Парогазовая установка

 

Использование: в энергетике, преимущественно на тепловой станции с любым низкосортным топливом для повышения термодинамического КПД теплового цикла установки и повышения ее надежности. Сущность изобретения: парогазовая установка дополнительно содержит адсорберы азота с быстродействующими клапанами. К кислородным клапанам на выходе адсорберов подключена камера сгорания. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях с любым низкосортным топливом.

Известны парогазовые установки, содержащие воздушный компрессор, топку, газовую турбину, паросиловой блок, включающий парогенератор и паровую турбину [1], [2]. При этом в топку подают небольшие добавки кислорода.

Недостатком таких схем является невозможность сжечь низкосортное топливо с высоким КПД всей установки из-за больших энергетических затрат на производство кислорода, так как кислородная установка рассматривается в этих схемах автономно от энергетической установки.

Наиболее близким техническим решением к настоящему изобретению является парогазовая установка, содержащая последовательное соединенные в газовый контур воздушный компрессор, камеру сгорания, газовую турбину с теплообменником-утилизатором на выходе, а также паросиловой замкнутый контур, подключенный к газовому контуру через теплообменник-утилизатор, при этом компрессор дополнительно подключен к воздухоразделительному устройству, подключенному своим выходом к камере сгорания [3].

Недостатком известной установки является ее низкий общий КПД брутто, низкая надежность, маневренность при пуске, пожаро- и взрывобезопасность.

Целью изобретения является повышение КПД брутто установки, надежности, маневренности при пуске, пожаро- и взрывобезопасности.

Цель достигается тем, что воздухоразделительное устройство выполнено в виде не менее двух адсорберов азота с быстродействующими клапанами на входе и выходе, при этом оно подключено к камере сгорания своим выходом по кислороду.

На чертеже представлена схема предложенной установки.

Парогазовая установка воздушный компрессор 1, подключенный к воздухоразделительному устройству, состоящему из двух адсорберов 2 азота, имеющих на входе воздушные клапаны 3. На выходе адсорберы 2 имеют быстродействующие азотные клапаны 4 и кислородные клапаны 5, последние подключены через коллектор к камере 6 сгорания. На входе в камеру 6 сгорания, кроме того, имеются патрубки для подвода топлива, воды, газов рециркуляции. Газоход на выходе из камеры 6 сгорания подключен к газовой турбине 7, выход из которой последовательно связан с теплообменником-утилизатором 8 и осушителем 9 продуктов сгорания. Паровой котел высокого давления подключен к ЦВД турбины 10, а пароперегреватель 11 - к ЦНД турбины 12. Паровая турбина 13 привода турбокомпрессора 1 на входе связана с ЦВД 10, а на выходе - с системой 14 регенеративного подогрева воды. Выход ЦНД паровой турбины 12 подключен к конденсатору 15, связанному с питательным насосом 16. ЦВД 10 и ЦНД 12 паровой турбины и газовая турбина 7 подключены к электрогенератору 17. Для низкосортного топлива в схеме предусмотрен газогенератор 18, выход которого последовательно подключен к золоуловителю 19, сероуловителю 20, патрубку подвода топлива в топку.

Устройство работает следующим образом. Воздух, сжатый до 5-6 атм, в турбокомпрессоре с пароприводом 1 поступает через клапаны 3 быстрого переключателя в адсорбер 2 азота. Специальный адсорбент, так называемое молекулярное сито, поглощает азот, и из адсорбера выходит кислород с концентрацией от 92 до 95%. Гидравлическое сопротивление адсорберов невелико и кислород за адсорбером имеет давление не ниже 5 ата. Потом сжатый воздух клапанами 3 переключается на другой адсорбер, а в первоначальном адсорбере давление снижается до атмосферного, при этом происходит регенерация адсорбента с выходом азота через азотные клапаны 4 в атмосферу. Продолжительность цикла адсорбции продолжается около 1 мин и потому такой метод получения кислорода получил название - метод адсорбции с циклическим изменением давления (АЦД) или в иностранной литературе принято называть такой метод РSA.

Каждый адсорбер снабжен тремя клапанами быстрого переключения: воздушным 3, азотным 4, кислородным 5. Все кислородные клапаны соединены с общим коллектором, из которого кислород поступает в камеру 6 сгорания.

