Газопаровая установка

Газопаровая установка относится к области энергетики и может быть применена в электроэнергетике, газовой промышленности и в судостроении. Газопаровая установка содержит газопаротурбинный блок с воздухоочистителем - воздухоохладителем, воздушным компрессором, регенератором и парогазовой турбиной и блок утилизации тепла парогазовой смеси с испарителем и пароперегревателем, при этом газопаротурбинной блок дополнительно снабжен камерой смешения, размещенной между воздушным компрессором и регенератором, блок утилизации тепла парогазовой смеси дополнительно соединен трубопроводом, связывающим испаритель с камерой смешения газопаротурбинного блока и пароперегреватель с системой охлаждения парогазовой турбины газопаротурбинного блока. Изобретение позволяет повысить удельную мощность и тепловую экономичность установки. 2 ил.

 

Газопаровая установка относится к области энергетики и может быть применена в электроэнергетике, газовой промышленности и в судостроении.

Известна газопаротурбинная установка, содержащая воздушные компрессоры низкого и высокого давления, контактные теплообменники с сепараторами, камеру сгорания, газовые турбины, питательный насос, генератор перегретой воды, регенератор. По ходу сжатого воздуха выхлопной патрубок воздушного компрессора низкого давления связан трубопроводом через контактный теплообменник низкого давления, воздушный компрессор высокого давления, контактный теплообменник высокого давления, регенератор и камеру сгорания с парогазовой турбиной высокого, а затем низкого давлений. Выхлопной патрубок газовой турбины низкого давления связан по ходу парогазовой смеси трубопроводом через регенератор с генератором перегретой воды и далее с атмосферой. Выход генератора перегретой воды связан трубопроводом с сепарационным устройством контактного теплообменника высокого давления, выход контактного теплообменника по неиспарившейся воде соединен трубопроводом с сепарационным устройством контактного теплообменника низкого давления. Выход последнего через питательный насос связан трубопроводом с входом генератора перегретой воды. Ротор парогазовой турбины соединен валом с ротором воздушного компрессора и с ротором электрогенератора [Н.А.Дикий. Судовые газо-паротурбинные установки. Ленинград, Судостроение, 1978. Рис.65, стр.123, 124)].

В описанной газопаротурбинной установке перегретая вода, впрыскиваемая в контактные теплообменники, испаряется лишь частично, а неиспарившаяся часть этой воды вновь подается в генератор перегретой воды, поэтому образовавшаяся парогазовая смесь имеет невысокое паросодержание, что не позволяет существенно увеличить мощность газопаровой установки. Отработавшая в парогазовой турбине парогазовая смесь сбрасывается в атмосферу, поэтому данная газопаровая установка будет иметь пониженную тепловую экономичность.

Известна также парогазотурбинная установка, F 01 R 21/04, №2238415, содержащая холодильник с выхлопом паровоздушной смеси на компрессор и подачей охлажденной в нем воды в конденсатор силовой турбины.

Наиболее близкой по технической сущности является газопаровая установка «Водолей», содержащая воздушный компрессор, камеру сгорания с устройством подвода пара, парогазовую турбину, приводной агрегат, например электрогенератор, паровой котел-утилизатор. Котел-утилизатор, размещенный в выхлопном газоходе парогазовой турбины, включает расположенные по ходу парогазовой смеси парогенератор, оросительное устройство, контактный газоохладитель-конденсатор с сепарационным устройством. Парогенератор связан паропроводом с камерой сгорания газопаротурбинной установки. Сепарационное устройство котла-утилизатора по газам связано выхлопным газоходом через дымосос с атмосферой, а по сепарированной воде - с баком сепарированной воды, который трубопроводом питательной воды соединен с входным патрубком питательной воды парогенератора. Вторым трубопроводом бак сепарированной воды соединен через водоохладитель с оросительным устройством котла. Ротор парогазовой турбины связан общим валом с роторами воздушного компрессора и приводного агрегата (например, электрогенератора) [Романов В.И., Кривуца В.А. Комбинированная газопаровая установка мощностью 16-25 МВт с утилизацией тепла отходящих газов и регенерацией воды из парогазового потока. - "Теплоэнергетика", 1966, №4, с.27-30, Каталог газотурбинного оборудования, 2003-2004 г., стр.173, 174, рис.16. «Газотурбинные технологии»].

