RU123841U1

RU123841U1 - ENERGY INSTALLATION

Info

Publication number: RU123841U1
Application number: RU2012133726/06U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Самсонов; Артем Анатольевич Самсонов; Денис Сергеевич Лифер
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2013-01-10

Abstract

1. Энергетическая установка, содержащая парогазовую турбину, выполненную с возможностью привода потребителя механической энергии и компрессора, выполненного с возможностью отбора воздуха из атмосферы, выход которого сообщен с камерой сгорания топлива, связанной с источником топлива и источником пара, выход которой сообщен со входом парогазовой турбины, кроме того, в состав установки включено средство утилизации тепла отходящих газов, выполненное с возможностью его использования в качестве источника пара, отличающаяся тем, что установка снабжена тепловым насосом, контур которого включает испаритель, конденсатор и дополнительный компрессор, выполненный с возможностью привода от парогазовой турбины, при этом выход дополнительного компрессора через теплоотдающий контур испарителя и дроссельный клапан сообщен с тепловоспринимающим контуром конденсатора, выход которого сообщен со входом дополнительного компрессора, причем контур теплового насоса сообщен с расходной цистерной хладагента, кроме того, на газоотводящей линии между выходом парогазовой турбины и теплоотдающим контуром конденсатора размещен теплоотдающий контур теплообменника, при этом газовый выход конденсатора сообщен с атмосферой, а его конденсатный выход связан с конденсатоотводчиком, который через линию, включающую насос и последовательно связанные тепловоспринимающие контуры теплообменника и испарителя, сообщен с камерой сгорания.2. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что газовый выход конденсатора снабжен вакуумным насосом.3. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что линия, связывающая выход тепловос�1. Power plant containing a combined cycle gas turbine configured to drive a consumer of mechanical energy and a compressor configured to take air from the atmosphere, the output of which is connected to a fuel combustion chamber connected to a fuel source and a steam source, the output of which is connected to the input of a combined cycle gas turbine in addition, the installation includes a means of utilization of heat of exhaust gases, made with the possibility of its use as a source of steam, characterized in that the installation and is equipped with a heat pump, the circuit of which includes an evaporator, a condenser and an additional compressor configured to be driven by a combined-cycle turbine, while the output of the additional compressor through the heat transfer circuit of the evaporator and the throttle valve is in communication with the heat-receiving circuit of the condenser, the output of which is communicated with the input of the additional compressor, the heat pump circuit is in communication with the refrigerant flow tank, in addition, on the exhaust line between the outlet of the combined cycle gas turbine and the heat ayuschim circuit capacitor disposed heat-exchanger circuit, and the gas outlet of the condenser communicates with the atmosphere, and its output is connected with condensing steam trap, which through a line which includes a pump and subsequently connected heat-exchanger and evaporator circuits, communicates with the chamber sgoraniya.2. Power plant according to claim 1, characterized in that the gas outlet of the capacitor is equipped with a vacuum pump. Power plant according to claim 1, characterized in that the line connecting the output of the heat

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности к энергетическим установкам, предназначенным для совершения механической работы, например для получения электрической энергии.The utility model relates to a power system, in particular, to power plants designed to perform mechanical work, for example, to produce electrical energy.

Известна энергетическая установка, содержащая снабженную выходом на полезную нагрузку парогазовую установку с вводом пара, выход которой подключен к первому входу подогревателя, выход которого подключен к первому входу конденсатора, первый выход которого сообщен с окружающей средой, первый контур циркуляции воды, подключенный ко второму входу и второму выходу конденсатора, включающий последовательно соединенные первый насос и холодильник, по его первому входу и первому выходу, а также второй контур циркуляции воды, подключенный ко входу ввода пара парогазовой установки и к первому контуру циркуляции воды, включающий последовательно соединенные второй насос и подогреватель, по его второму входу и второму выходу (см. заявку Великобритании 2074659, кл. F01K 21/04, опубл. 04.11.81).A power plant is known comprising a steam-gas plant equipped with a payload output with steam inlet, the output of which is connected to the first input of the heater, the output of which is connected to the first input of the condenser, the first output of which is in communication with the environment, the first water circulation circuit connected to the second input and the second output of the condenser, including a series-connected first pump and a refrigerator, at its first input and first output, as well as a second water circuit connected to the input dy input steam combined cycle power plant and to the first water circuit comprising a series connected second pump and preheater at its second input and the second output (see. UK application 2074659, cl. F01K 21/04, publ. 04.11.81).

