ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F02C3/30 F02C6/00 F02C6/18 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в парогазовых установках (ПГУ), предназначенных для выработки электрической энергии. Изобретение применимо, преимущественно, в ПГУ контактного типа (КПГУ).

Тепловая эффективность энергетической ПГУ любого типа, предназначенной для выработки электрической энергии, характеризуется величиной КПД, определяемой по формуле

где η - КПД ПГУ;
N - мощность ПГУ;
b - расход топлива;
q_t - удельная теплотворная способность топлива;
Q_x - отвод теплоты в окружающую среду;
α - коэффициент избытка воздуха;
L₀ - весовое стехеометрическое соотношение;
ΔI_г - снижение энтальпии уходящих из котла утилизатора (КУ) газов (без подведенного в камеру сгорания (КС) и газовую турбину (ГТ) пара) при охлаждении до температуры окружающей среды;
G_к - расход отработанного пара, отводимого в окружающую среду или в конденсатор;
ΔI_к - снижение энтальпии отработанного пара при его конденсации и, возможно, охлаждении до начальной температуры воды в цикле;
B_v- расход воздуха через компрессор газотурбинной установки (ГТУ).

Максимум КПД ПГУ соответствует минимуму выражения
(αL₀+1)•ΔI_г+αL₀G_кΔI_к/B_v_→ min, (2)
достигаемому путем снижения значений параметров α,ΔI_г,ΔI_к и отношения G_к/B_v.

Известна КПГУ (КПГУ-16) /1/ (с. 27-28). Данная КПГУ содержит: ГТУ ДС90, содержащую компрессор (состоящий из компрессоров низкого давления (КНД) и высокого давления (КВД), КС и ГТ (состоящую из трех турбин); КУ с экономайзерной, испарительной и пароперегревательной поверхностями одного давления (теплоутилизирующий контур КУП-3100). В КУ теплом выхлопных газов ГТ вырабатывают пар, подаваемый на вход КС по пару (экологический впрыск) и на вход ГТ по пару (энергетический впрыск).

Недостатком приведенной КПГУ является сравнительно низкий уровень КПД, составивший при начальной температуре газов перед ГТ 1062^oС - 41%, что связано, в первую очередь, с высокой температурой газов за КУ (180-200^oС) и, следовательно, высокими значениями ΔI_г и ΔI_к в выражении (2) при завышенной (для указанной температуры газов за ГТ) величине отношения G_к/B_v, а также с недостаточным понижением значения α.
Наиболее близкой к предлагаемой является КПГУ /2/ (с. 53). Данная КПГУ содержит компрессор, состоящий из КНД и КВД, КС, ГТ, состоящую из трех турбин и КУ с экономайзерными, испарительными и пароперегревательными поверхностями двух давлений.

Выработанный в КУ пар двух давлений вводится в КС как дополнительное рабочее тело и используется для охлаждения лопаточного аппарата (ЛА) ГТ, при этом пар низкого давления используют только для открытого парового охлаждения турбин, КУ на выходе по пару низкого давления сообщен через охлаждающий тракт ЛА с проточной частью турбин.

Данное техническое решение, несмотря на достигаемое снижение величин ΔI_г, ΔI_к в выражении (2), не приводит к повышению КПД ПГУ, т.к. количество вырабатываемого пара в контуре низкого давления, в силу высокой теплоемкости пара, как правило, превосходит потребное количество хладагента для открытого охлаждения ЛА ГТ в области низкого давления. Вследствие большой разницы температур пара низкого давления и продуктов сгорания при их смешении в проточной части турбин происходит охлаждение рабочего тела и снижение температуры газов на выхлопе ГТ. В результате происходит снижение производительности пара высокого давления и повышение коэффициента избытка воздуха α при сохранении отношения G_k/В_v на достаточно высоком уровне за счет пара низкого давления.

Задачей настоящего изобретения является повышение КПД КПГУ за счет снижения величины коэффициента избытка воздуха α.
Указанная задача решается в заявляемой ПГУ с ГТУ и КУ, с паровым контуром низкого давления, содержащим, по крайней мере, испаритель низкого давления, за счет того, что паровой контур низкого давления сообщен на выходе по пару со входом по пару в проточную часть компрессора ГТУ, размещенным в области давлений воздуха выше атмосферного.

