Способ работы газовой электростанции

 

Изобретение относится к энергетике и используется для производства электроэнергии. Способ работы заключается в сжатии воздуха в компрессоре воздушно-турбинного двигателя (ВТД) с КПД сжатия воздуха в ВТД = 0,85, поглощении тепла теплообменником ВТД, равным теплу, сбрасываемому после воздушной турбины ВТД в поддувало котельной установки, с последующим срабатыванием давления воздуха в воздушной турбине ВТД и выработке электроэнергии генератором, смонтированным на одном валу с компрессором и турбиной. Осуществляют подогрев магистрального газа теплом выходных газов котельной установки, прошедших теплообменник ВТД таким образом, чтобы после срабатывания давления в турбодетандере температура магистрального газа Т3' оставалась равной температуре магистрального газа на входе в газовый теплообменник Т1', т.е. Т3' = Т1' = 288 K, при этом l = 1,7, полезная мощность ВТД Qэ = 67 ккал/кг, полезная мощность турбодетандера при перепаде давления lТД = 1,77 составляет Qэд = 62,5 ккал/кг при секундном расходе тепла Qсм = 138 ккал/кг, что обеспечивает КПД электростанции гэ= 0,94 и экономию топлива более чем в два раза, КПД воздушной турбины 0,92. Изобретение позволяет повысить КПД газовой электростанции и увеличить экономию топлива. 1 ил.

Газовая электростанция и способ ее работы относится к энергетике и используется для производства электричества.

Известны электростанции, гидравлические, тепловые, атомные.

Недостаток тепловых электростанций, работающих на органическом топливе (газ, уголь, мазут, торф), заключается в том, что они имеют относительно низкий коэффициент полезного действия (КПД), сложны в изготовлении и эксплуатации. Известны способы получения электричества при редуцировании магистрального газа, недостаток такого способа заключается в том, что магистральный газ после его редуцирования охлаждается и по этой причине снижает свою теплотворную способность. Известен способ производства электричества при помощи атомных реакторов, недостаток такого способа состоит в том, что не решена проблема утилизации радиоактивных отходов атомных электростанций.

Известен способ работы газовой электростанции, заключающийся в сжатии воздуха в компрессоре воздушно-турбинного двигателя (ВТД), поглощении тепла теплообменником ВТД при сжигании газа и выработке электроэнергии генератором, смонтированным на одном валу с компрессором и турбиной, обеспечении равенства тепла, поглощаемого теплообменником, теплу, подводимому к горелкам топочного устройства с воздухом после воздушной турбины, с КПД воздушного компрессора c = 0,85, при КПД воздушной турбины p = 0,95. (RU 2113609 С1, F 02 C 3/28, 20.06.98, 3 с.). Недостатком данного способа является то, что не используется потенциал магистрального газа.

Сущность изобретения заключается в том, что магистральный газ перед поступлением его (см. чертеж) в турбодетандер подогревается таким образом, чтобы после его редуцирования температура оставалась равной температуре газа на входе в газо-газовый теплообменник 6.

Сущность изобретения состоит также и в том, что выходные газы из сопла воздушной турбины воздушно-турбинного двигателя (ВТД) направляются в поддувало котельной установки (КУ), увеличивая тем самым максимальную температуру газов в топке КУ, горячие газы поступают на газовоздушный теплообменник ВТД (3). Таким образом обеспечивается циркуляция теплового потока (рекуперация тепла).

Способ работы ВТД рассчитывается таким образом, чтобы тепло, сбрасываемое после воздушной турбины ВТД (Q4), равнялось теплу, поглощаемому газовоздушным теплообменником ВТД (Q3-Q2=Q4).

В этом случае полезное тепло (Qэ) полностью получаем за счет солнечного тепла, рассеянного в земной атмосфере.

На чертеже изображена кинематическая схема ГЭ, где 1 - котельная установка, 2 - воздушный компрессор ВТД, 3 - газовоздушный теплообменник ВТД, 4 - воздушная турбина ВТД, 5 - трубопровод, соединяющий выходное сопло ВТД с поддувалом КУ, 6 - газо-газовый теплообменник, 7 - трубопровод, соединяющий выход магистрального газа из газо-газового теплообменника с входом соплового аппарата турбодетандера, 8 - турбодетандер магистрального газа, 9 - трубопровод подвода магистрального газа в топку КУ,
10 - магистральный газовый трубопровод потребителей газа,
11 - генератор электрического тока.

Согласно кинематической схеме (см. чертеж) вход газо-газового теплообменника магистрального газа связан с трубопроводом подвода магистрального газа, выход газо-газового теплообменника связан с входом в сопловой аппарат турбодетандера. Выход горячих газов из сопла воздушной турбины ВТД связан с входом в поддувало КУ. Турбодетандер, воздушный компрессор ВТД, воздушная турбина ВТД и генератор электрического тока установлены на одном валу.

Элементарный термодинамический расчет ГЭ с принятым способом ее работы.

Согласно известным соотношениям проводим расчет уравнения
Q4 = Q3-Q2; Ср4Т4 = Ср3Т3 - Ср2Т2;
Ср - удельная теплоемкость, ккал/кгград; Ср = F(Т).

Знаком Т обозначаем абсолютную температуру, К; знаком Q обозначаем абсолютное значение тепла, ккал/кг




где c- КПД сжатия воздуха ВТД,
p- КПД расширения воздуха ВТД,
l - степень повышения давления воздуха в воздушном компрессоре (снижения давления воздуха в воздушной турбине),
Р2 - давление воздуха на выходе из компрессора,
Рн - давление воздуха на входе в компрессор,
к - показатель адиабаты сжатия (расширения) воздуха = 1,4.


