ГАЗОТУРБИННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, ИМЕЮЩАЯ РЕЦИРКУЛЯЦИЮ ВЫХЛОПНОГО ГАЗА Российский патент 2017 года по МПК F02C6/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к котлу-утилизатору и рециркуляции выхлопного газа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Газотурбинная электростанция, которая содержит газотурбинную установку, котел-утилизатор и канал рециркуляции выхлопного газа, известна из US 2009/0284013 A1. Газотурбинная установка имеет компрессор для воздуха, компрессор для подвергнутого рециркуляции выхлопного газа, горелку и газовую турбину. Котел-утилизатор содержит впускную сторону котла, соединенную с выпуском турбины газотурбинной установки, первый выпуск котла, соединенный с выхлопной трубой, и второй выпуск котла. В то же время канал рециркуляции выхлопного газа соединяет второй выпуск котла со впуском компрессора газотурбинной установки. В случае известной газотурбинной электростанции рециркулирующий выхлопной газ сжимается в отдельном компрессоре. В дополнение, устройство последующей обработки выхлопного газа в виде трехкомпонентного катализатора расположено в известной газотурбинной электростанции перед котлом-утилизатором.

Другая газотурбинная электростанция с рециркуляцией выхлопного газа известна из WO 2008/155242 A1, в которой канал рециркуляции выхлопного газа соединяет разделитель потока с впуском компрессора. В этом случае разделитель потока расположен после котла-утилизатор и позволяет управляемое распределение общего потока выхлопного газа на частичный поток, который приводит к выхлопной трубе, и частичный поток, который рециркулирует к компрессору посредством канала рециркуляции выхлопного газа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение занимается проблемой определения усовершенствованного варианта осуществления или по меньшей мере альтернативного варианта осуществления газотурбинной установки, относящейся к типу, упомянутому во введении, которая в особенности отличается способностью осуществляться более экономически эффективно и/или наличием улучшенных значений выбросов загрязняющих веществ.

Изобретение основано на общей идее использования узла котла-утилизатора, содержащего два пути выхлопного газа котла, которые по меньшей мере частично отделены друг от друга, причем первый путь выхлопного газа котла ведет от впускной стороны котла к первому выпуску котла, тогда как второй путь выхлопного газа котла ведет от впускной стороны котла ко второму выпуску котла. В связи с этим выхлопной газ, который предназначен для выхлопной трубы, следует по первому пути выхлопного газа котла, тогда как выхлопной газ, который предназначен для канала рециркуляции выхлопного газа, следует по второму пути выхлопного газа котла. Обеспечивая пути выхлопного газа котла, которые отделены друг от друга внутри одного узла котла-утилизатора, возможно, например, конкретно разрабатывать сопротивление сквозного потока первого пути выхлопного газа котла так, что требуемая скорость рециркуляции выхлопного газа регулируется практически автоматически посредством второго пути выхлопного газа котла без дополнительных мер, необходимых для приведения в движение выхлопного газа, который подлежит рециркуляции. Например, проходимое потоком поперечное сечение первого пути выхлопного газа котла может быть меньшего размера, чем проходимое потоком поперечное сечение второго пути выхлопного газа котла таким образом, что устанавливается требуемая скорость рециркуляции выхлопного газа.

Например, может быть предусмотрено согласно предпочтительному варианту осуществления, что перегородка котла расположена в узле котла-утилизатора и отделяет два пути выхлопного газа котла друг от друга. Такая перегородка котла может быть выполнена в частности легко в соответствующем котле-утилизаторе. В дополнение, перегородка котла может выполнять дополнительные задачи, например, функцию поддержки дополнительных компонентов котла-утилизатора. Например, перегородка котла может служить для крепления труб или трубок узла теплообменника.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления впускная сторона котла может иметь общий впуск котла, из которого продолжается общий главный путь котла, который на расстоянии от впускной стороны котла разветвляется в точке разветвления котла на два пути выхлопного газа котла. Другими словами, два отдельных пути выхлопного газа котла не продолжаются через весь узел котла-утилизатора, но только через одну секцию узла котла-утилизатора, которая ведет к двум выпускам котла. В результате этого в особенности может быть выполнено распределение общего потока выхлопного газа по двум путям выхлопного газа котла внутри узла котла-утилизатора. Вследствие этого могут быть созданы, например, аэродинамически благоприятные условия потока.

