RU2359135C2 - Gas-vapour turbine plant - Google Patents
Gas-vapour turbine plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2359135C2 RU2359135C2 RU2007132777/06A RU2007132777A RU2359135C2 RU 2359135 C2 RU2359135 C2 RU 2359135C2 RU 2007132777/06 A RU2007132777/06 A RU 2007132777/06A RU 2007132777 A RU2007132777 A RU 2007132777A RU 2359135 C2 RU2359135 C2 RU 2359135C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- water
- cooler
- path
- exhaust
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к тепловым энергетическим установкам, а более точно - к парогазовым турбоустановкам смешивающего типа.The present invention relates to thermal power plants, and more specifically to a combined-cycle gas turbine unit.
Предшествующий уровень техники.The prior art.
В настоящее время одной из важнейших проблем современной тепловой энергетики является повышение полезной удельной единичной мощности (полезная удельная единичная мощность - полезная единичная мощность энергетического агрегата, отнесенная к 1 кг/с воздуха, поступающего в воздушный компрессор установки) и экономичности тепловых энергетических агрегатов при одновременном улучшении их маневренных характеристик. Следует также отметить, что вопрос защиты окружающей среды от воздействия вредных выбросов тепловых энергетических установок на данном этапе развития общества имеет не менее важное значение.At present, one of the most important problems of modern thermal power engineering is to increase the useful unit power (useful unit power - useful unit power of a power unit, referred to 1 kg / s of air entering the unit’s air compressor) and the efficiency of thermal power units while improving their maneuverable characteristics. It should also be noted that the issue of protecting the environment from the effects of harmful emissions from thermal power plants at this stage in the development of society is no less important.
Известна тепловая энергетическая установка (см. МПК F01K 21/04 UK Patent Application GB 2074659 А), содержащая воздушный компрессор, установленный на одном валу с силовой парогазовой турбиной, вакуумным компрессором, противодавленческой силовой паровой турбиной (при использовании в составе турбоустановки в качестве устройства для получения парогазовой смеси высоконапорного парогенератора вместо камеры сгорания) и электрическим генератором. На выхлопе силовой парогазовой турбины установлен подогреватель питательной воды, подогретая вода или пар, из которого, в зависимости от варианта выполнения энергетической установки, направляются в высоконапорный парогенератор, соединенный с противодавленческой силовой паровой турбиной, или камеру сгорания.Known thermal power plant (see IPC F01K 21/04 UK Patent Application GB 2074659 A), containing an air compressor mounted on the same shaft as a combined cycle gas turbine, vacuum compressor, backpressure steam turbine (when used as part of a turbine unit as a device for obtaining a gas-vapor mixture of a high-pressure steam generator instead of a combustion chamber) and an electric generator. A feed water heater, heated water or steam is installed at the exhaust of the steam-gas turbine, from which, depending on the embodiment of the power plant, they are sent to a high-pressure steam generator connected to the backpressure steam turbine or to the combustion chamber.
В варианте выполнения энергетической установки с высоконапорным парогенератором и противодавленческой силовой паровой турбиной пар, генерируемый высоконапорным парогенератором, поступает в противодавленческую силовую паровую турбину, а выхлопной пар из паровой турбины впрыскивается в уходящие газы высоконапорного парогенератора, образуя парогазовую смесь, которая направляется в силовую парогазовую турбину. В варианте выполнения энергетической установки с камерой сгорания парогазовая смесь образуется в камере сгорания и направляется в силовую парогазовую турбину. Парогазовая смесь, отработавшая в силовой парогазовой турбине, используется для регенеративного подогрева питательной воды в подогревателе питательной воды.In an embodiment of a power plant with a high-pressure steam generator and a backpressure power steam turbine, the steam generated by the high-pressure steam generator enters the backpressure power steam turbine, and the exhaust steam from the steam turbine is injected into the exhaust gases of the high-pressure steam generator, forming a gas-vapor mixture that is sent to the gas-gas turbine. In an embodiment of a power plant with a combustion chamber, a gas-vapor mixture is formed in the combustion chamber and sent to a power gas-vapor turbine. The steam-gas mixture used in the steam-gas turbine is used for regenerative heating of feed water in a feed water heater.
Тепловая энергетическая установка в своем составе содержит конденсатор смешивающего типа, подключенный входом газового тракта к выходу газового тракта подогревателя питательной воды, а выходом водяного тракта, соединенного с входом в поверхности нагрева подогревателя питательной воды и входом в поверхности охлаждения водоохладителя охлаждающей воды конденсатора смешивающего типа и газоохладителя неконденсируемых газов, установленного на входе вакуумного компрессора установки.The thermal power plant in its composition contains a mixing type condenser connected to the gas path of the feedwater heater by the gas path inlet, and a water path output connected to the input to the heating surface of the feedwater heater and the inlet of the mixing type condenser and gas cooler to the cooling surface of the cooling water chiller non-condensable gases installed at the inlet of the installation's vacuum compressor.
В качестве водоохладителя в тепловой энергетической установке использована градирня Геллера, но может быть применен водо-водяной теплообменник.A Geller cooling tower was used as a water cooler in a thermal power plant, but a water-water heat exchanger can be used.
Коэффициент полезного действия (КПД) данной энергетической установки в зависимости от варианта выполнения и при достигнутом в настоящее время в стационарных турбоустановках уроне максимальных температур газовой рабочей среды и принятых в противодавленческой силовой паровой турбине параметрах пара, составляет порядка 47-52%.The efficiency (efficiency) of this power plant, depending on the embodiment and when the maximum temperature of the gas medium has been achieved in stationary turbine units and the steam parameters adopted in the backpressure power steam turbine, is about 47-52%.
