Комплексная контактная парогазовая установка Российский патент 2024 года по МПК F01K21/04 F02C3/30 F25B29/00 

Предлагаемое изобретение относится к энергетике и может быть использовано для комбинированной выработки электроэнергии, тепла и холода.

Известна парогазовая установка контактного типа для реализации способа утилизации тепла, содержащая газовый контур, в котором установлены многоступенчатый воздушный компрессор, камера сгорания и парогазовая турбина, снабженные устройствами для впрыска пара, утилизационный котел-парогенератор, соединенный трубопроводами подачи пара на впрыск в камеру сгорания и на охлаждение парогазовой турбины, а также деаэратор для дегазации конденсата, дополнительно снабженной замкнутым паротурбинным контуром, включающим регенератор непосредственно за утилизационным котлом-парогенератором, паровую конденсационную турбину и воздушный конденсатор, соединенный конденсатопроводом с регенератором, а также установленным за регенератором многоступенчатый турбодетандер с сепараторами капельной влаги, размещенными между ступенями и на выходе, соединенный конденсатной линией с деаэратором [Патент РФ №2211343, МПК F01K 23/06, 2003].

Недостатками известного устройства являются проведение процесса горения в присутствии водяного пара в камере сгорания, что снижает температуру в камере сгорания и увеличивает расход топлива, необходимость проведения процесса горения при давлении равном давлению пара, подаваемого из утилизационного котла-парогенератора, что снижает параметры парогазовой смеси, подаваемой на парогазовую турбину, невозможность получения тепла в отопительный период и холода в летний период, что снижает функциональные возможности ПГУ и значительное количество оборудования (турбодетандер, деаэратор и пр.), что усложняет конструкцию и снижает ее эффективность и надежность.

Более близким к предлагаемому изобретению является парогазовая установка с инжекцией пара для комбинированной выработки электроэнергии, тепла и холода, включающая многоступенчатый воздушный компрессор с промежуточным охлаждением воздуха подогретой водой в контактном теплообменнике, парогазовую турбину с инжектором пара, электрогенератор, котел-утилизатор, газоохладитель (теплообменник) для подогрева сетевой воды, систему удаления капельной влаги из парогазовой смеси, детандер со сбором образовавшегося конденсата и возвратом его в парогазовый цикл [Патент РФ No 2611921, МПК F01K 21/04, F02C 3/30, F25 В 29/00, 2013].

Основными недостатками известной парогазовой установки являются проведение процесса горения в присутствии водяного пара в камере сгорания, что снижает температуру в камере сгорания и увеличивает расход топлива, необходимость проведения процесса горения при давлении равном давлению пара, подаваемого из утилизационного котла-парогенератора, что снижает параметры парогазовой смеси, подаваемой на парогазовую турбину и значительное количество оборудования (турбодетандер, деаэратор и пр.), что усложняет конструкцию и снижает ее эффективность и надежность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности комплексной контактной парогазовой установки.

Технический результат достигается комплексной контактной парогазовой установкой, содержащей питательный насос, соединенный с соплом в приемной камере водоструйного эжектора, соединенной, в свою очередь, с трубопроводом мятого пара, диффузор эжектора соединен с приемной камерой газоструйного эжектора, соединенной с газопроводом выхлопных газов камеры сгорания, горелка которой соединена с воздушным компрессором, а диффузор газоструйного эжектора с циклоном, корпус которого снабжен входным тангенциальным патрубком, патрубками отвода парогазовой смеси и конденсата, соответственно, внутри циклона помещена центральная труба, соединенная с патрубком выхода пара, соединенного через напорный трубопровод с паровой турбиной, вращающей электрогенератор, трубопровод мятого пара которой соединен с приемной камерой водоструйного эжектора, причем патрубок отвода парогазовой смеси циклона через парогазовый трубопровод соединен с парогазовой турбиной, установленной на одном валу с воздушным компрессором и электрогенератором, парогазовая турбина соединена трубопроводом влажного газа с коллектором влажного газа, снабженным запорной арматурой, который, в свою очередь, соединен с генератором абсорбционной холодильной машины и пластинчатым конденсатором, состоящим, из расположенных сверху-вниз пирамидального парового коллектора, снабженного патрубком входа влажного газа, соединенного снизу с теплообменным коробом, в котором устроены вертикальные газовые и горизонтальные водные каналы, причем газовые каналы соединены сверху-вниз с газовым коллектором, снабженным каплеотбойником, патрубком выхода охлажденных и очищенных газов и пирамидальным днищем с конденсатным патрубком, а водные каналы соединены справа и слева с пирамидальными входным и выходным водяными коллекторами, снабженными входным и выходным патрубками сетевой воды, причем патрубок выхода очищенных газов и патрубок охлажденных и очищенных газов генератора абсорбционной холодильной машины, соединены с вентилятором высокого давления, напорный патрубок которого снабжен коническим насадком.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемой комплексной контактной парогазовой установки (ККПГУ).

