Комбинированная парогазотурбинная электростанция и способ утилизации тепловой энергии топлива на комбинированной парогазотурбинной электростанции Советский патент 1993 года по МПК F01K23/06 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на комбинированных парогазотурбинных элект тростанциях.

Целью изобретения является создание комбинированной парогазотурбинной электростанции, работающей на влагосодержа- щем природном топливе, а также повышение эффективности процесса утилизации тепловой энергии топлива на комбинированной парогазотурбинной электростанции.

На фиг. 1 схематически проиллюстрирована комбинированная парогазотурбин- ная электростанция, соответствующая изобретению, которая использует влагосо- держащее топливо; на фиг.2 - второй вариант комбинированной парогазотурбинной электростанции; на фиг.З - третий вариант комбинированной парогазотурбинной электростанции.

Электростанция содержит газотурбинный и паросиловой контуры, а также систему осушки влагосодержащего топлива.

В состав электростанции входят камера 1 сгорания или газификации, воздушный компрессор 2. соединенный трубопроводом 3 с камерой, к которой подводится топливо и,пар по паропроводу 4, подключенному к пароотделителю 5 системы осушки топлива. Камера посредством трубопровода 6 с установленным на нем горячим очистителем 7 с выходным трубопроводом 9 подсоединена к газовой турбине 10 с электрогенератором

11. Камера выполнена с трубопроводом 8 для отвода золы. На выхлопе газовой турбины размещен теплообменник-утилизатор

12. подключенный к газовой турбине посредством трубопровода 13. Система осушки топлива включает сушилку 14 с размещенным в ней теплообменником 15, соединенным с помощью, циркуляционной системы 16 труб с теплообменником 17, размещенным в теплообменнике-утилизаторе 12, при этом циркуляционная система 16 содержит насос 18 для осуществления циркуляции теплообменной среды.

Паросиловой контур содерх ит трубную систему 19с насосом 20 посредством которой объединены в контур паровая турбина 21, с электрогенератором 24, емкость 22. парогенератор 23, размещенный в камере 1, конденсатор 25 и предварительный нагреватель 26. При этом теплообменник-утилизатор 12 может быть выполнен с теплообменной поверхностью 27, или поверхностями 30, 31, включенными в паросиловой контур, а система осушки топлива - с дополнительным контуром 28 с устройством 29 для циркуляции образованного при сушке топлива пара. Сушилка 14 может быть

выполнена с теплообменником 38, подключенным к паросиловому контуру, а последний может иметь систему трубоп ро водов 32, 34, 35, 36, 37,39 с местом разветвления 33 для обвязки оборудования электростанции. Электростанция работает следующим образом.

Топливо сжигается в работающей под давлением камере 1 сгорания или газифика

ции, поддерживаемой под давлением с помощью компрессора 2. Компрессор 2 подает необходимое количество воздуха для горения, который поступает в камеру 1 по трубопроводу 3 для сжатого воздуха.

5 Компрессор 2 повышает давление воздуха, например, до 1,2 МПа. Воздух при упомянутом давлении подается в камеру 1, куда подводится топливо.

Вследствие сжигания топлива, смесь

0 воздуха и отходящих газов, полученных при сгорании топлива, нагревается до температуры, примерно, от 850 до 1200°С. В камеру 1 по паропроводу 4 вводится по крайней мере часть пара, которая отделяется в паро5 отделителе 5 от топлива. Пар и топливо могут также подаваться в виде смеси по паропроводу 4, причем в этом случае паро- отделитель 5 не требуется.

Одной из целей подвода пара является

0 регулирование предельной температуры в камере сгорания. В этом случае«пар заменяет некоторый избыток воздуха, который обычно необходим. Вследствие подвода пара мощность компрессора снижается, и чи5 стая вырабатываемая мощность процесса увеличивается. В трубопроводе 6 размещен горячий очиститель 7 для газов. Часть золы, образуемой при сжигании топлива, извлекается из камеры 1 по трубопроводу 8, в то

0 время как остальная зола проходит вместе с потоком топочного газа к горячему очистителю 7, где наиболее загрязненный газ и зола извлекаются из процесса по выходному трубопроводу 9.

5После очистителя 7 продукты сгорания подводятся к газовой турбине 10, где газы расширяются с получением электроэнергии в электрогенераторе 11. Турбина 10 вращает компрессор 2, размещенный с ней на

0 одном валу. После газовой турбины 10 топочные газы направляются по трубопроводу 13 о теплообменник-утилизатор 12 для извлечения отходящего тепла. Температура топочных газов после газовой турбины 10

5 составляет, обычно, от 400 до 600°С, Эти газы охлаждаются, примерно, до 120°С в теплообменнике-утилизаторе 12, который может быть выполнен в виде котла-утилизатора (см. фиг.2, 3). Тепло, полученное из топочных газов с помощью теплообменниЦа-утилизэтора 12, передается для сушки топлива в сушилке 14, В теплообменнике- утилизаторе 12 можно генерировать, перегревать пэр или предварительно нагревать циркулирующую воду, которая затем подается к теплообменнику 15 сушилки 14, где т|епло передается к подлежащему сушке топливу.