Рассматриваемая тепловая энергетическая установка обладает ограниченными теплофикационными возможностями. Установка способна выдать потребителю тепловую энергию для целей теплоснабжения и горячего водоснабжения в значительно меньших объемах, чем альтернативные энергоагрегаты. В выбрасываемых энергетической установкой в атмосферу уходящих газах содержится значительное количество углекислого газа (CO2), что способствует изменению температуры окружающей среды на нашей планете.The considered thermal power plant has limited heating capabilities. The installation is capable of delivering to the consumer thermal energy for the purposes of heat supply and hot water supply in much smaller volumes than alternative power units. The exhaust gases emitted by the power plant into the atmosphere contain a significant amount of carbon dioxide (CO 2 ), which contributes to a change in the ambient temperature on our planet.
Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.
В основу изобретения положена задача создания парогазовой турбоустановки смешивающего типа, оснащение которой дополнительными устройствами, позволяющими осуществлять более глубокую утилизацию тепла в термодинамическом цикле установки и обеспечивать удаление из уходящих газов турбоустановки углекислого газа, приводило бы к возможности увеличения выдачи потребителю тепловой энергии для целей теплоснабжения и горячего водоснабжения, полезной удельной единичной мощности и КПД турбоустановки, а также способствовало снижению вредного воздействия газообразных выбросов установки в атмосферу.The basis of the invention is the creation of a combined-cycle turbine unit of a mixing type, the equipping of which with additional devices that allow for deeper heat recovery in the thermodynamic cycle of the unit and ensure removal of carbon dioxide from the exhaust gas of the turbine unit, would lead to the possibility of increasing the supply of thermal energy to the consumer for heat supply and hot water supply, useful unit power and efficiency of the turbine, and also helped to reduce harmful on the effects of gaseous emissions of the installation into the atmosphere.
Согласно изобретению, в парогазовой турбоустановке смешивающего типа, содержащей воздушный компрессор, установленный на одном валу с парогазовой силовой турбиной, вакуумным компрессором, противодавленческой силовой паровой турбиной (при использовании в составе установки в качестве устройства для получения парогазовой смеси высоконапорного парогенератора вместо камеры сгорания) и электрическим генератором, подогреватель питательной воды, газовый тракт которого сообщен с выхлопом парогазовой силовой турбины, а пароводяной тракт на выходе из него подключен к устройству для получения парогазовой смеси (в зависимости от варианта выполнения парогазовой турбоустановки смешивающего типа это может быть камера сгорания или высоконапорный парогенератор). В состав турбоустановки входит конденсатор смешивающего типа, вход газового тракта которого подключен к выходу газового тракта подогревателя питательной воды, а выход газового тракта конденсатора сообщается с входом в вакуумный компрессор. Турбоустановка содержит также водоохладитель, вход водяного тракта которого подключен к выходу водяного тракта конденсатора смешивающего типа, а выход водяного тракта замыкается на напорную водяную магистраль конденсатора смешивающего типа.According to the invention, in a mixing-type combined-cycle turbine unit containing an air compressor mounted on the same shaft as a combined-cycle power turbine, a vacuum compressor, a counter-pressure power steam turbine (when using a high-pressure steam generator instead of a combustion chamber as a device for producing a gas-vapor mixture) and an electric generator, feed water heater, the gas path of which is connected to the exhaust of a combined cycle gas turbine, and the steam and water duct the output from it is connected to a device for producing a gas-vapor mixture (depending on the embodiment of a combined-cycle gas turbine unit of the mixing type, this may be a combustion chamber or a high-pressure steam generator). The turbine unit includes a mixing type condenser, the gas path of which is connected to the gas path of the feedwater heater, and the gas path of the condenser is connected to the entrance to the vacuum compressor. The turbine installation also contains a water cooler, the inlet of the water path of which is connected to the outlet of the water path of the mixing type condenser, and the outlet of the water path is closed to the pressure water line of the mixing type condenser.
Предлагаемая парогазовая турбоустановка смешивающего типа дополнительно содержит охладитель выхлопа вакуумного компрессора, вход газового тракта которого подключен к выхлопу вакуумного компрессора, а выхлоп газового тракта соединен с входом газового тракта охладителя уходящих газов установки. Уходящие газы после прохода по газовому тракту охладителя уходящих газов сбрасываются через дымовую трубу в атмосферу.The proposed combined-type gas turbine turbine unit further comprises a vacuum compressor exhaust cooler, the gas path of which is connected to the exhaust of the vacuum compressor, and the gas path exhaust is connected to the gas path inlet of the flue gas cooler of the installation. The flue gases after passing through the gas path of the flue gas cooler are discharged through the chimney into the atmosphere.
Водяной тракт охладителя уходящих газов по входу соединен с выходным водяным трактом водоохладителя охлаждающей воды конденсатора смешивающего типа, а по выходному водяному тракту замыкается на вход водяного тракта охладителя выхлопа вакуумного компрессора.The water path of the flue gas cooler at the input is connected to the outlet water path of the mixing water condenser cooling water chiller, and is closed to the inlet water path of the exhaust cooler of the vacuum compressor through the outlet water path.
На тракте неконденсируемых газов, выходящих из конденсатора смешивающего типа, размещен абсорбер, в котором за счет воздействия на неконденсируемые газы жидкого химического абсорбента, например, моноэтаноламина или диэтаноламина, осуществляется удаление из неконденсируемых газов углекислого газа (CO2). Выхлопной газовый тракт абсорбера подключен к входному патрубку вакуумного компрессора, а входной газовый тракт абсорбера соединен с выхлопным патрубком неконденсируемых газов, выходящих из конденсатора. Циркуляция жидкого химического абсорбента через абсорбер осуществляется по замкнутому контуру, на котором последовательно по ходу циркуляции абсорбента размещен насос, откачивающий жидкий химический абсорбент из абсорбера, регенеративный теплообменник абсорбента, регенератор, с размещенным внутри его корпуса, например, электрическим нагревателем абсорбента или нагревателем какого-либо другого типа, охладитель абсорбента и дроссельный клапан.An absorber is placed on the path of non-condensable gases exiting the mixing type condenser, in which, due to exposure to non-condensable gases, a liquid chemical absorbent, for example, monoethanolamine or diethanolamine, carbon dioxide (CO 2 ) is removed from non-condensable gases. The exhaust gas path of the absorber is connected to the inlet pipe of the vacuum compressor, and the inlet gas path of the absorber is connected to the exhaust pipe of non-condensable gases exiting the condenser. The liquid chemical absorbent is circulated through the absorber in a closed circuit, on which a pump pumping the liquid chemical absorbent from the absorber, a regenerative absorbent heat exchanger, and a regenerator with an absorbent placed inside its body, for example, is equipped with an electric heater of an absorbent or a heater another type, absorbent cooler and butterfly valve.
