PL202912B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą rozprężarki, turbiny parowej i turbiny gazowej.

Rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną w krajach uprzemysłowionych jest pokrywane w coraz większym stopniu przy udziale gazu ziemnego. Gaz ten jest przesyłany wielkimi sieciami do poszczególnych odbiorców przemysłowych, przy czym stacje kompresorowe utrzymują w gazociągu stabilne ciśnienie około 80 bar. W przypadku kombinowanych instalacji przemysłowych z turbinami gazowymi/parowymi opalanymi gazem ziemnym trzeba zredukować ciśnienie tego gazu do poziomu istniejącego w komorze paleniskowej turbiny gazowej. Gdy kocioł na ciepło odlotowe tej instalacji posiada ze względów technologicznych dodatkowe palenisko, to trzeba zredukować do około 2 bar odpowiednie ciśnienie przepływu masowego gazu ziemnego.

Poprzez redukcję ciśnienia z ewentualnym uprzednim nagrzewaniem elektrycznym gazu ziemnego uzyskuje się bez problemu wymagane u użytkownika ciśnienie wejściowe bez oblodzenia przewodów rurowych. Jednak ten sposób redukcji ciśnienia wiąże się z dużymi stratami i jest traktowany w publicznych dyskusjach na temat redukcji CO2 jako niweczenie źródeł energii.

Rozprężanie gazu ziemnego w rozprężarce (ekspander) umożliwia przekształcenie wysokiego potencjału ciśnienia tego gazu na energię mechaniczną. Problemem jest duży spadek temperatury po rozprężaniu, w związku z czym dołączona do rozprężarki armatura rurowa może ulegać łatwo oblodzeniu na zasadzie efektu Joule'a-Thomsona.

Poprzez odpowiednie nagrzanie gazu ziemnego przed rozprężaniem można zminimalizować zagrożenie oblodzeniem a także uzyskać wyższą moc elektryczną przy rozprężaniu. Z niemieckiego opisu patentowego nr 44 16 359 znana jest instalacja rozprężania gazu ziemnego o wysokiej temperaturze, w której podwyż sza się temperaturę sprężonego gazu ziemnego poprzez wymianę ciepł a z gazem odlotowym pochodzącym z poprzedzającej instalacji turbiny gazowej. Przy tym gaz może być podgrzewany w wymienniku ciepła gaz/gaz albo w zasilanym termoolejem obiegu pośrednim kotła na ciepło odlotowe. Wadą wymiennika gaz/gaz jest to, że w razie ewentualnych nieszczelności po stronie gazu ziemnego istnieje zagrożenie pożarowe ze względu na wysoką temperaturę i duży udział tlenu w gazie odlotowym z turbiny. W opisie 44 16 359 rozważa się możliwość zespolenia rozprężarki gazu ziemnego z obiegiem turbiny gazowej/parowej obejmującym turbinę gazową i wytwornicę pary na ciepło odlotowe.

Z opisu patentowego USA nr 46 93 072 znana jest zespolona sił ownia gazowo-parowa, która jest zasilana gazem ziemnym pod wysokim ciśnieniem wstępnym. W instalacji tej gaz ziemny jest podgrzewany przez parę upustową albo parę odlotową z turbiny parowej. Wiąże się z tym obniżenie sprawności zespolonego obiegu turbiny gazowej/parowej. Jednak podczas pracy turbiny parowej z częściowym obciążeniem następuje obniżenie ciśnienia pary w miejscu poboru, a więc gaz ziemny jest nagrzewany słabiej i powstaje niebezpieczeństwo oblodzenia za rozprężarką. Poza tym nie ma możliwości regulacji temperatury gazu ziemnego.

U podstaw wynalazku leży zadanie takiego włączenia rozprężarki w obieg turbiny gazowej/parowej, żeby nie wpływało to na wytwarzanie prądu we właściwej instalacji turbiny gazowej/parowej.

W zakresie sposobu, zadanie to zostało rozwiązane zgodnie z wynalazkiem przez to, że w sposobie wytwarzania energii elektrycznej za pomocą rozprężarki, turbiny parowej i turbiny gazowej, którą poprzedza komora paleniskowa i, za którą jest dołączony kocioł na ciepło odlotowe, wyposażony w powierzchnie grzejne z obiegiem wody-pary ukształtowane w postaci podgrzewacza wody zasilającej, parownika i przegrzewacza, przy czym gaz znajdujący się pod wysokim ciśnieniem wejściowym jest podgrzewany i następnie rozprężany w rozprężarce do ciśnienia komory paleniskowej i jest spalany w tej komorze, według wynalazku, z obiegu wody-pary podgrzewanego na powierzchniach grzejnych kotła odgałęzia się strumień cząstkowy i za pomocą tego strumienia cząstkowego podgrzewa się gaz ziemny znajdujący się pod wysokim ciśnieniem wejściowym.

