Парогазовая установка Советский патент 1993 года по МПК F01K23/10 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при созда- нии парогазовых установок высоких параметров,

Известна парогазовая установка, содержащая газовый контур, включающий компрессор низкого давления, подключенный своим входом к двум компрессорам высокого давления, выход первого из которых через камеру сгорания подключен к входу газовой турбины с потребителем и котлом- утилизатором на ее выхлопе, а выход второго через воздухоохладитель подключен к входу турбодетандера, выход которого подключен к камере сгорания, а также замкнутый паросиловой контур, включающий последовательно расположенные эконо- майзерную, испарительную и паропе- регрёвательную поверхности нагрева, размещенные в котле-утилизаторе и связанные через барабан-сепаратор, паровую турбину с потребителем и конденсатором, питательный насос, выход которого подсоединен к экономайзерной поверхности нагрева и к входу охлаждающей среды воздухоохладителя, подключенного своим выходом по последней к бараран-сепарато- ру.

Недостатками известной парогазовой установки являются низкая эффективность установки и большое количество вредных выбросов в атмосферу, что определяется отсутствием возможности глубокого охлаждения воздуха перед турбодетандером, низкими параметрами пара, поступающего в барабан-сепаратор из воздухоохладителя; высокой температурой воздуха, подаваемого в зону горения камеры сгорания, и необходимостью обеспечения установки водой.

Целью изобретения является повышение эффективности и экологичности установки. ..

Поставленная цель достигается тем, что парогазовая установка, содержащая газовый контур, включающий компрессор низкого давления, подключенный своим входом к двум компрессорам высокого давления, выход первого из которых через камеру сгорания подключен к входу газовой турбины с потребителем и котлом-утилизатором на е.е выхлопе, а выход второго через воздухоохладитель подключен к входу турбодетандера, а также замкнутый паросиловой контур, включающий последовательно расположенные экономайзерню, испарительную и пароперегревательную поверхности нагрева, размещенные в котле-утилизаторе и связанные через барабан-сепаратор, паровую турбину с потребителем и конденсатором, питательный насос,

выход которого подсоединен к экономайзерной поверхности нагрева и к входу охлаждающей среды воздухоохладителя, подключенного своим выходом по последней к барабан-сепаратору, при этом парогазовая установка дополнительно снабжена двумя двухпояостными поверхностными теплообменниками и двумя дополнительными конденсаторами с паровыми и жидкостными объемами. Кроме того, дополнительные конденсаторы своими выходами из жидкостных объемов подсоединены к паросиловому контуру между выходом питательного насоса и входом ох5 лаждающей среды, воздухоохладителя, газовая турбина выполнена с отбором, подключенным через одну из полостей последовательно размещенных теплообменников и паровой обьем одного из

0 дополнительных конденсаторов к входу первого компрессора высокого давления, паровой объем второго дополнительного конденсатора подсоединен к выходу турбодетандера и через вторую полость од5 ного из теплообменников к зоне горения камеры сгорания, при этом вторая полость другого теплообменника включена в паросиловой контур между выходом охлаждающей среды воздухоохладителя и

0 барабаном-сепаратором.

На чертеже представлена принципиальная схема парогазовой установки.

Парогазовая установка содержит газовый контур, включающий компрессор 1 низ5 кого давления, компрессор 2 высокого давления, турбину 3 и камеру 4 сгорания, паросиловой контур с паровой турбиной 5, конденсатором 6, питательным насосом 7 и котлом-утилизатором 8, включающим по0 следовательно расположенные экономай- Зерную 9, испарительную 10, пароперегревательную 11 поверхности и барабан-сепаратор 12. По пароводяной ветке имеются также двухполостные поверхно5 стные теплообменники 13 и 14 радиаторного типа. Имеются также топливные форсунки 15, зоны горения 16 и смешения 17 камеры сгорания, компрессор 18 высокого давления, турбодетандер 19, воз0 духоохладитель 20, дополнительные конденсаторы 21 и 22, насос 23 и потребители 24 и 25 При этом компрессор 1 низкого давления подключен своим выходом к двум компрессорам 2 и 18 высокого давления.