На выхлопном тракте углекислого газа, выделившегося из абсорбента при его нагреве в регенераторе, размещен охладитель углекислого газа, выхлопной газовый патрубок которого посредством системы трубопроводов с установленными на них запорно-регулирующими вентилями и дроссельными клапанами соединен с льдогенератором «сухого» льда и охладителем воздуха на входе в воздушный компрессор турбоустановки. Водяной тракт охладителя углекислого газа по входу замыкается на выходной водяной тракт водоохладителя охлаждающей воды конденсатора смешивающего типа, а по выходу - на входной водяной тракт бака-накопителя подогретой воды.The carbon dioxide cooler is located on the exhaust tract of carbon dioxide emitted from the absorbent when it is heated in the regenerator, the exhaust gas pipe of which is connected via a pipeline system with shut-off and control valves and throttle valves to the dry ice machine and the air cooler at the inlet in an air compressor turbine. The water path of the carbon dioxide cooler closes at the inlet to the outlet water path of the mixing water condenser cooling water cooler, and at the outlet to the inlet water path of the heated water storage tank.
Льдогенератор «сухого» льда оснащен водяной рубашкой, в которую периодически из бака-накопителя подогретой воды подается подогретая вода для удаления из льдогенератора товарного «сухого» льда. Товарный «сухой» лед из льдогенератора поступает в хранилище, из которого поставляется потребителю (химическую или пищевую промышленность).The “dry” ice generator is equipped with a water jacket, into which periodically heated water is supplied from the heated water storage tank to remove marketable “dry” ice from the ice generator. Commodity “dry” ice from the ice machine enters the storage from which it is delivered to the consumer (chemical or food industry).
Выходные газовые патрубки льдогенератора и охладителя воздуха на входе в воздушный компрессор турбоустановки замыкаются на охладитель абсорбента, из которого углекислый газ сбрасывается в абсорбер.The gas outlet pipes of the ice generator and the air cooler at the inlet to the turbocharger air compressor are closed to the absorbent cooler, from which carbon dioxide is discharged into the absorber.
В газовом тракте турбоустановки между подогревателем питательной воды и конденсатором смешивающего типа установлен охладитель парогазовой смеси, входной газовый патрубок которого соединен с выхлопным патрубком подогревателя питательной воды, а выходной газовый патрубок - с входным газовым патрубком конденсатора смешивающего типа. По водяной стороне входной патрубок охладителя парогазовой смеси замыкается на выхлопной водяной патрубок водоохладителя охлаждающей воды конденсатора смешивающего типа, а выходной патрубок - на бак-накопитель подогретой воды.In the gas path of the turbine installation between the feed water heater and the mixing type condenser, a gas-vapor mixture cooler is installed, the inlet gas pipe of which is connected to the exhaust pipe of the feed water heater, and the gas outlet pipe to the inlet gas pipe of the mixing type condenser. On the water side, the inlet pipe of the gas-vapor mixture cooler closes to the exhaust water pipe of the mixing water condenser cooling water cooler, and the outlet pipe to the heated water storage tank.
Из бака-накопителя подогретой воды по трубопроводу, оснащенному соответствующей запорно-регулирующей арматурой и насосом, подогретая вода периодически подается в рубашку льдогенератора. Из рубашки льдогенератора охлажденная вода сбрасывается на вход напорной водяной магистрали конденсатора смешивающего типа. Бак-накопитель подогретой воды обеспечивает также подачу питательной воды в подогреватель питательной воды, посредством трубопровода подогретой воды с установленной на нем соответствующей запорно-регулирующей арматурой и насосом.From the storage tank of heated water through a pipeline equipped with appropriate shut-off and control valves and a pump, the heated water is periodically supplied to the jacket of the ice maker. From the jacket of the ice maker, chilled water is discharged to the inlet of the pressure water line of the mixing type condenser. The heated water storage tank also provides feed water to the feed water heater by means of a heated water pipeline with appropriate shut-off and control valves installed on it and a pump.
Тепловыделяющие элементы устройства для получения парогазовой смеси (камера сгорания или высоконапорный парогенератор, в зависимости от варианта выполнения парогазовой турбоустановки смешивающего типа) снабжены наружным кожухом, смонтированным с зазором к корпусу устройства и образуют вместе с последним полость, которая по входу водяного тракта соединена с выходным коллектором поверхностей нагрева подогревателя питательной воды, а по выходу водяного тракта замкнута на устройство для получения парогазовой смеси. Наружный кожух на корпусе тепловыделяющего элемента устройства для получения парогазовой смеси размещается в зоне максимальных температур газовой среды, циркулирующей через устройство.The fuel elements of the device for producing a gas-vapor mixture (a combustion chamber or a high-pressure steam generator, depending on the embodiment of a gas-turbine turbine unit of mixing type) are equipped with an outer casing mounted with a gap to the device body and together with the latter form a cavity that is connected to the outlet manifold at the input of the water path heating surfaces of the feed water heater, and at the exit of the water path is closed to the device for receiving the vapor-gas mixture. The outer casing on the body of the fuel element of the device for producing a gas-vapor mixture is located in the zone of maximum temperatures of the gas medium circulating through the device.