Согласно предпочтительному варианту осуществления элемент управления может быть расположен на вышеупомянутой точке разветвления котла, посредством которого можно управлять распределением потока выхлопного газа по двум путям выхлопного газа котла. В связи с этим посредством такого элемента управления скорость рециркуляции выхлопного газа может регулироваться при работе газотурбинной электростанции, например, для того, чтобы приспосабливать скорость рециркуляции выхлопного газа для изменения рабочих условий соответствующей газотурбинной установки. Расположение элемента управления в узле котла-утилизатора является особым преимуществом в этом случае, так как сравнительно большие поперечные сечения потока обеспечены внутри узла котла-утилизатора, в результате чего преобладающие скорости потока являются сравнительно низкими. Вследствие этого, силы потока, которые воздействуют на такой элемент управления, также соответственно уменьшены. Это упрощает выполнение достаточно устойчивого элемента управления.

В другом предпочтительном варианте осуществления впускная сторона котла может иметь первый впуск котла и второй выпуск котла, причем первый путь выхлопного газа котла далее ведет от первого впуска котла к первому выпуску котла, тогда как второй путь выхлопного газа котла ведет от второго впуска котла ко второму выпуску котла отдельно от первого пути выхлопного газа котла. Другими словами, два пути выхлопного газа котла направлены отдельно от впускной стороны котла к выпускной стороне котла в узле котла-утилизатора так, что они соединяют два впуска котла, которые отделены друг от друга, с двумя выпускам котла, которые отделены друг от друга.

Дополнительно или альтернативно, целесообразно может быть предусмотрен диффузор, который расположен на впускной стороне котла и отличается тем, что он имеет поперечное сечение канала потока, которое увеличивается в направлении потока. В связи с этим в диффузоре проходимое потоком поперечное сечение увеличивается, тогда как скорость потока в то же время уменьшается. В связи с этим диффузор расположен между узлом котла-утилизатора и выпуском турбины.

Особое преимущество сейчас имеет вариант осуществления, в котором диффузор имеет впуск диффузора, который соединен с выпуском турбины, первый выпуск диффузора, который соединен с вышеупомянутым первым впуском котла, и второй выпуск диффузора, который соединен с вышеупомянутым вторым впуском котла. Общий главный путь диффузора, который в точке разветвления диффузора разделяется на два отдельных пути выхлопного газа диффузора, далее продолжается от впуска диффузора. Таким образом, разделение потока выхлопного газа на первый частичный поток, который предназначен для выхлопной трубы, и второй частичный поток, который предназначен для канала рециркуляции выхлопного газа, выполняется уже внутри диффузора, что является предпочтительным с аэродинамической точки зрения. Такой вариант осуществления может быть выполнен особенно экономически эффективным образом, так как достаточное пространство обеспечивается в диффузоре для того, чтобы выполнять требуемые отдельные пути выхлопного газа диффузора.

Согласно предпочтительному варианту осуществления перегородка диффузора может быть расположена в диффузоре или в корпусе диффузора, впускной край которого образует вышеупомянутую точку разветвления диффузора, и который отделяет два пути газа диффузора до выпусков диффузора. Такая перегородка диффузора может быть использована для придания жёсткости корпусу диффузора, например, благодаря чему корпус диффузора может быть выполнен более простым образом с достаточной устойчивостью.