Недостатками известной установки являются большие потери тепла с отходящей парогазовой смесью и большие потери воды из-за низкой эффективности работы холодильника.The disadvantages of the known installation are large heat losses with the exhaust gas-vapor mixture and large water losses due to the low efficiency of the refrigerator.

Известна также энергетическая установка, содержащая снабженную выходом на полезную нагрузку парогазовую установку с вводом пара, выход которой подключен к первому входу подогревателя, первый выход которого подключен к первому входу конденсатора, первый выход которого сообщен с окружающей средой, первый контур циркуляции воды, подключенный ко второму входу и второму выходу конденсатора, включающий последовательно соединенные первый насос и холодильник, по его первому входу и первому выходу, а также второй контур циркуляции воды, подключенный ко входу ввода пара парогазовой установки и к первому контуру циркуляции воды, включающий последовательно соединенные второй насос и подогреватель, по его второму входу и второму выходу (см. а.с. СССР 547121, кл. F01 21/04, опубл. 07.12.82).A power plant is also known, comprising a steam-gas plant equipped with a payload output with steam inlet, the output of which is connected to the first input of the heater, the first output of which is connected to the first input of the condenser, the first output of which is in communication with the environment, the first water circuit connected to the second the input and second output of the condenser, including the first pump and the refrigerator connected in series, at its first input and first output, as well as the second water circuit, connect associated with the steam inlet of the combined cycle plant and the first water circuit, including the second pump and heater connected in series, at its second inlet and second outlet (see AS USSR 547121, class F01 21/04, published 07.12. 82).

Недостатками известной установки являются большие потери тепла с охлаждающей водой и большие потери воды из-за низкой эффективности работы холодильника. Это объясняется тем, что при работе известного устройства большое количество тепла сбрасывается в атмосферу, а при ограничении сброса тепла в атмосферу не вся вода из парогазовой смеси извлекается в конденсаторе и также выбрасывается в атмосферу.The disadvantages of the known installation are large losses of heat with cooling water and large losses of water due to the low efficiency of the refrigerator. This is explained by the fact that during the operation of the known device, a large amount of heat is discharged into the atmosphere, and when the heat discharges into the atmosphere is limited, not all water from the gas-vapor mixture is extracted in the condenser and is also released into the atmosphere.

Наиболее близкой к предложенной энергетической установке является энергетическая установка, содержащая парогазовую турбину, выполненную с возможностью привода потребителя механической энергии и компрессора выполненного с возможностью отбора воздуха из атмосферы, выход которого сообщен с камерой сгорания топлива, связанной с источником топлива и источником пара, выход которой сообщен со входом парогазовой турбины, кроме того в состав установки включено средство утилизации тепла отходящих газов, выполненное с возможностью его использования в качестве источника пара (см. Степанов И.Р. «Парогазовые установки. Основы теории, применение и перспективы», Апатиты, 2000, 100-103 стр.).Closest to the proposed power plant is a power plant containing a combined cycle gas turbine configured to drive a consumer of mechanical energy and a compressor configured to take air from the atmosphere, the output of which is connected to a fuel combustion chamber connected to a fuel source and a steam source, the output of which is communicated with the input of the combined cycle gas turbine; in addition, the facility includes an exhaust gas heat recovery means configured to use it formation in a source of steam (see. Stepanov IR "cycle plant. Basic theory, application and Prospects", Apatity, 2000, pp 100-103.).

Существенными недостатками этого решения являются большие затраты обессоленной воды и низкий КПД установки, связанные с уходящей вместе с паром теплотой.Significant disadvantages of this solution are the high costs of demineralized water and low plant efficiency associated with the heat leaving with the steam.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является уменьшение потерь тепла и воды в окружающую среду.The task to which the proposed technical solution is directed is to reduce heat and water losses to the environment.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в увеличении коэффициента использования тепла установки (отношение суммы мощности, отводимой от турбины на потребитель, и теплоты, отведенной от конденсатора на технологические нужды, к теплоте сгорания топлива в камере сгорания), Решение позволяет значительно расширить область применения установок данного типа, отсекая необходимость наличия источника пресной воды в районе применения установки. Это также уменьшает вредное воздействие установки на окружающую среду, уменьшая массу рабочего тела выводимого из цикла.The technical result achieved in solving this problem is expressed in an increase in the utilization coefficient of the heat of the installation (the ratio of the sum of power allocated from the turbine to the consumer and the heat allocated from the condenser for technological needs to the heat of combustion of the fuel in the combustion chamber), The solution can significantly expand the scope of installations of this type, cutting off the need for a fresh water source in the area of application of the installation. It also reduces the harmful effects of the installation on the environment, reducing the mass of the working fluid removed from the cycle.

