ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, РАБОТАЮЩАЯ НА ОРГАНИЧЕСКОМ ТОПЛИВЕ, С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТАКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2014 года по МПК F01K17/00 

Для отделения диоксида углерода из газообразных отходов энергетических установок, работающих на органическом топливе, как, например, газовые и паровые энергетические установки (GUD - парогазотурбинная электростанция) или работающие на угле паросиловые установки (DKW) требуется большое количество энергии.

При применении жидкостного абсорбционно-десорбционного способа отделения диоксида углерода эта энергия должна иметься в наличии в виде тепловой энергии для теплоснабжения процесса десорбции. Обычно для этого применяется пар низкого давления из парового цикла.

Собственно, если находящаяся в строительстве энергетическая установка еще не оборудуется примыкающим к ней устройством для отделения диоксида углерода, то уже сегодня существует обязанность подтверждения возможности позднего дооборудования (Capture Readyness). Согласно этому уже сегодня имеются соответствующие мероприятия, которые в более поздний момент без проблем можно осуществить в энергетической установке. Если подобные мероприятия касаются, например, машинного отделения, то оно должно соответственно увеличиться вследствие отбора пара низкого давления.

К тому же имеется требование, в соответствии с которым паровая турбина, соответственно, энергетический процесс для отбора пара низкого давления должен иметь соответствующую конфигурацию. В паровых турбинах с разделенным корпусом для ступени среднего и низкого давления отбор пара низкого давления простым способом возможен в перепускном трубопроводе. Напротив, в паровых турбинах с расположенной в одном корпусе ступенью среднего и низкого давления отбор требуемого большого количества пара из турбины при подходящем давлении невозможен.

Также отбор пара из других источников внутри энергетического процесса не является предпочтительным, или не может осуществляться подходящим способом. Так, например, отбор из трубопровода промежуточного перегрева паровой турбины ведет к несимметричной нагрузке котла. Также отбор высококачественного пара для устройства отделения диоксида углерода должен исключаться, так как это ведет к недопустимым потерям энергии.

Исходя из вышесказанного задачей изобретения является создание устройства и способа для работающих на органическом топливе энергетических установок, предоставление пара низкого давления из источника, отличного от перепускного трубопровода между ступенью среднего и низкого давления устройства для отделения диоксида углерода, так что предотвращается несимметричная нагрузка энергетического процесса и при отборе пара в значительной степени минимизируются потери энергии.

Относящаяся к устройству задача изобретения решается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения.

Изобретение относится к паровой турбине, которая имеет однокорпусную ступень среднего и низкого давления. К тому же кроме ступени среднего и низкого давления паровая турбина включает еще ступень высокого давления в отдельном корпусе. При этом предусмотрено, что свежий пар для ступени высокого давления после выхода из ступени высокого давления по трубопроводу для возврата пара (холодный трубопровод промежуточного перегрева) возвращается в котел для нового нагревания (промежуточный перегрев), где снова нагревается и по горячему трубопроводу промежуточного перегрева направляется в ступень среднего давления паровой турбины. Согласно изобретению теперь предусмотрено, что к горячему трубопроводу промежуточного перегрева присоединен трубопровод технологического пара, который соединен с устройством для отделения диоксида углерода, причем в трубопровод технологического пара включена паровая турбина, работающая с противодавлением. С помощью паровой турбины, работающей с противодавлением, отобранный технологический пар приводится в состояние технологического пара (насыщенный пар). Котел должен быть соответственно рассчитан на отбор пара.

В предпочтительном усовершенствованном варианте сжигающей ископаемое топливо энергетической установки отобранный технологический пар с помощью генератора, присоединенного к паровой турбине, работающей с противодавлением, превращается в электрическую энергию. Благодаря этому избыточная энергия технологического пара может использоваться для выработки электрической энергии.

В целесообразном исполнении работающей на органическом топливе энергетической установки процесс отделения диоксида углерода состоит из блока для абсорбции и блока для десорбции. Трубопровод технологического пара соединен с подводом с теплообменником блока для десорбции. С отводом блок для десорбции соединен с трубопроводом для возврата конденсата.

Задача изобретения, относящаяся к способу, решается с помощью признаков пункта 6 формулы изобретения.

По аналогии с устройством при предложенном в соответствии с изобретением способе технологический пар отбирается из горячего трубопровода промежуточного перегрева.

При этом технологический пар расширяется в процессе снятия давления, причем образуется разгруженный от давления пар (насыщенный пар). Разгруженный от давления пар потом подводится к устройству для отделения диоксида углерода.

Предпочтительным способом процесс снятия давления используется для выработки электрической энергии. Разгруженный от давления пар применяется преимущественно для десорбции диоксида углерода в процессе отделения диоксида углерода.

Подготовительные мероприятия для "Capture Ready" ограничиваются благодаря изобретению соответствующим расчетом котла и точки примыкания вне критического для установки машинного здания. Паровая турбина при дооборудовании устройством для отделения диоксида углерода может оптимизироваться в отношении термодинамики к примененному затем процессу отделения. Подключение турбины, работающей с противодавлением, перед промежуточным перегревом приводит к более низким температурам пара, которые без проблем могут понижаться с помощью стандартных промышленных турбин.

Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью чертежа.