В предлагаемой парогазовой турбоустановке смешивающего типа достигается более глубокая утилизация тепла рабочего тела установки (парогазовой смеси) за счет его расширения в силовой парогазовой турбине до давления ниже атмосферного и оснащения турбоустановки дополнительными устройствами утилизации тепла парогазовой смеси, что обеспечивает возможность получения высокого КПД и полезной удельной единичной мощности агрегата. При достигнутом в современных стационарных газотурбоустановках уровне максимальных температур газовой рабочей среды и степени повышения давления, сжимаемого в воздушном компрессоре воздуха, в турбоустановке, выполненной без промежуточного охлаждения циклового воздуха в процессе сжатия и без промежуточного перегрева парогазовой смеси в процессе расширения в силовой парогазовой турбине, в зависимости от варианта исполнения, достигается КПД в пределах 57-63%.In the proposed combined-cycle turbine unit of the mixing type, a deeper heat recovery of the plant’s working fluid (steam-gas mixture) is achieved by expanding it in the power combined-cycle turbine to a pressure below atmospheric and equipping the turbine installation with additional heat recovery devices for the combined cycle gas, which makes it possible to obtain high efficiency and a useful unit unit power. At the level of maximum temperatures of the gas working medium achieved in modern stationary gas turbine plants and the degree of increase in pressure compressed in the air air compressor, in a turbine installation made without intermediate cooling of the cyclic air during compression and without intermediate overheating of the gas mixture during expansion in the power gas turbine, depending on the version, efficiency is achieved within 57-63%.
Введение в термодинамический цикл парогазовой турбоустановки смешивающего типа промежуточного охлаждения воздуха в процессе сжатия и промежуточного перегрева парогазовой смеси в процессе расширения позволяет повысить КПД турбоустановки на 5% абсолютных и увеличить полезную удельную единичную мощность на 11%.The introduction into the thermodynamic cycle of a combined cycle gas turbine unit of intermediate cooling air during compression and intermediate overheating of the gas mixture during expansion allows to increase the efficiency of the turbine unit by 5% absolute and increase the useful unit power by 11%.
Наличие в составе предлагаемой парогазовой турбоустановки смешивающего типа вакуумного компрессора, конденсатора смешивающего типа, водоохладителя охлаждающей воды конденсатора, абсорбера и охладителей газовых сред, циркулирующих в газовом тракте установки, позволяет получить на турбоустановке следующие замкнутые контуры жидких сред, циркулирующих в соответствующих трактах установки:The presence in the composition of the proposed combined-cycle turbine unit of a mixing type of a vacuum compressor, a condenser of a mixing type, a condenser of water cooling water cooler, an absorber and coolers of gaseous media circulating in the gas path of the installation allows the following closed circuits of liquid media circulating in the corresponding paths of the installation to be obtained at the turbine installation:
- Контур подачи подогретой питательной воды, пароводяной смеси, насыщенного или перегретого водяного пара в устройство для получения парогазовой смеси;- The supply circuit of heated feed water, steam-water mixture, saturated or superheated water vapor in the device for producing a vapor-gas mixture;
- Контур охлаждения охлаждающей жидкости (конденсата), подаваемой в конденсатор смешивающего типа;- The cooling circuit of the coolant (condensate) supplied to the mixing type condenser;
- Контур циркуляции жидкого химического абсорбента, обеспечивающего удаление углекислого газа из неконденсируемых газов;- The circulation circuit of the liquid chemical absorbent, providing the removal of carbon dioxide from non-condensable gases;
- Контур дополнительного охлаждения парогазовой смеси, поступающей в конденсатор смешивающего типа, уходящих газов, сбрасываемых в атмосферу, и углекислого газа, удаленного из неконденсируемых газов.- The circuit for additional cooling of the vapor-gas mixture entering the mixing type condenser, flue gases discharged into the atmosphere, and carbon dioxide removed from non-condensable gases.
Конденсатор смешивающего типа и обусловленные его наличием вышеуказанные замкнутые контуры циркуляции жидких сред обеспечивают конденсацию водяных паров, входящих в состав парогазовой смеси, что позволяет ликвидировать потери химически очищенной воды и осуществить накопление избыточного конденсата, получаемого из водяных паров продуктов сгорания органического топлива в количестве порядка 1,3 кг/с конденсата на каждый килограмм сожженного топлива.The mixing type condenser and the aforementioned closed circuits of liquid circulation due to its presence provide condensation of water vapor included in the gas-vapor mixture, which eliminates the loss of chemically purified water and accumulates excess condensate obtained from the water vapor of the combustion products of organic fuel in an amount of about 1, 3 kg / s of condensate per kilogram of fuel burned.
Маневренные характеристики предлагаемой парогазовой турбоустановки смешивающего типа значительно улучшены благодаря имеющейся возможности поддерживать неизменными начальные параметры парогазовой смеси в широком диапазоне изменения нагрузки установки. Постоянный удельный расход топлива обеспечивается на турбоустановке в диапазоне изменения номинальной единичной мощности от 100% до 55%.The maneuverability characteristics of the proposed mixing-type combined-cycle turbine are significantly improved due to the existing ability to keep the initial parameters of the combined-gas mixture unchanged over a wide range of installation load variations. Constant specific fuel consumption is provided at the turbine in the range of nominal unit power changes from 100% to 55%.
Предлагаемая парогазовая турбоустановка оказывает существенно меньшее воздействие на окружающую среду, чем современные альтернативные энергоисточники. В процессе эксплуатации турбоустановки имеется возможность практически полностью ликвидировать выбросы в атмосферу окисных соединений азота, так как сжигание органического топлива в турбоустановке осуществляется с малыми коэффициентами избытка воздуха (α=1,01-1,02), а расхолаживание газов продуктов сгорания органического топлива до расчетной температуры производится инертной средой (подогретой питательной водой, пароводяной смесью, насыщенным или перегретым водяным паром).The proposed combined-cycle turbine unit has a significantly smaller impact on the environment than modern alternative energy sources. During operation of a turbine unit, it is possible to almost completely eliminate emissions of nitrogen oxide compounds into the atmosphere, since fossil fuels are burned in a turbine unit with low air excess coefficients (α = 1.01-1.02), and the gas cooling of fossil fuels to the calculated value temperature is produced by an inert medium (heated feed water, steam-water mixture, saturated or superheated water vapor).