5 Выход компрессора 2 высокого давления через зону 17 смешения камеры 4 сгорания подключен к входу газовой турбины 3, выход которой подключен к котлу-утилизатору 8, Выход компрессора 18 высокого давления через воздухоохладитель 20 подключен к

зходу турбодетандера 19. Выход турбоде- гзндера 19 через дополнительные конден- :атор 21 и теплообменник 13 подключен к зоне 16 горения камеры 4 сгорания. Вход юлости нагревающей среды теплообменника 13 подключен через теплообменник 14 ; имеющемуся отбору турбины 3. Выход по- юсти нагревающей среды теплообменника 13 подключен к входу компрессора 2 высо- давления через конденсатор 22. Паро- :иловой контур имеет связи между Ьлементами в следующем порядке: испарительная поверхность 10, барабан-сепаратор 12, пароперегревательная поверхность 11, таровая турбина 5, конденсатор б, пита- (ельный насос 7, экономайзерная поверх- ость 9. Кроме этого, барабан-сепаратор 12 ерез полости охлаждающей среды, после- / овательно размещенных теплообменника 4 и воздухоохладителя 20, подключен к вы- оду насоса 23. Вход насоса 23 подключен выходу питательного насоса 7. При этом к фрду насоса 23 подключены также выходы жидкостных обьемов конденсаторов 21 и 22. Кроме этого, имеются кинематические сзязи. Турбодетандер 19 связан с компрес- сэром 1.8 высокого давления, компрессором 1 низкого давления, турбиной 3 и потребителем 24. Компрессор 2 высокого давления связан с турбиной 3. Паровая турбина 5 связана с потребителем 25.

При работе парогазовой установки атмосферный воздух сжимается в компрессоре 1 низкого давления. После этого часть воздуха в объеме, необходимом для процес- с горения топлива в камере 4 сгорания при к( эффициенте избытка воздуха 1.01-1.2, поступает на вход компрессора 18 высокого дг вления, где сжимается до расчетного дав- ле ния, превышающего давление в камере 4 сгэрания, например, до 5.0-6.0 МПа. При этом температура воздуха на выходе из ком- пг.ессора 18 высокого давления поднимается, например, до 960-1015 К, Далее воздух поступает в воздухоохладитель 20, где охлаждается водой, подаваемой насосом 23. Температура воды на входе в воздухоохла- ди}тель 20 может колебаться в широких пре- деЬах, например 300-380 К, и т.о. воздух может выходить из воздухоохладителя 20 с температурой 350-450 К. После этого воз- ду): поступает в турбодетандёр 19, где рас- шм ряется до расчетного давления в камере 4 сгорания с учетом гидравлических потерь в теплообменнике 13, конденсаторе 21 и ги; рэвлических трактах, соединяющих дан- HMi; элементы с турбодетандером 19 и зо- HOV 16 горения камеры 4 сгорания, наг ример. до 2.0 МПа, при этом температура воздуха на выходе из турбодетандера 19

составляет, например, 275-355 К. Далее воздух поступает в конденсатор 21, на входе в который за счет внезапного расширения потока пары воды, охлажденные в воздухо5 охладителе 20 и турбодетандере 19, конденсируются. После конденсатора 21 воздух поступает в теплообменник 13, где охлаждает газ на входе в конденсатор 22. Поле теплообменника 13 холодный воздух

0 поступает в зону 16 горения камеры 4 сгорания, где участвует в сжигании топлива, подаваемого в эту зону форсунками 15. После чего горячие газы продуктов сгорания топлива расхолаживаются до расчетной темпе5 ратуры, например 1370 К, воздухом, поступающим в зону 17 смешения камеры 4 сгорания из компрессора 2 высокого давления. Газ из зоны 17 смешения камеры 4 сгорания поступает на газовую турбину 3,

0 которая приводит во вращение компрессор

2 и компрессор Т с потребителем 24, а также помогает турбодетандеру 19 вращать компрессор 18. Отработанный газ после турбины

3 с температурой, например ;750 К поступа5 ет в котел-утилизатор 8, после чего выбрасывается в атмосферу.

Дальнейшее объяснение работы парогазовой установки следующее.