Korzystnie, podgrzaną w podgrzewaczu kotła na ciepło odlotowe wodę zasilającą rozdziela się na pierwszy i na drugi strumień cząstkowy, że pierwszy strumień cząstkowy doprowadza się do parownika i że za pomocą drugiego strumienia cząstkowego podgrzewa się gaz ziemny znajdujący się pod wysokim ciśnieniem wejściowym.

Korzystnie dalej, gaz ziemny rozpręża się dwustopniowo i gaz rozprężony na drugim stopniu doprowadza się na dodatkowe palenisko kotła na ciepło odlotowe.

PL 202 912 B1

Korzystnie, w wyniku podgrzewania gazu ziemnego znajdującego się pod wysokim ciśnieniem wejściowym ochładza się wodę zasilającą w wymienniku ciepła gaz/woda do temperatury obniżonej w stosunku do temperatury istnieją cej w obrę bie odgazowywacza.

Zgodnie z wynalazkiem, doprowadzaną do kotła na ciepło odlotowe ilość wody zasilającej reguluje się stosownie do zapotrzebowania wynikającego z obciążenia kotła, a ilość wody zasilającej do podgrzewania gazu ziemnego stabilizuje się za pomocą regulatora poziomu wody w oddzielnym zbiorniku ciśnieniowym.

Korzystnie, w rozprężarce rozpręża się gaz ziemny w ilości większej niż ilość spalana w komorze paleniskowej turbiny gazowej, nadmiar rozprężonego gazu ziemnego doprowadza się do odbiornika gazu, gaz ziemny podgrzewa się przez większą ilość podgrzewanej wody zasilającej i do parownika doprowadza się część nie podgrzewanej wody zasilającej.

Korzystnie, dodatkowo zwiększa się wydajność turbiny parowej przez to, że rozprężony gaz doprowadza się również do dodatkowego paleniska kotła na ciepło odlotowe.

Zgodnie z dalszą cechą wynalazku, w obiegu wody-pary składającym się z części niskoprężnej i części wysokoprężnej gaz ziemny znajdujący się pod wysokim ciśnieniem wejściowym podgrzewa się przez cząstkowy strumień pary wytwarzanej w części niskoprężnej.

W sposobie według wynalazku czynnikiem podgrzewającym wysokoprężny gaz ziemny jest cząstkowy strumień wody-pary odprowadzany z obiegu prowadzącego przez powierzchnie grzejne kotła na ciepło odlotowe. Wykorzystuje się do tego wodę zasilającą obieg wysokoprężny albo parę wytwarzaną w części niskoprężnej dwuprężnego ukł adu wytwarzania pary. W wyniku dołączenia tego obiegu pośredniego służącego do podgrzewania gazu ziemnego na zimnym końcu kotła na ciepło odlotowe eliminuje się wpływ na wytwarzanie prądu we właściwym obiegu turbiny gazowej/parowej. Dzięki dużemu stosunkowi ilościowemu gazu odlotowego z turbiny do gazu ziemnego (około 45:1 na przykład dla bloków 400 MW przy mocy turbiny gazowej 250 MW i mocy turbiny parowej 150 MW) nawet przy maksymalnym podgrzewaniu gazu ziemnego występuje bardzo mały wpływ termodynamiczny na cały system ciepła odlotowego. Poza tym, poprzez wykorzystanie potencjału ciepła odlotowego na zimnym końcu kotła można nagrzać gaz ziemny do maksymalnej możliwej temperatury w zależności od wysterowania termicznego tego kotła. Wysokość ustalonej po rozprężaniu temperatury gazu ziemnego odzwierciedla wzrost sprawności turbiny gazowej, ponieważ część ciepła odlotowego jest odprowadzana z powrotem do komory paleniskowej turbiny gazowej.

Gdy gaz ziemny jest podgrzewany parą niskoprężną z dwuprężnego układu wytwornicy pary, to ta część niskoprężna pracuje w trybie stałego ciśnienia. Pozwala to wyregulować wymaganą temperaturę gazu ziemnego niezależnie od obciążenia turbiny parowej.

W zakresie urzą dzenia, zadanie wynalazku został o rozwią zane przez to, ż e w urzą dzeniu do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą rozprężarki, turbiny parowej i turbiny gazowej, którą poprzedza komora paleniskowa i, za którą jest dołączony kocioł na ciepło odlotowe, który jest wyposażony w powierzchnie grzejne ukształtowane w postaci podgrzewacza wody zasilającej, parownika i przegrzewacza, przy czym wejście rozprężarki jest połączone z przewodem doprowadzającym gaz ziemny pod wysokim ciśnieniem wejściowym, poprzez wymiennik ciepła do podgrzewania tego gazu, a wyjście rozprężarki jest połączone z komorą paleniskową turbiny gazowej, zgodnie z wynalazkiem, wyjście podgrzewacza wody zasilającej jest połączone z dwoma przewodami odgałęźnymi, pierwszy przewód odgałęźny jest połączony z dołączonymi za podgrzewaczem powierzchniami grzejnymi kotła i drugi przewód odgałęźny jest doprowadzony do wymiennika ciepła i następnie jest odprowadzony do odgazowywacza wody zasilającej.

