КОМБИНИРОВАННАЯ КОТЕЛЬНАЯ Российский патент 1998 года по МПК F01K21/04 

Изобретение относится к котельным, предназначенным для одновременной выработки тепла, холода и электроэнергии.

Котельные подобного рода неизвестны.

Однако аналогом такой котельной является промышленная ТЭЦ с парогазовым преобразователем и низконапорным парогенератором, содержащая помимо указанных паровой и газовой турбин, компрессора и камеры сгорания также низконапорный (утилизационный) парогенератор, работающий на уходящих газах газовой турбины, и теплофикационный подогреватель, работающий на паре из последней ступени турбины с противодавлением, а также вторую паровую конденсационную паровую турбину, работающую на паре из котла в периоды, когда падает теплофикационная нагрузка и возникает избыток пара в ступени с противодавлением.

Несмотря на несомненные экономические преимущества этой установки по сравнению с паротурбинной ТЭЦ ей присущи и известные недостатки:
необходимость в установке дополнительного дорогостоящего оборудования - конденсационной паровой турбины, конденсатора, циркуляционных насосов и в большинстве случаев - градирни (см. аналог (Сазанов Б.В. и др. Промышленные тепловые электростанции. Под общей ред. Е.Н. Соколова, М.: Энергия, 1967, рис. 10-7).

Отмеченные недостатки аналога полностью устранены в другой парогазовой установке для ТЭЦ, где избыток пара из котла при недогрузке паровой турбины подается непосредственно в камеру сгорания газовой турбины, которая при этом работает на парогазовой смеси, что не только избавляет от необходимости устанавливать дополнительную турбину, но и повышает мощность газовой турбины (см. там же с. 178, рис. 10-5).

К сожалению, и этой схеме присущи свои недостатки, главные из которых следующие:
поскольку парогазовая смесь после газовой турбины подается в топку парогенератора, а затем выбрасывается в атмосферу, требуется большая водоподготовка для восполнения потерь рабочего тела, при контакте уходящих газов с парами образуются разбавленные кислоты, которые через дымовую трубу выбрасываются наружу, вызывая кислотные дожди и другие нежелательные последствия.

Цель изобретения состоит в повышении экономичности сжигания топлива в котельных без оказания вредного влияния на окружающую среду.

Указанная цель достигается с помощью комбинированной котельной, в состав оборудования которой входят газовая турбина с камерой сгорания, компрессором и электрогенератором, паровая турбина противодавления со своим электрогенератором, низконапорный парогенератор и водогрейный котел, работающий на уходящих газах газовой турбины, а при недогрузке паровой турбины по теплу - на парогазовой смеси, образующейся в камере сгорания при смешении продуктов сгорания топлива и пара, подаваемого в камеру непосредственно из парогенератора и (или) отбора противодавления паровой турбины, теплофикационного подогревателя, использующего для подогрева сетевой воды пар из отбора противодавления паровой турбины, сетевой насос, деаэратор питательной воды с питательным насосом, дымосос и трубу, две регулирующие задвижки на паропроводах от котла к камере сгорания и от отбора противодавления к камере сгорания, а также дополнительно установленных контактного охладителя-конденсатора, испарителя, компрессора паров хладагента с его двигателем, конденсатора паров хладагента и дросселя паров хладагента, причем контактный охладитель-конденсатор установлен за котлом, а его выход по газовой стороне связан с входом испарителя, к выходу которого подключен дымосос, вход по стороне паров хладагента связан с выходом дросселя, а выход по стороне хладагента через компрессор - с входом конденсатора, чей выход, в свою очередь, подключен к дросселю, а вход контактного охладителя-конденсатора подключен к источнику исходной воды, подаваемой насосом исходной воды через теплообменник расширителя непрерывной продувки (насос и теплообменник на схеме не показаны), выход же контактного охладителя-конденсатора подключен к деаэратору.

На чертеже показана принципиальная схема установки.

Установка включает воздушный компрессор 1, камеру сгорания 2, газовую турбину 3 и электрогенератор 4, образующие в совокупности газотурбинную установку, парогенератор 5, паровую турбину 6 с электрогенератором 7, теплофикационный пароводяной подогреватель 8 с насосом сетевой воды 9, служащий для нагрева воды для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, деаэратора питательной воды 10 с питательным насосом 11, предложенных (новых) элементов установки: контактного охладителя-конденсатора 12, служащего для конденсации паров воды, содержащейся в парогазовой смеси, испарителя холодильной установки 13, дымососа 14 и дымовой трубы 15 (п.п. 14, 15 - известные элементы), компрессора паров хладагента 16 с его двигателем 17, конденсатор паров хладагента 18 с дросселем 19, а также две регулирующие задвижки 20 и 21, имеющие принципиальное значение для работы установки, и водогрейный котел 22.

Приведенная на чертеже установка работает следующим образом.