Поставленная задача решается тем, что энергетическая установка, содержащая парогазовую турбину, выполненную с возможностью привода потребителя механической энергии и компрессора выполненного с возможностью отбора воздуха из атмосферы, выход которого сообщен с камерой сгорания топлива, связанной с источником топлива и источником пара, выход которой сообщен со входом парогазовой турбины, кроме того в состав установки включено средство утилизации тепла отходящих газов, выполненное с возможностью его использования в качестве источника пара, отличается тем, что установка снабжена тепловым насосом, контур которого включает испаритель, конденсатор и дополнительный компрессор, выполненный с возможностью привода от парогазовой турбины, при этом выход дополнительного компрессора через теплоотдающий контур испарителя и дроссельный клапан сообщен с тепловоспринимающим контуром конденсатора, выход которого сообщен со входом дополнительного компрессора, причем контур теплового насоса сообщен с расходной цистерной хладагента, кроме того, на газоотводящей линии между выходом парогазовой турбины и теплоотдающим контуром конденсатора размещен теплоотдающий контур теплообменника, при этом, газовый выход конденсатора сообщен с атмосферой, а его конденсатный выход связан с конденсатоотводчиком, который через линию, включающую насос и последовательно связанные тепловоспринимающие контуры теплообменника и испарителя, сообщен с камерой сгорания. Кроме того, газовый выход конденсатора снабжен вакуумным насосом. При этом линия, связывающая выход тепловоспринимающего контура конденсатора и вход дополнительного компрессора, выполнена с возможностью отвода тепла на технологические нужды.The problem is solved in that a power plant comprising a combined-cycle turbine configured to drive a consumer of mechanical energy and a compressor configured to take air from the atmosphere, the output of which is connected to a fuel combustion chamber connected to a fuel source and a steam source, the output of which is communicated with the input of the combined cycle gas turbine, in addition, the facility includes an exhaust gas heat recovery means configured to be used as a source steam, characterized in that the installation is equipped with a heat pump, the circuit of which includes an evaporator, a condenser and an additional compressor configured to be driven by a combined-cycle turbine, while the output of the additional compressor through the heat-transfer circuit of the evaporator and the throttle valve is in communication with the heat-receiving condenser circuit, the output of which is communicated with the input of the additional compressor, and the heat pump circuit is in communication with the refrigerant consumable tank, in addition, on the gas outlet line between the outlet An ohm of a combined cycle gas turbine and a heat-transferring circuit of a condenser contains a heat-transferring circuit of a heat exchanger; in this case, the gas outlet of the condenser is connected to the atmosphere, and its condensate output is connected to a steam trap, which is connected to the combustion chamber through a line that includes a pump and series-connected heat-receiving circuits of the heat exchanger and evaporator. In addition, the gas outlet of the condenser is equipped with a vacuum pump. In this case, the line connecting the output of the heat-receiving capacitor circuit and the input of the additional compressor is made with the possibility of heat removal for technological needs.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом совокупность признаков отличительной части формулы полезной модели позволяют увеличить коэффициент использования тепла установки и значительно расширить область применения установок данного типа, отсекая необходимость наличия источника пресной воды в районе применения установки. Это также уменьшает вредное воздействие установки на окружающую среду, уменьшая массу рабочего тела выводимого из цикла.Moreover, the set of features of the distinctive part of the utility model formula allows to increase the heat utilization coefficient of the installation and significantly expand the scope of applications of this type, cutting off the need for a fresh water source in the area of application of the installation. It also reduces the harmful effects of the installation on the environment, reducing the mass of the working fluid removed from the cycle.

На фиг.1 показана схема энергетической установки.Figure 1 shows a diagram of a power plant.

На чертеже показаны средство отбора атмосферного воздуха 1, камера сгорания 2, компрессор 3, источник топлива 4 и пароподводящая линия 5, парогазовая турбина 6, потребитель механической энергии 7, теплообменник 8, конденсатор 9, вакуумный 10 и питательный 11 насосы, испаритель 12, расходная цистерна 13 хладагента, дополнительный компрессор 14, а также теплонасосная линия 15, трубопровод 16, конденсатоотводчик 17, дроссельный клапан 18, технологические потребители 19.The drawing shows a sampling device for atmospheric air 1, a combustion chamber 2, a compressor 3, a fuel source 4 and a steam supply line 5, a gas-turbine 6, a mechanical energy consumer 7, a heat exchanger 8, a condenser 9, a vacuum 10 and a feed 11 pumps, an evaporator 12, a consumable refrigerant tank 13, additional compressor 14, as well as heat pump line 15, pipeline 16, steam trap 17, butterfly valve 18, process consumers 19.

