Способ получения тепловой энергии из водосодержащего топлива на газотурбинной электростанции и газотурбинная электростанция, работающая на водосодержащем топливе

 

Использование: для получения тепловой или электрической энергии при сжигании водосодержащего топлива. Сущность изобретения: газотурбинная электростанция содержит блок 1 сжигания топлива, газовую турбину 15, генератор 16 электрического тока и блок утилизации тепла, соединенный с входом газовой турбины 15. Водосодержащее топливо просушивается при высоком давлении с помощью тепловой энергии отходящих газов турбины и пар, получаемый на стадии сушки, подается в секцию высокого давления процесса горения в точке между воздушным компрессором 2 и газовой турбиной 15, например, в блок 1 сжигания топлива или газификации. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу по- лучения тепловой энергии из водосодержащего топлива и к газотурбинной электростанции.

Известна парогенераторная установка, работающая на водосодержащем топливе, например угле, содержащая средства подачи топлива и воздушный компрессор, подключенные к газогенератору, за которым последовательно установлены скруббер, газовая турбина, размещенная на одном валу с компрессором, электрогенератор, соединенный с турбиной, блок утилизации тепла, состоящий из экономайзера и регенеративного подогревателя, и соединительные трубопроводы [1] Недостаток известной установки заключается в том, что использование торфа в виде топлива и более влажного по сравнению с углем неэкономично из-за высокой стоимости предшествующего процесса обезвоживания торфа. Более того, обычная конструкция газовой турбины, применяемая в известной установке, не пригодна для сжигания торфа.

Целью изобретения является повышение экономичности, а также устранение недостатков известной технологии и создание совершенно нового типа газотурбинной электростанции, работающей на водосодержащем топливе, а также способа использования теплотворной способности такого топлива.

Изобретение основано на идее обезвоживания топлива в сушилке высокого давления, нагреваемой отработанным теплом газовой турбины, и подачи получаемого пара в секцию высокого давления способа.

Изобретение обеспечивает значительные преимущества.

Газотурбинная электростанция согласно изобретению позволяет использовать теплотворную способность топлива без возращения к сложной предварительной обработке. Особые преимущества получаются при сжигании торфа. В этом случае влажность торфа не снижает КПД процесса, а скорее эта влажность может быть выгодно использована. В оптимальных случаях простое механическое уплотнение торфа достаточно для отказа от его предварительной обработки и обезвоживания на месте добычи. Несмотря на высокую стоимость конструкции сушилки высокого давления, получается экономичное решение благодаря низкой рыночной стоимости этого топлива по сравнению с используемыми в настоящее время топливами. Рыночная стоимость торфа, используемого в этом процессе, значительно ниже просушенного торфа. Вспомогательное оборудование в системе настоящего изобретения не требует дополнительных расходов по сравнению с обычной технологией. Особенно благоприятная ситуация складывается в тех случаях, когда газотурбинную электростанцию можно расположить поблизости от места добычи торфа, что сводит к минимуму расходы по перевозке топлива.

На чертеже показана газотурбинная электростанция, работающая на водосодержащем топливе.

Типовые конструктивные параметры способа, показанного на чертеже, приведены в таблице, которая дополнена показателями энергетического баланса.

Топливо сжигается в блоке 1 сжигания топлива, который содержит камеру сгорания, в которой положительное давление создается с помощью воздушного компрессора 2. Компрессор 2 подает требуемый для горения воздух 29 в блок 1 сжигания топлива через трубопровод 3 сжатого воздуха. Через вспомогательный паровой трубопровод 4 в блок 1 сжигания топлива подается часть пара, выделенного в паровом сепараторе 5 из потока торфяного топлива 22, а другая часть этого пара рециркулируется в сушилку 6 высокого давления. Кроме того, пар, получаемый из воды 30, подается в блок 1 сжигания топлива через трубопровод 7 из парогенератора 8. Пар подается в блок сжигания топлива для регулирования температуры выходящего газа таким образом, что пар смешивается с избыточным впускным воздухом. Благодаря такой подаче пара снижаются потери мощности компрессора, что повышает чистую выходную мощность процесса. Часть топливной золы сразу отводится из блока 1 сжигания топлива через трубопровод 9, а остальная часть подается с потоком отходящих газов в трубопровод 10 отходящих газов и далее в скруббер 11, где она удаляется из процесса через трубопровод 12. Трубопровод 10 отходящих газов 23 может оснащаться дополнительным скруббером 13 для удаления крупных частиц из отходящих газов и их рециркулирования через возвратный трубопровод 14 в блок 1 сжигания топлива.

После скруббера 11 отходящие газы 24 подаются через трубопровод 10 отходящих газов в газовую турбину 15, где они расширяются и вырабатывают инерционную энергию. Инерционная энергия используется для вращения компрессора 2 и генератора 16 электрического тока, которые соединены с общим валом газовой турбины 15. Газовая турбина, используемая в показанном варианте изобретения, представляет собой газовую турбину типа GT 35 С фирмы Asea Stal. После газовой турбины 15 отходящие газы 25 подаются в котел-утилизатор 17, в котором из воды 28 вырабатывается пар в трубопроводе 18, по которому энергия, содержащаяся в паре, подается в сушилку 6 высокого давления, где используется для обезвоживания топлива. В трубопроводе 18 установлен циркуляционный насос 19. Из котла-утилизатора 17 отходящие газы 26 подаются в парогенератор 8, после которого отходящие газы 31 выбрасываются и в котором тепловая энергия, оставшаяся в отходящих газах, используется для получения пара в трубопроводе 7. При необходимости расположение парогенератора 8 и котла-утилизатора 17 может меняться.

