засасывается через выхлопной газоход 7 и, пройдя по второму дополнительному газоходу 8 через открытую отсечную арматуру 9, дутьевым вентилятором 10 по первому воздуховоду 11 подается на вход воздухоподогревателя 12 по воздушной стороне, и далее, по традиционной схеме паросиловой установки.

Установка выхлопного газохода между первым и вторым дополнительными газоходами, имеющими отсечную арматуру, соединяющими выхлопной патрубок котла-утилизатора и всасывающий патрубок дутьевого вентилятора энергетического котла, обеспечивает сброс уходящих газов в атмосферу при неработающем энергетическом котле и работе газотурбинной установки с котлом-утилизатором, забор воздуха из атмосферы при неработающей газотурбинной установке и работе энергетического котла и либо сброс избыточных уходящих газов в атмосферу, либо подсос из атмосферы дополнительного воздуха при одновременной работе газотурбинной установки и энергетического котла.

Использование: при производстве тепловой и электрической энергии на базе установок, работающих по бинарному циклу, при комбинированном использовании газотурбинных (ГТУ) и паротурбинных установок. Сущность изобретения: парогазовая установка, содержащая ГТУ, котел-утилизатор (КУ) с паротурбинной установкой, дымовую трубу, соединительные воздуховоды, газоходы,трубопроводы пара и воды, в которой выхлопной газоход и энергетический котел с воздухоподогревателем (ВП) и дутьевым вентилятором размещены между КУ и дымовой трубой так, что первый дополнительный газоход с отсечной арматурой соединяет КУ и выхлопной газоход, второй дополнительный газоход с отсечной арматурой соединяет выхлопной газоход и дутьевой вентилятор энергетического котла, третий дополнительный газоход соединяет ВП энергетического котла и дымовую трубу. 1 ил.

Парогазовая установка, содержащая газотурбинную установку, котел-утилизатор с паротурбинной установкой, дымовую трубу, соединительные воздуховоды, газоходы, трубопроводы пара и воды, отличающаяся тем, что она снабжена первым и вторым дополнительными газоходами с отсечной арматурой, третьим дополнительным газоходом, выхлопным газоходом, энергетическим котлом с воздухонагревателем и дутьевым вентилятором, причем выхлопной газоход и энергетический котел с воздухоподогревателем и дутьевым вентилятором размещены между котлом-утилизатором и дымовой трубой так, что первый дополнительный газоход расположен между котлом-утилизатором и выхлопным газоходом, второй дополнительный газоход расположен между выхлопным газоходом и энергетическим котлом с воздухонагревателем и дутьевым вентилятором, третий дополнительный газоход расположен между энергетическим котлом с воздухоподогревателем и дутьевым вентилятором и дымовой трубой.