W innej postaci wynalazku urzą dzenie charakteryzuje się tym, ż e kocioł na ciepł o odlotowe jest podzielony na część niskoprężną z parownikiem i przegrzewaczem oraz na część wysokoprężną z podgrzewaczem wody zasilającej, parownikiem i przegrzewaczem i że przegrzewacz części niskoprężnej jest połączony z wymiennikiem ciepła do podgrzewania gazu ziemnego.

Korzystnie, za rozprężarką jest dołączona druga rozprężarka, której wyjście jest połączone z dodatkowym paleniskiem umieszczonym w kotle na ciepło odlotowe.

Korzystnie także, wyjście wymiennika ciepła jest połączone z komorą paleniskową przewodem obejściowym omijającym rozprężarkę i w przewodzie jest umieszczony zawór redukcyjny.

Korzystnie dalej, przewód zasilający gazem ziemnym pod wysokim ciśnieniem jest połączony z komorą paleniskową poprzez elektryczny nagrzewacz i zawór redukcyjny.

Korzystnie jest, jeśli przed wlotem do podgrzewacza, od przewodu wody zasilającej odgałęzia się trzeci przewód odgałęźny, który jest połączony z pierwszym przewodem odgałęźnym łączącym

PL 202 912 B1 wyjście podgrzewacza z walczakiem parowym i w pierwszym przewodzie odgałęźnym oraz w trzecim przewodzie odgałęźnym przed miejscem połączenia tych przewodów umieszczono po jednym zaworze regulacyjnym.

Korzystnie również, kocioł na ciepło odlotowe jest wyposażony w dodatkowe palenisko.

Korzystnie, rozprężarki mają budowę osiową ze względu na wysokie parametry gazu ziemnego, jak ciśnienie, temperatura i ilość.

Korzystnie wreszcie, urządzenie posiada układ zabezpieczający w świeże powietrze, do podtrzymywania nadal obiegu rozprężania gazu ziemnego w razie awarii turbiny gazowej.

Wynalazek w przykładach wykonania wyjaśniony został w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 ukazuje schemat obiegu turbiny gazowej/parowej z rozprężarką, fig. 2 - schemat obiegu turbiny gazowej/parowej z rozprężarką według innej odmiany realizacji, fig. 3 - schemat połączeń i fig. 4 i 5 - schemat obiegu turbiny gazowej/parowej z rozprężarką według następnej odmiany realizacji.

Instalacja turbiny gazowej składa się z turbiny gazowej 1, sprężarki 2 do sprężania powietrza do spalania, komory paleniskowej 3 do wytwarzania gorącego gazu i z prądnicy 4 do wytwarzania prądu. Turbina 1, prądnica 4 i sprężarka 2 mogą być umieszczone na wspólnym wale albo na kilku wałach.

Wylot gazu z turbiny gazowej 1 jest połączony z kotłem 5 na ciepło odlotowe do wytwarzania pary. Jak to pokazano na fig. 1, w kotle 5 są umieszczone posobnie w kierunku przepływu gazów odlotowych z turbiny powierzchnie grzejne przegrzewacza 6, parownika 7 i podgrzewacza wody zasilającej 8 układu wysokoprężnego. Do przegrzewacza 6 jest podłączony przewód pary 9, który jest doprowadzony do turbiny parowej 10. Turbina 10 jest sprzężona z prądnicą 4.

Wyjście turbiny parowej 10 jest połączone z przewodem pary odlotowej 11, który biegnie do kondensatora 12. W kondensatorze 12 para odlotowa ulega skropleniu pod działaniem obiegu chłodzącego prowadzącego przez chłodnię kominową 13. Skropliny są tłoczone pompą 15 umieszczoną w przewodzie 14 do odgazowywacza 16. Odgazowywacz 16 jest zasilany parą upustową pobieraną z turbiny parowej 10 poprzez przewód upustowy 17. Od przewodu 17 może odgałęziać się odcinany zaworem 18 przewód 19, który prowadzi do odbiornika ciepła 20.