Кроме практически полной ликвидации выброса в атмосферу окисных соединений азота, турбоустановка в процессе эксплуатации обеспечивает резкое сокращение выброса в окружающую среду углекислого газа (CO2). Сокращение выброса углекислого газа обеспечивается наличием в составе установки абсорбера и замкнутого контура циркуляции жидкого химического абсорбента, с входящими в структуру замкнутого контура циркуляции дополнительными устройствами, которые способствуют удалению углекислого газа из неконденсируемых газов до их сброса в атмосферу. Из неконденсируемых газов извлекается до 95-97% углекислого газа, содержавшегося в них.In addition to the almost complete elimination of the emission of nitrogen oxide compounds into the atmosphere, the turbine unit during operation provides a sharp reduction in the emission of carbon dioxide (CO 2 ) into the environment. The reduction of carbon dioxide emissions is ensured by the presence of an absorber and a closed loop of the liquid chemical absorbent in the installation, with additional devices included in the structure of the closed loop, which help to remove carbon dioxide from non-condensable gases before they are discharged into the atmosphere. From non-condensable gases, up to 95-97% of the carbon dioxide contained in them is extracted.
В дальнейшем сущность изобретения поясняется конкретными вариантами его выполнения.In the future, the invention is illustrated by specific options for its implementation.
Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.
Фиг.1 отображает принципиальную тепловую схему парогазовой турбоустановки смешивающего типа, согласно изобретению.Figure 1 depicts a schematic thermal diagram of a combined cycle gas turbine unit according to the invention.
Фиг.2 отображает вариант выполнения принципиальной тепловой схемы парогазовой турбоустановки смешивающего типа, согласно изобретению.Figure 2 depicts an embodiment of a schematic thermal diagram of a mixing-type combined cycle gas turbine according to the invention.
Варианты осуществления изобретения.Embodiments of the invention.
Парогазовая турбоустановка смешивающего типа (Фиг.1) содержит охладитель 1 атмосферного воздуха, поступающего в термодинамический цикл установки, воздушный компрессор 2, установленный на одном валу 3 с силовой парогазовой турбиной 4, вакуумным компрессором 5 и электрическим генератором 6. Охладитель 1 воздуха входным воздушным патрубком сообщается с атмосферой, а выходным воздушным патрубком - с входным патрубком воздушного компрессора 2. Воздушный компрессор 2 последовательно соединен по газовому тракту с устройством 7 для получения парогазовой смеси и силовой парогазовой турбиной 4. В качестве устройства 7 для получения парогазовой смеси в данном варианте выполнения парогазовой турбоустановки смешивающего типа использована камера сгорания. Камера сгорания 7 оснащена наружным кожухом 12, который по входу водяного тракта соединен с выходным коллектором поверхностей нагрева подогревателя 8 питательной воды, а по выходу водяного тракта замкнут на камеру сгорания 7.Combined-cycle gas turbine unit (Fig. 1) contains a cooler 1 of atmospheric air entering the thermodynamic cycle of the installation, an air compressor 2 mounted on one
Турбоустановка оснащена подогревателем 8 питательной воды, входной газовый тракт которого замыкается на выхлопной патрубок силовой парогазовой турбины 4. Пароводяной тракт на выходе из подогревателя 8 питательной воды последовательно подключен к наружному кожуху 12 и к устройству 7 для получения парогазовой смеси. Выхлопной газовый тракт подогревателя 8 питательной воды сообщается с входным газовым патрубком охладителя 9 парогазовой смеси, а из выходного газового патрубка охладителя 9 парогазовая смесь направляется в конденсатор 10 смешивающего типа, который входит в состав оборудования турбоустановки. Конденсатор 10 смешивающего типа входом газового тракта подключен к выходу газового тракта охладителя 9 парогазовой смеси, который выходом водяного тракта соединен с баком-накопителем 11 подогретой воды. Из бака-накопителя 11 подогретой воды по водяной магистрали, на которой последовательно размещены запорно-регулирующий вентиль и насос 13, подогретая вода подается в поверхности нагрева подогревателя 8 питательной воды. В схему турбоустановки включен также водоохладитель 14, вход водяного тракта которого соединен с выходом водяного тракта конденсатора 10 смешивающего типа, а выход водяного тракта подключен к входу водяного тракта конденсатора 10 и входу водяного тракта охладителя 9 парогазовой смеси. На входном водяном тракте водоохладителя 14 установлен насос 15. При таком соединении указанных элементов парогазовой турбоустановки смешивающего типа образуется замкнутый контур подачи охлаждающей воды в конденсатор 10 смешивающего типа и замкнутый контур подачи подогретой питательной воды, пароводяной смеси, насыщенного или перегретого водяного пара (в зависимости от исходных параметров, принятых в установке) в устройство 7 для получения парогазовой смеси. Направление движения газовых сред и воды в указанных агрегатных состояниях на Фиг.1 показано стрелками.The turbine unit is equipped with a
В качестве водоохладителя 14 в данном варианте исполнения турбоустановки может быть применен водо-водяной теплообменник или градирня Геллера.As a water cooler 14 in this embodiment of a turbine installation, a water-to-water heat exchanger or a Heller cooling tower can be used.