левую и правую части уравнения умножаем на

принимаем:
Cp4 = 0,254 ккал/кгград; Ср3 = 0,276 ккал/кгград; Cp2 = 0,248 ккал/кгград; p = 0,92; c = 0,85; Тн = 288 К; Т0 = 320 К.

Решая уравнение 1 относительно "l", получаем l = 1,7.

Расчет ВТД
Тогда

Q3 = 10730,276 = 296 ккал/кг;
Qmax = Q3 + 10 = 296+10 = 306 ккал/кг;

Q2 = 5250,248 = 130 ккал/кг.

Так как Qт= Q3-Q2Q4, то
QТ = 296-130 = 166 ккал/кг;

Q4 = 6640,254 = 168 ккал/кг.

T.e. Q3-Q2Q4, Он = 2880,24 = 69 ккал/кг,
Qсм - теплотворная способность топливовоздушной смеси.

Qсм = Qmax-Q4 = 306-168 = 138 ккал/кг,
Qmin = Qmax-Qт = 306-166+140 ккал/кг,
Qэ=Qн+Qт-Q4 = 69+166-168 = 67 ккал/кг.

Расчет мощности турбодетандера
Принимаем: Т'1н=288 К;
Т'3 = T'1; Т'2 = Тmin-50;

Gв = 1,0 кг/с;
т.к. СрвСрг, то СрвGвmin0)-Ср2Gг (Т'2-Т'1), откуда

Принимаем Т'2 = 560-50 = 510 К;
Q'1 = 69 ккал/кг;
Q'2 = 5100,249 = 127 ккал/кг.

Полезное тепло от турбодетандера
Qэд = G2(Q'2 - Q'1);
Qэд = 1,08 (127 - 69) = 62,5 ккал/кг.

Суммарное количество полезного тепла
Qэ = Qэ+Qэд
Qэ = 67+62,5 = 129,5 ккал/кг
.

Экономия топлива составляет 57% при стоимости 1 кВт/ч - 0,5 руб. Экономия составит 0,28 руб.

При КПД действующих ТЭС (э = 0,4) удельный расход условного топлива на 1 кВт/ч Ch1 = 123/0,4 = 307,5 г у.т./кВтч;
при КПД газовой электростанции э = 0,94
Ch2 = 123/0,94 = 130,8 г/кВтч.

Таким образом, экономия топлива составляет Ch1 - Ch2 = 307,5 - 130,8 = 176,7 г у.т./кBтч или 57%.


Формула изобретения

Способ работы газовой электростанции (ГЭ) путем сжатия воздуха в компрессоре воздушно-турбинного двигателя (ВТД) с КПД сжатия воздуха в ВТД = 0,85, поглощения тепла теплообменником ВТД равным теплу, сбрасываемому после воздушной турбины ВТД в поддувало котельной установки с последующим срабатыванием давления воздуха в воздушной турбине ВТД и выработке электроэнергии генератором, смонтированным на одном валу с компрессором и турбиной, отличающийся тем, что осуществляют подогрев магистрального газа теплом выходных газов котельной установки, прошедших теплообменник ВТД таким образом, чтобы после срабатывания давления в турбодетандере температура магистрального газа T'3 оставалась равной температуре магистрального газа на входе в газовый теплообменник T'1, т.е. T'3 = T'1 = 288 К, при этом из расчета на 1 кг/с воздуха, прокачиваемого через ВТД с перепадом давления 1 = 1,7, полезная мощность ВТД составляет Qэ = 67 ккал/кг, плюс полезная мощность турбодетандера при перепаде давления lтд = 1,77 составляет Qэд = 62,5 ккал/кг при секундном расходе тепла Qсм = 138 ккал/кг, что обеспечивает КПД газовой электростанции

и экономию топлива более чем в два раза, КПД воздушной турбины 0,92.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 23.12.2009

Дата публикации: 27.12.2011




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в системах транспортного газа для комбинированной выработки электроэнергии и сжиженного газа

Изобретение относится к газовой промышленности, может найти применение при проведении реконструкции и модернизации газораспределительных станций магистральных газопроводов

Изобретение относится к средствам и способам транспортировки и использования природного газа, а конкретно к редуцированию магистрального природного газа

Изобретение относится к средствам и способам транспортировки и использования природного газа, а конкретно к редуцированию магистрального природного газа

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для снижения давления газа в газораспределительных станциях магистральных газопроводов
Изобретение относится к области транспорта газа, в том числе природного газа

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано для эффективного редуцирования магистрального газа на газораспределительных станциях и газорегуляторных пунктах

Изобретение относится к турбодетандерным установкам

Изобретение относится к газовой промышленности и может найти применение при проведении реконструкции и модернизации газораспределительных станций магистральных газопроводов

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, в частности магистральных нефте- и газопроводов, трубопроводов химических, металлургических и целлюлозно-бумажных производств

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к способам работы и конструкции энергетических газотурбинных (ГТУ) и газопаровых установок (ГПУ)

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для производства электричества и тепла

Изобретение относится к теплоэнергетике, транспортному машиностроению, двигателестроению

Изобретение относится к газотурбинным установкам наземного применения

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для получения механической или электрической энергии, а также выработки холода

Изобретение относится к энергетике и предназначено для получения механической или электрической энергии, а также выработки холода
Наверх