Особое преимущество сейчас имеет вариант осуществления, в котором выпускной край перегородки диффузора и впускной край вышеупомянутой перегородки состыкованы друг с другом. В результате этого отделенный поток выхлопного газа, инициированный в диффузоре в точке разветвления диффузора, направляется посредством двух путей выхлопного газа диффузора через узел котла-утилизатора с помощью этих двух путей выхлопного газа котла непрерывно.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления элемент управления может быть расположен на вышеупомянутой точке разветвления диффузора, посредством которого можно управлять распределением потока выхлопного газа по двум путям выхлопного газа диффузора. Достаточное пространство для установки обеспечивается в диффузоре, благодаря чему расположение такого элемента управления в диффузоре может быть выполнено особенно простым образом.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления узел котла-утилизатора может иметь узел теплообменника для охлаждения выхлопного газа, причем два пути выхлопного газа котла представлены отдельно и параллельно сквозному потоку выхлопного газа и направляются через узел теплообменника. Охлаждение первого частичного потока выхлопного газа, который подается к выхлопной трубе, все же приводит к использованию отходящего тепла, содержащегося в выхлопном газе до того, как частичный поток выхлопного газа освобождается в окружающую среду. Охлаждение второго частичного потока выхлопного газа, который служит для рециркуляции выхлопного газа, также может служить для использования тепла, содержащегося в выхлопном газе. Это дополнительно приводит к уменьшению температуры на впуске компрессора. Также охлаждение подвергнутого рециркуляции выхлопного газа может приводить к уменьшению выбросов NO_x.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления может быть обеспечено, что в узле котла-утилизатора по меньшей мере одно устройство обработки выхлопного газа расположено только в первом пути выхлопного газа котла. Другими словами, никакое устройство обработки выхлопного газа не расположено во втором пути выхлопного газа котла. То же самое применяется, если вышеупомянутые пути выхлопного газа диффузора должны быть добавлены, так что по меньшей мере одно устройство обработки выхлопного газа расположено только в конструкции, состоящей из первого пути газа диффузора и первого пути выхлопного газа котла, тогда как никакое устройство обработки выхлопного газа не расположено в конструкции, состоящей из второго пути выхлопного газа диффузора и второго пути выхлопного газа котла. Устройствами обработки выхлопного газа преимущественно являются катализаторы и фильтры твердых частиц. Катализаторами, которые могут использоваться в качестве устройства обработки выхлопного газа в первом пути выхлопного газа котла или альтернативно в первом пути выхлопного газа диффузора, являются, например, катализатор NO_x, катализатор CO, катализатор SCR или катализатор SCR. В этом случае SCR означает «селективное каталитическое восстановление», тогда как NSCR означает «неселективное каталитическое восстановление». Оснащение только первого пути выхлопного газа котла или первого пути выхлопного газа диффузора по меньшей мере одним устройством последующей обработки выхлопного газа основано на том соображении, что только выхлопной газ, который направляется через первый путь выхлопного газа, продвигается к выхлопной трубе и в связи с этим в конечном счете выбрасывается в окружающую среду, тогда как выхлопной газ, который следует по второму пути выхлопного газа вновь подается для сгорания. Вследствие этого обработка выхлопного газа подвергнутого рециркуляции выхлопного газа необязательна. Это соображение далее приводит к соответствующему устройству обработки выхлопного газа, которое должно быть выполнено только для уменьшенного потока выхлопного газа, благодаря чему расходы на выполнение обработки выхлопного газа могут быть уменьшены. В то же время, размещая соответствующее устройство обработки выхлопного газа в первом пути выхлопного газа котла, сопротивление потока в первом пути выхлопного газа котла по сравнению со вторым путем выхлопного газа котла может быть увеличено сравнительно просто и без дополнительных мер, вследствие чего требуемое распределение выхлопного газа к каналу рециркуляции выхлопного газа, то есть требуемая скорость рециркуляции выхлопного газа, может быть выполнено сравнительно простым образом.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления узел котла-утилизатора может иметь общий котел-утилизатор, в котором образованы два пути выхлопного газа котла, и содержит соответствующий впуск котла и соответствующий выпуск котла. Этот вариант осуществления может быть выполнен в особенности простым образом, так как, например, может быть использован традиционный котел-утилизатор, в котором путем установки перегородки котла могут быть образованы два пути выхлопного газа котла.

Согласно целесообразному варианту осуществления общий котел-утилизатор может иметь общий узел теплообменника, через который направляются оба пути выхлопного газа котла. Также в этом случае в принципе возможно использовать традиционный котел-утилизатор, в котором путем установки в перегородке котла могут быть выполнены два пути выхлопного газа котла. В результате получается особенно простая и экономичная реализуемость. Два пути выхлопного газа котла целесообразно отделены друг от друга и направлены параллельно через общий узел теплообменника.

Согласно альтернативному варианту осуществления узел котла-утилизатора может иметь первый котел-утилизатор, в котором образован первый путь выхлопного газа котла, и второй котел-утилизатор, в котором образован второй путь выхлопного газа котла. Путем обеспечения двух отдельных котлов-утилизаторов два котла-утилизатора могут быть лучше приспособлены к требуемым объемным потокам в каждом случае. Однако стоимость конструкции выше, чем в случае варианта осуществления с общим котлом-утилизатором.

Согласно целесообразному варианту осуществления узел теплообменника может иметь первый теплообменник, расположенный в первом котле-утилизаторе, и второй теплообменник, расположенный во втором котле-утилизаторе, причем первый путь выхлопного газа котла направлен через первый теплообменник, тогда как второй путь выхлопного газа котла направлен через второй теплообменник. В связи с этим два отдельных теплообменника обеспечены для того, чтобы отдельно охлаждать потоки выхлопного газа, которые проводятся отдельно в двух путях выхлопного газа. В результате температуры двух потоков выхлопного газа могут в частности регулироваться отдельно.

Два отдельных котла-утилизатора могут быть расположены в этом случае в отдельных корпусах или альтернативно в общем корпусе. Также может быть целесообразным вариант осуществления, в котором первый путь выхлопного газа котла, ведущий к выхлопной трубе, продолжается наклонным образом полностью или по меньшей мере в одной секции, ведущей к выхлопной трубе, относительно второго пути выхлопного газа котла предпочтительно приблизительно под углом 90°. Таким образом, существующие пространства для установки могут быть значительно лучше используемы.