Охладитель 9 парогазовой смеси оснащен водяной рубашкой 16 и тепловыми трубами 17, которые размещены в охладителе 9 таким образом, что их испарительная часть располагается в потоке парогазовой смеси, а оребренная конденсационная часть в водяном потоке, циркулирующем через водяную рубашку 16.The cooler 9 of the vapor-gas mixture is equipped with a
С целью выделения из неконденсируемых газов, выходящих из конденсатора 10 смешивающего типа, углекислого газа (CO2) в тепловую схему парогазовой турбоустановки смешивающего типа введен абсорбер 18, соединенный по газовому тракту с выходом газового тракта конденсатора 10 и входным патрубком вакуумного компрессора 5, а по тракту движения жидкого химического абсорбента выходным патрубком подсоединенного к входному патрубку теплообменных поверхностей регенеративного теплообменника 19 жидкого химического абсорбента. Выходной патрубок теплообменных поверхностей регенеративного теплообменника 19 подключен к регенератору 20, внутри корпуса которого установлен нагреватель 21 жидкого химического абсорбента. Разогретый жидкий химический абсорбент выводится из регенератора 20 по тракту, который соединен с входным патрубком на корпусе регенеративного теплообменника 19, а выходной патрубок на корпусе регенеративного теплообменника 19 для жидкого химического абсорбента замкнут на охладитель 22 абсорбента. На тракте движения абсорбента между абсорбером 18 и входом в теплообменные поверхности регенеративного теплообменника 19 установлен насос 23, а на тракте циркуляции абсорбента между охладителем 22 абсорбента и абсорбером 18 размещен дроссельный клапан 24. Таким образом, в парогазовой турбоустановке смешивающего типа образуется замкнутый контур циркуляции жидкого химического абсорбента, обеспечивающего удаление из неконденсируемых газов углекислого газа. Направление циркуляции жидкого химического абсорбента по замкнутому контуру на Фиг.1 указано стрелками.In order to extract carbon dioxide (CO 2 ) from non-condensable gases leaving the mixing type condenser 10, an
На тракте неконденсируемых газов между конденсатором 10 смешивающего типа и абсорбером 18 установлен осушитель-вымораживатель 25 неконденсируемых газов, внутри корпуса которого размещены поверхности охлаждения. Осушитель-вымораживатель 25 по контуру циркуляции охлаждающей среды замкнут на холодильный агрегат 26, являющийся составной частью оборудования парогазовой турбоустановки смешивающего типа. Охлаждающая среда, поступающая из холодильного агрегата 26 в поверхности охлаждения осушителя-вымораживателя 25 с отрицательной температурой, обеспечивает конденсацию и вымораживание водяных паров, входящих в состав неконденсируемых газов, выходящих из конденсатора 10 смешивающего типа. Осушенные и охлажденные в осушителе-вымораживателе 25 неконденсируемые газы сбрасываются в абсорбер 18, а сконденсированная влага - в сбросную водяную магистраль конденсатора 10 смешивающего типа.On the path of non-condensable gases between the condenser 10 of the mixing type and the
Из разогретого при помощи нагревателя 21 жидкого химического абсорбента в регенераторе 20 выделяется углекислый газ, который был удален в абсорбере 18 из неконденсируемых газов. Углекислый газ выводится из регенератора 20 по газовому тракту, который подключен к входному газовому патрубку охладителя 27 углекислого газа. Охлажденный углекислый газ выходит через выхлопной патрубок охладителя 27 и по газовому тракту, оснащенному запорно-регулирующим вентилем и дроссельным клапаном 28, поступает в льдогенератор 29 «сухого» льда. Льдогенератор 29 «сухого» льда оснащен водяной рубашкой 30, в которую периодически подается подогретая вода из бака-накопителя 11 подогретой воды для удаления из льдогенератора 29 товарного «сухого» льда. Подогретая вода поступает в водяную рубашку 30 из бака-накопителя 11 подогретой воды по трубопроводу, на котором установлен запорно-регулирующий вентиль и насос 31. Охлажденная в водяной рубашке 30 льдогенератора 29 подогретая вода по сбросному трубопроводу направляется в напорную магистраль конденсатора 10 смешивающего типа. Товарный «сухой» лед из льдогенератора 29 поступает в хранилище 32, из которого поставляется потребителю (химическую или пищевую промышленность).Carbon dioxide is released from the liquid chemical absorbent heated by the
При повышенной плюсовой температуре окружающей среды (выше 5°С) для сокращения затрат мощности на привод воздушного компрессора 2 из газовой магистрали охлажденного углекислого газа, вышедшего из охладителя 27 углекислого газа, часть газа отводится и по тракту, с размещенным на нем запорно-регулирующим вентилем и дроссельным клапаном 33, направляется в поверхности охлаждения охладителя 1 атмосферного воздуха, поступающего в воздушный компрессор 2. Выхлопной патрубок поверхностей охлаждения охладителя 1 атмосферного воздуха газовой магистралью, с установленным на ней запорно-регулирующим вентилем замыкается на охладитель 22 абсорбента, из которого углекислый газ сбрасывается в абсорбер 18 через дроссельный клапан 34.At increased positive ambient temperature (above 5 ° C), to reduce the power consumption for driving the air compressor 2 from the gas line of the cooled carbon dioxide leaving the carbon dioxide cooler 27, part of the gas is also taken along the path, with a shut-off and control valve placed on it and
При извлечении товарного «сухого» льда из льдогенератора 29 в льдогенераторе 29 выделяется некоторое количество углекислого газа, которое удаляется из льдогенератора 29 по газовому тракту, оснащенному запорно-регулирующим вентилем 34 и подключенному к выхлопной газовой магистрали охладителя 1 атмосферного воздуха, поступающего в воздушный компрессор 2.When commodity “dry” ice is removed from the ice generator 29, an amount of carbon dioxide is released in the ice generator 29, which is removed from the ice generator 29 through a gas path equipped with a shut-off and control valve 34 and connected to the exhaust gas line of the cooler 1 of atmospheric air entering the air compressor 2 .