Do odgazowywacza 16 jest podłączony przewód wody zasilającej 21, który jest połączony z umieszczonym w kotle 5 podgrzewaczem wody zasilającej 8. W przewodzie 21 znajduje się pompa wody zasilającej 22, która podwyższa ciśnienie tej wody. Przewód wody zasilającej 21 jest połączony z umieszczonym w przewodzie skroplin 14 podgrzewaczem skroplin 23, w którym odbywa się wymiana ciepła między skroplinami i wodą zasilającą. Następuje przy tym podgrzanie skroplin do kilku stopni Kelvina poniżej temperatury wody zasilającej, przy czym jednocześnie obniża się temperatura wody zasilającej na wlocie do podgrzewacza 8 tej wody na zimnym końcu kotła 5. Ma to znaczenie dla opisanego później podgrzewania doprowadzanego do komory spalania 3 gazu ziemnego w wymienniku ciepła gaz/woda 33. Mianowicie z jednej strony utrzymana jest wydajność pary zespolonego obiegu turbiny gazowej/parowej, a z drugiej strony zwiększa się korzystna różnica temperatur w wymienniku ciepła 33.

Do wylotu podgrzewacza wody zasilającej 8 są podłączone dwa przewody odgałęźne 24, 25. Pierwszy przewód odgałęźny 24 uchodzi do komory wodnej służącego do oddzielenia wody/pary walczaka parowego 26, który jest połączony z parownikiem 7 i przegrzewaczem 6.

Komora paleniskowa 3 turbiny gazowej 1 jest opalana doprowadzanym przewodem zasilającym 27 gazem ziemnym mającym wysokie ciśnienie wejściowe około 80 bar. Przewód 27 jest połączony wysokoprężnym przewodem gazowym 28 z wlotem rozprężarki 29, której wylot jest połączony niskoprężnym przewodem gazowym 30 z komorą paleniskową 3. W wysokoprężnym przewodzie gazowym 28 i w niskoprężnym przewodzie gazowym 30 są umieszczone zawory odcinające 18. Rozprężarką 29 jest sprzężona z następną prądnicą 31 do wytwarzania prądu. W rozprężarce 29 wysokie ciśnienie wejściowe gazu ziemnego jest redukowane do ciśnienia komory paleniskowej 3 z odzyskiwaniem energii elektrycznej. Od niskoprężnego przewodu gazowego 30 może odgałęziać się odcinany zaworem 18 przewód 32, który jest doprowadzony do dodatkowego odbiornika gazu ziemnego.

W wysokoprężnym przewodzie gazowym 28 jest umieszczony ukształtowany w postaci zbiornika ciśnieniowego wymiennik ciepła gaz/woda 33, w którym podgrzewany jest gaz ziemny, żeby uniknąć ewentualnego oblodzenia zaworów w niskoprężnym przewodzie gazowym 30. Jako nośnik ciepła służy woda zasilająca podgrzewana w podgrzewaczu 8 kotła 5 na ciepło odlotowe. W tym celu drugi przewód odgałęźny 25 odgałęziający się od wylotu podgrzewacza 8 jest podłączony do wymiennika ciepła 33, w którym podgrzana woda zasilająca nagrzewając gaz ziemny ulega ochłodzeniu do temperatury mającej niższą wartość niż na odgazowywaczu 16. Do wylotu wymiennika ciepła 33 po stronie

PL 202 912 B1 wody zasilającej jest podłączony przewód zwrotny 34, w którym znajduje się zawór redukcyjny 35. Przewód zwrotny 34 jest odprowadzony do odgazowywacza 16.

Natężenie przepływu wody zasilającej przez podgrzewacz 8 i wymiennik ciepła gaz/woda 33 jest większe niż wydajność pary zespolonego obiegu turbiny gazowej/parowej. Poprzez ten wyższy przepływ wody zasilającej, przy takim samym podgrzaniu tej wody można znacznie obniżyć temperaturę gazów odlotowych na wyjściu kotła 5 w zależności od ilości podgrzewanego gazu ziemnego.

Przed wejściem na rozprężarkę 29 odgałęzia się od wysokoprężnego przewodu gazowego 28 przewód obejściowy 36 omijający rozprężarkę 29. Przewód obejściowy 36, w którym jest umieszczony zawór odcinający 18 i zawór redukcyjny 35, wchodzi do niskoprężnego przewodu gazowego 30.

Od przewodu zasilającego 27 odgałęzia się równolegle do rozprężarki 29 odcinany zaworem 18 przewód rozruchowy 37, w którym jest umieszczony elektryczny nagrzewacz 38 do podgrzewania sprężonego gazu ziemnego oraz rozprężacz 39 do rozprężania gazu ziemnego. Rozprężacz 39 jest sprzężony ze sprężarką 2 instalacji turbiny gazowej. Poza tym przewód rozruchowy 37 jest połączony przewodem 40 wyposażonym w zawór redukcyjny 35 z niskoprężnym przewodem gazowym 30.

