ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 2009 года по МПК F01K23/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Известен аналог - парогазовая установка электростанции (см. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П. и др. Тепловые электрические станции. М.: Издательство МЭИ, 2005. С.380), содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, водоподготовительную установку, содержащую декарбонизатор, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата, при использовании известной парогазовой установки электростанции, принятой за прототип, относится то, что известная парогазовая установка электростанции обладает пониженной экономичностью, так как рабочим телом в турбокомпрессоре является атмосферный воздух, а в газовой турбине - смесь продуктов сгорания органического топлива с воздухом, которые имеют низкие теплофизические свойства. Низкие теплофизические свойства атмосферного воздуха обусловливают повышенный расход энергии на привод турбокомпрессора, а низкие теплофизические свойства смеси продуктов сгорания с воздухом не обеспечивают высокий располагаемый теплоперепад в газовой турбине, что снижает мощность и экономичность парогазовой установки электростанции.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения мощности и экономичности парогазовой установки электростанции целесообразно соединить трубопроводом патрубок отвода воздуха из декарбонизатора с всасывающим коробом турбокомпрессора газотурбинной установки. В этом случае в турбокомпрессор будет подаваться отводимый из декарбонизатора воздух, насыщенный водяными парами и содержащий капельную влагу. Наличие в воздухе водяного пара и капельной влаги, имеющих лучшие теплофизические свойства по сравнению с атмосферным воздухом, позволяет уменьшить работу сжатия в турбокомпрессоре и одновременно повысить тепловую экономичность и удельную мощность газовой турбины. Уменьшение работы сжатия в турбокомпрессоре осуществляется за счет снижения температуры сжимаемого воздуха вследствие испарения содержащейся в нем капельной влаги. Увеличение удельной мощности газовой турбины обусловливается наличием в продуктах сгорания водяных паров, что приводит к повышению располагаемого теплоперепада в газовой турбине.

Технический результат - повышение экономичности и удельной мощности парогазовой установки электростанции за счет уменьшения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине вследствие улучшения теплофизических свойств рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, водоподготовительную установку, содержащую декарбонизатор, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. Особенность парогазовой установки электростанции заключается в том, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с патрубком отвода воздуха из декарбонизатора водоподготовительной установки для подачи выходящего из него насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха в турбокомпрессор.

На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции.

Парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины 1, турбокомпрессора 2, камеры сгорания 3 и электрогенератора 4, котел-утилизатор 5, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины 6 с конденсатором 7, электрического генератора 8 и питательного насоса 9, декарбонизатор 10 водоподготовительной установки (ВПУ), теплообменник-утилизатор 11 теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником 12 с гидрозатвором 13, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 14, напорный трубопровод 15 к конденсатору 7 паровой турбины 6, напорный трубопровод 16 к теплообменнику-утилизатору 11 теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод 17 к градирне, состоящей из вытяжной башни 18 и водосборного бассейна 19, трубопровод 20, соединяющий патрубок отвода воздуха из декарбонизатора 10 с всасывающим коробом турбокомпрессора 2.

Парогазовая установка электростанции работает следующим образом.

Химочищенная вода подается в декарбонизатор 10, туда же поступает атмосферный воздух. В процессе непосредственного контакта теплоносителей в декарбонизаторе 10 осуществляется тепло- и массообмен между водой и воздухом, вода охлаждается, а воздух подогревается и насыщается водяными парами. Из воды удаляется СО₂. При этом в воздухе будет содержаться и капельная влага вследствие ее механического уноса в процессе противоточного движения теплоносителей в насадке декарбонизатора 10. Насыщенный водяными парами и содержащий капельную влагу воздух после декарбонизатора 10 по трубопроводу 20 подается во всасывающий короб турбокомпрессора 2. Туда же подается атмосферный воздух, осуществляется перемешивание этих потоков. Так как температура атмосферного воздуха ниже температуры воздуха, отводимого из декарбонизатора 10, то будет осуществляться охлаждение насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха, отводимого из декарбонизатора 10, что приведет к дополнительному выделению из него капельной влаги. Затем насыщенный водяными парами и содержащий капельную влагу суммарный поток воздуха поступает в турбокомпрессор 2. В турбокомпрессоре 2 в результате процесса сжатия, сопровождающегося повышением температуры, будет осуществляться испарение капельной влаги в воздух, что приведет к снижению его температуры и работы, затрачиваемой на сжатие воздуха в турбокомпрессоре 2.

Паровоздушная смесь после турбокомпрессора 2 подается в камеру сгорания 3 для осуществления процесса горения топлива. Образовавшаяся в результате сгорания топлива газопаровая смесь поступает в газовую турбину 1. В газовой турбине 1 совершается полезная работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора 2 и электрогенератора 4. Отработавшая в газовой турбине 1 газопаровая смесь поступает в котел-утилизатор 5, где генерируется пар высоких параметров, который направляется в паровую турбину 6.

В паровой турбине 6 в процессе расширения пара совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 8. Отработавший в паровой турбине пар поступает в конденсатор 7, в котором конденсируется за счет охлаждения циркуляционной водой, подаваемой по напорному трубопроводу 15 циркуляционным насосом 14 из водосборного бассейна 19 градирни. Подогретая в конденсаторе 7 циркуляционная вода по сливному напорному трубопроводу 17 подается в вытяжную башню 18 градирни, где охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте и стекает в водосборный бассейн 19. Конденсат отработавшего в турбине пара питательным насосом 9 подается в котел-утилизатор 5.

Уходящие газы после котла-утилизатора 5 поступают в теплообменник-утилизатор 11, где охлаждаются до температуры ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 14 по напорному трубопроводу 16. При этом водяной пар, содержащийся в уходящих газах в перегретом состоянии, конденсируется. Конденсат водяных паров, выделяющийся из продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы, стекает в конденсатосборник 12 и через гидрозатвор 13 направляется в бак чистых стоков (не показан). Уходящие газы после теплообменника-утилизатора 11 теплоты уходящих газов через дымовую трубу (не показана) отводятся в атмосферу.

Таким образом, снабжение парогазовой установки электростанции трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с патрубком отвода воздуха из декарбонизатора, и подача выходящего из него насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха в турбокомпрессор позволяют улучшить теплофизические свойства рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине и повысить экономичность и мощность парогазовой установки электростанции за счет уменьшения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине. Кроме того, подача в камеру сгорания газотурбинной установки увлажненного воздуха уменьшает концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания и количество вредных выбросов в атмосферу и увеличивает срок службы высоконапряженных элементов газотурбинной установки за счет снижения температуры газов в камере сгорания.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Парогазовая установка электростанции, содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, водоподготовительную установку, содержащую декарбонизатор, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины, напорный трубопровод к теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, трубопровод, соединяющий патрубок отвода воздуха из декарбонизатора с всасывающим коробом турбокомпрессора. Изобретение позволяет повысить экономичность и удельную мощность парогазовой установки электростанции за счет уменьшения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине вследствие улучшения теплофизических свойств рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине. 1 ил.

Парогазовая установка электростанции, содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, водоподготовительную установку, содержащую декарбонизатор, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, отличающаяся тем, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с патрубком отвода воздуха из декарбонизатора водоподготовительной установки для подачи выходящего из него насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха в турбокомпрессор.