СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОПАРОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2006 года по МПК F01K21/04 

Способ работы газопаровой установки относится к области энергетики и может быть применен в электроэнергетике и при создании экономичных судовых двигателей.

Известен способ работы газопаротурбинной установки, согласно которому сжимают атмосферный воздух, распыливают в нем подогретую воду и снижают температуру полученной паровоздушной смеси, затем ее нагревают в поверхностном теплообменнике-регенераторе за счет теплоты потока парогазовой смеси, подводят и сжигают в паровоздушной смеси топливо. Полученную парогазовую смесь расширяют в парогазовой турбине, частично охлаждают ее в регенераторе, подогревая паровоздушную смесь, и далее сбрасывают парогазовую смесь в атмосферу (См. книгу. Н.А.Дикий. Судовые газопаротурбинные установки. Изд-во «Судостроение», Ленинград, 1978. Рис.65, стр.123, 124).

Наиболее близким по технической сущности является способ работы газопаровой установки «Водолей», согласно которому сжимают атмосферный воздух, сжигают в нем топливо, в продукты сгорания подают «экологический» и «энергетический» потоки пара. Парогазовую смесь последовательно расширяют в турбинах высокого и низкого давления, полезную работу турбины высокого давления используют для сжатия воздуха, турбины низкого давления - для привода электрогенератора и выработки электроэнергии.

Теплоту отработавшей парогазовой смеси утилизируют для генерации перегретого пара, который используют для впрыска в сжатый воздух и в зону горения топлива. За счет «экологического» впрыска пара в сжатый воздух сокращают образование в продуктах сгорания оксидов азота, «энергетический» впрыск пара обеспечивает увеличение мощности парогазовых турбин высокого и низкого давлений. В парогазовую смесь, частично охлажденную при генерации пара, впрыскивают охлаждающую воду с температурой 20-30°С и конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси, сепарируют смесь конденсата пара и оросительной воды, продукты сгорания топлива отводят в атмосферу. Сепарированную воду разделяют на два потока, меньший поток используют в качестве питательной воды для генерации пара при утилизации теплоты отработавшей в турбинах парогазовой смеси, ее больший поток охлаждают в теплообменной установке и впрыскивают в парогазовую смесь для конденсации ее паровой составляющей. Теплоту охлаждения большего потока сепарированной воды отводят теплоносителем в системе охлаждения, а также могут использовать для подогрева подпиточной воды или сетевой воды тепловой сети («Романов В.И., Кривуца В.А. Комбинированная газопаровая установка мощностью 16-25 МВт с утилизацией тепла отходящих газов и регенерацией воды из парогазового потока. "Теплоэнергетика" №4, 1966, Каталог газотурбинного оборудования, 2003-2004 г., стр.173, 174, рис.16, с.27-30. «Газотурбинные технологии»).

При описанном способе работы за счет утилизации теплоты паровой составляющей парогазовой смеси обеспечивают повышение тепловой экономичности газопаровой установки. В то же время этот способ без повышения начальной температуры газа не позволяет дополнительно повысить тепловую экономичность газопаровой установки.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа работы, позволяющего обеспечить дополнительное повышение тепловой экономичности газопаровой установки.

Задачу решают за счет способа работы газопаровой установки, согласно которому перед сжатием атмосферный воздух очищают от пыли, увлажняют и охлаждают, распыливая в нем конденсат паровой составляющей парогазовой смеси, сжимают увлажненный воздух, контактно охлаждают и регенеративно подогревают его теплотой отработавшей парогазовой смеси, сжигают в нем топливо, в зону горения топлива подают «энергетический» поток пара, полученную парогазовую смесь расширяют, полезную работу расширения используют для сжатия воздуха и совершения внешней работы, выработки электроэнергии для привода различных механизмов, например транспортных средств; теплоту парогазовой смеси после ее расширения и регенеративного отвода тепла утилизируют для генерации пара, охлаждают парогазовую смесь, конденсируют ее паровую составляющую, охлаждают полученный конденсат и используют его для охлаждения и конденсации парогазовой смеси, причем охлаждение сжатого увлажненного воздуха производят при его контакте с водой в состоянии насыщения или с насыщенным водяным паром, полученными при утилизации теплоты, отработавшей парогазовой смеси, а перегретый пар используют как «энергетический» поток пара и для охлаждения парогазовой турбины.

