Парогазовая установка электростанции Российский патент 2022 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 №2482292, БИ №14, 2013), 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, 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. 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 в поток воздуха, поступающего в турбокомпрессор газотурбинной установки, подается частично отработавший в паровой турбине водяной пар с образованием паровоздушной смеси с целью улучшения теплофизических свойств рабочего тела в турбокомпрессоре по сравнению с атмосферным воздухом и в газовой турбине по сравнению с продуктами сгорания органического топлива. Осуществление отбора частично отработавшего в паровой турбине водяного пара уменьшает количество энергии (механической работы), вырабатываемой паром в паровой турбине, что снижает выработку электроэнергии электрическим генератором паровой турбины и экономичность парогазовой установки электростанции.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения экономичности парогазовой установки электростанции предлагается входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки соединить посредством водораспределительного коллектора и выполненного из нержавеющей стали водопровода с нагнетательным патрубком насоса для подачи конденсата водяных паров (обессоленной воды), выделяющегося из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы в теплообменнике - утилизаторе теплоты уходящих газов, во входной воздуховод турбокомпрессора. Количество обессоленной воды, подаваемой во входной воздуховод турбокомпрессора, составляет 0,01-0,015 кг на 1 кг подаваемого в турбокомпрессор воздуха. При этом для распыления обессоленной воды и образования водовоздушной смеси впрыск обессоленной воды во входной воздуховод турбокомпрессора целесообразно осуществлять посредством форсунок, присоединенных к водораспределительному коллектору. При сжатии в турбокомпрессоре смеси воздуха и обессоленной воды температура водовоздушной смеси повышается, при этом вода испаряется в первых ступенях турбокомпрессора, образуется паровоздушная смесь, что приведет к снижению потребляемой турбокомпрессором мощности за счет испарительного охлаждения воздуха в процессе сжатия. Уменьшение потребляемой турбокомпрессором мощности обусловливает повышение вырабатываемой газовой турбиной полезной мощности. При этом возрастает и удельная мощность газовой турбины за счет наличия в продуктах сгорания водяных паров, то есть образования газопаровой смеси в камере сгорания газотурбинной установки, что приводит к повышению располагаемого теплоперепада в газовой турбине. Кроме того, за счет лучших теплофизических свойств газопаровой смеси по сравнению с теплофизическими свойствами продуктов сгорания органического топлива обусловливается повышение тепловой мощности котла-утилизатора.

Таким образом, подача во входной воздуховод турбокомпрессора обессоленной воды повышает эффективность работы газотурбинной установки и котла-утилизатора, что обусловливает повышение экономичности парогазовой установки электростанции.

Технический результат - повышение экономичности 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 газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, 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. Особенность парогазовой установки электростанции заключается в том, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена выполненным из нержавеющей стали водопроводом, соединяющим посредством водораспределительного коллектора входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки с нагнетательным патрубком насоса, для подачи из бака-резервуара конденсата водяных паров, выделяющегося из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы в теплообменнике - утилизаторе теплоты уходящих газов, в поток движущегося во входном воздуховоде турбокомпрессора воздуха, при этом впрыск конденсата водяных паров во входной воздуховод в количестве 0,01-0,015 кг на 1 кг подаваемого в турбокомпрессор воздуха осуществляется посредством форсунок, присоединенных к водораспределительному коллектору.

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 10 - утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником 11 с гидрозатвором 12, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 13, напорный трубопровод 14 к конденсатору 7 паровой турбины 6, напорный трубопровод 15 к теплообменнику 10 - утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод 16 к градирне, состоящей из вытяжной башни 17 и водосборного бассейна 18, бак-резервуар 19 обессоленной воды, водопровод 20, выполненный из нержавеющей стали и соединяющий нагнетательный патрубок насоса 21 с водораспределительным коллектором 22, входной воздуховод 23 турбокомпрессора 2 и форсунки 24, присоединенные к водораспределительному коллектору 22.

Парогазовая установка электростанции работает следующим образом.

