Способ работы комбинированной газопаровой установки Российский патент 2017 года по МПК F02C3/30 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к контактным газотурбинным установкам, используемым для привода электрических генераторов и газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов.

Известен способ работы комбинированной газопаровой установки STIG с подачей в камеру сгорания газовой турбины перегретого пара, вырабатываемого за счет утилизации тепла парогазовой смеси, отработавшей в газовой турбине (Ю.С. Елисеев, В.Е. Беляев и др. ПГУ смешения: проблемы и перспективы. «Газотурбинные технологии» №2, 2006 г.). Впрыск пара увеличивает расход и теплоемкость парогазовой смеси расширяемой в газовой турбине с увеличением ее мощности и КПД.

Недостаток установки STIG связан с тем, что вследствие отвода в атмосферу всей охлажденной парогазовой смеси для нее характерны безвозвратные потери большого количества химически очищенной воды.

Известен способ работы комбинированной газопаровой установки, при котором атмосферный воздух охлаждают и увлажняют перед компрессором в охлаждающем устройстве, работающем с косвенно-испарительным охлаждением атмосферного воздуха по циклу Майсоценко (M-Cicle) (http://sssrregion.ru/pics/Khalatov_Ukraina.pdf А. Халатов, И. Карп, Б. Исаков. Цикл Майсоценко и перспективы его использования в Украине. Стр. 2, Стр. 10, Рис. 4). При этом атмосферный воздух направляют в сухой рабочий канал охлаждающего устройства, внутреннюю стенку которого охлаждают за счет контакта с обратной стороной внешнего влажного рабочего канала, покрытого капиллярным фитилем, изготовленным, например, из целлюлозы и смачиваемым водой. Температура воздуха поступающего в компрессор снижается при его контакте с влажной стенкой за счет скрытой теплоты испарения воды. При этом производится дополнительное увлажнение сжатого воздуха перед камерой сгорания, что улучшает процессы сгорания топлива и снижает вредные выбросы в атмосферу.

Недостаток этого способа связан с тем, что в нем производится только охлаждение воздуха перед компрессором, но не предусмотрена возможность охлаждения внешнего потока воды или конденсата.

Известен также способ работы комбинированной газопаровой установки типа «Водолей», включающий подачу в камеру сгорания сжатого воздуха и топлива, его сжигание, подвод «экологического» и «энергетического» пара, расширение полученной газопаровой смеси в газопаровой турбине, ее охлаждение с использованием ее тепла для испарения и перегрева перегретого пара, конденсацию и сепарацию паровой составляющей охлажденной газопаровой смеси, при этом большую часть конденсата охлаждают во внешнем охладителе и затем впрыскивают в парогазовую смесь, меньшую часть конденсата используют для выработки перегретого пара (Романов В.И., Кривуца В.А. Комбинированная газопаровая установка мощностью 16-26 МВт с утилизацией тепла отходящих газов и регенерацией воды из парогазового потока. «Теплоэнергетика» №4, 1966, с. 27-30).

Недостатками этого способа работы комбинированной газопаровой установки, принятой в качестве прототипа изобретения, является отсутствие охлаждения и повышения влажности воздуха перед сжатием в компрессоре, а также необходимость применения в установке, реализующей этот способ работы, внешнего воздухоохладителя конденсата, например испарительной градирни, что вызывает увеличение ее стоимости.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа работы комбинированной газопаровой установки, устраняющего недостатки известных аналогов и прототипа с повышением ее мощности, термодинамической и экономической эффективности.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе работы комбинированной газопаровой установки в ее камеру сгорания подают сжатый воздух, подают «экологический» пар и топливо, сжигают топливо, в продукты сгорания подают «энергетический» пар, расширяют полученную газопаровую смесь в газопаровой турбине, утилизируют ее тепловую энергию для испарения и перегрева вырабатываемого пара, который используют для подачи «экологического» и «энергетического» пара, конденсируют газопаровую смесь путем впрыска в нее охлажденного конденсата и сепарируют конденсат пара, при этом большую часть сепарированного конденсата охлаждают в охладителе конденсата до 25-30°С и используют для впрыска в газопаровую смесь и конденсации пара, меньшую часть конденсата используют ее для выработки перегретого пара, причем в качестве охладителя конденсата используют косвенно-испарительное охлаждающее устройство, размещенное на входе атмосферного воздуха в компрессор, которое состоит из внутреннего и внешнего трубопроводов, змеевиковой поверхности охлаждения конденсата, сухого и влажного каналов, и за счет которого производят одновременное охлаждение сепарированного конденсата и повышение влажности воздуха, поступающего в компрессор, причем охлаждение сепарированного конденсата осуществляют внутри влажного канала, образованного внутренними стенками внешнего трубопровода и внешними стенками внутреннего трубопровода, путем прохождения конденсата через трубчатый теплообменный змеевик, вход которого связан с сепаратором конденсата, а выход с впрыскивающим устройством охлажденного конденсата, а повышение влажности воздуха, поступающего в компрессор, осуществляют за счет того, что внутренний трубопровод выполняют перфорированным, покрывают его внешние стенки слоем капиллярного теплопроводного фитиля и равномерно смачивают конденсатом, который, в свою очередь, испаряется. Слой капиллярного теплопроводного фитиля изготавливают из целлюлозы.

