Парогазовая установка

 

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 водоподогревателя 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (%)5 F 01 К 13/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) i

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ", и "„ „ „„

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф (21) 4855485/06 (22) 31.07.90 (46) 15.05.93. Бюл. hh 18 (75) А.С.Косой (56) Авторское свидетельство СССР

М 1560733, кл. F 01 К 13/00, опубл, 30.04.90. (54) ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА (57) Использование: в теплоэнергетике.

Сущность изобретения; зона 25 горения и зона 26 смешения камеры 3 сгорания газо„„5Ц„„1815341 А1 турбинного двигателя 1 соединены с компрессором 2 через теплообменники 17, 18, Хладагентом в теплообменниках 17, 18 является вода, подаваемая насосом 15 из водоподогревателя 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.

00 (Л Ю .фЪ

1815341

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

Цель изобретения — уменьшения вредных выбросов N0X, путем снижения температуры газа в зоне горения камеры сгорания, СО и С,Ну, 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 парогаэовая установка, содержащая газо-. турбинный 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 водоподогревателя котла через топливоподогреватель 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

10 конденсатным насосом 8, деаэратор 9, питательный насос 10, водоподогреватель .1 1 после которого по пароводяной ветке располагается испаритель 12 с сепаратором

13 и пароперегреватель 14, По пароводяной

"5 ветке ймеетря также насос 15, топливоподогреватель 16, поверхностные теплообменники 17, 18 радиаторного типа.

Имеются также пневматические и гидравлические тракты 19, 20, 21, 22, 23, топливные

20 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 теплообменниками 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 на входе соединен гидравлическим трактом

21 с топливоподогревателем 16 и через насос 15 трактом 22 с выходом водоподогревателя 11, Выход теплообменника 18 соединен трактом 23 с сепаратором 13 ис35 парителя 12 утилизационного котла 5. Топливоподогреватель 16 по топливной ветке соединен с топливной форсункой 24. Утили. зационный контур имеет связи между эле-. ментами в следующем порядке: испаритель

40 14, паровая турбина 6, конденсатор 7., конденсаторный насос 8, деаэратор 9, питательный насос 10, водоподогреватель 11, испаритель 12, пароперегреватель 14.

При работе парогазовой установки ат45 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

50 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 двига55 теля 1 по пневматическому тракту 19 поступает в поверхностный теплообменник 17, где охлаждается водой из водоподогревателя 11 утилизационного котла 5. Причем, температура воды на выходе из водоподогревателя 11 может составлять, например, i 815341

420-450 К, а после прохода ею по трактам

22, 21, насоса 15 и топливоподогревателя

16, на входе в теплообменник 17, например, 400-440 К. При этом, на выходе из теплообменника 17 температура воздуха может со- 5 ставлять, например, 450-500 К, а воды—

425-455 К. После теплообменника 17 охлажденный воздух поступает в зону горения 25 камеры сгорания 3, где участвует в процессе горения, а вода поступает в теплообменник 10

18, где продолжает нагреваться воздухом зоны смешения 26 камеры сгорания 3. При этом, температура воды повышается до температуры кипения, например, при расчетныхх давлениях, до 430-460 К и пар по тракту 15 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 20 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 расхолажива- 25 ются воздухом из-за теплообменника 18 до расчетной температуры, например, до 1370

К. Гаэ из зоны смешения 26 камеры сгорания 3 поступает на газовую турбину 4, которая приводит во вращение компрессор 2 и 30 загрузочное устройство 27. После турбины

4 отработанный газ с температурой, например, 750 К поступает в утилизационный котел 5, после чего выбрасывается в атмосферу, Дальнейшее обьяснение рабо- 35 ты 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- 40 ным насосом 8 подается в деаэратор 9, откуда питательным насосом 10 подается в водоподогреватель 11, Из водоподогревателя 11 часть воды насосом 15 направляется к топливоподогревателю 16 и теплообмен- 45 . никам 17, 18, а часть поступает в испаритель

12 после которого проходит к пароперегревателю 14.

Таким образом, в данной парогазовой установке в сравнении с прототипом значи- 50 тельно 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 55 горения приводит к существенному уменьшению вредных выбросов NOx. являющихся опасными веществами для здоровья людей и разрушения озонового слоя в атмосфере.

Снижение температуры циклового воздуха осуществляется эа счет тепла используемого на создание пара сбрасываемого в сепаратор утилизационного контура, т.е. возвращения тепла в парогазовый цикл.

При этом, для уменьшения вредных выбросов NOx требуется, главным образом, охлаждать только часть воздуха для зоны горения. Наличие теплообменника воздуха зоны смешения обуславливается необходимостью подачи из воздушных теплообменников в утилизационный котел пара, что не всегда возможно обеспечить только теплообменником воздуха эоны горения. Получение пара в воздушных теплообменниках позволяет в сравнении с прототипом уменьшить 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.

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 коэффициентом избытка воздуха, т.е. в бедной смеси, что уменьшает выбросы CO и С Ну, а также

NOx, Формула изобретения

Парогазовая установка, содержащая газотурбинный двигатель, включающий последовательно соединенные компрессор, камеру сгорания и турбину, а также размещенный на выхлопе последней утилизационный котел с водоподогревателем и сепаратором испарителя, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения эффективности и экологичности, она дополнительно снабжена топливоподогревателем и двумя теплообменниками; последовательно размещенными в тракте теплоносителя и подключенными по последнему к водопаровому тракту утилизационного котла между водоподогревателем и сепаратором испарителя, при этом топливоподогреватель своим выходом по топливу подсоединен к зоне горе- . ния камеры сгорания, а компрессор своим выходом параллельно подсоединен через первый и второй по ходу теплоносителя теплообменники к зонам горения и смешения камеры сгорания соответственно,