В другом предпочтительном варианте осуществления первый выпуск котла также может быть соединен с установкой последующей обработки выхлопного газа. Другими словами, в этом варианте осуществления по меньшей мере одна установка последующей обработки выхлопного газа может быть расположена после узла котла-утилизатора в дополнение или альтернативно по меньшей мере одному устройству обработки выхлопного газа, которое обеспечено в узле котла-утилизатора. Такой установкой последующей обработки выхлопного газа является, например, система CCS, причем CCS означает «углерод-улавливание и хранение углерода». К тому же также могут быть обеспечены другие установки последующей обработки выхлопного газа. Теперь целесообразно может быть обеспечен элемент управления выхлопного газа, посредством которого можно управлять распределением потока выхлопного газа второго пути выхлопного газа котла к установке последующей обработки выхлопного газа и к выхлопной трубе. Таким образом, первый частичный поток выхлопного газа, который предназначен для выхлопной трубы, может быть частично или полностью направлен через установку последующей обработки выхлопного газа, как требуется. К тому же может в основном быть установлен обход установки последующей обработки выхлопного газа через выхлопную трубу.

Канал рециркуляции выхлопного газа может быть выполнен согласно предпочтительному варианту осуществления с дополнительным устройством охлаждения, которое может быть выполнено в виде устройства DCC, например, причем DCC означает «охладитель непосредственного контакта». Такое устройство DCC в то же время позволяет охлаждение и очистку подвергнутого рециркуляции выхлопного газа.

Дальнейшие важные признаки и преимущества следуют из зависимых пунктов формулы изобретения, из чертежей и из соответствующего описания фигур со ссылкой на чертежи.

Следует понимать, что вышеупомянутые признаки и подлежащие объяснению ниже признаки применимы не только в соответственно указанной совокупности, но и в других совокупностях или по отдельности без отклонения от объема охраны настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предпочтительные примерные варианты осуществления представлены на чертежах и объяснены более подробно в нижеследующем описании, причем одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым или подобным или функционально одинаковым компонентам.

На чертеже в каждом случае схематически

Фиг. 1 и 2 показывают значительно упрощенные, схематические изображения видов сбоку газотурбинной электростанции в различных вариантах осуществления,

Фиг. 3-5 показывают значительно упрощенные, схематические изображения видов сверху газотурбинной электростанции в дополнительных различных вариантах осуществления.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно фиг. 1-5 газотурбинная электростанция 1, которая может использоваться в электростанции для производства энергии, например, содержит по меньшей мере одну газотурбинную установку 2, по меньшей мере один узел 3 котла-утилизатора и по меньшей мере один канал 4 рециркуляции выхлопного газа. Соответствующая газотурбинная установка 2 содержит по меньшей мере один компрессор 5, по меньшей мере одну горелку 6 или 7 и по меньшей мере одну газовую турбину 8 или 9. В случае вариантов осуществления, показанных здесь, газотурбинная установка 2 содержит две газовые турбины 8 и 9 в каждом случае, конкретно, газовую турбину 8 высокого давления и газовую турбину 9 низкого давления. Вследствие этого также обеспечены две горелки 6 и 7, конкретно, горелка 6 высокого давления, соединенная ближе по ходу с газовой турбиной 8 высокого давления, горелка 7 низкого давления, соединенная ближе по ходу с газовой турбиной 9 низкого давления.

Узел 3 котла-утилизатора имеет впускную сторону 10 котла и выпускную сторону 11 котла. Впускная сторона 10 котла соединена по текучей среде с выпуском 12 турбины газовой турбины 9 низкого давления. Выпускная сторона 11 котла имеет первый выпуск 13 котла и второй выпуск 14 котла. Первый выпуск 13 котла соединен с выхлопной трубой 15. Второй выпуск 14 котла соединен с впуском 16 канала 4 рециркуляции выхлопного газа. Выпуск 17 канала 4 рециркуляции выхлопного газа соединен по текучей среде со впуском 18 компрессора 5. В связи с этим канал 4 рециркуляции выхлопного газа соединяет второй выпуск 14 котла со впуском 18 компрессора. В примере охладитель 19 рециркуляции выхлопного газа расположен в канале 4 рециркуляции выхлопного газа и предпочтительно выполнен в виде устройства DCC, так что посредством охладителя 19 рециркуляции выхлопного газа рециркулирующий выхлопной газ может быть охлажден и в то же время очищен. В этом случае DCC означает охладитель непосредственного контакта.