Воздух, сжимаемый компрессором 1, подается в камеру сгорания при 750 - 800^oC, поступает в газовую турбину 3, которая приводит в действие компрессор 1, а избыточную мощность отдает электрогенератору 4. Продукты сгорания газовой турбины 3 сбрасываются в парогенератор 5 и водогрейный котел 22, где в их среде сжигается дополнительное топливо, а генерируемый пар поступает на паровую турбину 6 и непосредственно технологическим потребителям, паровая же турбина приводит в действие электрогенератор 7, а отработавший пар поступает в теплофикационный подогреватель 3, где подогревает сетевую воду, подаваемую сетевым насосом 9, а конденсат пара сливается в деаэратор питательной воды 10, из которого питательным насосом 11 подается в паровой котел 5, кроме того, в деаэратор 10 поступает исходная вода, прошедшая контактный охладитель-конденсатор 12, где она нагревается уходящими газами котла, и водоподготовку (на чертеже не показана), а уходящие газы поступают далее в испаритель холодильной установки 13, где дополнительно охлаждаются, отдавая тепло на испарение хладагента, например аммиака, являющегося рабочим телом холодильной установки. Пары хладагента сжимаются компрессором 16 с приводом от двигателя 17 и направляются в конденсатор 18, где отнимают тепло от холодильной камеры и поступают в дроссель 19, где их давление снижается, в результате чего происходит их частичное испарение.

Описанный режим работы относится к случаю полной теплофикационной нагрузки (расчетный режим). В летнее время, когда системы отопления и вентиляции отключены и теплофикационный подогреватель 8 работает только на горячее водоснабжение, "лишний пар" из отбора противодавления паровой турбины 6 через паровую задвижку 20 направляется в камеру сгорания 2, где подмешивается к продуктам сгорания топлива, увеличивая расход рабочего тела через газовую турбину, компенсируя тем самым потерю мощности паровой турбины, в случае, когда указанного перепуска пара недостаточно, открывают задвижку 21, перепуская пар в камеру сгорания газовой турбины 2 непосредственно из парового котла 5 при закрытой задвижке 20.

Водогрейный котел 22 используется для покрытия теплофикационной нагрузки котельной в соответствии с принятым коэффициентом теплофикации, при этом предусматривается частичное сжигание топлива как в водогрейном 22, так и в паровом 5 котлах.

Таким образом, предложенная комбинированная котельная позволяет, наряду с традиционным производством горячей воды и пара, производить электроэнергию и холод и хотя удельный расход топлива при этом, на первый взгляд, выше, чем на ТЭЦ (в силу более низких параметров пара в котельной, чем на ТЭЦ), такое комбинированное производство различных видов энергии в котельной весьма выгодно не только с точки зрения потребителя, но и государства, поскольку нетрудно показать, что дополнительная электроэнергия и холод производятся в котельной без затрат дополнительного топлива, а только за счет более рациональной организации технологического процесса: исключения редуцирования пара из котла на теплофикационные нужды и полной надстройки цикла.

В силу этого, несмотря на отмеченный более низкий термический КПД, чем на ТЭЦ, данная схема остается эффективной на все время, пока будут строиться паровые и водогрейные котельные, т.е. всегда.

Рассмотрим паровой котел типа ДЕ-20-14 ГМ, вырабатывающий пар с давлением 1,4 МПа абсолютных в количестве 20 т/ч, этот пар редуцируется до давления 0,14 МПа и нагревает воду в сетевом подогревателе, сообщая ей 7,2 Гкал/ч тепла. Установив за этим котлом паровую турбину с противодавлением 0,14 МПа (энтальпия пара 2530 кДж/кг), имеем дополнительные 20•1000•2940 - 2530=2270 кВт электроэнергии.

Сущность: комбинированная котельная предназначена для одновременной выработки тепла, холода и электроэнергии. Котельная установка содержит газотурбинную установку, паровую турбину, низконапорный парогенератор и водогрейный котел. Предусмотрен перепуск части пара из парогенератора и после паровой турбины в камеру сгорания с работой газовой турбины на парогазовой смеси. Отличительным элементом этой схемы является наличие газоводяного охладителя-конденсатора поверхностного типа, позволяющего выводить пар из продуктов сгорания котлов при работе на парогазовой смеси и включенного для этой цели перед испарителем холодильной установки, чем достигается повышение эффективности холодильного коэффициента холодильной установки, используемой для производства холода. 1 ил.

Комбинированная котельная, содержащая газовую турбину с камерой сгорания, компрессором и электрогенератором, паровую турбину противодавления со своим электрогенератором, низконапорный парогенератор, работающий на уходящих газах газовой турбины, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит водогрейный котел, работающий на уходящих газах газовой турбины, а при недогрузке паровой турбины по теплу - на парогазовой смеси, образующейся в камере сгорания при смешении продуктов сгорания топлива и пара, подаваемого в камеру непосредственно из парогенератора и(или) противодавления паровой турбины (отработавший пар турбины), теплофикационный подогреватель, используемый для подогрева сетевой воды паром из противодавления паровой турбины, деаэратор питательной воды с питательным насосом, дымосос и трубу, две регулирующие задвижки на паропроводах от котла к камере сгорания и от противодавления к камере сгорания, а также содержит контактный охладитель-конденсатор, испаритель, компрессор паров хладоагента с его двигателем, конденсатор паров хладоагента и дроссель паров хладоагента, причем контактный охладитель-конденсатор установлен за котлом, а его выход по газовой стороне связан с входом испарителя, к выходу которого подключен дымосос, вход по стороне паров хладоагента связан с выходом дросселя, а выход по стороне хладоагента через компрессор - с входом конденсатора, чей выход в свою очередь подключен к дросселю, а вход контактного охладителя-конденсатора подключен к источнику исходной воды, подаваемой насосом исходной воды через теплообменник расширителя непрерывной продувки, выход же контактного охладителя-конденсатора подключен к деаэратору.