Парогазовая установка электростанции Российский патент 2020 года по МПК F01K23/10 

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

Известен аналог - парогазовая установка электростанции (см. патент РФ №2373403, Б.И. 32, 2009), 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 продуктов сгорания, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих продуктов сгорания 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 надежностью и экономичностью, так как в турбокомпрессор газотурбинной установки подается насыщенный водяными парами в вытяжной башне градирне и содержащий капельную влагу (капельки воды) атмосферный воздух. Капельки воды попадают в цикловой воздух вследствие ее механического уноса в процессе тепломассообмена при противоточном движении теплоносителей (циркуляционной воды и воздуха) в вытяжной башне градирни. Циркуляционная вода содержит механические примеси в виде частиц песка, глины и продуктов разложения животных и растительных организмов, а также химические соединения металлов. В процессе работы газотурбинной установки цикловой воздух в турбокомпрессоре сжимается и нагревается, при этом капельки воды вследствие нагрева будут испаряться, а содержащиеся в них механические примеси и химические соединения металлов откладываться на лопатках турбокомпрессора, что снижает надежность турбокомпрессора. Механические примеси и химические соединения металлов из циклового воздуха будут откладываться также на стенках камеры сгорания и на лопатках газовой турбины, что снизит их надежность. Кроме того, загрязнение элементов газотурбинной установки приведет к снижению ее КПД и экономичности работы вследствие уменьшения внутреннего относительного КПД турбокомпрессора и газовой турбины. Таким образом, подача в турбокомпрессор газотурбинной установки атмосферного воздуха, содержащего капельки загрязненной циркуляционной воды, значительно снижает надежность и экономичность работы парогазовой установки электростанции.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для повышения надежности и экономичности работы парогазовой установки электростанции предлагается дополнительно установить выполненный из нержавеющей стали бак-резервуар для сбора обессоленной воды - конденсата водяных паров, выделяющегося из уходящих продуктов сгорания природного газа при охлаждении их ниже точки росы, к которому подключить насос и присоединить его по нагнетательной стороне водопроводом из нержавеющей стали к камере сгорания газотурбинной установки. В этом случае в активную зону горения камеры сгорания газотурбинной установки будет подаваться обессоленная вода, выделяющаяся из продуктов сгорания природного газа в процессе их охлаждения ниже точки росы, что повышает надежность камеры сгорания и газовой турбины. В зоне горения обессоленная вода (капельная влага) будет испаряться. Наличие в рабочем теле водяного пара, имеющего лучшие теплофизические свойства по сравнению с чистыми продуктами сгорания, позволяет увеличить тепловую экономичность и удельную мощность газовой турбины за счет повышения располагаемого теплоперепада вследствие улучшения теплофизических свойств рабочего тела. При впрыске воды в камеру сгорания замещается часть воздуха, предназначенного для ее охлаждения, и снижается работа сжатия в турбокомпрессоре. Кроме того, улучшение теплофизических свойств рабочего тела приводит к увеличению паропроизводительности котла-утилизатора, что дополнительно повышает экономичность парогазовой установки электростанции. При этом для сохранения чистоты обессоленной воды теплообменник-утилизатор теплоты уходящих продуктов сгорания, конденсатосборник с гидрозатвором, бак-резервуар для сбора обессоленной воды и водопровод, соединяющий нагнетательный патрубок насоса с камерой сгорания газотурбинной установки, необходимо выполнять из нержавеющей стали.

Технический результат - повышение надежности и экономичности работы парогазовой установки электростанции.

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 продуктов сгорания, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих продуктов сгорания 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 баком-резервуаром для сбора обессоленной воды - конденсата водяных паров, выделяющегося в теплообменнике-утилизаторе из уходящих продуктов сгорания природного газа в процессе их охлаждения ниже точки росы, к которому подключен насос, присоединенный по нагнетательной стороне водопроводом к камере сгорания газотурбинной установки для подачи в ее активную зону горения обессоленной воды, при этом для осуществления распыления обессоленной воды в камере сгорания газотурбинной установки давление, создаваемое насосом в водопроводе перед камерой сгорания, должно превышать давление сжатого в турбокомпрессоре циклового воздуха на 0,4-0,5 МПа, кроме того для сохранения чистоты обессоленной воды теплообменник-утилизатор теплоты уходящих продуктов сгорания, конденсатосборник с гидрозатвором, бак-резервуар для сбора обессоленной воды и водопровод, соединяющий нагнетательный патрубок насоса с камерой сгорания газотурбинной установки, выполняются из нержавеющей стали.

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, теплообменник-утилизатор 10 теплоты уходящих продуктов сгорания, снабженный конденсатосборником 11 и гидрозатвором 12, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 13, напорный трубопровод 14 к конденсатору 7 паровой турбины 6, напорный трубопровод 15 к теплообменнику-утилизатору 10 теплоты уходящих продуктов сгорания природного газа и сливной напорный трубопровод 16 к градирне, состоящей из вытяжной башни 17 и водосборного бассейна 18, выполненный из нержавеющей стали бак-резервуар 19, насос 20 и водопровод 21 из нержавеющей стали.

Парогазовая установка электростанции работает следующим образом.