Во входной воздуховод 23 турбокомпрессора 2 поступает атмосферный воздух и одновременно подается конденсат водяных паров, выделяющийся из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы в теплообменнике 10 - утилизаторе теплоты уходящих газов, в количестве 0,01-0,015 кг на 1 кг подаваемого в турбокомпрессор воздуха. Конденсат водяных паров (обессоленная вода) впрыскивается во входной воздуховод 23 турбокомпрессора посредством форсунок 24, присоединенных к водораспределительному коллектору 22. Происходит распыление воды и образование водовоздушной смеси. При сжатии в турбокомпрессоре 2 смеси воздуха и обессоленной воды температура смеси повышается, при этом вода испаряется в первых ступенях турбокомпрессора 2, образуется паровоздушная смесь, что приведет к снижению потребляемой турбокомпрессором 2 мощности за счет испарительного охлаждения воздуха в процессе сжатия. Уменьшение потребляемой турбокомпрессором 2 мощности обусловливает повышение вырабатываемой газовой турбиной 1 полезной мощности, что повышает экономичность парогазовой установки электростанции.

Паровоздушная смесь из турбокомпрессора 2 подается в камеру сгорания 3 газотурбинной установки 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. При этом возрастает удельная мощность газовой турбины 1 за счет наличия в продуктах сгорания водяных паров, то есть образования газопаровой смеси в камере сгорания 3 газотурбинной установки, что приводит к повышению располагаемого теплоперепада в газовой турбине 1.

Отработавшая в газовой турбине 1 газопаровая смесь поступает в котел-утилизатор 5, где генерируется водяной пар, который направляется в паровую турбину 6. При этом за счет лучших теплофизических свойств газопаровой смеси по сравнению с теплофизическими свойствами продуктов сгорания органического топлива обусловливается повышение тепловой мощности (паропроизводительности) котла-утилизатора 5.

В паровой турбине 6 в процессе расширения пара совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 8. Отработавший в паровой турбине 6 пар поступает в конденсатор 7, в котором конденсируется за счет теплообмена с циркуляционной водой, подаваемой по напорному трубопроводу 14 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни. Подогретая в конденсаторе 7 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. Конденсат отработавшего в паровой турбине водяного пара питательным насосом 9 направляется в котел-утилизатор 5.

Газопаровая смесь после котла-утилизатора 5 поступает в теплообменник 10 - утилизатор теплоты уходящих газов, где охлаждается ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 13 по напорному трубопроводу 15. При этом водяной пар, содержащийся в газопаровой смеси в перегретом состоянии, конденсируется. Конденсат водяных паров, выделяющийся из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы, стекает в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12 отводится в бак-резервуар 19 обессоленной воды. Уходящие газы после теплообменника 10 - утилизатора теплоты уходящих газов через дымовую трубу (не показана) отводятся в атмосферу.

Таким образом, снабжение парогазовой установки электростанции выполненным из нержавеющей стали водопроводом, соединяющим посредством водораспределительного коллектора входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки с нагнетательным патрубком насоса, для подачи посредством форсунок, присоединенных к водораспределительному коллектору, в поток движущегося во входном воздуховоде турбокомпрессора воздуха конденсата водяных паров, выделяющегося из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы в теплообменнике - утилизаторе теплоты, в количестве 0,01-0,015 кг на 1 кг подаваемого в турбокомпрессор воздуха, улучшает теплофизические свойства рабочего тела в турбокомпрессоре, газовой турбине и котле-утилизаторе и повышает мощность и экономичность парогазовой установки электростанции.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Технический результат - повышение экономичности 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 газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, 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, выполненный из нержавеющей стали водопровод, соединяющий посредством водораспределительного коллектора входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки с нагнетательным патрубком насоса, для подачи из бака-резервуара конденсата водяных паров, выделяющегося из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы в теплообменнике - утилизаторе теплоты уходящих газов, в поток движущегося во входном воздуховоде турбокомпрессора воздуха, при этом впрыск конденсата водяных паров во входной воздуховод в количестве 0,01-0,015 кг на 1 кг подаваемого в турбокомпрессор воздуха осуществляется посредством форсунок, присоединенных к водораспределительному коллектору. 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, 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, отличающаяся тем, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена выполненным из нержавеющей стали водопроводом, соединяющим посредством водораспределительного коллектора входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки с нагнетательным патрубком насоса, для подачи из бака-резервуара конденсата водяных паров, выделяющегося из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы в теплообменнике - утилизаторе теплоты уходящих газов, в поток движущегося во входном воздуховоде турбокомпрессора воздуха, при этом впрыск конденсата водяных паров во входной воздуховод в количестве 0,01-0,015 кг на 1 кг подаваемого в турбокомпрессор воздуха осуществляется посредством форсунок, присоединенных к водораспределительному коллектору.