В то же время эта установка имеет недостаточно высокую удельную полезную мощность и тепловую экономичность.

Задачей предлагаемого технического решения является создание газопаровой установки, имеющей высокую удельную мощность и тепловую экономичность.

Поставленная цель достигается за счет того, что газопаровая установка содержит газопаротурбинный блок с воздухоочистителем и воздухоохладителем, воздушным компрессором, регенератором и парогазовой турбиной, и блок утилизации тепла парогазовой смеси с испарителем и пароперегревателем, при этом газопаротурбинной блок дополнительно снабжен камерой смешения, размещенной между воздушным компрессором и регенератором, блок утилизации тепла парогазовой смеси дополнительно соединен трубопроводом, связывающим испаритель с камерой смешения газопаротурбинного блока и пароперегреватель с системой охлаждения парогазовой турбины газопаротурбинного блока.

Совокупность признаков нова и позволяет очистить воздух, поступающий в воздушный компрессор от пыли, обеспечить испарительное охлаждение подогретой оросительной воды, в теплые периоды года охладить воздух, поступающий в воздушный компрессор, за счет этого увеличить полезную мощность и повысить тепловую экономичность газопаровой установки, повысить влажность воздуха на входе в воздушный компрессор при его контакте с паром, выделяющимся из охлаждаемой подогретой оросительной воды, за счет этого уменьшить мощность, потребляемую воздушным компрессором, увеличить полезную мощность и повысить тепловую экономичность газопаровой установки.

Применение дополнительного регенератора позволяет повысить тепловую экономичность газопаровой установки.

Применение дополнительной камеры смешения, размещенной в воздуховоде между воздушным компрессором и регенератором и связанной трубопроводом с испарителем парового котла-утилизатора, позволяет понизить температуру воздуха перед регенератором, повысить степень регенерации и тепловую экономичность газопаровой установки, за счет увеличения влажности воздуха, поступающего в камеру сгорания, уменьшить в ней образование оксидов азота.

Применение дополнительных паропроводов, соединяющих пароперегреватель парового котла-утилизатора с камерой сгорания и системой охлаждения парогазовой турбины, позволяет обеспечить «энергетический» впрыск пара в продукты сгорания топлива и увеличить полезную мощность газопаротурбинной установки.

На чертежах, поясняющих предлагаемый способ, на фиг.1, показана блок-схема газопаровой установки, на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.

Блок-схема на фиг.1 состоит из двух блоков: газопаротурбинного блока 1; блока утилизации тепла парогазовой смеси 2.

На фиг.2 показана принципиальная схема газопаровой установки. Газопаротурбинный блок 1 включает трубопровод атмосферного воздуха 3, контактный воздухоочиститель-водоохладитель 4, воздушный компрессор 5, камеру смешения 6, регенератор 7, камеру сгорания 8, парогазовую турбину 9, выхлопной трубопровод парогазовой смеси 10, приводной агрегат (электрогенератор) 11, паропровод системы охлаждения парогазовой турбины 12, трубопровод высокотемпературной парогазовой смеси 13, трубопровод парогазовой смеси 14.

Блок утилизации тепла парогазовой смеси 2 включает паровой котел-утилизатор 15, содержащий пароперегреватель 18, испаритель 19, водяной экономайзер 20, оросительное устройство 21, газоохладитель-конденсатор 22 с сепарационным устройством, выхлопной газоход 23 с дымососом. В состав блока 2 также входят трубопровод 16, паропровод 17, бак сепарированной воды 24, трубопровод питательной воды 25 с питательным насосом, установками умягчения и деаэрации, трубопровод подогретой сепарированной воды 26 с насосом и установкой умягчения, трубопровод охлажденной оросительной воды 27 с грязевым фильтром и насосом.