Схема для реализации предлагаемого способа представлена чертежами на Фиг. 1 и Фиг. 2. На фиг. 1 приведена принципиальная схема комбинированной газопаровой установки, содержащей: 1 - трубопровод конденсата, 2 - сборный бак конденсата, 3 - сепаратор, 4 - химводоочистку, 5 - выпрыскивающее устройство котла-утилизатора-, 6 - испаритель, 7 - пароперегреватель, 8 - котел-утилизатор 9 - трубопровод охлажденного конденсата, 10 - паропровод перегретого пара, 11 - трубопровод подвода топлива, 12 - камеру сгорания, 13 - газоход, 14 - влажный канал, 15 - воздушный короб, 16 - сухой канал, 17 - змеевиковую поверхность охлаждения конденсата, 18 - трубопровод конденсата, 19 - компрессор, 20 - газовую турбину, 21 - электрогенератор.

На фиг. 2 изображено косвенно-испарительное охлаждающее устройство, включающее: 14 - влажный канал, 16 - сухой канал, 17 - змеевиковую поверхность охлаждения конденсата, 18 - трубопровод конденсата, 22 - наружную трубу, 23 - внутреннюю трубу с капиллярным фитилем, 24 - перфорированные отверстия.

Предлагаемый способ работы комбинированной газопаровой установки осуществляют следующим образом. В компрессоре 19 сжимают воздух, подают его в камеру сгорания 12, подают в нее топливо по трубопроводу подвода топлива 11, сжигают его, по паропроводу перегретого пара 10 из пароперегревателя 7 котла-утилизатора 8 подают «экологический» пар, в продукты сгорания по паропроводу перегретого пара 10 подают «энергетический» перегретый пар, полученную газопаровую смесь расширяют в газопаровой турбине 20, полезную работу которой используют для привода электрогенератора 21 и выработки электроэнергии. Расширенную газопаровую смесь по газоходу 13 подают в котел-утилизатор 8, содержащий пароперегреватель 7, испаритель 6, впрыскивающее устройство 5 и сепаратор 3, где ее теплоту используют для выработки пара в испарителе 6 и в пароперегревателе 7, в охлажденную в котле-утилизаторе 8 газопаровую смесь впрыскивают через выпрыскивающее устройство охлажденный конденсат с температурой 25-30°С, который охлажден в змеевиковой поверхности охлаждения конденсата 17. В сепараторе 3 конденсируют паровую составляющую газопаровой смеси, отделяя конденсат пара от газов, которые сбрасывают в атмосферу с температурой 43-45°С. Конденсат пара направляют в сборный бак конденсата 2. Меньшую часть конденсата очищают от примесей в химводоочистке 4 и подают в котел-утилизатор 8 для выработки перегретого пара. Большую часть конденсата из сборного бака конденсата 2 направляют по трубопроводу конденсата 1 в змеевиковую поверхность охлаждения конденсата 17, размещенную во влажном канале 14 косвенно-испарительного охлаждающего устройства между его наружной трубой 22 и внутренней трубой 23, внешняя поверхность внутренней трубы 23 покрыта капиллярным фитилем, смачиваемым водой, подводимой в него по трубопроводу конденсата 18. Атмосферный воздух по воздушному коробу 15 поступает во влажный канал 14 и сухой канал 16 косвенно-испарительного охлаждающего устройства. В его влажном канале производится увлажнение и охлаждение воздуха за счет испарения воды из капиллярного фитиля. При этом снижается температура внутренней трубы 23, что обеспечивает охлаждение воздуха движущегося через сухой канал 16. Часть охлажденного воздуха поступает из сухого канала 16 через перфорированные отверстия 24 во влажный канал 14. В змеевиковой поверхности охлаждения конденсата 17 происходит охлаждение конденсата, который затем подают по трубопроводу охлажденного конденсата 9 во выпрыскивающее устройство 5 и используют для конденсации пара, содержащегося в газопаровой смеси.

