Энергетическая установка

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 F 01 К 23/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н IlATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3963400/24-.06 (22) 11. 10. 85 (31) P 3503611.7 (32) 02,02. 85 (33) DE (46) 07,11,89. Бюл. 9 41 (71) Проф. др.-инж. др.-инж.

Е.Х. Клаус Книциа (ЭЕ) (72) E.Õ. Клаус Книциа (DE) (53) 621.438(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 322503, кл. F 01 К 23/10, 1970 ° (54)(57) 1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая газовую турбину с компрессором, газопроводом и/или воздухопроводом, парогенератор, сообщенный с дополнительным воздухопроводом и/или с выхлопным трактом газовой турбины, паровую турбину с отборами пара, подключенную к парогенератору паропроводом перегретого пара, конденсатор и конденсатную линию паровой турбины, контур жидкого теплоносителя, включающий теплообменник, подключенный к тракту дымовых газов парогенератора, и нагреватели, подключенные к газопроводу газовой турбины, к дополнительному воздухопроводу парогенератора и/или воздухопроводу газовой турбины, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД установки, она снабжена паровым газонагревателем и/или паровым воздухонагревателем, сообщенными по греющей среде с паропроводом перегретого пара парогенератора и/или отбором нара паровой турбины и включенными в газопровод газовой турбины и/или в воз-SU 1521284 А 5

2 духопровод газовой турбины перед нагревателем, размещенным в контуре жидкorо теплоносителя, 2. Установка по и. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что она содержит воздухоохладитель и/или гаэоохладитель, установленные по меньшей мере между двумя ступенями компрессора и соединенные по нагреваемой среде с конденсатной линией паровой турбины.

3. Установка по п, 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что она содержит сообщенный с выхлопным трактом газовой турбины теплообменник, включенный по нагреваемой среде в контур жидкого теплоносителя.

4. Установка по п. 1 или по и, 3, отличающаяся тем, что выхлопной тракт газовой турбины выполнен в виде двух ветвей, одна иэ которых сообщена с парогенератором, а другая - с теплообменником, включенным по нагреваемой среде в контур жидкого теплоносителя, 5. Установка по и. Г или по п. 4, отличающаяся тем, что нагреватель, установленный в дополнительный воздухопровод парогенератора, и теплообменник, включенный по нагреваемой среде в контур жидкого тепло.носителя и сообщенный с одной из ветвей выхлопного тракта газовой турбины, соединены по жидкому теплоносите,лю между собой и подключены к теплообменнику, установленному в тракте дымовых".газов парогенератора параллельно пароперегревателю.

1521284

Изобретение относится к энергетике, в частности к энергетическим установкам, работающим по комбинированному газотурбинно-паротурбинному

5 циклу.

Цель изобретения — повышение КПД установки.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемой установки; на фиг,2 — газотурбинный цикл в Т"S-диаграмме.

Установка содержит газоную турби" ну 1 с генератором 2, камерой 3 сгорания и подключенные к последней воздухопровод 4 и газопровод 5 (фиг.11 .

В воздухопровод 4 газовой турбины включены последовательно по ходу воздуха ступень 6 низкого давления воздушного компрессора, воздухоохлади- 0 тель 7, ступень 8 высокого давления воздушного компрессора, паровой воздухонагреватель 9 и нагреватель 10 воздуха. В газопровод 5 газовой турбины включены последовательно по ходу горючего газа ступень 11 низкого давления газового компрессора, газорхладптель 12, ступень 13 высокого цавления газового компрессора, паровой газонагреватель 14 и нагреватель

15 газа. Выхлопной тракт газовой турбины I выполнен в ниде двух ветвей 16 и 17. Установка содержит парогенератор 18 с топочной камерой 19, к которой подключены ветвь 16 выхлоп" ного тракта газовой турбины, трубопровод 20 подачи угольной пыли и дополнительный воздухопровод 21. В последний включены вентилятор 22 и нагреватель 23 воздуха..Установка содержит паротурбинный контур, включающий паровую турбину 24 с отбором

25 пара, подсоединенную к паропроводу 26 перегретого пара парогенератора, испаритель 27, пароперегреватель

28 и промежуточный пароперегреватель 29, размещенные в тракте дымо- вых газов парогенератора 18, и конденсатную линию 30. В последней рас-. положены конденсатор 31, конденсатный насос 32, регенеративные подогревате» 5 ли 33 питательной воды и питательный насос 34. При этом паровой газонагреватель 14 и/или паровой воздухонагреватель 9 сообщены по греющей среде с паропроводом 2б перегре- 5 того пара парогенератора и/или отбо.ром 25 пара паровой турбины 24„ а по конденсату греющего пара — с конденсатной линией 30 через конденсатопровод 35 и конденсатный насос 36. Воздухоохладитель 7 и/или,газоохладитель 12 подключены по нагреваемой среде к конденсатной линии 30 паровой турбины посредством конденсатопровода 37 н конденсатного насоса 38. Установка также содержит контур 39 жидкого теплоносителя, включающий теплообменник 40, установлен" ный в тракте дымовых газов парогенератора 18 параллельно пароперегревателям и теплообменник 41, расположенный на ветви 17 выхлопного тракта газовой турбины, а также нагреватель 23 воздуха, нагреватель 15 газа и/или нагреватель 10 воздуха. При этом нагреватель 23 воздуха и теплообменник 41, включенный по нагреваемой среде в контур жидкого теплоносителя и сообщенный с одной из ветвей выхлопного тракта газовой турбины, соединены по жидкому теплоносителю между собой и подключены к теплообменнику 40, установленному в тракте дымовых газов парогенератора. Контур