Jak pokazano na fig. 2, kocioł 5 na ciepło odlotowe może być też wyposażony w układ dwuprężny, przy czym każdy człon składowy (wysokoprężny i niskoprężny) ma własny parownik 7, 7 i własny przegrzewacz 6, 6 Dwudzielny podgrzewacz wody zasilającej 8, 81 jest umieszczony tylko po stronie wysokiego ciśnienia. Przegrzewacz 61 układu niskoprężnego jest połączony z niskoprężną częścią turbiny parowej 10. Wymiennik ciepła gaz/woda 33 do podgrzewania gazu ziemnego jest podłączony do podgrzewacza wody zasilającej 8 układu wysokoprężnego.

Kocioł 5 na ciepło odlotowe może być też wyposażony w dodatkowe palenisko 41, które jest opalane gazem ziemnym o zmniejszonym ciśnieniu. Strumień tego gazu jest rozprężany w drugiej rozprężarce 42, która jest dołączona za pierwszą rozprężarką 29 i jest połączona poprzez sprzęgła z następną prądnicą 31. Wyjście drugiej rozprężarki jest połączone z dodatkowym paleniskiem 41 za pomocą przewodu gazowego 43 odcinanego zaworem 18.

W przypadku wytrzasku turbiny gazowej, zespolony blok turbiny gazowej/parowej pracuje w trybie ze świeżym powietrzem. Poprzez dmuchawę świeżego powietrza 47 oraz istniejące dodatkowe palenisko 41 uzyskuje się w tak zwanym symulowanym trybie pracy z ciepłem odlotowym takie same parametry gazu odlotowego jak w trybie pracy z dodatkowym paleniskiem. Przy tym wydajność dodatkowego paleniska 41 ma rząd wielkości odpowiadający zużyciu gazu ziemnego w turbinie gazowej 1. Dzięki temu, w przypadku takiego zakłócenia można zapewnić bez przerw podgrzewanie gazu ziemnego.

Na fig. 3 przedstawiono trójczłonowy układ do regulacji ilości wody zasilającej w podgrzewaczu 8 tej wody i w wymienniku ciepła gaz/woda 33. Przy tym, w pierwszym przewodzie odgałęźnym 24 prowadzącym od podgrzewacza 8 do walczaka parowego 26 jest włączony układ zaworowy 44. Układ ten reguluje ilość wody dopływającej do kotła 5 stosownie do wymagań wynikających z obciążenia kotła 5 na ciepło odlotowe. W drugi przewód odgałęźny 25 prowadzący do wymiennika ciepła 33 wstawiono zbiornik ciśnieniowy 45, który jest wyposażony w regulator poziomu wody 46. Regulator ten stabilizuje wielkość przepływu wody zasilającej przez wymiennik ciepła 33.

Jeżeli chodzi o zakłócenia w pracy, to można rozpatrywać dwa przypadki: awaria rozprężarki 29 i awaria wymiennika ciepła gaz/woda 33. W razie zakłóceń w pracy rozprężarki 29 podgrzewany gaz ziemny omija przewodem obejściowym 36 rozprężarkę 29 i jest doprowadzany poprzez zawory redukcyjne 35 (dławienie) do sieci odbiorczej lub do komory paleniskowej 3 turbiny gazowej 1. Odprowadzanie części ciepła odlotowego powoduje przy tym podwyższenie sprawności turbiny gazowej. Utrzymuje się przy tym stale sprzężenie cieplne do obiegu służącego do podgrzewania gazu ziemnego. W razie awarii wymiennika ciepła gaz/woda 33 gaz ziemny jest pobierany bezpośrednio z przewodu zasilającego 27. Elektryczny nagrzewacz 38 kompensuje spadek temperatury powstający przy dławieniu w zaworze redukcyjnym 35, tak, że nie ma niebezpieczeństwa oblodzenia dołączonej armatury. Wskutek braku odprzężenia cieplnego w obiegu gazu ziemnego wzrasta o około 100°C temperatura gazów odlotowych na wyjściu kotła 5 na ciepło odlotowe.

W przypadku zbiorników akumulacyjnych gazu ziemnego występują nieco inne warunki, ponieważ ilości rozprężanego gazu ziemnego są znacznie większe od ilości gazu odlotowego z turbiny. W okresach najmniejszego zużycia, gaz ziemny jest gromadzony w tak zwanych kawernach (zbiornikach podziemnych) i w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na gaz następuje rozładowanie takiego zbiornika. Napełnianie i opróżnianie odbywa się w cyklach o jednakowej długości (około 4000 h/rok).