Пар из пароперегревателя 11 котла-ути0 лизатора подается на паровую турбину 5, которая приводит во вращение потребителя 25. После турбины 5 и конденсатора 6 вода питательным насосом 7 подается в экономайзер 9, испаритель 10 и через барабан-се5 паратор 12 в пароперегреватель 11. Чарть воды, минуя экономайзер 9, направляется на вход в насос 23, обеспечивающий подачу охлаждающей воды в воздухоохладитель 20. На вход насоса 23 подается также конден0 сат из жидкостных объемов конденсаторов 21 и 22. Кроме этого, во время сжигания топлива, подаваемого в зону 16 горения форсунками 15, получается некоторое количество воды, которая вместе с атмосферной

5 водой в процессе течения газа в проточной части турбины 3 за счет центробежных сил сепарируется из газа. Причем пары воды вытесняются к внутреннему обводу проточной части турбины 3. Учитывая это, часть

0 газа, отбираемого из турбины 3, направляется в теплообменник 14, где нагревает воду-, подаваемую в данный теплообменник 14 из воздухоохладителя 20, где она грелась воздухом из-за компрессора 18 высокого

5 давления. При этом вода в теплообменнике 14 испаряется и в виде пара поступает в барабан-сепаратор 12 котла-утилизатора 8. Газ же, охлаждённый в теплообменнике 14, поступает в теплообменник 13, где продолжает охлаждаться холодным воздухом из-зз турбодетандера 19. После теплообменника 13 охлажденный газ поступает в конденсатор 22, где за счет внезапного расширения потока пары, содержащиеся в газе, конденсируются. Конденсат из конденсатора 22 подается на вход в насос 23, в обезвоженный и охлажденный газ подаётся на вход компрессора 2 высокого давления, где смешивается с воздухом зоны 17 смешения камеры 4 сгорания.

Таким образом, в данной парогазовой установке в сравнении с прототипом обеспечено снижение вредных выбросов NOx как за счет более глубокого замораживания газа в зоне горения камеры сгорания, таги за счет использования в зоне смешения камеры сгорания в качестве балласта газа с низким содержанием кислорода, отбираемого из газовой турбины.

Комплекс же отличий - подача холодного газа в компрессор высокого давления, повышение параметров пара на выходе из воздухоохладителя и дополнительного теплообменника, и получение воды обеспечивает повышение эффективности установки, а также уменьшает воздействие на экологию за счет уменьшения выбросов тепла и пара с отходящими газами.

.:. -. .. . .

Использование: в теплоэнергетике. Сущность изобретения: барабан-сепаратор 12 парогазовой установки подключен к. воздухоохладителю 20 через теплообменник 14. Отбор турбины 3 подсоединен к входу компрессора 2 высокого давления через теплообменники 14 и 13 и конденсатор 22. Выход турбодетан дера 19 подключен к зоне 16 горения камеры 4 сгорания через конденсатор 21 и теплообменник 13, а жидкостные объемы конденсаторов 21 и 22 подсоединены к паросиловому контуру. 1 ил.

Формула изобретения Парогазовая установка, соДёржащаяТазовый контур, включающий компрессор низкого давления, подключенный своим выходом к двум компрессорам высокого давления, выход первого из которых через камеру сгорания подключен к входу газовой турбины с потребителем и котлом-утилизатором на её выхлопе, а выход второго через воздухоохладитель подключен к входу турбодетандера, а также замкнутый паросиловой контур, включающий последовательно расположенные экономайзерную, испарительную и пароперегрёвательнуЮ поверхности нагрева, размещенные в котле-утилизаторе и связанные через барабан-сепаратор, паровую турбину с потребителем и конденсатором, питательный насос, выход которого подсоединен к экономайэерной поверхности нагрева и к входу охлаждающей среды воздухоохладителя, подключенного своим выходом по последней к барабан-сепаратору, о т л й ч а ю щ а я с я тем, что, с целью

повышения эффективности и экологично- сти, она снабжена двумя двухполостными поверхностными теплообменниками и двумя дополнительными конденсаторами с паровыми и жидкостными объемами, при этом конденсаторы своими выходами из жидкостных объемов подсоединены к паросиловому контуру между выходом питательного насоса и входом охлаждающей среды воздухоохладителя, газовая турбина выполнена с отбором, подключенным через одну из полостей последовательно размещенных теплообменников и паровой объем одного из дополнительных конденсаторов к входу первого компрессора высокого давления, паровой объем второго дополнительного конденсатора подсоединен к выходу турбодетандера и через вторую полость одного из теплообменников к зоне горения камеры сгорания, при этом вторая полость другого теплообменника включена в паросиловой контур между выходом охлаждающей среды воздухоохладителя и барабан-сепаратором.