Циркуляционная система 16 труб для теплобменной среды, предпочтительно, во- д ы и/или пара, включает в теплообменнике- утилизаторе 12 теплообменник 17 и подсоединена к теплообменнику 15 сушилки 14. Насос 18 осуществляет циркуляцию теплообменной среды, предпочтительно, воды в циркуляционной системе 16.

В теплообменнике-утилизаторе 12 теп- л р передается от топочных газов через теп- л ообменник 17 к воде циркуляционной сястемы 16, в результате чего вода испаряется, и упомянутый пар направляется с помощью насоса 18 в теплообменник 15. имеющийся в сушилке 14, где тепло передается далее топливу, подлежащему осушке.

В паросиловом контуре трубная система 19 также включает подающий воду насос 20. Насос 20 предназначен для подвода ра- бэчего тела к паровой турбине 21.

| Паросиловой контур включает пароге- н|ератор 23, паровую турбину 21, электрогенератор 24, который вырабатывает электроэнергию и соединен с паровой турбиной 21. конденсатор 25 и предварительный нагреватель 26 подводимой воды. На схеме электростанции, представленной на флг.1, камера 1 сгорания газовой турбины 10 в то же самое время действует как котел паросилового контура, где вырабатывается плр, направляемый к паровой турбине 21. Таким образом, с помощью топлива, сжигаемого в камере 1 сгорания газовой турбины 10, можно как нагреть газы, которые проходят к газовой турбине 10, так и вырабатывать пар для паровой турбины 21 в парогенераторе 23. Температура пара, поступающего в паровую турбину 21, обычно составляет 530°С, а давление от 10 до 18 МПа. Давление, превалирующее в конденсаторе 2Јi, обычно составляет 0,005 МПа, а темпе- раЧура 30°С, Б конденсаторе 25 пар конденсируется до воды. С помощью насоса 20 давление сконденсированной воды снова увеличивается до уровня давления в парогенераторе 23. Подводимая вода подаётся с помощью насоса 20 из емкости 22 в парогенератор 23, который размещается в камере 1 сгорания газовой турбины 10.

Из паровой турбины 21 отработавший па|р поступает в конденсатор 25, а образовавшаяся вода поступает в предварительный нагреватель 26 и емкость 22. Из отбора паровой турбины пар подается также к предварительному нагревателю 26, с целью предварительного нагрева проходящей че- 5 рез него воды. Из паровой турбины 21 пар также подается к емкости 22.

Сушка влагосодержащего топлива осуществляется в работающей под давлением сушилке 24 при давлении горения, Влажное

0 топливо подводится к сушилке 14 при давлении около 1,2 МПа. В сушилке влажное топливо осушается, а выделенная из него влага преобразуется в пар при давлении горешля. Полученный пар используется в ви5 де вдуваемого пара для газовой турбины 10

путем его подачи в камеру 1. Сухое топливо

также направляется из сушилки 14 в камеру

1, однако своим путем транспортирования.

В качестве топлива может быть исполь0 зован, например, фрезерный торф с содержанием влаги 70%, торф, высушенный только механически, и в котором содержание влаги может превышать 75%. Сушка осуществляется в работающей поддавлени5 ем сушилке 14 при давлении горения, предпочтительно, при давлении около 1,2 МПа. Пар, полученный в процессе сушки, направляется по паропроводу 4 в камеру 1 сгорания газовой турбины 10. В принципе,

0 топливом может быть любое твердое или жидкое топливо, которое содержит влагу. В работающей под давлением сушилке влажное топливо высушивается, например, до содержания влаги 20%. Высушивающая

5 энергия подается к сушилке 14 по трубопроводам циркуляционной системы 16 от теплообменника-утилизатора 12, извлекающего тепло из отработавших газов газовой турби- . .ны 10.

0 В камере 1 топливо может либо сжигаться непосредственно, либо газифицироваться или частично газифицироваться с последующим сжиганием полученного газа. Очистка газа может осуществляться при

5 температуре сжигания или газификации, или при некоторой более низкой температуре. Пар, полученный в сушилке 14, подается по трубопроводу 4 в виде вдуваемого пара в камеру 1 сгорания или газификации, или в

0 какую-либо часть находящейся под давлением газовой линии, до или после камеры 1. На фиг.2 представлена схема электростанции, в которой вода паросилового контура предварительно нагревается с

5 помощью энергии, полученной от топочных газов газовой турбины 10 в теплообменнике-утилизаторе 12, выполненном в виде котла-утилизатора с теплообменной поверхностью 27. Тепло отработавших топочных газов может быть передано как для сушки топлива в

сушилке 14, так и для предварительного нагрева воды паросилового контура, а также для испарения воды паросилового контура и/или перегрева полученного пара,

Пар, полученный в сушилке 14 при осушке влагосодержащего топлива, циркулирует в контуре 28 с помощью устройства 29. а часть пара отбирается по паропроводу 4, в качестве пара, вдуваемого в рабочее тело газовой турбины 10.