В камеру сгорания 3 подаются топливо - природный газ и сжатый в турбокомпрессоре 2 атмосферный воздух для осуществления процесса горения топлива. Одновременно в камеру сгорания 3 из бака-резервуара 19, выполненного из нержавеющей стали, насосом 20 по водопроводу 21 из нержавеющей стали подается обессоленная вода. При этом для осуществления распыления обессоленной воды в камере сгорания газотурбинной установки давление, создаваемое насосом в водопроводе перед камерой сгорания, должно превышать давление сжатого в турбокомпрессоре циклового воздуха на 0,4-0,5 МПа. В камере сгорания 3 осуществляется процесс горения природного газа с образованием продуктов сгорания и испарения обессоленной воды. Продукты сгорания природного газа и водяной пар перемешиваются, образовавшаяся газопаровая смесь поступает в газовую турбину 1. В газовой турбине 1 совершается работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора 2 и электрогенератора 4. При этом работа, совершаемая газопаровой смесью в газовой турбине 1, будет больше по сравнению со случаем, когда рабочим телом являются продукты сгорания, за счет повышения располагаемого теплоперепада вследствие улучшения теплофизических свойств рабочего тела. Отработавшая в газовой турбине 1 газопаровая смесь поступает в котел-утилизатор 5, где генерируется пар высоких параметров, который направляется в паровую турбину 6, а уходящие продукты сгорания из котла-утилизатора 5 подаются в теплообменник-утилизатор 10 теплоты уходящих продуктов сгорания, где охлаждаются ниже точки росы за счет подачи циркуляционной воды по напорному трубопроводу 15 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни и отводятся в атмосферу.

В паровой турбине 6 в процессе расширения пара совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая па 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 14 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни. Конденсат отработавшего в турбине пара из конденсатора 7 питательным насосом 9 подается в котел-утилизатор 5.

В теплообменнике-утилизаторе 10 уходящие продукты сгорания природного газа охлаждаются до температуры ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 13 по напорному трубопроводу 15. При этом водяной пар, содержащийся в уходящих продуктах сгорания в перегретом состоянии, конденсируется, образуется конденсат (обессоленная вода). Обессоленная вода, выделяющаяся из продуктов сгорания природного газа в процессе их охлаждения ниже точки росы, стекает в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12 поступает в бак-резервуар 19, который выполняется из нержавеющей стали для сохранения чистоты обессоленной воды. Из бака-резервуара 19 обессоленная вода насосом 20 по водопроводу 21 из нержавеющей стали подается в камеру сгорания газотурбинной установки. Уходящие продукты сгорания (газы) после теплообменника-утилизатора 10 через дымовую трубу (не показана) отводятся в атмосферу.

Подогретая в конденсаторе 7 и в теплообменнике-утилизаторе 10 теплоты уходящих продуктов сгорания циркуляционная вода по сливному напорному трубопроводу 16 подается в вытяжную башню 17 градирни, где охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн 18.

Таким образом, снабжение парогазовой установки электростанции выполненным из нержавеющей стали баком-резервуаром для сбора обессоленной воды, выделяющейся из продуктов сгорания природного газа в процессе их охлаждения ниже точки росы в теплообменнике-утилизаторе, и насосом, присоединенным по нагнетательной стороне водопроводом из нержавеющей стали с камерой сгорания газотурбинной установки для подачи в ее активную зону горения обессоленной воды, позволяет повысить надежность и экономичность работы парогазовой установки электростанции.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Технический результат - повышение надежности и экономичности работы парогазовой установки электростанции. Предлагается 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 продуктов сгорания, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих продуктов сгорания и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. Для повышения надежности и экономичности работы парогазовая установка электростанции дополнительно снабжается баком-резервуаром для сбора обессоленной воды - конденсата водяных паров, выделяющегося в теплообменнике-утилизаторе из уходящих продуктов сгорания природного газа в процессе их охлаждения ниже точки росы, к которому подключен насос, присоединенный по нагнетательной стороне водопроводом к камере сгорания газотурбинной установки для подачи в ее активную зону горения обессоленной воды, при этом для осуществления распыления обессоленной воды в камере сгорания газотурбинной установки давление, создаваемое насосом в водопроводе перед камерой сгорания, должно превышать давление сжатого в турбокомпрессоре циклового воздуха на 0,4-0,5 МПа. Кроме того, для сохранения чистоты обессоленной воды теплообменник-утилизатор теплоты уходящих продуктов сгорания, конденсатосборник с гидрозатвором, бак-резервуар для сбора обессоленной воды и водопровод, соединяющий нагнетательный патрубок насоса с камерой сгорания газотурбинной установки, выполняются из нержавеющей стали. 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 продуктов сгорания, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих продуктов сгорания и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, отличающаяся тем, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена баком-резервуаром для сбора обессоленной воды - конденсата водяных паров, выделяющегося в теплообменнике-утилизаторе из уходящих продуктов сгорания природного газа в процессе их охлаждения ниже точки росы, к которому подключен насос, присоединенный по нагнетательной стороне водопроводом к камере сгорания газотурбинной установки для подачи в ее активную зону горения обессоленной воды, при этом для осуществления распыления обессоленной воды в камере сгорания газотурбинной установки давление, создаваемое насосом в водопроводе перед камерой сгорания, должно превышать давление сжатого в турбокомпрессоре циклового воздуха на 0,4-0,5 МПа, кроме того для сохранения чистоты обессоленной воды теплообменник-утилизатор теплоты уходящих продуктов сгорания, конденсатосборник с гидрозатвором, бак-резервуар для сбора обессоленной воды и водопровод, соединяющий нагнетательный патрубок насоса с камерой сгорания газотурбинной установки, выполняются из нержавеющей стали.