ККПГУ содержит питательный насос 1, соединенный с соплом в приемной камере водоструйного эжектора 2, соединенной, в свою очередь, с трубопроводом мятого пара 3, диффузор эжектора 2 соединен с приемной камерой газоструйного эжектора 4, соединенной с газопроводом выхлопных газов 5 камеры сгорания 6, горелка 7 которой соединена с воздушным компрессором 8, а диффузор эжектора 4 с циклоном 9, корпус которого снабжен входным тангенциальным патрубком 10, патрубками отвода парогазовой смеси 11 и конденсата 12, соответственно, внутри которого помещена центральная труба 13, соединенная с патрубком выхода пара 14, соединенного через напорный трубопровод 15 с паровой турбиной 16, расположенной на одном валу с электрогенератором 17, трубопровод мятого пара 3 которой соединен с приемной камерой водоструйного эжектора 2, причем патрубок отвода парогазовой смеси 11 через парогазовый трубопровод 18 соединен с парогазовой турбиной 19, установленной на одном валу с воздушным компрессором 8 и электрогенератором 20, парогазовая турбина 19 соединена трубопроводом влажного газа 21 с коллектором влажного газа 22, снабженным запорной арматурой 23, который, в свою очередь, соединен с генератором (на фиг.1 не показан) абсорбционной холодильной машины (АХМ) 24 и пластинчатым конденсатором 25, состоящим, из расположенных сверху-вниз пирамидального парового коллектора 26, снабженного патрубком входа влажного газа 27, соединенного снизу с теплообменным коробом 28, в котором устроены вертикальные газовые и горизонтальные водные каналы (на фиг.1 не показаны), причем газовые каналы соединены сверху-вниз с газовым коллектором 29, снабженным каплеотбойником 30, патрубком выхода охлажденных и очищенных газов 31 и пирамидальным днищем 32 конденсатным патрубком 33, соответственно, а водные каналы соединены справа и слева с пирамидальными входным и выходным водяными коллекторами 34 и 35, снабженными входным и выходным патрубками сетевой воды 36 и 37, причем патрубок выхода очищенных газов 31 и патрубок охлажденных и очищенных газов генератора АХМ (на фиг.1 не показан), соединены с вентилятором высокого давления 38, напорный патрубок которого снабжен коническим насадком 39.

