PL216596B1 - Układ do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła - Google Patents

Abstract

Układ do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła charakteryzuje się tym, że turbina gazowa (TG) i sprężarka powietrza wysokoprężna (STG) usytuowane są na tym samym wale, co generator (G), sprężarka powietrza niskoprężna (STE) i turboekspander (TE), przy czym generator (G) napędzany jest jednocześnie przez turboekspander (TE) i turbinę gazową (TG).

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła bez ograniczeń jego mocy.

Znany z publikacji R. Bartnika, Elektrownie i elektrociepłownie gazowo-parowe. Efektywność energetyczna i ekonomiczna, WNT, Warszawa 2009, str. 156, jest układ do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, w którym na jednym wale usytuowany jest pierwszy generator elektryczny, sprężarka powietrza wysokoprężna i turbina gazowa, a na drugim wale umieszczony drugi generator, sprężarka powietrza niskoprężna i turboekspander. Powietrze zassane z otoczenia i sprężone w sprężarce wysokoprężnej wprowadzane jest jako utleniacz do komory spalania turbiny gazowej, w której spalane jest paliwo, na przykład gaz ziemny. Powstałe spaliny rozprężane są w turbinie gazowej, dzięki czemu turbina napędza jednocześnie sprężarkę powietrza wysokoprężną i pierwszy generator elektryczny, w którym wytwarzana jest energia elektryczna. Gorące wylotowe spaliny z turbiny gazowej wprowadzane są do nagrzewnicy powietrza, w której podgrzewają powietrze zassane z otoczenia i sprężone w sprężarce niskoprężnej. Sprężone powietrze podgrzane spalinami rozprężane jest w turboekspanderze dzięki czemu turboekspander napędza jednocześnie sprężarkę niskoprężną i drugi generator elektryczny, w którym wytwarzana jest energia elektryczna. Zarówno spaliny wylotowe z nagrzewnicy powietrza, jak i rozprężone powietrze wylotowe z turboekspandera wprowadzane są do wymiennika ciepła, w którym wytwarzane jest ciepło grzewcze.

Znany jest również układ do wytwarzania energii elektrycznej, w którym na jednym wale usytuowany jest generator elektryczny, połączona z nim sprężarka powietrza wysokoprężna i turbina gazowa. Wymiennik regeneracyjny połączony jest ze sprężarką powietrza wysokoprężną i z komorą spalania turbin) gazowej. Powietrze z otoczenia sprężone w sprężarce wysokoprężnej ogrzewane jest gorącymi spalinami wylotowymi z turbiny gazowej w regeneracyjnym wymienniku ciepła i wprowadzane do komory spalania turbiny gazowej jako utleniacz. Spaliny wylotowe z komory spalania wprowadzane są do turbiny gazowej i w niej rozprężane. Turbina gazowa napędza jednocześnie sprężarkę powietrza wysokoprężną i generator, w którym wytwarzana jest energia elektryczna.

Znany układ do wytwarzania energii elektrycznej o jednym wale wykazuje dużą awaryjność, a jego moc nie przekracza 4 megawatów.

Istota układu do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła według wynalazku polega na tym, że turbina gazowa i sprężarka powietrza wysokoprężna usytuowane są na tym samym wale, co generator, sprężarka powietrza niskoprężna i turboekspander. Generator napędzany jest jednocześnie przez turboekspander i turbinę gazową. Korzystnie jest, gdy turboekspander i sprężarka niskoprężna umieszczone są w jednej obudowie. Korzystnie jest również, gdy turbina gazowa i sprężarka powietrza wysokoprężna umieszczone są w jednej obudowie.

Układ według wynalazku, dzięki usytuowaniu na jednym wale: sprężarki wysokoprężnej, sprężarki niskoprężnej, turboekspandera generatora elektrycznego i turbiny gazowej, pozwala na znaczne obniżenie, nie tylko nakładów inwestycyjnych, ale i kosztów wytwarzania energii elektrycznej w porównaniu z nakładami inwestycyjnymi i kosztami wytwarzania energii elektrycznej w znanych układach. Układ według wynalazku o ograniczonej awaryjności w porównaniu do znanych układów zachowuje wysoką sprawność wytwarzania energii, a jego moc elektryczna nie jest ograniczona. Zastosowanie jedynego generatora o większej mocy zamiast dwóch o mniejszych mocach stosowanych w znanym układzie do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, powoduje uniknięcie konieczności podwajania wielu urządzeń elektrycznych, w tym transformatorów blokowych, transformatorów potrzeb własnych, aparatury łączeniowej i automatyki. Nadto jedyny generator dwukrotnie zmniejsza ryzyko awarii, a tym samym zmniejsza ryzyko poniesienia strat ekonomicznych podczas eksploatacji układu według wynalazku.