Эти два узла могут быть заменены комбинированным блоком. Далее вместо выработки пара котел-утилизатор 17 можно использовать либо для получения горячей воды, либо для перегрева пара, используемого при обезвоживании топлива.

Подача жидкого топлива производится через трубопровод 20 высокого давления в сушилку 6 высокого давления. Расчеты этого варианта изобретения основаны на использовании измельченного торфа с влажностью 70% В предложенном способе также можно использовать торф, поступающий непосредственно из процесса механического обезвоживания с влажностью более 80% Если сушка (обезвоживание) производятся при давлении процесса горения, то вода, содержащаяся в торфе, может извлекаться в качестве среды процесса путем ее подачи в виде насыщенного пара в камеру сгорания. В общем используемое топливо может представлять собой любое водосодержащее жидкое или твердое топливо. Измельченный торф просушивается в сушилке 6 высокого давления до влажности 20% В этом варианте изобретения сушилка 6 высокого давления представляет собой паровой теплообменный аппарат высокого давления с кипящим слоем, но в этом процессе может быть использована любая сушилка высокого давления. Часть полученного пара рециркулируется с помощью псевдоожижающего вытяжного вентилятора 21 для псевдоожижения материала в слое. Пар 27 для сушки подается через трубопровод 18 из котла-утилизатора 17 газовой турбины 15.

Блок 1 сжигания топлива можно также заменить полной или частичной газификацией топлива и сжиганием получаемого газа. В этих вариантах скруббирование газа обычно производится до сжигания, что позволяет сделать температуру скруббирования газов независимой от впускной температуры газовой турбины. Более того в этом случае максимальная температура газификационного узла не зависит от впускной температуры газовой турбины 15 так же, как и от температуры блока 1 сжигания топлива.

Может быть использована воздушная, кислородная или пиролитическая газификация. При кислородной газификации воздушный компрессор 2 заменяется кислородным генератором, или накопительным узлом, или кислородным генератором и компрессором. Предложенный способ может использоваться со всеми типами газификационных реакторов и способов сжигания.

Скруббирование газа может производиться либо при температуре горения, либо при температуре газификации или при любой более низкой температуре. Потоки пара из трубопроводов 4 и 7 могут подаваться в виде впрыскиваемого пара в камеру сгорания, или газификационный узел, или любую другую часть газопровода высокого давления до или после блока сжигания топлива или газификационного узла. Потоки пара могут подаваться до точки между ступенями газовой турбины 15. Если требуется охлаждение газа для горения или газификационного газа, энергия, выделяемая в процессе охлаждения, может использоваться для генерирования, например, пара, который затем подается таким же образом, как и поток пара из трубопровода 7. Отделение пара и торфа в паровом сепараторе 5 не требуется, так как топливо и полученный пар могут подаваться в смеси в блок сжигания топлива или газификационный узел.

В показанном варианте осуществления электрический КПД способа составляет примерно 45% Путем повышения впускной температуры газовой турбины 15 от 850^оС, использованной в этом варианте осуществления, до более высокого уровня может быть получено еще более значительное увеличение КПД. Это, в частности, возможно при использовании газификационной технологии, где температура блока 1 сжигания топлива или скруббера 11 не накладывает ограничений на входную температуру газовой турбины 15, как в вариантах осуществления, основанных на горении. В показанном варианте осуществления указанная входная температура 850^оС обусловливается максимально допустимой температурой горения в кипящем слое. Следует понимать, что при снижении влажности топлива количество пара, получаемого в парогенераторе 8, увеличивается и энергия, получаемая в утилизаторе 17, уменьшается. При повышении влажности наблюдается обратная картина.

Относительно применимости изобретения следует отметить, что подача дополнительного пара через трубопровод 7 не обязательна.

Показатели энергетического баланса способа за исключением внутреннего потребления электроэнергии следующие: Подведенная энергия в топливе, МДж/с 45,9 Инерционная энергия газовой турбины, МДж/с 47,8 Подведенная энергия воздушного компрес- сора, МДж/с 27,1 Чистая энергия на вы- ходе, предназначенная для выработки электро- энергии, МДж/с 20,7 Электрический КПД, 45,0

Формула изобретения

1. Способ получения тепловой энергии из водосодержащего топлива на газотурбинной электростанции путем сжигания или газификации топлива при нагнетании воздуха высокого давления, очистки образовавшихся топочных газов, их расширения с последующей утилизацией тепла для нагрева воды и пара, отличающийся тем, что топливо перед сжиганием сушат при высоком давлении паром, образующимся в утилизаторе за счет тепла отходящих топочных газов, при этом пар, получаемый при сушке, и, пар, образующийся за счет тепла отходящих топочных газов в парогенераторе, подают в блок сжигания топлива.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо представляет собой торф с влажностью более 70% 3. Газотурбинная электростанция, работающая на водосодержащем топливе, содержащая блок подготовки топлива и воздушный компрессор, подключенные к блоку сжигания топлива, за которыми последовательно установлены скрубберы, газовая турбина, размещенная на одном валу с компрессором, генератор электрического тока, соединенный с турбиной, блок утилизации тепла, состоящий из парогенератора и котла-утилизатора, и соединительные трубопроводы, отличающаяся тем, что электростанция снабжена установленными в блоке подготовки топлива паровым сепаратором и сушилкой высокого давления, соединенной на выходе через сепаратор с блоком сжигания топлива, а на входе - дополнительным паропроводом и сепаратором и двумя теплообменными контурами, один из которых является замкнутым и размещен в сушилке и котле-утилизаторе, а другой разомкнутым и установлен в парогенераторе с выходом в блок сжигания топлива.

4. Электростанция по п.3, отличающаяся тем, что сушилка представляет собой паровой теплообменный аппарат высокого давления с кипящим слоем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2