Выхлопной патрубок вакуумного компрессора 5, отсасывающего неконденсируемые газы из абсорбера 18, замкнут на входной газовый патрубок охладителя 35 выхлопа вакуумного компрессора 5, а выхлопной газовый патрубок охладителя 35 подключен к входному газовому патрубку охладителя 36 уходящих газов турбоустановки. Выхлопной газовый патрубок охладителя 36 соединен с дымовой трубой 37, через которую уходящие газы сбрасываются в атмосферу.The exhaust pipe of the vacuum compressor 5, aspirating non-condensable gases from the
По водяной стороне охладитель 27 углекислого газа своим входным патрубком и трубопроводом, отходящим от входного патрубка, замкнут на водяную магистраль, выходящую из водоохладителя 14 охлаждающей воды конденсатора 10 смешивающего типа. Выхлопной водяной патрубок охладителя 27 подключен к баку-накопителю 11 подогретой воды. Выхлопной патрубок теплообменных поверхностей охладителя 35 соединен с теплофикационным бойлером 38, из которого потребителям выдается тепловая энергия для целей теплоснабжения и горячего водоснабжения.On the water side, the carbon dioxide cooler 27, with its inlet pipe and a pipe extending from the inlet pipe, is closed to the water line exiting the cooling water cooler 14 of the mixing type condenser 10. The exhaust water pipe of the cooler 27 is connected to the storage tank 11 of the heated water. The exhaust pipe of the heat exchange surfaces of the cooler 35 is connected to a
Теплофикационный бойлер 38 по обратной воде замыкается на водяную магистраль, выходящую из конденсатора 10 смешивающего типа. Охладитель 36 уходящих газов по водяной стороне своим входным водяным патрубком сообщается с водяной магистралью, выходящей из водоохладителя 14 охлаждающей воды конденсатора 10 смешивающего типа, а своим выходным водяным патрубком подключен к входному патрубку теплообменных поверхностей охладителя 35 выхлопа вакуумного компрессора 5.The
При таком соединении указанных элементов парогазовой турбоустановки смешивающего типа образуются замкнутые контуры дополнительного охлаждения уходящих газов, сбрасываемых в атмосферу, и углекислого газа, удаленного из неконденсируемых газов. Направление движения газовых сред и воды на Фиг.1 показано стрелками.With such a combination of these elements of a mixing-type combined cycle gas turbine, closed circuits are formed for additional cooling of the exhaust gases discharged into the atmosphere and carbon dioxide removed from non-condensable gases. The direction of movement of gaseous media and water in figure 1 is shown by arrows.
В баке-накопителе 11 подогретой воды возможно скапливание избытка подогретой воды, которая может быть использована для собственных нужд турбоустановки или сброшена в бак-накопитель 39 питательной воды по байпасной водяной магистрали, на которой установлен запорно-регулирующий вентиль и насос 40.In the storage tank 11 of heated water, it is possible to accumulate an excess of heated water, which can be used for the turbine's own needs or dumped into the
Бак-накопитель 39 питательной воды соединен водяной магистралью с выходным водяным трубопроводом конденсатора 10 смешивающего типа. В бак-накопитель 39 питательная вода, циркулирующая в трубопроводах парогазовой турбоустановки смешивающего типа, сливается при остановке турбоустановки, а также поступает избыточный конденсат, сконденсированный в конденсаторе 10 смешивающего типа из водяных паров газов продуктов сгорания органического топлива. Из бака-накопителя 39 питательная вода по водяной магистрали, на которой смонтирован запорно-регулирующий вентиль 43, подается в момент запуска установки в разводящие водяные магистрали турбоустановки. Избыток конденсата удаляется из бака-накопителя 39 по сбросному водяному трубопроводу, на котором установлен запорно-регулирующий вентиль.The
Охладитель 27 углекислого газа оснащен водяной рубашкой 41 и тепловыми трубами 42, которые смонтированы в охладителе 27 таким образом, что их испарительная часть размещается в потоке углекислого газа, а оребренная конденсационная часть в водяном потоке, циркулирующем через водяную рубашку 41.The carbon dioxide cooler 27 is equipped with a water jacket 41 and
Конструктивное выполнение охладителя 36 уходящих газов турбоустановки аналогично конструктивному исполнению охладителя 9 парогазовой смеси и охладителя 27 углекислого газа. Охладитель 36 уходящих газов также имеет водяную рубашку 43 и тепловые трубы 44, установленные своей испарительной частью в потоке уходящих газов и оребренной конденсационной частью в водяном потоке, проходящем через водяную рубашку 43.The design of the exhaust gas cooler 36 of the turbine unit is similar to the design of the gas-vapor mixture cooler 9 and
Необходимо отметить, что все водяные и газовые магистрали парогазовой турбоустановки смешивающего типа оснащены необходимой запорно-регулирующей арматурой, которая на Фиг 1 условно не показана.It should be noted that all water and gas lines of the mixing-type combined cycle gas turbine are equipped with the necessary shut-off and control valves, which are not conventionally shown in Fig. 1.
На Фиг 2. изображен вариант тепловой схемы парогазовой турбоустановки смешивающего типа, в которой в качестве устройства 7 для получения парогазовой смеси использована противодавленческая силовая паровая турбина 45 и высоконапорный парогенератор 46. Противодавленческая силовая паровая турбина 45 установлена на одном валу 3 с воздушным компрессором 2, силовой парогазовой турбиной 4, вакуумным компрессором 5 и электрическим генератором 6.Figure 2. depicts a variant of the thermal circuit of a combined-cycle gas turbine unit, in which a counterpressure
Высоконапорный парогенератор 46 входом газового тракта соединен с воздушным компрессором 2, а выходом газового тракта - с силовой парогазовой турбиной 4. Выход пароводяного тракта высоконапорного парогенератора 46 подключен к входу противодавленческой силовой паровой турбины 45, а вход пароводяного тракта - к выходу пароводяного тракта из наружного кожуха 12 высоконапорного парогенератора 46.The high-
Выхлоп противодавленческой силовой паровой турбины 45 сообщен с выходом газового тракта высоконапорного парогенератора 46.The exhaust backpressure
В рассматриваемых вариантах выполнения парогазовой турбоустановки смешивающего типа использованы воздушный компрессор 2 без промежуточного охлаждения воздуха в процессе сжатия и силовая парогазовая турбина 4, не имеющая промежуточного перегрева парогазовой смеси в процессе расширения. Однако для увеличения единичной мощности и экономичности в турбоустановке может быть применено промежуточное охлаждение воздуха в процессе сжатия для повышения степени повышения давления в компрессорной группе установки и промежуточный перегрев парогазовой смеси в процессе расширения в турбинной части турбоустановки. При таком выполнении предлагаемой парогазовой турбоустановки смешивающего типа наиболее предпочтительно использование многовальной компоновочной схемы.In the considered embodiments of the implementation of a combined-cycle turbine unit of the mixing type, an air compressor 2 was used without intermediate cooling of the air during compression and a power combined-cycle turbine 4 having no intermediate overheating of the combined-gas mixture during the expansion process. However, to increase the unit power and economy in a turbine unit, intermediate air cooling during compression can be applied to increase the degree of pressure increase in the compressor group of the unit and intermediate overheating of the gas mixture during expansion in the turbine part of the turbine unit. With this embodiment of the proposed combined-cycle turbine plant of the mixing type, it is most preferable to use a multi-shaft layout scheme.