Газопаровая установка выполнена следующим образом.

Контактный воздухоочиститель-водоохладитель 4 связан по воздуху с атмосферой трубопроводом 3 и с воздушным компрессором 5, а по воде - на входе, трубопроводом 26 подогретой сепарированной воды через установку умягчения и насос, с баком сепарированной воды 24 и на выходе - трубопроводом охлажденной сепарированной воды 27 через грязевой фильтр и насос с оросительным устройством 21 блока утилизации тепла парогазовой смеси 2. Воздушный компрессор 5 связан воздуховодом через камеру смешения 6 и регенератор 7 с камерой сгорания 8. Камера смешения 6 соединена трубопроводом 16 с испарителем 19 парового котла-утилизатора 15 блока утилизации тепла парогазовой смеси 2. По парогазовой смеси регенератор на входе связан выхлопным трубопроводом парогазовой смеси 10 с парогазовой турбиной 9, а на выходе трубопроводом парогазовой смеси 14 с паровым котлом-утилизатором 15 блока утилизации тепла парогазовой смеси 2. Камера сгорания 8 паропроводом 17 соединена с пароперегревателем 18 парового котла-утилизатора 15 и трубопроводом высокотемпературной парогазовой смеси 13 связана с парогазовой турбиной 9, система охлаждения которой паропроводом 12 соединена с пароперегревателем 18 парового котла-утилизатора 15. Ротор газовой турбины 9 связан общим валом с роторами воздушного компрессора 5 и электрогенератора 11. В котле-утилизаторе 15 блока утилизации тепла парогазовой смеси 2, по ходу парогазовой смеси размещены: пароперегреватель 18, испаритель 19, водяной экономайзер 20, оросительное устройство 23, газоохладитель-конденсатор 22 с сепарационным устройством. Выхлопной газоход котла-утилизатора 15 связан трубопроводом 23 через дымосос с атмосферой. Выход пароперегревателя 18 соединен паропроводом 17 с камерой сгорания 8 и паропроводом 12 с системой охлаждения парогазовой турбины 9. Выход испарителя 19 соединен трубопроводом 16 с камерой смешения 6 газопарового блока 1. Вход водяного экономайзера 20 связан трубопроводом питательной воды 25 через деаэратор, фильтр умягчения питательной воды и питательный насос - с баком сепарированной воды 24. Оросительное устройство 21 трубопроводом оросительной воды 27 через насос и грязевой фильтр связано с выходом контактного воздухоочистителя-водоохладителя 4 газопаротурбинного блока 1. Сепарационное устройство газоохладителя-конденсатора 22 по воде соединено с входом бака сепарированной воды 24, а по продуктам сгорания через выхлопной газоход 23 с дымососом связано с атмосферой.

Выход из бака сепарированной воды 24 соединен вторым трубопроводом подогретой сепарированной воды 26 через насос и установку умягчения с входом воздухоочистителя-водоохладителя 4 газопаротурбинного блока 1.

Газопаровая установка работает следующим образом.

По трубопроводу 3 атмосферный воздух через контактный воздухоочиститель-водоохладитель 4 поступает в воздушный компрессор 5. В контактный воздухоочиститель-водоохладитель 4 из бака сепарированной воды 24 блока утилизации тепла парогазовой смеси 2 по трубопроводу 26 через умягчитель подается подогретая сепарированная вода. При контакте с атмосферным воздухом происходит ее частичное испарение и охлаждение. Компрессором 5 воздух, увлажненный в контактном воздухоочистителе-водоохладителе 4, сжимается и подается в камеру смешения 6, где за счет его контакта с водой в состоянии насыщения или с насыщенным паром, подаваемым по трубопроводу 16 из испарителя 19, блока утилизации тепла парогазовой смеси 2 происходит образование воздушно-паровой смеси и ее охлаждение («экологический» впрыск).