Использование в газопаровой установке для впрыска в сжатый воздух воды в состоянии насыщения или насыщенного водяного пара позволяет охладить сжатый воздух с образованием паровоздушной смеси, увеличить расход охлаждаемой среды в регенераторе, повысить степень регенерации за счет теплоты расширившейся парогазовой смеси, при этом сокращается удельный расход сжигаемого топлива, повышается мощность и тепловая экономичность газопаровой установки, обеспечить «экологический» впрыск в сжатый воздух воды в состоянии насыщения или насыщенного пара, понизить температуру в процессе горения топлива и образование экологически вредных оксидов азота.

Использование «энергетического» впрыска в зону горения топлива перегретого пара а также его применение для охлаждения парогазовой турбины позволяют повысить экономичность и мощность газопаровой установки.

Предлагаемый способ позволяет при создании газопаровых установок использовать компрессоры существующих газотурбинных установок

На чертежах, поясняющих предлагаемый способ, на фиг.1 показана блок-схема, на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.

Блок-схема на фиг.1 состоит из двух блоков: газопаротурбинного блока 1; блока утилизации тепла парогазовой смеси 2.

На фиг.2 показана принципиальная схема газопаровой установки для осуществления предлагаемого способа.

Газопаротурбинный блок 1 включает: воздушный компрессор 3, камеру смешения 4, регенератор 5, камеру сгорания 6, парогазовую турбину 7, выхлопной трубопровод парогазовой смеси 8, электрогенератор 9, паропровод системы охлаждения парогазовой турбины 10, трубопровод высокотемпературной парогазовой смеси 11, трубопровод парогазовой смеси 12.

Блок утилизации тепла парогазовой смеси 2 включает: паровой котел-утилизатор 13, содержащий пароперегреватель и испаритель 16, водяной экономайзер 17, трубопровод питательной воды 18, оросительное устройство 19, газоохладитель-конденсатор 20 с сепарационным устройством, выхлопной газоход 21 с дымососом. В состав блока 2 также входят трубопровод 14, бак сепарированной воды 22, водоохладитель 23, система подготовки питательной воды 24, включающая питательный насос, умягчитель, деаэратор.

Предлагаемый способ работы газопаровой установки осуществляют следующим образом. Атмосферный воздух сжимают компрессором 3 газопаротурбинного блока 1, направляют его в камеру смешения 4 и производят в него «экологический» впрыск воды в состоянии насыщения или насыщенного пара, подаваемых по трубопроводу 14. Образовавшуюся паровоздушную смесь с температурой, на несколько десятков градусов меньшую температуры сжатого воздуха, нагревают в регенераторе 5, в камеру сгорания 6 подводят топливо, в зону горения через паропровод 15 из пароперегревателя 16 котла-утилизатора 13 подводят перегретый пар, осуществляя его «энергетический» впрыск. Парогазовую смесь высокой температуры по трубопроводу высокотемпературной парогазовой смеси 11 подают в парогазовую турбину 7 и расширяют в ней, причем часть перегретого пара по паропроводу 10 подают в систему охлаждения парогазовой турбины 7. Работу парогазовой турбины 7 используют для сжатия воздуха в компрессоре 3 и выработки электроэнергии в электрогенераторе 9. Расширившуюся парогазовую смесь по выхлопному трубопроводу парогазовой смеси 8 направляют в поверхностный теплообменник-регенератор 5, где ее частично охлаждают, нагревая паровоздушную смесь, подаваемую в него из камеры смешения 4. Из регенератора 5 парогазовую смесь по трубопроводу парогазовой смеси 12 направляют в котел-утилизатор 13 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси. По трубопроводу питательной воды 18 в водяной экономайзер 17 котла-утилизатора 13 подводят питательную воду, после испарителя 16 воду в состоянии насыщения или насыщенный водяной пар по трубопроводу 14 подают в камеру смешения 4 газопаротурбинного блока 1. По паропроводу 15 перегретый пар направляют в камеру сгорания 6, а по паропроводу 10 подают его в систему охлаждения парогазовой турбины 7 газопаротурбинного блока 1.