Do napełniania zbiornika wykorzystuje się często napędzane silnikiem elektrycznym sprężarki, które pobierają niezbędną do zasilania energię elektryczną z sieci publicznej. Obok nich instaluje się

PL 202 912 B1 równolegle agregat o takiej samej mocy elektrycznej na wypadek awarii sieci publicznej. Przy tym wydajność turbiny gazowej jest w znacznym stopniu zdeterminowana ilością wytwarzanych gazów odlotowych wykorzystywanych do podgrzewania gazu ziemnego, przy czym preferuje się turbiny gazowe o mał ej mocy wł a ś ciwej (duż a ilość gazów odlotowych przy takiej samej mocy elektrycznej).

Podczas opróżniania zasobnika gazu ziemnego przez przewód zasilający 27 rozprężarka 29 rozpręża więcej gazu ziemnego niż ilość tego gazu spalana w komorze paleniskowej 3 turbiny gazowej 1. Nadmiar rozprężonego gazu jest odprowadzany przewodem 32 do odbiornika gazu ziemnego. Do podgrzania tej zwiększonej ilości gazu ziemnego służy układ pokazany na fig. 4. Od przewodu wody zasilającej 21 prowadzącego od odgazowywacza 16 do podgrzewacza 8 odgałęzia się przed jego wlotem do podgrzewacza 8 trzeci przewód odgałęźny 48. Ten trzeci przewód odgałęźny 48 jest połączony z pierwszym przewodem odgałęźnym 24, który łączy wylot podgrzewacza 8 z walczakiem parowym 26. W pierwszym przewodzie odgałęźnym 24 i w trzecim przewodzie odgałęźnym 48 przed miejscem połączenia obu tych przewodów 24, 48 włączono po jednym zaworze regulacyjnym 49, 50. Ponadto, w pierwszym przewodzie odgałęźnym 24 przed jego wejściem do walczaka parowego jest usytuowany zawór regulacyjny 51. Zależnie od położenia zaworów regulacyjnych 49, 50, 51 można zasilać wodą podgrzewacz 8 tak, że podgrzana woda zasilająca, jak w układach połączeń według fig. 1 i 2, jest doprowadzana zarówno do parownika 7 przez walczak 26 jak też do wymiennika ciepła gaz/woda 33 celem podgrzewania sprężonego gazu ziemnego. Przy tym, otwarty jest zawór regulacyjny 49 w pierwszym przewodzie odgałęźnym 24 i zamknięty jest zawór regulacyjny 50 w trzecim przewodzie odgałęźnym 48. Poza tym, możliwe jest też wykorzystanie wody podgrzanej w podgrzewaczu 8 tylko do podgrzewania gazu ziemnego. W takim przypadku walczak parowy 26 przy zamkniętym zaworze regulacyjnym 49 i otwartym zaworze regulacyjnym 50 i 51 jest zasilany niepodgrzewaną wodą przez trzeci przewód odgałęźny 48. Jeżeli wydajność turbiny gazowej 1 i kotła 5 na ciepło odlotowe nie jest wystarczająca dla uzyskania niezbędnej całkowitej mocy elektrycznej, to zwiększa się wydajność turbiny parowej 10 poprzez dodatkowe palenisko 41.

Według fig. 4, w kierunku przepływu gazów odlotowych z turbiny gazowej 1 za podgrzewaczem 8 wody zasilającej umieszczony jest wymiennik ciepła 52 do wytwarzania ciepła przesyłanego na odległość.

Jeżeli podczas opróżniania zasobnika gazu ziemnego występują ciśnienia robocze około 120 do 140 bar, to nagrzewanie gazu ziemnego powinno odbywać się w inny sposób z uwagi na aparaturę. Przy tym korzystnie, rury powierzchni grzejnej wymiennika ciepła 33 mogą tworzyć korpus ciśnieniowy przejmujący bardzo wysokie ciśnienie gazu ziemnego. Dzięki wysokim współczynnikom przechodzenia ciepła przy kondensacji pary niskoprężnej, po pierwsze, nakłady na powierzchnię grzejną byłyby znacznie mniejsze i po drugie zbiornik ciśnieniowy mógłby mieć prostszą konstrukcję. Ze względu na podwyższone parametry gazu ziemnego, jak ciśnienie, ilość gazu i ewentualnie temperatura, rozprężarki 29, 42 powinny mieć budowę osiową. Do rozprężania gazu ziemnego stosuje się wtedy korzystnie zasadę budowy turbin parowych.

W przypadku kombinowanych instalacji dwuprężnych można wykorzystać do podgrzewania gazu ziemnego wytwarzaną parę niskoprężną. Taką instalację przedstawiono na fig. 5. Jest ona w zasadzie podobna do instalacji z fig. 3. Jedynie przewód odgałęźny 25 prowadzący do wymiennika ciepła 33 nie jest już połączony z wylotem podgrzewacza wody zasilającej 8, lecz służy jako łącznik z niskoprężnym przewodem parowym 56, który jest podłączony do przegrzewacza 6' części niskoprężnej kotła 5 na ciepło odlotowe. Poprzez ten niskoprężny przewód parowy 56 i łącznik 25 doprowadzana jest do wymiennika ciepła 33 niezbędna ilość pary niskoprężnej. W wymienniku 33 regulowane jest wymagane nagrzewanie gazu ziemnego poprzez regulator poziomu wody. Pozostała para niskoprężną służy do termicznego odgazowania wody zasilającej w odgazowywaczu 16.