39 жидкого теплоносителя оснащен циркуляционными насосами 42.

Установка работает следующим образом.

Воздух для горения горючего газа в газотурбинном цикле подается от ступени 6 воздушного компрессора (фиг, 1), Параметры захваченного воздуха для горения соответствуют в Т-Sдиаграмме точке а (фиг,2). В ступени б низкого давления воздушного компрессора воздух сжимается до параметров в точке Ь. При этом его температура повышается. Сжатый в ступени низкого давления воздух поступает затем в воздухоохладитель 7, в который подается конденсат из паротурбинного контура, и отдав конденсату количество тепла Q,,соответствующее площади

Ь,Ь,с,с,Ь, охлаждается до началь" ной температуры — точка с на Т-S диаграмме. В ступени 8 высокого давления воздушного компрессора воздух сжимается с повышением температуры до параметров в точке d и попадает в снабжаемый отбираемым из паротурбинного цикла паром воздухонагреватель 9. В последнем к воздуху подводится количество тепла Я, соответствующее площади е,е,d,,d,е.При этом отбираемый пар конденсируется и нагревает воздух до температуры в точке е.

5 152

Количество тепла Q подводится к, 1284 6 в точке е. При этом отпадает необхо5

IS

55 сжигания газа, напротив оно образуется путем сжигания угля в парогенеранагреватель 10, где к нему подводится количество тепла Q, соответствующее подачи тепла из парогенератора 18 используется контур 39 жидкого теплоносителя, в котором в качестве теплоносителя применяется натрий — вещество, рассчитанное на гораздо более высокие температуры, чем водяной пар.

Натрий, поскольку температура его кипения при атмосферном давлении составляет около 890 С и, кроме того, резко возрастает уже при сравнительно малых избыточных давлениях, способен без изменения фаз передать тепло при высокой температуре сжатому для газотурбинного цикла воздуху. Свойства натрия как вещества позволяют при этом переносить тепло иэ парогенератора 18 в газотурбинный контур и свести к минимуму затраты и потери в процессе теплопередачи. От нагревателя 10 воздух подается в камеру 3 сгорания газовой турбины.

Горючий газ для газотурбинного цикла также, как и воздух, сжимается в ступени 11 низкого давления и ступени 13 высокого давления газового компрессора. При этом осуществляется промежуточное охлаждение газа в газоохладителе 12, также охлаждаемого конденсатом паротурбинного цикла.

После ступени 13 газового компрессора гаэ подается последовательно в снабжаемый отбираемым из паротурбинного цикла паром паровой гаэонагреватель 14, в снабжаемый жидким натрием нагреватель 15 и далее в камеру 3 сгорания газовой ту1Жины.

Конденсат в воздухоохладитель 7 и газоохладитель 12 подается из консжатому воздуху при его нагреве от температуры в точке d до температуры димость подавать это тепло в камере

3 сгорания газовой турбины 1 путем торе 18. В результате этого происходит перераспределение расходов топлив — снижение расхода газа в газотурбинном цикле и повышение расхода угля в паротурбинном цикле.

Сжатый и предварительно подогретый воздух для горения поступает в площади f,f,е,е,f так, что воздух для горения выходит из нагревателя

10 имея температуру в точке f, Для денсатной линии 30 паровой турбины

24 конденсатным насосом 38 по конденсатопроводу 37 и возвращается обратно в конденсатную линию перед регенеративными подогревателями 33.

Пар на паровой воздухонагреватель 9 и паровой газонагреватель 14 подается из паропровода 26 перегретого пара и/или из отбора 25 пара паровой турбины 24, Конденсат греющего пара после паровых воздухонагревателя и газонагревателя возвращается конденсатным насосом 36 IIo конденсатопроводу 35в конденсатную линию 30 перед питательным насосом 34. Подогрев воздуха и горючего газа паром может также осуществляться многоступенчатым путем.