В показанном здесь варианте осуществления узел 3 котла-утилизатора имеет первый путь 20 выхлопного газа котла, который обозначен стрелкой на фиг. 1-5. Первый путь 20 выхлопного газа котла соединен с впускной стороной 10 котла и ведет к первому выпуску 13 котла. Узел 3 котла-утилизатора также включает второй путь 21 выхлопного газа котла, который также обозначен стрелкой. Второй путь 21 выхлопного газа котла также соединен по текучей среде с впускной стороной 10 котла и ведет ко второму выпуску 14 котла. В этом случае два пути 20, 21 выхлопного газа котла ведут отдельно к двум выпускам 13, 14 котла. Для выполнения двух путей 20, 21 выхлопного газа котла внутри узла 3 котла-утилизатора может быть обеспечена перегородка 22 котла, которая с этой целью расположена в соответствующем узле 3 котла-утилизатора и в этом случае отделяет по текучей среде два пути 20, 21 выхлопного газа котла друг от друга.

В показанном здесь варианте осуществления диффузор 23 расположен в каждом случае на впускной стороне 10 котла и имеет впуск 24 диффузора и по меньшей мере один выпуск 25, 26 диффузора. В вариантах осуществления на фиг. 1 и 2 обеспечено два выпуска диффузора, конкретно первый выпуск 25 диффузора и второй выпуск 26 диффузора. В отличие от этого в вариантах осуществления на фиг. 3-5 обеспечен только один общий выпуск 25 диффузора. Впуск 24 диффузора соединен с выпуском 12 турбины.

В вариантах осуществления на фиг. 3-5 общий выпуск 25 диффузора соединен по текучей среде с впускной стороной 10 котла. Для сравнения, в вариантах осуществления на фиг. 1 и 2 первый выпуск 25 диффузора соединен по текучей среде с первым впуском 27 котла, тогда как второй выпуск 26 диффузора соединен по текучей среде со вторым впуском 28 котла. В этом случае два впуска 27, 28 котла образованы на впускной стороне 10 котла. В связи с этим в вариантах осуществления на фиг. 1 и 2 первый путь 20 выхлопного газа котла ведет от первого выпуска 27 котла к первому выпуску 13 котла. Параллельно и отдельно от этого второй путь 21 выхлопного газа котла ведет от второго впуска 28 котла ко второму выпуску 14 котла.

Образованными в диффузоре 23 в показанном варианте осуществления на фиг. 1 и 2 являются общий главный путь 29 диффузора, который обозначен стрелкой, и первый путь 30 выхлопного газа диффузора, который обозначен стрелкой, и второй путь 31 выхлопного газа диффузора, который также обозначен стрелкой. Общий главный путь 29 диффузора разветвляется в точке 32 разветвления диффузора на два отдельных пути 30, 31 выхлопного газа диффузора. Для выполнения двух отдельных путей 30, 31 выхлопного газа диффузора перегородка 33 диффузора расположена в корпусе 61 диффузора диффузора 23. Впускной край 34 перегородки 33 диффузора образует точку 32 разветвления диффузора. Перегородка 33 диффузора отделяет два пути 30, 31 выхлопного газа диффузора от точки 32 разветвления диффузора до двух выпусков 25, 26 диффузора. В примерах на фиг. 1 и 2 перегородка 33 диффузора и перегородка 22 котла расположены так, что выпускной край 35 перегородки 33 диффузора и впускной край 36 перегородки 22 котла состыкованы друг с другом.

В результате взаимной стыковки перегородок 22, 33, первый путь 30 выхлопного газа диффузора непосредственно переходит в первый путь 20 выхлопного газа котла, тогда как в то же время второй путь 31 выхлопного газа диффузора переходит во второй путь 21 выхлопного газа котла. Таким образом, общий первый путь 20-30 выхлопного газа, состоящий из первого пути 20 выхлопного газа котла и первого пути 30 выхлопного газа диффузора, и общий второй путь 21-31 выхлопного газа, состоящий из второго пути 21 выхлопного газа котла и второго пути 31 выхлопного газа диффузора, образованы внутри блока, состоящего из диффузора 23 и узла 3 котла-утилизатора.

В примере на фиг. 1 элемент 37 управления, который в соответствии с двойной стрелкой 38 является регулируемым с возможностью поворота вокруг поворотной оси 39, расположен в точке 32 разветвления диффузора. Посредством элемента 37 управления можно управлять распределением потока выхлопного газа по двум путям 30, 31 выхлопного газа диффузора.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, такой элемент 37 управления впускной стороны, который расположен в точке 32 разветвления диффузора, опущен. С этой целью, в варианте осуществления, показанном на фиг. 2, другой элемент 40 управления выпускной стороны расположен на выпускной стороне 11 котла и является поворачиваемым вокруг поворотной оси 42 в соответствии с двойной стрелкой 41. Посредством этого элемента 40 управления можно управлять распределением потока выхлопного газа, текущего через второй путь 21 выхлопного газа котла к каналу 4 рециркуляции выхлопного газа и к выхлопной трубе 15. На фиг. 1 показано, что такой элемент 40 управления выпускной стороны также может быть обеспечен в совокупности с элементом 37 управления впускной стороны, который расположен в точке 32 разветвления диффузора.