Jeżeli ilość wytwarzanej pary niskoprężnej pochodzącej z części niskoprężnej kotła 5 nie wystarcza do pokrycia zwiększonego zapotrzebowania na ciepło (na przykład dla dodatkowego ogrzewania budynków w elektrowniach z zasobnikami gazu ziemnego), to zapotrzebowanie na parę odbiornika ciepła 20 można pokryć przez odpowiednie pobranie pary o takim samym poziomie ciśnienia przez przewód upustowy 53 turbiny parowej 10 i łącznik 54. Zmniejszoną wydajność turbiny parowej można skompensować przez zainstalowane dodatkowe palenisko 41 w kotle 5 na ciepło odlotowe.

Claims (24)

1. Sposób wytwarzania energii elektrycznej za pomocą rozprężarki, turbiny parowej i turbiny gazowej, którą poprzedza komora paleniskowa i za którą jest dołączony kocioł na ciepło odlotowe, który jest wyposażony w powierzchnie grzejne z obiegiem wody-pary ukształtowane w postaci podgrzewacza wody zasilającej, parownika i przegrzewacza, przy czym gaz znajdujący się pod wysokim ciśnieniem wejściowym jest podgrzewany i następnie rozprężany w rozprężarce do ciśnienia komory paleniskowej i jest spalany w tej komorze, znamienny tym, że z obiegu wody-pary podgrzewanego na powierzchniach grzejnych kotła (5) na ciepło odlotowe odgałęzia się strumień cząstkowy i za pomocą tego strumienia cząstkowego podgrzewa się gaz ziemny znajdujący się pod wysokim ciśnieniem wejściowym.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podgrzaną w podgrzewaczu (8) kotła (5) na ciepło odlotowe wodę zasilającą rozdziela się na pierwszy i na drugi strumień cząstkowy, że pierwszy strumień cząstkowy doprowadza się do parownika (7) i że za pomocą drugiego strumienia cząstkowego podgrzewa się gaz ziemny znajdujący się pod wysokim ciśnieniem wejściowym.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że gaz ziemny rozpręża się dwustopniowo i że gaz rozprężony na drugim stopniu doprowadza się na dodatkowe palenisko (41) kotła (5) na ciepło odlotowe.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w wyniku podgrzewania gazu ziemnego znajdującego się pod wysokim ciśnieniem wejściowym, ochładza się wodę zasilającą w wymienniku ciepła gaz/woda (33) do temperatury obniżonej w stosunku do temperatury istniejącej w obrębie odgazowywacza (16).

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że doprowadzaną do kotła (5) na ciepło odlotowe ilość wody zasilającej reguluje się stosownie do zapotrzebowania wynikającego z obciążenia kotła (5) i że ilość wody zasilającej do podgrzewania gazu ziemnego stabilizuje się za pomocą regulatora poziomu wody (46) w oddzielnym zbiorniku ciśnieniowym (45).

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w rozprężarce (29) rozpręża się gaz ziemny w ilości większej niż ilość spalana w komorze paleniskowej (3) turbiny gazowej (1), że nadmiar rozprężonego gazu ziemnego doprowadza się do odbiornika gazu (3), że gaz ziemny podgrzewa się przez większą ilość podgrzewanej wody zasilającej i że do parownika (2) doprowadza się część nie podgrzewanej wody zasilającej.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że rozprężony gaz doprowadza się również do dodatkowego paleniska (41) kotła (5) na ciepło odlotowe dodatkowo dla zwiększenia wydajności turbiny parowej (10).

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w biegu wody-pary składającym się z części niskoprężnej i części wysokoprężnej gaz ziemny znajdujący się pod wysokim ciśnieniem wejściowym podgrzewa się przez cząstkowy strumień pary wytwarzanej w części niskoprężnej.

9. Urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą rozprężarki, turbiny parowej i turbiny gazowej, którą poprzedza komora paleniskowa i, za którą jest dołączony kocioł na ciepło odlotowe, który jest wyposażony w powierzchnie grzejne ukształtowane w postaci podgrzewacza wody zasilającej, parownika i przegrzewacza, przy czym wejście rozprężarki jest połączone z przewodem zasilającym doprowadzającym gaz ziemny pod wysokim ciśnieniem wejściowym poprzez wymiennik ciepła do podgrzewania tego gazu, a wyjście rozprężarki jest połączone z komorą paleniskową turbiny gazowej, znamienne tym, że wyjście podgrzewacza wody zasilającej (8) jest połączone z dwoma przewodami odgałęźnymi (24, 25), że pierwszy przewód odgałęźny (24) jest połączony z dołączonymi za podgrzewaczem (8) powierzchniami grzejnymi kotła (5) i, że drugi przewód odgałęźny (25) jest doprowadzony do wymiennika ciepła (33) i następnie jest odprowadzony do odgazowywacza wody zasilającej (16).