ККПГУ работает следующим образом. Питательный насос 1, создающий высокое давление Р_Н, подает подпиточную воду в сопло водоструйного эжектора 2, в приемную камеру которого из трубопровода 3 поступает мятый пар с давлением Р₀ и температурой t₀ из паровой турбины 16. В эжекторе 2 происходит смешение воды и пара с образованием пароводяной смеси с температурой t₁ и давлением P₁, которая поступает в приемную камеру газоструйного эжектора 4. Одновременно в камере сгорания 6 происходит сгорание природного газа при высоком давлении P_KC, которое создает воздушный компрессор 8, находящийся на одном валу с парогазовой турбиной 19. Образовавшиеся выхлопные газы с давлением P_KC и температурой t_KC по газопроводу выхлопных газов 5 из сопла эжектора 4, поступают в его приемную камеру, смешиваются с пароводяной смесью с образованием в диффузоре эжектора 4 парогазовой смеси с давлением Р₂ и температурой t₂, которые несколько ниже P_KC и t_KC, но в тоже время значительно выше P₁ и t₁. [В.В. Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с. 68]. Полученная парогазовая смесь через тангенциальный патрубок 10 поступает в циклон 9, где в результате вращения и воздействия центробежных сил на парогазовую смесь происходит ее деление на практически чистый водяной пар, собирающийся в верхней и средней зонах полости корпуса циклона 9 и парогазовую смесь, которая за счет большей плотности составляющих ее газов собирается в нижней зоне полости корпуса циклона 9 и конденсата, который стекает в поддон циклона 9. В соответствии с этим водяной пар отбирается через центральную трубу 13 из патрубка 14, откуда подается по напорному трубопроводу 15 в паровую турбину 16 с давлением Р₂ и температурой t₂ (без учета потерь), из конденсатного патрубка 12 отводится конденсат на ХВО, а из патрубка 11 по парогазовому трубопроводу 18 выводится парогазовая смесь также с давлением Р₂ и температурой t₂ (без учета потерь) в парогазовую турбину 19, находящуюся на одном валу с воздушным компрессором 8 и электрогенератором 20. Отработанный влажный газ после турбины 19 по трубопроводу влажного газа 21 при давлении Р₃ и температуре t₃ поступает в газовый коллектор 22, откуда в зависимости от времени года может подаваться или на подогрев сетевой воды в отопительный период в пластинчатый конденсатор 25 или в генератор (на фиг.1 не показан) абсорбционной холодильной машины 24 в летний период.

В отопительный период влажный газ поступает в пластинчатый конденсатор 25, выполненный из коррозионно-устойчивого материала, в котором парогазовая смесь отдает тепло при конденсации водяных паров, одновременно охлаждаясь, при прохождении через газовые каналов, нагревая сетевую воду проходящую по водным каналам, которая через патрубок 37 подается потребителю. Одновременно, в конденсаторе 25 в газовых каналах при конденсации паров воды, снижении температуры и давления парогазовой смеси от t₃ Р₃ до t_K и P_K (температура t_K ниже точки росы) происходит окисление монооксидов азота до диоксидов (при сжигании безсернистого природного газа) и поглощение диоксидов азота и частично диоксида углерода образовавшимся конденсатом. При этом, несконденсировавшиеся газы из парогазовой смеси (N₂, СО₂ и др.), в результате своей большей плотности по сравнению с парами воды, собираются в газовом коллекторе 29, а образовавшийся конденсат, насыщенный кислыми компонентами, стекает в поддон 32, откуда кислый конденсат через патрубок 33 поступают в установку химводоочистки (ХВО) (на фиг.1 не наказана). В газовом коллекторе 29 охлажденные газы проходят через каплеотбойник 30, где освобождаются от уносимых капель конденсата и через патрубок 31 с давлением Р₄ близким к атмосферному поступают навсас вентилятора высокого давления 38, снабженного коническим насадком 9 и расположенного на верхней отметке (например, на крыше котельной). Из вентилятора 38 очищенные и охлажденные выхлопные газы с давлением Р₄ и температурой t₄ через конический насадок 39 выбрасываются в виде факела в атмосферу.

В летний период влажный газ поступает в генератор (на фиг.1 не наказан) абсорбционной холодильной машины 24, где с ним происходят аналогичные процессы, описанные выше, после чего очищенные и охлажденные газы вентилятором 38 из конического насадка 39 в виде факела выбрасываются в атмосферу.

Количество и параметры пара и парогазовой смеси, получаемых в газоструйном эжекторе 4 и циклоне 9, сетевой воды нагреваемой в пластинчатом конденсаторе 25, степень очистки выхлопных газов после конденсатора 25 зависят от вида топлива, количества и давления воды на выходе из сопла, создаваемого питательным насосом 1, температуры и давления в камере сгорания 8, технологических параметров эжекторов 2, 4 и циклона 9, а также их количества (примечание: в зависимости от требуемой производительности ККПГУ в ее тепловой схеме можно использовать одну цепочку: водоструйный эжектор 2-газоструйный эжектор 4-циклон 9 или батарею таких цепочек). При этом, в результате проведения процесса сгорания топлива в камере сгорания 8 без добавления водяного пара, продукты сгорания имеют значительно более высокую температуру, а при разделении парогазовой смеси в циклоне 9 на пар и парогазовую смесь увеличивается КПД ККПГУ за счет дополнительного производства электроэнергии электрогенератором 17, находящегося на одном валу с паровой турбиной 16. Исключение из схемы ККПГУ детандера и использование вместо дымовой трубы факельного выброса очищенных и охлажденных выхлопных газов позволяет упростить ее конструкцию и повысить надежность. Кроме того, при конденсации образовавшейся парогазовой смеси в конденсаторе 25 образуется количество конденсата большее, чем поступило питательной воды на величину конденсата от паров воды, образовавшейся при сжигании топлива, что обеспечивает повышение КПД, создает замкнутый цикл водоснабжения ККПГУ и снижает выбросы вредных компонентов и парниковых газов в атмосферу, обеспечивая таким образом повышение эффективности установки.