В вариантах осуществления на фиг. 3-5 диффузор 23 не включает два отдельных пути 30, 31 выхлопного газа диффузора, но только общий непрерывный главный путь 29 диффузора. Также впускная сторона 10 котла имеет только общий впуск котла, который также в дальнейшем обозначен позицией 27. Продолжающимся от этого общего впуска 27 котла является общий главный путь 43 котла, обозначенный стрелкой, который разделяется на два пути 20, 21 выхлопного газа котла в точке 44 разветвления котла. В примерах на фиг. 3-5 внутренний элемент 45 управления расположен в этой точке 44 разветвления котла и является регулируемым вокруг поворотной оси 47 в соответствии с двойной стрелкой 46. Посредством этого элемента 45 управления можно управлять распределением потока выхлопного газа по двум путям 20, 21 выхлопного газа котла.

Соответствующий узел 3 котла-утилизатора содержит по меньшей мере один узел 48 теплообменника. Узел 48 теплообменника служит для охлаждения выхлопного газа и целесообразно работает с охлаждающей средой, например, водой, которая циркулирует в узле 48 теплообменника с отделением среды от выхлопного газа.

Два пути 20, 21 выхлопного газа котла направлены параллельно и отдельно через этот узел 48 теплообменника.

Как можно заключить по фиг. 2-5, внутри узла 3 котла-утилизатора по меньшей мере одно устройство 49, 50 обработки выхлопного газа расположено только в первом пути 20 выхлопного газа котла. Исключительно путем примера, два устройства 49, 50 обработки выхлопного газа, конкретно первое устройство 49 обработки выхлопного газа впускной стороны и второе устройство 50 обработки выхлопного газа, расположенное на выпускной стороне, расположены совместно в первом пути 20 выхлопного газа котла. Исключительно путем примера, первым устройством обработки выхлопного газа является катализатор CO, тогда как вторым устройством 50 обработки выхлопного газа является катализатор NO_x. По меньшей мере одно устройство 49, 50 обработки выхлопного газа увеличивает сопротивление потока первого пути 20 выхлопного газа котла, что облегчает направление потока через канал 4 рециркуляции выхлопного газа.

В вариантах осуществления на фиг. 1-3 и 5 узел 3 котла-утилизатора образован в каждом случае одним общим котлом-утилизатором 51. В этом общем котле-утилизаторе 51 образованы два пути 20, 21 выхлопного газа котла. В дополнение, этот общий котел-утилизатор 51 имеет соответствующий впуск 27, 28 котла и соответствующий выпуск 13, 14 котла. Также когда используется общий котел-утилизатор 51, целесообразно обеспечение общего узла 48 теплообменника, через который далее параллельно и отдельно направляются оба пути 20, 21 выхлопного газа котла.

В отличие от этого фиг. 4 теперь показывает вариант, в котором узел 3 котла-утилизатора имеет два отдельных котла-утилизатора 52 и 53, конкретно первый котел-утилизатор 52 и второй котел-утилизатор 53. Первый путь 20 выхлопного газа котла образован в первом котле-утилизаторе 52, тогда как второй путь 21 выхлопного газа котла образован во втором котле-утилизаторе 53. В этом конкретном варианте осуществления вышеупомянутый узел 48 теплообменника содержит первый теплообменник 54 и второй теплообменник 55. Первый теплообменник 54 расположен в первом котле-утилизаторе 52 и подвержен воздействию сквозного потока по первому пути 20 выхлопного газа котла. Второй теплообменник 55 расположен во втором котле-утилизаторе 53 и подвержен воздействию сквозного потока по второму пути 21 выхлопного газа котла. В примере на фиг. 4 два отдельных котла-утилизатора 52, 53 расположены в общем корпусе 56. Однако, в принципе, вариант осуществления, в котором два котла-утилизатора 52, 53 имеют отдельные корпуса, также является возможным. В дополнение, фиг. 4 показывает конкретный вариант осуществления, в котором два котла-утилизатора 52, 53 расположены относительно друг друга так, что первый путь 20 выхлопного газа котла наклонен относительно продольного направления второго пути 21 выхлопного газа котла в этом примере на угол около 90° по меньшей мере в концевой секции, ведущей к выхлопной трубе 15.

Согласно фиг. 2 и 5 первый выпуск 13 котла также может быть соединен по текучей среде с установкой 57 последующей обработки выхлопного газа. В случае этой установки 57 последующей обработки выхлопного газа она может являться устройством CCS, например, которое может отделять и хранить двуокись углерода. В этом случае CCS означает улавливание и хранение углерода. Такая установка 57 последующей обработки выхлопного газа также может быть выполнена в виде фильтра твердых частиц, например, посредством которого сажевые частицы, захваченные в рециркулирующем выхлопном газе, могут быть отфильтрованы из потока выхлопного газа.