На фиг.З представлена схема электростанции, согласно которой тепло извлекается из отходящего газа газовой турбины в теплообменнике-утилизаторе 12 и передается для предварительного подогрева подводимой воды паросилового контура посредством теплообменных поверхностей 30 и 31, размещенных в теплообменнике- утилизаторе 12. Далее вода поступает в парогенератор 23, размещенный в камере 1, и затем перегретый пар подается к паровой турбине 21, а осушку влагосодержащего топлива ведут в сушилке 14 за счет тепла, отобранного из паровой турбины пара,

Согласно схеме электростанции, представленной на фиг.З, вода направляется из конденсатора 25 по системе трубопроводов через теплообменник 26 к теплообменной поверхности 30, помещенной в теплообменнике-утилизаторе 12, откуда направляется дальше по соединяющему трубопроводу 32 через место разветвления 33, по трубопроводу 34 к емкости 22. Из емкости 22 вода подается с помощью насоса 30 по трубопроводу 35 к теплообменной поверхности 31, помещенной в теплообменнике-утилизаторе 12. По трубопроводу 36 предварительно нагретая вода поступает в парогенератор 23, размещенный в камере 1, а полученный пар поступает к паровой турбине 21.

Кроме того, пар из паровой турбины 21 по трубопроводу 37 для отбора пара проходит в работающую под давлением сушилку 14, где размещен теплообменник 38.

Отдавший в последнем тепло, пар конденсируется и полученная вода по трубопроводу 39 через место 33 разветвления и трубопровод 34 поступает к емкости 22.

В пределах объема изобретения возможен также вариант, где пар, полученный в процессе сушки в работающей поддавлени- ем сушилке, ре циркулирует через котел-утилизатор, установленный на выхлопе газовой турбины, где пар перегревается, после чего направляется обратно в сушилку. Часть ре- циркулирующего пара отбирается в качестве вдуваемого пара для газовой турбины.

Формула изобретения

1. Комбинированная парогазотурбин- ная электростанция, работающая на топливе и содержащая работающую под давлением камеру сгорания или газификации, подключенную к последней посредством трубопровода газовую турбину с электрогенератором, размещенный на валу газовой турбины компрессор для нагнетания воздуха в упомянутую камеру, теплообменник- утилизатор, установленный на выхлопе газовой турбины, выполненный преимущественно в виде котла-утилизатора и включенный по нагреваемой среде в замкнутый паросиловой контур с паровой турбиной, имеющей электрогенератор, и теплообменником, размещенным в камере, а также сушилку для осушивания влагосодержащего топлива, подключенную своим выходом по топливу к камере, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, сушилка выполнена в виде работающего под

давлением аппарата, подключенного по выходу образовавшегося при осушке влагосодержащего топлива пара к камере сгорания или газификации для использования последнего в качестве вдуваемого в рабочее

тело газовой турбины пара.

2. Электростанция по п.1,отличающая с я тем, что она снабжена дополнительным теплообменником, размещенным в

сушилке, а паровая турбина выполнена с тепловым отбором, подсоединенным к входу дополнительного теплообменника, зыход которого подсоединен к замкнутому паросиловому контуру.

3. Способ утилизации тепловой энергии топлива на комбинированной парогазотур- бинной электростанции, включающий подачу топлива в камеру сгорания или

газификации, последующее направление образовавшихся газов в газовую турбину, расширение этих газов в газовой турбине с выработкой энергии, с расходованием части последней на привод компрессора для создания давления в упомянутой камере и преобразованием оставшейся части в электроэнергию посредством электрогенератора, нагрев отработавшими в газовой турбине газами воды паросилового контура

в теплообменнике-утилизаторе с получением пара и использование последнего в паровой турбине с электрогенератором и в сушилке для осушки влагосодержащего топлива, отличающийся тем, что, с целью

повышения эффективности, осушку влагосодержащего топлива ведут под давлением, при этом по крайней мере часть полученного в процессе осушки топлиеа пара подводят в качестве вдуваемого пара к газовой турбине.

4. Способ по п.З, отличающийся тем, что осушку топлива в сушилке ведут паром из отбора паровой турбины.

5. Способ по пп.З и 4, отличающий- с я тем, что по крайней мере часть, полученного в процессе осушки топлива пара подают для перегрева в теплообменник-утилизатор, а затем возвращают в сушилку для передачи полученного тепла влагосодержа- щему топливу.

Использование: в теплоэнергетике, преимущественно парогазотурбинных электростанциях, работающих на влагосодержащем топливе. Сущность изобретения: комбинированная парогззотурбинная электростанция содержит работающую под давлением сушилку 14 для осушки топлива, подаваемого в камеру 1 сгорания, подсоединенную посредством контура к теплообменнику - утилизатору 12 теплоты отработавших в газовой турбине 10 газов. Пар, полученный при осушке топлива, из сушилки 14 подают в рабочее тело газовой турбины в качестве вдуваемого пара. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил. 7 00 CJ 00 о W со

№/

(pi/z3