В парогазовую смесь, вышедшую из водяного экономайзера 17 котла-утилизатора 13, через оросительное устройство 19 впрыскивают охлаждающую воду с температурой 20-30°С, подводимую из водоохладителя 23. За счет этого в газоохладителе-конденсаторе 20 конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси. В сепарационном устройстве газоохладителя-конденсатора 20 сепарируют смесь конденсата парогазовой смеси и оросительной воды от продуктов сгорания топлива. Продукты сгорания по выхлопному газоходу 21 с дымососом сбрасывают в атмосферу.

Сепарированную в сепарационном устройстве газоохладителя-конденсатора 21 воду подают в бак сепарированной воды 22. Меньшую часть сепарированной воды по трубопроводу питательной воды 18 подают питательным насосом на вход в водяной экономайзер 17 котла-утилизатора 13, после ее умягчения и деаэрирации в системе подготовки питательной воды 24 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси. Большую часть сепарированной воды из бака сепарированной воды 22 подают в водоохладитель 23. Охлажденную в нем воду направляют в оросительное устройство 19 для впрыска в парогазовую смесь, выходящую из водяного экономайзера 17 котла-утилизатора 13.

Способ работы газопаровой установки относится к области энергетики и может быть применен в электроэнергетике и при создании экономичных судовых двигателей. Атмосферный воздух сжимают, контактно охлаждают, регенеративно подогревают его теплотой отработавшей парогазовой смеси, сжигают в нем топливо, в зону горения топлива подают «энергетический» поток пара, полученную парогазовую смесь расширяют, полезную работу расширения используют для сжатия воздуха и совершения внешней работы, выработки электроэнергии для привода различных механизмов, например транспортных средств, теплоту парогазовой смеси после ее расширения и регенеративного отвода тепла утилизируют для генерации пара, охлаждают парогазовую смесь, конденсируют ее паровую составляющую, охлаждают полученный конденсат и используют его для охлаждения и конденсации парогазовой смеси, причем охлаждение сжатого увлажненного воздуха производят при его контакте с водой в состоянии насыщения или с насыщенным водяным паром, полученными при утилизации теплоты отработавшей парогазовой смеси, а перегретый пар используют как «энергетический» поток пара и для охлаждения парогазовой турбины. Изобретение позволяет обеспечить дополнительное повышение тепловой экономичности газопаровой установки. 2 ил.

Способ работы газопаровой установки, согласно которому атмосферный воздух сжимают, контактно охлаждают, регенеративно подогревают его теплотой отработавшей парогазовой смеси и сжигают в нем топливо, в зону горения топлива подают «энергетический» поток пара, полученную парогазовую смесь расширяют, полезную работу расширения используют для сжатия воздуха и совершения внешней работы, выработки электроэнергии или для привода различных механизмов, например транспортных средств, теплоту парогазовой смеси после ее расширения и регенеративного отвода тепла утилизируют для генерации пара, охлаждают парогазовую смесь, конденсируют ее паровую составляющую, охлаждают полученный конденсат и используют его для охлаждения и конденсации парогазовой смеси после утилизации ее теплоты, причем охлаждение сжатого увлажненного воздуха производят при его контакте с водой в состоянии насыщения или с насыщенным водяным паром, полученными при утилизации теплоты отработавшей парогазовой смеси, а перегретый пар используют как «энергетический» поток пара и для охлаждения парогазовой турбины.