В камере 3 сгорания в результате сгорания газа при подаче сжатого и подогретого воздуха образуется количество тепла „ соответствующее площади g,g f f,g в Т-S-диаграмме (фиг,2). При этом температура газов повышается до температуры в точке ge

Затем газы подаются в газовую турбину 1, в которой они расширяются с выполнением работы. Подученная мощность затрачивается на приведение в действие генератора 2. В случае необходимости лишь часть отработавших в газовой турбине газов подается в топочную камеру 19 парогенератора 18 по ветви 16 выхлопного тракта газовой турбины, тогда как другая часть газов по ветви 17 через теплообменник

41 направляется в дымовую трубу, При этом в топочной камере 19 парогенера" тора 18 происходит сгорание угля, доставленного по трубопроводу 20 подачи угольной пыли, Благодаря подогреву воздуха и го" рючего газа горение в камере 3 сгорания происходит при повышенной температуре, поэтому необходимо обеспечить большой избыток воздуха, чтобы не превысить допустимую температуру на входе газовой турбины 1 ° Этот избыток воздуха обеспечивает избыток кислорода в отходящих газах газовой турбины, который направляют в топочную камеру 19 парогенератора 18 для обеспечения сжигания угольной пыли.

Избыток кислорода в отработавших газах газовой турбины I тем выше, чем больше подогреты сжатый воздух и горючий газ. Более высокое содержание кислорода в отходящих газах

1521284 обеспечивает сжигание большего ко" личества угля и применение большого количества менее калорийного и при известных условиях плохо пригодного для газификации угля, При этом в топочную камеру 19 парогенератора 18 подается с отходящими газами иэ газовой турбины 1 количество тепла Я соответствующее площади h,h,а

t а,h а также выделяется тепло от сгорания угля, подаваемого по трубопроводу 20, Часть тепла иэ парогенератора !8 подается через теплообменник 40, установленный в тракте его дымовых газов в контур 39 жидкого теплоносителя, в котором циркулирует при помощи циркуляционного насоса 42 натрий. При ,этом в теплообменнике 40 осуществляется нагрев натрия, а в нагревателях

10 и 15 воздуха и газа натрий отдает свое тепло воздуху и горючему газу, направляемым в камеру 3 сгорания газовой турбины. Это тепло, выполняющее работу в газотурбинном. цикле, выделяется в парогенераторе 18, вследствие чего нет необходимости получать его.в газотурбинном цикле, сжи" гая высококалорийный горючий газ, В результате снижается расход горючего газа или,.если горючий газ получают путем газификации угля, снижается мощность гаэификационной установки.

Если требуется повысить содержание кислорода в топочной камере 19, то посредством вентилятора 22 осуществляется подача воздуха по дополнительному Воздухопроводу 21 через на 40 греватель 23 воздуха в парогенера"-тор 18. Нагреватель 23 расположен в . контуре 39 .жидкого теплоносителя и воздух в нем нагревается теплом, отобранным из парогенератора в теплооб- 45 меннике 40, так что температура воздуха регулируется до оптимальной для сжигания угля. В результате подогрева. воздуха снижается количество отходящих газов из газовой турбины 1, направляемых в парогенератор 18, и

50 часть отходящих газов направляется по ветви 17 выхлопного тракта в теплообменник 41, котор и включен в контур 39 жидкого теплоносителя. В теплообменнике 4! осуществляется дополнительный нагрев натрия. При этом для обеспечения наиболее глубокого охлаждения отходящих газов, направляемых в теплообменник 41 последний подключен через циркуляционный насос 42 к нагревателю 23 воздуха.

В том случае, если газотурбинный цикл выполнен так, что температура газа на входе газовой турбины 1 не превышает температуру на выходе на" гревателя 10 воздуха, то может отпасть необходимость в камере 3 сгорания, нагревателе !5 газа, нагревателе 23 воздуха и теплообменнике 41, а газотурбинный цикл сведется к воздушно-турбинному циклу. Весь отходящий воздух иэ газовой турбины используется в этом случае в качестве воздуха для горения угля в парогенераторе 18. Тепло выделяется при этом лишь в топочной камере 19 при сжигании угля, а тепло, необходимое для воздушнотурбинного цикла, полностью передается через контур 39 жидкого теплоносителя.

В парогенераторе помимо нагрева натрия в теплообменнике 40 осуществляется генерация пара для паротурбинного цикла в испарителе 27 и пароперегревателе 28. Из последнего перегретый пар поступает в паровую турбину 24. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор 31, а конденсат из последнего направляется по конденсатной линии 30 паровой турбины посредством конденсатного насоса 32 в регенеративные подогреватели

33 питательной воды и посредством питательного насоса. 34 в испаритель 27.

Изобретение позволяет повысить КЦЦ установки путем уменьшения расхода горючего газа в газотурбинном цикле за счет увеличения расхода угля в парогенераторе при использовании паровых газонагревателя и/или воздухонагреватепя, а также путем широкой регенерации тепла при использовании воздухоохладителя и/или газоохпадителя между ступенями компрессоров и теплообменника в контуре жидкого теплоносителя, сообщенного с выхлопным трактом газовой турбины, 1521284

1521284

Составитель С, Кузнецов

Редактор С, Патрушева Техред A.Kðàâ÷óê Корректор С Яерни

Заказ 6772/58 Тираж 456 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5 . Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101