В вариантах осуществления на фиг. 2 и 5 также предусмотрен элемент 58 управления выхлопного газа, который является регулируемым вокруг поворотной оси 60 согласно двойной стрелке 59. Посредством этого элемента 58 управления выхлопного газа можно управлять распределением потока выхлопного газа первого пути 20 выхлопного газа котла к указанной установке 57 последующей обработки выхлопного газа и к выхлопной трубе 15.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - Газотурбинная электростанция

2 - Газотурбинная установка

3 - Узел котла-утилизатора

4 - Канал рециркуляции выхлопного газа

5 - Компрессор

6 - Горелка высокого давления

7 - Горелка низкого давления

8 - Газовая турбина высокого давления

9 - Газовая турбина низкого давления

10 - Впускная сторона узла котла-утилизатора

11 - Выпускная сторона узла котла-утилизатора

12 - Выпуск турбины

13 - Первый выпуск котла

14 - Второй выпуск котла

15 - Выхлопная труба

16 - Впуск канала рециркуляции выхлопного газа

17 - Выпуск канала рециркуляции выхлопного газа

18 - Впуск компрессора

19 - Охладитель рециркуляции выхлопного газа

20 - Первый путь выхлопного газа котла

21 - Второй путь выхлопного газа котла

22 - Перегородка котла

23 - Диффузор

24 - Впуск диффузора

25 - Общий выпуск диффузора/первый выпуск котла

26 - Второй выпуск диффузора

27 - Общий впуск котла/первый впуск котла

28 - Второй впуск котла

29 - Главный путь диффузора

30 - Первый путь выхлопного газа диффузора

31 - Второй путь выхлопного газа диффузора

32 - Точка разветвления диффузора

33 - Перегородка диффузора

34 - Впускной край перегородки диффузора

35 - Выпускной край перегородки диффузора

36 - Впускной край перегородки котла

37 - Элемент управления

38 - Направление перемещения элемента управления

39 - Поворотная ось элемента управления

40 - Элемент управления

41 - Направление перемещения элемента управления

42 - Поворотная ось элемента управления

43 - Главный путь котла.

44 - Точка разветвления котла

45 - Элемент управления

46 - Направление перемещения элемента управления

47 - Поворотная ось элемента управления

48 - Узел теплообменника

49 - Устройство обработки выхлопного газа/катализатор CO

50 - Устройство обработки выхлопного газа/катализатор NO_x

51 - Общий котел-утилизатор

52 - Первый котел-утилизатор

53 - Второй котел-утилизатор

54 - Первый теплообменник

55 - Второй теплообменник

56 - Общий корпус

57 - Установка последующей обработки выхлопного газа/устройство CCS

58 - Элемент управления

59 - Направление перемещения элемента управления

60 - Поворотная ось элемента управления

61 - Корпус диффузора

Изобретение относится к газотурбинной электростанции. Газотурбинная электростанция содержит газотурбинное устройство, содержащее компрессор, по меньшей мере одну горелку и по меньшей мере одну газовую турбину, узел котла-утилизатора, имеющий впускную сторону котла, соединенную с выпуском турбины, первый выпуск котла, соединенный с выхлопной трубой, второй выпуск котла и рециркуляцию выхлопного газа, которая соединяет второй выпуск котла с впуском компрессора. Упрощенная конструкция может быть достигнута тем, что узел котла-утилизатора имеет первый путь выхлопного газа котла, который соединен с впускной стороной котла и ведет к первому выпуску котла, и тем, что узел котла-утилизатора имеет второй путь выхлопного газа котла, который соединен с впускной стороной котла и ведет ко второму выпуску котла отдельно от первого пути выхлопного газа котла. Изобретение позволяет повысить эффективность работы электростанции и уменьшить выбросы загрязняющих веществ. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Газотурбинная электростанция

с по меньшей мере одной газотурбинной установкой (2), содержащей по меньшей мере один компрессор (5), по меньшей мере одну горелку (6, 7) и по меньшей мере одну газовую турбину (8, 9),

с по меньшей мере одним узлом (3) котла-утилизатора, имеющим впускную сторону (10) котла, соединенную с выпуском (12) турбины газотурбинной установки (2), первый выпуск (13) котла, соединенный с выхлопной трубой (15), и второй выпуск (14) котла,

с каналом (4) рециркуляции выхлопного газа, соединяющим второй выпуск (14) котла с впуском (18) компрессора газотурбинной установки (2), отличающаяся тем, что

узел (3) котла-утилизатора имеет первый путь (20) выхлопного газа котла, который соединен с впускной стороной (10) котла и ведет к первому выпуску (13) котла,

узел (3) котла-утилизатора имеет второй путь (21) выхлопного газа котла, который соединен с впускной стороной (10) котла и ведет ко второму выпуску (14) котла отдельно от первого пути (20) выхлопного газа котла, при этом

впускная сторона (10) котла имеет первый впуск (27) котла и второй впуск (28) котла, причем

первый путь (20) выхлопного газа котла ведет от первого впуска (27) котла к первому выпуску (13) котла,

второй путь (21) выхлопного газа котла ведет от второго впуска (28) котла ко второму выпуску (14) котла отдельно от первого пути (20) выхлопного газа котла.