Энергетическая установка, содержит парогазовую турбину 6, выполненную с возможностью привода потребителя механической энергии 7 (например, электрогенератор или движитель судна) и компрессора 3, выполненного с возможностью отбора воздуха из атмосферы (например, фильтр), выход которого сообщен с камерой сгорания 2 топлива, связанной с источником топлива 4 и источником пара (пароподводящая линия 5), выход которой сообщен со входом парогазовой турбины 6. В состав установки включено средство утилизации тепла отходящих газов, выполненное с возможностью его использования в качестве источника пара. Для этого установка снабжена тепловым насосом, контур которого включает испаритель 12, конденсатор 9 и дополнительный компрессор 14, выполненный с возможностью привода от парогазовой турбины 6. Выход дополнительного компрессора 14 через теплоотдающий контур испарителя 12 и дроссельный клапан 18 сообщен с тепловоспринимающим контуром конденсатора 9, выход которого сообщен со входом дополнительного компрессора 14. Контур теплового насоса сообщен с источником рабочего тела, используемого в контуре теплового насоса и служащим охладителем в конденсаторе, расходной цистерной 13 хладагента (например, водяной). На газоотводящей линии между выходом парогазовой турбины 6 и теплоотдающим контуром конденсатора 9 размещен теплоотдающий контур теплообменника 8, при этом, газовый выход конденсатора 9 сообщен с атмосферой, а его конденсатный выход связан с конденсатоотводчиком 17, который через линию, включающую насос 11 и последовательно связанные тепловоспринимающие контуры теплообменника 9 и испарителя 12, сообщен с камерой сгорания 2. Кроме того, газовый выход конденсатора 9 может быть снабжен вакуумным насосом 10. При этом линия, связывающая выход тепловоспринимающего контура конденсатора 9 и вход дополнительного компрессора 14, выполнена с возможностью отвода тепла на технологические и бытовые нужды технологическим потребителям 19, например, для опреснения воды.The power plant comprises a combined-cycle turbine 6 configured to drive a consumer of mechanical energy 7 (for example, an electric generator or ship propulsion) and a compressor 3 configured to take air from the atmosphere (for example, a filter), the output of which is communicated with the combustion chamber 2 of the fuel, associated with the fuel source 4 and the steam source (steam supply line 5), the output of which is communicated with the input of the combined cycle gas turbine 6. The installation includes a means of heat recovery of exhaust gases, made with possible its use as a steam source. To this end, the installation is equipped with a heat pump, the circuit of which includes an evaporator 12, a condenser 9 and an additional compressor 14, configured to be driven by a combined-cycle turbine 6. The output of the additional compressor 14 through the heat-transfer circuit of the evaporator 12 and the throttle valve 18 is in communication with the heat-receiving circuit of the condenser 9, output which is communicated with the input of the additional compressor 14. The heat pump circuit is communicated with the source of the working fluid used in the heat pump circuit and serving as a cooler in the circuit ensatore, the flow tank 13, a refrigerant (e.g., water). On the exhaust line between the outlet of the steam-gas turbine 6 and the heat transfer circuit of the condenser 9 there is a heat transfer circuit of the heat exchanger 8, while the gas output of the condenser 9 is in communication with the atmosphere, and its condensate output is connected to the steam trap 17, which is connected through the line including the pump 11 and heat transfer the contours of the heat exchanger 9 and the evaporator 12 are in communication with the combustion chamber 2. In addition, the gas outlet of the condenser 9 can be equipped with a vacuum pump 10. Moreover, the line connecting the heat output the receiving circuit of the condenser 9 and the input of the additional compressor 14, is configured to remove heat for technological and domestic needs of technological consumers 19, for example, for desalination of water.

