Парогазовая установка Советский патент 1993 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при создании парогазовых установок высоких параметров.

Цепь изобретения - уменьшения вредных выбросов NOx. путем снижения температуры газа в зоне горения камеры сгорания, СО и СХНУ, путем нагрева топлива перед подачей его в камеру сгорания и повышение эффективности парогазовой установки путем увеличения глубины утилизации тепла отходящего газа.

Поставленная цель достигается тем,.что парогазовая установка, содержащая газотурбинный двигатель с компрессором, турбиной и камерой сгорания, имеющей зоны горения и смешения, утилизационной котел с водоподогревателем, испарителем, пароперегревателем и сепаратором, паровую турбину, конденсатор, конденсатный и питательный насосы, компрессор соединен двумя пневматическими трактами с зонами горения и смешения камеры сгорания через теплообменники, хладоагентом в которых является вода, нагнетаемая насосом из утилизационного контура. Причем, по пароводяной ветке теплообменник воздуха зоны горения на входе соединен с выходом водо- подогревателя котла через топливоподогре- ватель и на выходе теплообменник воздуха зоны горения соединен с входом теплообменника воздуха зоны смешения камеры сгорания, выход которого соединен с сепаратором утилизационного котла. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая парогазовая установка отличается тем, что зоны горения и смешения камеры сгорания соединены с компрессором через теплообменники, хладоагентом в которых является вода, прошедшая водоподогреватель утилизационного котла и топливоподогреватель, причем первым по ходу воды стоит теплообменник воздуха зоны горения камеры сгорания и полученный во втором теплообменнике пар сбрасывается в сепаратор утилизационного котла.

Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями показывает, что возможно греть топливо в теплообменнике, где нагревателем является воздух из-за компрессора. Однако, данному известному устройству свойственен ряд недостатков. Основными недостатками здесь являются, большие габариты газового подогревателя, что увеличивает вес установки, вероятность коксования топлива и гидравлические потери, а также взрывопожароопасность данного устройства из-за возможного проникновения топлива в газовый тракт теплообменника.

На чертеже представлена принципиальная схема парогазовой установки.

Парогазовая установка содержит газотурбинный двигатель 1 с компрессором 2, камерой сгорания 3 и турбиной 4, утилизационный контур с утилизационным котлом 5, паровой турбиной 6, конденсатором 7 с

конденсатным насосом 8, деаэратор 9, питательный насос 10, водоподогреватель 11 после которого по пароводяной ветке располагается испаритель 12с сепаратором 13 и пароперегреватель 14, По пароводяной

5 ветке имеется также насос 15, топливоподогреватель 16, поверхностные теплообменники 17, 18 радиаторного типа. Имеются также пневматические и гидравлические тракты 19,20,21,22,23, топливные

0 форсунки 24, зоны горения 25 и смешения 26 камеры сгорания и загрузочные устройства 27, 28. При этом, компрессор 2 газотурбинного двигателя 1 соединен пневматическими трактами 19, 20 с тепло5 обменниками 17, 18, после чего с зонами горения 25 и смешения 26 камеры сгорания 3. Теплообменники 17, 18 по пароводяной ветке связаны между собой и с утилизационным котлом 5. Причем, теплообменник 17

0 на входе соединен гидравлическим трактом 21с топливоподогревателем 16 и через насос 15 трактом 22 с выходом водоподогре- вателя 11. Выход теплообменника 1,8 соединен трактом 23 с сепаратором 13 ис5 парителя 12 утилизационного котла 5. Топливоподогреватель 16 по топливной ветке

соединен с топливной форсункой 24. Утили- - зационный контур имеет связи между элементами в следующем порядке: испаритель

0 14, паровая турбина 6, конденсатор 7, конденсаторный насос 8, деаэратор 9, питательный насос 10, водоподогреватель 11, испаритель 12, пароперегреватель 14.

При работе парогазовой установки ат5 мосферный воздух поступает на вход компрессора 2, с помощью которого этот атмосферный воздух сжимается до расчетного давления в камере сгорания 3 с учетом гидравлических потерь на теплообменниках

0 17,18. При этом, температура воздуха повышается и ее величина может составлять, например, 750 К. Часть сжатого воздуха в объеме.необходимом для процесса горения в камере сгорания 3 газотурбинного двига5 теля 1 по пневматическому тракту 19 поступает в поверхностный теплообменник 17, где охлаждается водой из водоподогревате- ля 11 утилизационного котла 5. Причем, температура воды на выходе из водоподог- ревателя 11 может составлять, например,