2. Газотурбинная электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что

перегородка (22) котла расположена в узле (3) котла-утилизатора и отделяет два пути (20, 21) выхлопного газа котла друг от друга.

3. Газотурбинная электростанция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

впускная сторона (10) котла имеет общий впуск (27) котла, от которого продолжается общий главный путь (43) котла, который в точке (44) разветвления котла разделен на два пути (20, 21) выхлопного газа котла.

4. Газотурбинная электростанция по п. 3, отличающаяся тем, что

элемент (45) управления расположен в точке (44) разветвления котла для управления распределением потока выхлопного газа по двум путям (20, 21) выхлопного газа котла.

5. Газотурбинная электростанция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

диффузор (23) расположен на впускной стороне (10) котла и имеет впуск (24) диффузора, соединенный с выпуском (12) турбины, первый выпуск (25) диффузора, соединенный с первым впуском (27) котла, и второй выпуск (2 6) диффузора, соединенный со вторым впуском (28) котла,

причем общий главный путь (29) диффузора продолжается от впуска (24) диффузора и в точке (32) разветвления диффузора разделен на два пути (30, 31) выхлопного газа диффузора, которые отделены друг от друга.

6. Газотурбинная электростанция по п. 5, отличающаяся тем, что

перегородка (33) диффузора расположена в диффузоре (23), впускной край (34) которого образует точку (32) разветвления диффузора, и которая отделяет два пути (30, 31) выхлопного газа диффузора до выпусков (25, 26) диффузора.

7. Газотурбинная электростанция по п. 2 или 6, отличающаяся тем, что

выпускной край (35) перегородки (33) диффузора и впускной край (36) перегородки (22) котла состыкованы друг с другом.

8. Газотурбинная электростанция по п. 5, отличающаяся тем, что

элемент (37) управления расположен в точке (32) разветвления диффузора для управления распределением потока выхлопного газа по двум путям (30, 31) выхлопного газа диффузора.

9. Газотурбинная электростанция по п. 7, отличающаяся тем, что

элемент (37) управления расположен в точке (32) разветвления диффузора для управления распределением потока выхлопного газа по двум путям (30, 31) выхлопного газа диффузора.

10. Газотурбинная электростанция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

узел (3) котла-утилизатора имеет узел (48) теплообменника для охлаждения выхлопного газа, причем

оба пути (20, 21) выхлопного газа котла направлены отдельно через узел (48) теплообменника.

11. Газотурбинная электростанция по п. 1 или 2, отличающаяся

тем, что

в узле (3) котла-утилизатора по меньшей мере одно устройство (49, 50) обработки выхлопного газа расположено только в первом пути (20) выхлопного газа котла.

12. Газотурбинная электростанция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

узел (3) котла-утилизатора содержит общий котел-утилизатор (51), в котором образованы два пути (20, 21) выхлопного газа котла, и который имеет соответствующий впуск (27, 28) котла и также соответствующий выпуск (13, 14) котла.

13. Газотурбинная электростанция по п. 12, отличающаяся тем, что

котел-утилизатор (51) содержит общий узел (48) теплообменника, через который направлены оба пути (20, 21) выхлопного газа котла.

14. Газотурбинная электростанция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

узел (3) котла-утилизатора содержит первый котел-утилизатор (52), в котором образован первый путь (20) выхлопного газа котла, и второй котел-утилизатор (53), в котором образован второй путь (21) выхлопного газа котла.

15. Газотурбинная электростанция по п. 14, отличающаяся тем, что

узел (48) теплообменника содержит первый теплообменник (54), который расположен в первом котле-утилизаторе (52), и через который направлен первый путь (20) выхлопного газа котла, и второй теплообменник (55), который расположен во втором котле-утилизаторе

(53), и через который направлен второй путь (21) выхлопного газа котла.

16. Газотурбинная электростанция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

первый выпуск (13) котла также соединен с установкой (57) последующей обработки выхлопного газа, причем

элемент (58) управления выхлопного газа предусмотрен для управления распределением потока выхлопного газа первого пути (20) выхлопного газа котла к установке (57) последующей обработки выхлопного газа и к выхлопной трубе (15).