10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że za rozprężarką (29) jest dołączona druga rozprężarka (42), której wyjście jest połączone z dodatkowym paleniskiem (41) umieszczonym w kotle (5) na ciepło odlotowe.

11. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że wyjście wymiennika ciepła (33) jest połączone z komorą paleniskową (3) przewodem obejściowym (36) omijającym rozprężarkę (29) i że w przewodzie (36) jest umieszczony zawór redukcyjny (35).

12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że przewód zasilający (27) gazem ziemnym pod wysokim ciśnieniem wejściowym jest połączony z komorą paleniskową (3) poprzez elektryczny nagrzewacz (38) i zawór redukcyjny (35).

PL 202 912 B1

13. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, przed wlotem do podgrzewacza (8) od przewodu wody zasilającej (21) odgałęzia się trzeci przewód odgałęźny (48), który jest połączony z pierwszym przewodem odgałęźnym (24) łączącym wyjścia podgrzewacza (8) z walczakiem parowym (26) i że w pierwszym przewodzie odgałęźnym (24) oraz w trzecim przewodzie odgałęźnym (48), przed miejscem połączenia tych przewodów (24, 48) umieszczono po jednym zaworze regulacyjnym (49, 50).

14. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że kocioł (5) na ciepło odlotowe jest wyposażony w dodatkowe palenisko (41).

15. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że rozprężarki (29, 42) mają budowę osiową ze względu na wysokie wartości ciśnienia, temperatury i ilości przepływającego gazu ziemnego.

16. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że posiada układ zabezpieczający w świeże powietrze, do podtrzymywania nadal obiegu rozprężania gazu ziemnego w razie awarii turbiny gazowej (1).

17. Urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą rozprężarki, turbiny parowej i turbiny gazowej, którą poprzedza komora paleniskowa i za którą jest włączony kocioł na ciepło odlotowe, który jest wyposażony w powierzchnie grzejne ukształtowane w postaci podgrzewacza wody zasilającej, parownika i przegrzewacza, przy czym wejście rozprężarki jest połączone z przewodem doprowadzającym gaz ziemny pod wysokim ciśnieniem wejściowym poprzez wymiennik ciepła do podgrzewania tego gazu, a wyjście rozprężarki jest połączone z komorą paleniskową turbiny gazowej, znamienne tym, że kocioł (5) na ciepło odlotowe jest podzielony na część niskoprężną z parownikiem (7) i przegrzewaczem (6) oraz na część wysokoprężną z podgrzewaczem wody zasilającej (8), parownikiem (7) i przegrzewaczem (6) i że przegrzewacz (6) części niskoprężnej jest połączony z wymiennikiem ciepła (33) do podgrzewania gazu ziemnego.

18. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że za rozprężarką (29) jest dołączona druga rozprężarką (42), której wyjście jest połączone z dodatkowym paleniskiem (41) umieszczonym w kotle (5) na ciepło odlotowe.

19. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że wyjście wymiennika ciepła (33) jest połączone z komorą paleniskową (3) przewodem obejściowym (36) omijającym rozprężarkę (29) i że w przewodzie obejściowym (36) jest mieszczony zawór redukcyjny (35).

20. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że przewód zasilający (27) gazem ziemnym pod wysokim ciśnieniem wejściowym jest połączony z komorą paleniskową (3) poprzez elektryczny nagrzewacz (38) i zawór redukcyjny (35).

21. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że przed wlotem do podgrzewacza (8) od przewodu wody zasilającej (21) odgałęzia się trzeci przewód odgałęźny (48), który jest połączony z pierwszym przewodem odgałęźnym (24) łączącym wyjście podgrzewacza (8) z walczakiem parowym (26) i że w pierwszym przewodzie odgałęźnym (24) oraz w trzecim przewodzie odgałęźnym (48), przed miejscem połączenia tych przewodów (24, 48) umieszczono po jednym zaworze regulacyjnym (49, 50).

22. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że kocioł (5) na ciepło odlotowe jest wyposażony w dodatkowe palenisko (41).

23. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że rozprężarki (29, 42) mają budowę osiową ze względu na wartość ciśnienia, temperatury i ilości przepływającego gazu ziemnego.

24. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że posiada układ zabezpieczający w świeże powietrze, do podtrzymywania nadal obiegu rozprężania gazu ziemnego w razie awarii turbiny gazowej (1).