В камеру 6 сгорания поступает топливо, а для снижения температуры топочных газов до допустимых для работы газовой турбины подаются вода и охлажденные и сжатые продукты рециркуляции - топочные газы. После расширения в газовой турбине 7 топочный газ поступает в теплообменник 8 и потом, пройдя осушитель 9 уходящих газов, покидает энергетическую установку.

Пар из парогенератора расширяется в ЦВД паровой турбины 10 до промежуточного давления, потом вновь подогревается в пароперегревателе 11 и идет в ЦНД паровой турбины 12. Из основной паровой турбины пар частично отбирается на паровую турбину 13, вращающую воздушный компрессор. Из основной паровой турбины, связанной с газовой турбиной и электрогенератором 17, пар после расширения поступает в конденсатор 15. Конденсат сжимается в питательном насосе 16, а потом нагревается сначала в осушителе 9 уходящих газов, а потом - в регенеративных подогревателях 14 паром, поступающим с турбин 10, 12, 13, и далее - в теплообменнике - утилизаторе 8.

В такой установке, имеющей кислород, для водяного тракта может быть использован известный кислородный режим, исключающий необходимость в деаэраторе и имеющий ряд экономических преимуществ. На чертеже показана линия подвода кислорода к воде за конденсатором 15.

При низкосортных топливах топливо поступает под давлением через систему не показанных на чертеже шлюзов в газогенератор 18, очищается в золоуловителе 19 и сероуловителе 20 и сгорает в камере 6 сгорания.

Компрессор 1 является общим и для воздухоразделительного устройства и для газотурбинного цикла, что уменьшает капиталовложения и расход на собственные нужды.

Адсорберы 2 азота короткоцикловой адсорбции в сравнении с криогенными установками именно в энергетических комплексах имеют ряд преимуществ.

Получение кислорода при высоком давлении исключает потребность в кислородном компрессоре, что повышает КПД брутто всей установки. Установка АЦД полностью пожаро- и взрывобезопасна, так как не имеет емкостей с жидким кислородом. Если пуск крупной криогенной установки требует около трех суток, то АЦД вырабатывает кислород через несколько минут после пуска турбокомпрессора, что повышает маневренность схемы. Выход из строя одного из многих адсорбентов позволяет после его отключения продолжать эксплуатацию всей схемы, в то время как выход из строя хотя бы одного аппарата криогенной схемы заставляет производить для проведения ремонтных работ размораживание, на что требуется несколько суток. Поэтому включение АЦД в комплекс энергетической установки существенно повышает ее надежность. Адсорберы не требуют изоляции и могут работать вне здания.

В отличие от криогенных установок, состоящих за небольшим исключением, из разнотипных конструктивных элементов, все адсорберы азота и клапана могут производиться серийно и при массовом производстве стоимость АЦД будет существенно ниже стоимости криогенных установок.

Известно, что парогазовые установки являются на сегодняшний день самыми высокими по КПД. Замена воздуха кислородом позволяет поднять верхнюю температуру цикла даже для низкосортных топлив до предельных значений допустимой для лопаток газовой турбины. Эта верхняя температура благодаря новым материалам для лопаток газовой турбины все время повышается и в перспективе предлагаемая схема будет иметь самый высокий КПД парогазового цикла.

Предлагаемая схема кроме электроэнергии вырабатывает высококонцентрированный углекислый газ, который может найти применение в ряде отраслей народного хозяйства.

Формула изобретения

ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая последовательно размещенные в газовом контуре воздушный компрессор, камеру сгорания, газовую турбину с теплообменником-утилизатором на выходе отработавших газов, при этом выход компрессора имеет дополнительное подключение к камере сгорания через воздухоразделительное устройство, а также замкнутый паросиловой контур, подключенный к газовому контуру посредством теплообменника-утилизатора последнего, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, воздухоразделительное устройство выполнено в виде по крайней мере двух адсорберов азота, каждый из которых имеет быстродействующие клапаны на входе и выходах соответственно по азоту и кислороду, при этом адсорберы подсоединены к камере сгорания своими выходами по кислороду.

РИСУНКИ

Рисунок 1