Предлагаемый способ позволяет:

- производить косвенно-испарительное охлаждение атмосферного воздуха, поступающего в компрессор с повышением его влажности;

- обеспечивать охлаждение большей части сепарированного конденсата с его использованием для конденсации паровой составляющей газопаровой смеси;

- уменьшить расход воздуха через компрессор и снизить образование в камере сгорания экологически вредных компонентов продуктов сгорания за счет испарения воды в капиллярном фитиле косвенно-испарительного охлаждающего устройства;

- повысить мощность и тепловую экономичность комбинированной газопаровой установки за счет снижения температуры воздуха, поступающего в компрессор, и увеличения его влажности.

Изобретение относится к области энергетики и используется для привода электрических генераторов и газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов. Способ работы комбинированной газопаровой установки включает сжатие воздуха, сжигание топлива, смешение продуктов сгорания с перегретым паром, расширение газопаровой смеси в газовой турбине, использование ее полезной работы для выработки электроэнергии или для привода газоперекачивающего агрегата. Тепловую энергию расширенной газопаровой смеси используют для выработки перегретого пара, впрыскиваемого в продукты сгорания, сепарирование и конденсацию паровой составляющей газопаровой смеси, косвенно-испарительное охлаждение атмосферного воздуха и повышение его влажности перед сжатием, а также охлаждение большей части сепарированного конденсата за счет теплообмена атмосферного воздуха и большей части сепарированного конденсата в трубчатом теплообменном змеевике, расположенном внутри влажного канала, образованного внутренними стенками внешнего трубопровода и внешними стенками внутреннего трубопровода. Вход трубчатого теплообменного змеевика связан с сепаратором конденсата, а его выход с впрыскивающим устройством охлажденной воды, внешняя поверхность внутреннего трубопровода покрыта капиллярным теплопроводным слоем, смачиваемым сепарированным конденсатом с последующим испарением его части и подачей образующегося пара в атмосферный воздух перед его сжатием. Изобретение позволяет повысить термодинамическую и экономическую эффективность работы установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ работы комбинированной газопаровой установки, заключающийся в том, что в ее камеру сгорания подают сжатый воздух, подают «экологический» пар и топливо, сжигают топливо, в продукты сгорания подают «энергетический» пар, расширяют полученную газопаровую смесь в газопаровой турбине, утилизируют ее тепловую энергию для испарения и перегрева вырабатываемого пара, который используют для подачи «экологического» и «энергетического» пара, конденсируют газопаровую смесь путем впрыска в нее охлажденного конденсата и сепарируют конденсат пара, при этом большую часть сепарированного конденсата охлаждают в охладителе конденсата до 25-30°С и используют ее для впрыска в газопаровую смесь и конденсации пара, меньшую часть конденсата используют для выработки перегретого пара, отличающийся тем, что в качестве охладителя конденсата используют косвенно-испарительное охлаждающее устройство, размещенное на входе атмосферного воздуха в компрессор, которое состоит из внутреннего и внешнего трубопроводов, змеевиковой поверхности охлаждения конденсата, сухого и влажного каналов, и за счет которого производят одновременное охлаждение сепарированного конденсата и повышение влажности воздуха, поступающего в компрессор, причем охлаждение сепарированного конденсата осуществляют внутри влажного канала, образованного внутренними стенками внешнего трубопровода и внешними стенками внутреннего трубопровода, путем прохождения конденсата через трубчатый теплообменный змеевик, вход которого связан с сепаратором конденсата, а выход с впрыскивающим устройством охлажденного конденсата, а повышение влажности воздуха, поступающего в компрессор, осуществляют за счет того, что внутренний трубопровод выполняют перфорированным, покрывают его внешние стенки слоем капиллярного теплопроводного фитиля и равномерно смачивают конденсатом, который, в свою очередь, испаряется.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой капиллярного теплопроводного фитиля изготавливают из целлюлозы.