Энергетическая установка работает следующим образом. Атмосферный воздух очищают в фильтре 1, сжимают компрессором 3 и направляют в камеру сгорания 2, куда подводят топливо из источника топлива 4. В зону горения из пароподводящей линии 5 подводят пар. Парогазовую смесь высокой температуры по трубопроводу 16 подают в парогазовую турбину 6. Работу парогазовой турбины 6 используют для сжатия воздуха в компрессоре 3 и подачи потребителю механической энергии 7. Расширившуюся (отработанную) парогазовую смесь по трубопроводу 16 парогазовой смеси направляют в теплообменник 8, где утилизируют тепло отработанной парогазовой смеси. Из теплообменника 8 парогазовую смесь направляют в конденсатор 9, конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси, а продукты сгорания топлива вакуумным насосом 10 (или непосредственно) отводят в атмосферу. Сконденсировавшийся пар посредством конденсатоотводчика 17 отбирают из конденсатора 9 и подают в питательный насос 11, который повышает давление конденсата. Затем через теплообменник 8 и испаритель 12 пар направляют в камеру сгорания 2. Теплота конденсации пара отводится из конденсатора 9 хладагентом теплового насоса. Хладагент из конденсатора 9 по теплонасосной линии 15 поступает на вход дополнительного компрессора 14, кинематически связанного с валом парогазовой турбины 6, затем сжатый в компрессоре хладагент с выхода компрессора 14 через теплоотдающие контуры испарителя 12, дроссель 18, поступает в конденсатор 9. При этом в теплообменнике 8 отработавшая парогазовая смесь нагревает конденсат, а в испарителе 12 хладагент испаряет и перегревает пар. Так как при конденсации пара в конденсаторе 9 при низком давлении хладагенту отдается больше теплоты, чем возможно передать в испарителе 12, в теплонасосную линию включены подвод от расходной цистерны 13 и отвод на технологические потребители 19.The power plant operates as follows. Atmospheric air is cleaned in filter 1, compressed by compressor 3 and sent to combustion chamber 2, where fuel is supplied from fuel source 4. Steam is supplied to the combustion zone from steam supply line 5. The gas-vapor mixture of high temperature is fed through the pipeline 16 to the gas-turbine 6. The operation of the gas-turbine 6 is used to compress the air in the compressor 3 and supply mechanical energy to the consumer 7. The expanded (waste) gas-gas mixture is sent to the heat exchanger 8 through the gas-vapor mixture 16, where heat is recovered spent steam and gas mixture. From the heat exchanger 8, the vapor-gas mixture is sent to the condenser 9, the vapor component of the vapor-gas mixture is condensed, and the fuel combustion products by the vacuum pump 10 (or directly) are taken off into the atmosphere. Condensed steam by means of a steam trap 17 is taken from the condenser 9 and fed to the feed pump 11, which increases the pressure of the condensate. Then, through the heat exchanger 8 and the evaporator 12, the steam is sent to the combustion chamber 2. The heat of condensation of the steam is removed from the condenser 9 by the refrigerant of the heat pump. The refrigerant from the condenser 9 through the heat pump line 15 enters the input of the additional compressor 14, kinematically connected with the shaft of the combined-cycle turbine 6, then the refrigerant compressed in the compressor from the output of the compressor 14 through the heat transfer circuits of the evaporator 12, the inductor 18, enters the condenser 9. In this case, the heat exchanger 8, the spent vapor-gas mixture heats the condensate, and in the evaporator 12, the refrigerant vaporizes and overheats the steam. Since during condensation of steam in the condenser 9 at low pressure, more heat is transferred to the refrigerant than can be transferred in the evaporator 12, the supply from the flow tank 13 and the discharge to process consumers 19 are included in the heat pump line.

Расчеты показывают, что в предлагаемой энергетической установке при использовании в качестве хладагента в тепловом насосе воды, коэффициент использования тепла установки превышает 90% при значительном сокращении выбросов в окружающую среду.Calculations show that in the proposed power plant when using water as a refrigerant in a heat pump, the heat utilization coefficient of the plant exceeds 90% with a significant reduction in environmental emissions.

Claims

1. Power plant containing a combined cycle gas turbine configured to drive a consumer of mechanical energy and a compressor configured to take air from the atmosphere, the output of which is connected to a fuel combustion chamber connected to a fuel source and a steam source, the output of which is connected to the input of a combined cycle gas turbine in addition, the installation includes a means of utilization of heat of exhaust gases, made with the possibility of its use as a source of steam, characterized in that the installation and is equipped with a heat pump, the circuit of which includes an evaporator, a condenser and an additional compressor configured to be driven by a combined-cycle turbine, while the output of the additional compressor through the heat transfer circuit of the evaporator and the throttle valve is in communication with the heat-receiving circuit of the condenser, the output of which is communicated with the input of the additional compressor, the heat pump circuit is in communication with the refrigerant flow tank, in addition, on the exhaust line between the outlet of the combined cycle gas turbine and the heat ayuschim circuit capacitor disposed heat-exchanger circuit, and the gas outlet of the condenser communicates with the atmosphere, and its output is connected with condensing steam trap, which through a line which includes a pump and subsequently connected heat-exchanger and evaporator circuits, communicated with the combustion chamber.

2. The power plant according to claim 1, characterized in that the gas outlet of the capacitor is equipped with a vacuum pump.

3. The power plant according to claim 1, characterized in that the line connecting the output of the heat-absorbing capacitor circuit and the input of the additional compressor is configured to remove heat for technological needs.