Полученная паровоздушная смесь проходит через регенератор 7, нагревается в нем за счет теплоты газопаровой смеси, подводимой в регенератор 7 через выхлопной трубопровод парогазовой смеси 10, и поступает в камеру сгорания 8. В нее подводится топливо. Сжигание топлива в воздушно-паровой смеси обеспечивает снижение образования в камере сгорания 8 оксидов азота. В полученную парогазовую смесь по паропроводу 17 из блока утилизации тепла парогазовой смеси 2 подводится перегретый пар. За счет этого обеспечивается «энергетический» впрыск, обеспечивающий увеличение расхода парогазовой смеси и полезной мощности газопаровой установки. Далее высокотемпературная парогазовая смесь расширяется в парогазовой турбине 9. Работу парогазовой турбины 9 используют для сжатия воздуха в компрессоре 5 и привода агрегата 11, например, с выработкой электроэнергии в электрогенераторе 11. Расширившаяся парогазовая смесь поступает по трубопроводу парогазовой смеси 10 в регенератор 7 и частично охлаждается в нем, нагревая паровоздушную смесь.

Парогазовую смесь, вышедшую из регенератора 7 по трубопроводу парогазовой смеси 14, подают в котел-утилизатор 15 блока утилизации теплоты парогазовой смеси 2. В нем парогазовая смесь последовательно охлаждается в пароперегревателе 18, испарителе 19 и в водяном экономайзере 20. Образовавшийся при утилизации теплоты парогазовой смеси перегретый пар по паропроводу 17 подают в камеру сгорания 8, обеспечивая «энергетический» впрыск пара в продукты сгорания, и по паропроводу 12 его подают в систему охлаждения газопаровой турбины 9 газопарового блока 1. Из испарителя 19 котла-утилизатора 15 воду в состоянии насыщения или насыщенный водяной пар по трубопроводу 16 подают в камеру смешения 6 и производят «экологический» впрыск пара, обеспечивающий сокращение образования оксидов азота в камере сгорания 8 газопарового блока 1.

В парогазовую смесь, вышедшую из водяного экономайзера 20, через оросительное устройство 21 впрыскивают оросительную воду с температурой 20-30°С, подводимую из контактного воздухоочистителя-водоохладителя 4 газопаротурбинного блока 1 по трубопроводу охлажденной оросительной воды 27 после ее очистки в грязевом фильтре. За счет этого в газоохладителе-конденсаторе 22 конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси. В сепарационном устройстве газоохладителя-конденсатора 22 сепарируют конденсат парогазовой смеси и оросительную воду от продуктов сгорания топлива. Продукты сгорания сбрасывают в атмосферу по выхлопному газоходу 23 с дымососом. Сепарированную воду подают в бак сепарированной воды 24.

Из бака сепарированной воды 24 меньшую часть воды по трубопроводу питательной воды 25 через питательный насос, фильтр умягчения питательной воды и деаэратор подают в водяной экономайзер 20 парового котла-утилизатора 15. Большую часть сепарированной воды подают насосом по трубопроводу 26 нагретой сепарированной воды через фильтр умягчения на вход в контактный воздухоочиститель-водоохладитель 4 газопаротурбинного блока 1.

Газопаровая установка содержит газопаротурбинный блок с воздухоочистителем-воздухоохладителем, воздушным компрессором, регенератором и парогазовой турбиной и блок утилизации тепла парогазовой смеси с испарителем и пароперегревателем, при этом газопаротурбинной блок дополнительно снабжен камерой смешения, размещенной между воздушным компрессором и регенератором, блок утилизации тепла парогазовой смеси дополнительно соединен трубопроводом, связывающим испаритель с камерой смешения газопаротурбинного блока и пароперегреватель с системой охлаждения парогазовой турбины газопаротурбинного блока.