W porównaniu ze sprawnością i wydajnością znanych układów wykazuje większą sprawność i większą wydajność w zakresie wytwarzania energii elektrycznej i ciepła z tej samej ilości spalonego paliwa. Układ według wynalazku jest układem pozwalającym na proste przystosowanie go do wytwarzania wyłącznie energii elektrycznej poprzez zdemontowanie wymiennika ciepła.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania objaśniono na rysunku przedstawiającym schemat ideowy układu do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła.

W układzie do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła według wynalazku, na jednym wale usytuowane są; jedyny generator elektryczny G, sprężarka powietrza niskoprężna STE, sprężarka powietrza wysokoprężna STG turbina gazowa TG i turboekspander TE. Nagrzewnica powietrza N połączona

PL 216 596 B1 jest ze sprężarką niskoprężną STE i z turboekspanderem TE, z turbiną gazową TG i z wymiennikiem ciepła W. Turboekspander TE i sprężarka niskoprężna STE umieszczone są w jednej obudowie. Turbina gazowa TG i sprężarka powietrza wysokoprężna STG umieszczone są także w jednej obudowie. Wał turboekspandera TE ze sprężarką niskoprężną STE i wał turbiny gazowej TG ze sprężarką powietrzną wysokoprężną STG, połączone są z generatorem G za pomocą sprzęgieł tworząc tym samym połączenie jednowałowe układu według wynalazku.

Powietrze zassane z otoczenia jako utleniacz i sprężone w sprężarce wysokoprężnej STG wprowadzane jest do komory spalania KS turbiny gazowej TG. Spaliny powstałe w wyniku spalania paliwa rozprężane są w turbinie gazowej TG, co skutkuje tym, że turbina gazowa TG napędza jednocześnie sprężarkę wysokoprężną STG i generator elektryczny G. Następnie gorące spaliny wylotowe z turbiny gazowej TG wprowadzane są do nagrzewnicy powietrza N, w której podgrzewają powietrze zassane z otoczenia i sprężone w sprężarce niskoprężnej STE. Powietrze sprężone i podgrzane w nagrzewnicy N rozprężane jest w turboekspanderze TE co skutkuje tym że turboekspander TE napędza jednocześnie sprężarkę niskoprężną STE i generator elektryczny G. W konsekwencji napędzanie generatora G jednocześnie przez turboekspander TE i turbinę gazową TG powoduje wytwarzanie energii elektrycznej Eel w układzie według wynalazku. Gdy wylotowe spaliny z nagrzewnicy N wprowadzane są do wymiennika ciepła W, to wówczas wytwarzane jest ciepło grzewcze Q w ilości, stosownie do potrzeb.

Claims (3)

1. Układ do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła wyposażony w turboekspander, nagrzewnicę i sprężarkę powietrza niskoprężną i sprężarkę powietrza wysokoprężną, w komorę spalania, w turbinę gazową, generator i wymiennik ciepła, przy czym turbo ekspander, sprężarka niskoprężna i generator umieszczone są na jednym wale, zaś nagrzewnica powietrza połączona jest ze sprężarką niskoprężną i z turboekspanderem z turbiną gazową i z wymiennikiem, znamienny tym, że turbina gazowa (TG) i sprężarka powietrza wysokoprężna (STG) usytuowane są na tym samym wale, co generator (G), sprężarka powietrza niskoprężną STE) i turboekspander (TE), przy czym generator (G) napędzany jest jednocześnie przez turboekspander (TE) i turbinę gazową (TG).

2. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że turboekspander (TE) i sprężarka niskoprężna (STE) umieszczone są w jednej obudowie.

3. Układ, według zastrz. 1, znamienny tym, że turbina gazowa (TG) i sprężarka powietrza wysokoprężna (STG) umieszczone są w jednej obudowie.