420-450 К, а после прохода ею по трактам 22, 21, насоса 15 и топливоподогревэтеля 16, на входе в теплообменник 17, например, 400-440 К. При этом, на выходе из теплообменника 17 температура воздуха может составлять, например, 450-500 К, а воды - 425-455 К. После теплообменника охлажденный воздух поступает в зону горения 25 камеры сгорания 3, где участвует в процессе горения, а вода поступает в теплообменник 18, где продолжает нагреваться воздухом зоны смешения 26 камеры сгорания 3. При этом, температура воды повышается до температуры кипения, например, при расчетных давлениях, до 430-460 К и пар по тракту поступает в сепаратор 13 утилизационного котла 5. Воздух из теплообменника 18 поступает в зону смешения 26 камеры сгорания 3. Топливо подогретое в теплообменнике 16 через форсунку 24 подается в зону горения 25 камеры сгорания 3. Здесь в зоне горения 25 происходит полное сжигание топлива при коэффициенте избытка воздуха 1,01-1.2. После чего, горячие газы продуктов сгорания топлива расхолаживаются воздухом из-за теплообменника 18 до расчетной температуры, например, до 1370 К. Газ из зоны смешения 26 камеры сгорания 3 поступает на газовую турбину 4, которая приводит во вращение компрессор 2 и загрузочное устройство 27. После турбины 4 отработанный газ с температурой, например, 750 К поступает в утилизационный котел 5, после чего выбрасывается в атмосферу. Дальнейшее объяснение работы парогазовой установки следующее. Пар из пароперегревателя 14 котла 5 подается на паровую турбину 6, которая приводит во вращение загрузочное устройство 28. После турбины 6 и конденсатора 7 вода конденсат- ным насосом 8 подается в деаэратор 9, откуда питательным насосом 10 подается в водоподогреватель 11. Из водоподогрева- теля 11 часть воды насосом 15 направляется к топливоподогревателю 16 и теплообменникам 17,18, а часть поступает в испаритель 12 после которого проходит к пароперегревателю 14,.

Таким образом, в данной парогазовой установке в сравнении с прототипом значительно снижена температура сжатого воздуха на входе в зону горения камеры сгорания, например, на 250-300 К, что позволяет снизить температуру газа в этой зоне. Снижение температуры газа в зоне горения приводит к существенному уменьшению вредных выбросов NOx. являющихся опасными веществами для здоровья людей и разрушения озонового слоя в атмосфере. Снижение температуры циклового воздуха

5 осуществляется за счет тепла используемого на создание пара сбрасываемого в сепаратор утилизационного контура, т.е. возвращения тепла в парогззовый цикл. При этом, для уменьшения вредных выбро0 сов NOX требуется, главным образом, охлаждать только часть воздуха для зоны горения. Наличие теплообменника воздуха зоны смешения обуславливается необходимостью подачи из воздушных теплообмен5 никое в утилизационный котел пара, что не всегда возможно обеспечить только теплообменником воздуха зоны горения. Получение пара в воздушных теплообменниках позволяет в сравнении с прототипом умень0 шить выбросы тепла с отходящими газами в атмосферу. При этом, не требуется значительный перенос тепла из газового в паровой цикл по воздуху, что упрощает конструкцию и повышает ее эффективность.

5 Кроме того, нагрев топлива позволяет интенсифицировать сжигание топлива в зоне горения и таким образом обеспечить полное сжигание топлива в приемлемых габаритах камеры сгорания, с увеличенным коэффици0 ентом избытка воздуха, т.е. в бедной смеси, что уменьшает выбросы СО и СХНУ, а также NOx.

Формула изобретения

5 Парогазовая установка, содержащая газотурбинный двигатель, включающий последовательно соединенные компрессор, камеру сгорания и турбину, а также размещенный на выхлопе последней утилизаци0 онный котел с водоподогревателем и сепаратором испарителя, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности и экологичности, она дополнительно снабжена топливоподогревателем и двумя

5 теплообменниками, последовательно размещенными в тракте теплоносителя и подключенными по последнему к водопаровому тракту утилизационного котла между водоподогревателем и сепаратором испарителя,

0 при этом топливоподогреватель своим выходом по топливу подсоединен к зоне горения камеры сгорания, а компрессор своим выходом параллельно подсоединен через первый и второй по ходу теплоносителя теп5 лообменники к зонам горения и смешения камеры сгорания соответственно.

Использование: в теплоэнергетике. Сущность изобретения: зона 25 горения и зона 26 смешения камеры 3 сгорания газотурбинного двигателя 1 соединены с компрессором 2 через теплообменники 17. 18. Хладагентом в теплообменниках 17, 18 является вода, подаваемая насосом 15 из во- доподогревателя 11 утилизационного котла 5 через топливоподогреватель 16. Последний своим выходом по топливу подсоединен к зоне 25 горения камеры 3 сгорания, а теплообменник 18 своим выходом по воде подключен к сепаратору 13 утилизационного котла 5. 1 ил.