Подача пара низкого давления в область проточной части компрессора с давлением воздуха выше атмосферного, с последующим дожиманием пара в компрессоре ГТУ до давления перед ГТ, перегревом в КС и расширением в ГТ до атмосферного давления позволяет получить дополнительную полезную работу со снижением коэффициента избытка воздуха α и благодаря этому повысить КПД ПГУ.

Изобретение поясняется приведенным чертежом, на котором в качестве примера реализации заявляемого изобретения представлена принципиальная тепловая схема ПГУ контактного типа с КУ двух давлений.

Данная КПГУ содержит ГТУ с компрессором 1 и КУ двух давлений, паровой контур низкого давления которого содержит испаритель 2 низкого давления. В данном примере паровой контур низкого давления содержит также барабан 3 низкого давления, пароперегреватель (сухопарник) 4 низкого давления. Согласно изобретению, паровой контур низкого давления сообщен на выходе по пару через паропровод 5 со входом по пару в проточную часть компрессора 1, размещенным в области давлений воздуха выше атмосферного. КУ в приведенном примере снабжен экономайзером 6 низкого давления и 7 высокого давления, испарителем 8 высокого давления, барабаном 9 высокого давления, пароперегревателем 10, сообщенным на выходе по пару паропроводом 11 со входами по пару КС 12 и ГТ 13, а также систему 14 регенерации воды (СРВ) из продуктов сгорания.

Устройство работает следующим образом.

Сконденсированную из продуктов сгорания в СРВ 14 влагу (конденсат) подают в экономайзер 6 низкого давления и, далее, в барабан 3 низкого давления, откуда он поступает, частично, в испаритель 2 низкого давления, частично - через экономайзер 7 высокого давления - в барабан 9 высокого давления в количестве, равном паропроизводительности испарителя 8 высокого давления. На указанных теплообменных поверхностях КУ теплом выхлопных газов ГТ 13 из конденсата вырабатывают пар двух давлений. Пар высокого давления, вырабатываемый в испарителе 8 высокого давления и перегреваемый в пароперегревателе 10, подают через паропровод 11 на входы по пару КС 12 и ГТ 13 в качестве рабочего тела. Выработку пара в испарителе 2 низкого давления производят без уменьшения производительности пара высокого давления, за счет дополнительного снижения температуры уходящих из КУ газов, при этом снижаются величины параметров ΔI_г и ΔI_к, входящие в выражение (2). Пар низкого давления, осушенный и слабо перегретый в пароперегревателе 4 низкого давления, подают через паропровод 5 в компрессор 1 ГТУ в область давлений выше атмосферного, где дожимают до давления перед ГТ 13 и, далее, перегревают до температуры газов перед ГТ 13 за счет теплоты, подводимой из КС 12, что позволяет снизить величину коэффициента избытка воздуха α. Расширение в ГТ 13 добавленного рабочего тела - перегретого пара низкого давления - до давления, близкого к атмосферному, позволяет получить дополнительную полезную работу. В итоге обеспечивается повышение КПД ПГУ.

Приведенный пример представлен лишь для иллюстрации заявляемого изобретения и не исчерпывает всех возможных вариантов его реализации.

Использованные источники
1. Комбинированная газопаротурбинная установка мощностью 16-25 МВт с утилизацией тепла отходящих газов и регенерацией воды из парогазового потока / Романов В.И., Кривуца В.А. // Теплоэнергетика, 4, 1996, с. 27.

2. Парогазовая установка с впрыском пара: возможности и оптимизация параметров цикла / Стырикович М.А., Фаворский О.Н., Зейгарник Ю.А. и др.// Теплоэнергетика, 10, 1995, с. 52.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в парогазовых установках, предназначенных для выработки электрической энергии. Парогазовая установка, содержащая газотурбинную установку и паровой котел-утилизатор, с паровым контуром низкого давления, содержащим, по крайней мере, испаритель низкого давления, отличается тем, что паровой контур низкого давления на выходе по пару сообщен со входом по пару в проточную часть компрессора газотурбинной установки, расположенным в области давлений воздуха выше атмосферного. Изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия установки. 1 ил.

Парогазовая установка, содержащая газотурбинную установку и паровой котел-утилизатор, с паровым контуром низкого давления, содержащим, по крайней мере, испаритель низкого давления, отличающаяся тем, что паровой контур низкого давления на выходе по пару сообщен со входом по пару в проточную часть компрессора газотурбинной установки, расположенным в области давлений воздуха выше атмосферного.