Фигура показывает в основном работающую на органическом топливе энергетическую установку 1 с присоединенным к устройству отделения диоксида углерода теплообменником 21. Работающая на органическом топливе энергетическая установка 1 выполнена здесь в виде парогазотурбинной электростанции (GUD) 12. Парогазотурбинная электростанция 12 изображена в упрощенном виде и состоит здесь из газовой турбины 13, паровой турбины 2, генератора 20 и включенного в канал для отходящих газов газовой турбины парогенератора 4, выполненного в виде парогенератора 15, работающего на отходящем тепле. Паровая турбина 2 состоит из ступени 24 высокого давления и ступени 25 среднего и низкого давления. Газовая турбина 13, генератор 20 и паровая турбина 2 находятся на общем валу 8. Следом за паровой турбиной 2 включен конденсатор 22.

Ступень 24 высокого давления соединена с парогенератором 4 с подводом свежего пара через трубопровод 23 свежего пара и отводом пара через трубопровод 3 отвода пара (холодный трубопровод промежуточного перегрева). К тому же к парогенератору 4 присоединен горячий трубопровод 16 промежуточного перегрева, который соединен с частью 25 среднего и низкого давления паровой турбины 2.

К горячему трубопроводу 16 промежуточного перегрева для отбора технологического пара 17 присоединен трубопровод 6 технологического пара. Наряду с паровой турбиной 2 предусмотрена паровая турбина 7, работающая с противодавлением, которая с подводом технологического пара соединена с трубопроводом 6 технологического пара. В паровой турбине 7, работающей с противодавлением, имеет место расширение технологического пара 17 с образованием насыщенного пара 26. Технологический пар при этом с помощью генератора 9, присоединенного к паровой турбине 7, работающей с противодавлением, превращается в электрическую энергию. Температура на выходе из паровой турбины, работающей с противодавлением, при отборе пара из горячего трубопровода промежуточного перегрева составляет около 290°С.

К паровой турбине 7, работающей с противодавлением, подключен теплообменник 21 устройства для отделения диоксида углерода. При этом устройство для отделения диоксида углерода здесь подробно не изображено. Паровая турбина 7, работающая с противодавлением, соединена с блоком 11 для десорбции устройства для отделения диоксида углерода через трубопровод 28 насыщенного пара. Насыщенный пар 26 поддерживает в блоке 11 для десорбции кипячение растворителя для высвобождения диоксида углерода.

Из теплообменника 21 через трубопровод 29 возврата конденсата конденсат отводится в конденсатор 22. Для этого трубопровод 29 возврата конденсата соответственно соединен с конденсатором 22. В заключение предусмотрен трубопровод 30 конденсата, который соединяет конденсатор 22 с парогенератором 4, чтобы замкнуть циркуляцию питательной воды.

Изобретение относится к энергетике. Энергетическая установка, работающая на органическом топливе, включает в себя котельный агрегат, установленную следом за котельным агрегатом через горячий трубопровод промежуточного перегрева паровую турбину и устройство для отделения диоксида углерода, причем устройство для отделения диоксида углерода через трубопровод технологического пара соединено с горячим трубопроводом промежуточного перегрева котельного агрегата. При этом в трубопровод технологического пара включена паровая турбина, работающая с противодавлением. Изобретение позволяет предотвратить несимметричную нагрузку энергетического процесса и минимизировать потери энергии. 2 н.и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Энергетическая установка (1), работающая на органическом топливе, включающая парогенератор (4), установленную следом через горячий трубопровод (16) промежуточного перегрева паровую турбину (2) и устройство (5) для отделения диоксида углерода, отличающаяся тем, что устройство (5) для отделения диоксида углерода через трубопровод (6) технологического пара соединено с горячим трубопроводом (16) промежуточного перегрева парогенератора и что в трубопровод (6) технологического пара включена паровая турбина (7), работающая с противодавлением.

2. Установка (1) по п.1, отличающаяся тем, что паровая турбина (7), работающая с противодавлением, для выработки электрического тока, посредством вала (8) соединена с генератором (9).

3. Установка (1) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что устройство (5) для отделения диоксида углерода включает блок для абсорбции и блок (11) для десорбции.

4. Установка (1) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она представляет собой парогазотурбинную электростанцию (12), включающую газовую турбину (13), причем парогенератор (4) является парогенератором (15), работающим на отходящем тепле, а перепускной трубопровод (3) для пара представлен холодным трубопроводом (16) промежуточного перегрева.

5. Установка (1) по п.3, отличающаяся тем, что она представляет собой парогазотурбинную электростанцию (12), включающую газовую турбину (13), причем парогенератор (4) является парогенератором (15), работающим на отходящем тепле, а перепускной трубопровод (3) для пара представлен холодным трубопроводом (16) промежуточного перегрева.

6. Способ эксплуатации работающей на органическом топливе энергетической установки (1), включающей в себя парогенератор (4), установленную следом за парогенератором через горячий трубопровод (16) промежуточного перегрева паровую турбину (2) и устройство (5) для отделения диоксида углерода, при котором промежуточно перегретый пар из горячего трубопровода (16) промежуточного перегрева отбирают в виде технологического пара, расширяют в процессе снятия давления, причем образуется разгруженный пар, который подводят к устройству (5) для отделения диоксида углерода.

7. Способ по п.6, при котором процесс снятия давления включает генератор (20), и его применяют для выработки электрической энергии.

8. Способ по п.6 или 7, при котором разгруженный пар (19) применяют для десорбции диоксида углерода.