Таким образом, предлагаемая ККПГУ обеспечивает получение пара и горячей воды без котла-утилизатора и дымовой трубы с использованием технологических и конструктивных преимуществ последовательно соединенных водоструйного, газоструйного эжекторов и циклона, с одновременной очисткой продуктов сгорания от вредных компонентов и автономной подпиткой системы водоснабжения установки, что увеличивает ее надежность и эффективность.

Предлагаемое изобретение относится к энергетике и может быть использовано для комбинированной выработки электроэнергии, тепла и холода. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности комплексной контактной парогазовой установки. Технический результат достигается комплексной контактной парогазовой установкой, содержащей питательный насос, соединенный с соплом в приемной камере водоструйного эжектора, соединенной, в свою очередь, с трубопроводом мятого пара паровой турбины, диффузор водоструйного эжектора соединен с приемной камерой газоструйного эжектора, соединенной с газопроводом выхлопных газов камеры сгорания, а диффузор газоструйного эжектора с входным тангенциальным патрубком циклона, корпус которого снабжен патрубками отвода парогазовой смеси и конденсата, центральная труба соединена с патрубком выхода пара, соединенного с паровой турбиной, находящейся на одном валу с электрогенератором, патрубок отвода парогазовой смеси циклона соединен с парогазовой турбиной, установленной на одном валу с воздушным компрессором и электрогенератором, парогазовая турбина соединена с коллектором влажного газа, который, в свою очередь, соединен с генератором абсорбционной холодильной машины и пластинчатым конденсатором, в котором устроены горизонтальные водные и вертикальные газовые каналы, соединенные с газовым коллектором, снабженным каплеотбойником, причем патрубки выхода очищенных и охлажденных газов пластинчатого конденсатора и генератора абсорбционной холодильной машины соединены с вентилятором высокого давления, напорный патрубок которого снабжен коническим насадком. 1 ил.

Комплексная контактная парогазовая установка, содержащая камеру сгорания, установленные на одном валу воздушный компрессор, парогазовую турбину, электрогенератор, теплообменник для подогрева сетевой воды, систему удаления капельной влаги из парогазовой смеси, питательный насос, отличающаяся тем, что питательный насос соединен с соплом в приемной камере водоструйного эжектора, соединенной, в свою очередь, с трубопроводом мятого пара, диффузор водоструйного эжектора соединен с приемной камерой газоструйного эжектора, соединенной с газопроводом выхлопных газов камеры сгорания, а диффузор газоструйного эжектора с входным тангенциальным патрубком циклона, корпус которого снабжен патрубками отвода парогазовой смеси и конденсата, центральная труба циклона снабжена патрубком выхода пара, соединенного с паровой турбиной, расположенной на одном валу с электрогенератором, патрубок отвода парогазовой смеси циклона соединен с парогазовой турбиной, которая соединена трубопроводом влажного газа с коллектором влажного газа, соединенным с генератором абсорбционной холодильной машины и пластинчатым конденсатором, состоящим из расположенных сверху–вниз пирамидального парового коллектора, теплообменного короба, в котором устроены горизонтальные водные и вертикальные газовые каналы, соединенные снизу с газовым коллектором, снабженным каплеотбойником и пирамидальным днищем, а водные каналы соединены справа и слева с пирамидальными входным и выходным водяными коллекторами, причем патрубки выхода охлажденных и очищенных газов пластинчатого конденсатора и генератора абсорбционной холодильной машины соединены с вентилятором высокого давления, напорный патрубок которого снабжен коническим насадком.