Предлагаемая парогазовая турбоустановка смешивающего типа функционирует следующим образом (см. Фиг. 1 и Фиг. 2):The proposed combined cycle gas turbine unit operates as follows (see Fig. 1 and Fig. 2):
Атмосферный воздух, пройдя через воздухозаборное устройство с воздушным фильтром (на Фиг. 1 и Фиг. 2 условно не показано), поступает в охладитель 1 атмосферного воздуха, который является составной частью воздухозаборного устройства, по стрелке «А». Охладитель 1 атмосферного воздуха охлаждает поступающий воздух при повышенной плюсовой температуре окружающей среды (выше 5°С) для снижения затрат мощности на привод воздушного компрессора 2.Atmospheric air, passing through an air intake device with an air filter (not shown conventionally in Fig. 1 and Fig. 2), enters the air cooler 1, which is an integral part of the air intake device, in the direction of arrow “A”. The air cooler 1 cools the incoming air at an increased positive ambient temperature (above 5 ° C) to reduce the power consumption for driving the air compressor 2.
Из охладителя 1 атмосферный воздух направляется в воздушный компрессор 2, в котором сжимается до расчетного давления. После воздушного компрессора 2 сжатый воздух поступает в камеру сгорания 7, которая используется в варианте выполнения турбоустановки, изображенной на Фиг. 1, или в высоконапорный парогенератор 46 (Фиг. 2). В камере сгорания 7 и высоконапорном парогенераторе 46 в атмосфере сжатого воздуха сжигается газообразное или жидкое топливо (на Фиг. 1 и Фиг. 2 стрелкой «Вт» показана подача топлива) с коэффициентом избытка воздуха α=1,01-1,02. При сжигании органического топлива с таким коэффициентом избытка воздуха образуются газы продуктов сгорания топлива с температурой порядка 2200°С. Для получения требуемой температуры парогазовой смеси в камеру сгорания 7 впрыскивается подогретая питательная вода, пароводяная смесь, насыщенный или перегретый водяной пар (в зависимости от начальных параметров, заложенных в расчет установки) в количестве, определяемом из уравнения теплового баланса камеры сгорания 7 и условия получения перед силовой парогазовой турбиной 4 требуемой температуры парогазовой смеси.From cooler 1, atmospheric air is directed to air compressor 2, in which it is compressed to the design pressure. After the air compressor 2, compressed air enters the combustion chamber 7, which is used in the embodiment of the turbine unit shown in FIG. 1, or to a high-pressure steam generator 46 (Fig. 2). In the combustion chamber 7 and the high-
В высоконапорном парогенераторе 46 (Фиг. 2) газы продуктов сгорания топлива первоначально расхолаживаются до температуры, определяемой балансом генерируемого в высоконапорном парогенераторе 46 пара для противодавленческой силовой паровой турбины 45. Парогазовая смесь в рассматриваемом варианте выполнения парогазовой турбоустановки смешивающего типа образуется путем ввода отработавшего в противодавленческой силовой паровой турбине 45 пара в газы продуктов сгорания топлива, покидающие высоконапорный парогенератор 46. Количество вводимого пара определяется тепловым балансом из условия получения требуемой температуры парогазовой смеси.In the high-pressure steam generator 46 (Fig. 2), the gases of the combustion products of the fuel are initially damped to a temperature determined by the balance of the steam generated in the high-
В связи с тем, что в предлагаемой турбоустановке сжигание органического топлива производится с малыми коэффициентами избытка воздуха и расхолаживание газов продуктов сгорания топлива ведется инертной средой (подогретой питательной водой, пароводяной смесью, насыщенным или перегретым водяным паром), рабочее тело турбоустановки (парогазовая смесь) практически не содержит в своем составе окисных соединений азота. Таким образом, при эксплуатации парогазовой турбоустановки смешивающего типа обеспечивается существенное снижение вредных газообразных выбросов в атмосферу.Due to the fact that in the proposed turbine unit, fossil fuels are burned with low excess air coefficients and the cooling of the gases of the fuel combustion products is carried out with an inert medium (heated feed water, steam-water mixture, saturated or superheated water vapor), the turbine’s working body (gas-vapor mixture) is practically does not contain nitrogen oxide compounds. Thus, the operation of a combined-cycle gas turbine of the mixing type provides a significant reduction in harmful gaseous emissions into the atmosphere.
Рабочее тело турбоустановки (парогазовая смесь) из камеры сгорания 7 (Фиг. 1) поступает в силовую парогазовую турбину 4, где расширяется до давления, которое ниже атмосферного. Силовая парогазовая турбина 4 приводит во вращение воздушный компрессор 2, вакуумный компрессор 5 и электрический генератор 6.The working fluid of the turbine unit (gas-vapor mixture) from the combustion chamber 7 (Fig. 1) enters the power gas-turbine 4, where it expands to a pressure that is lower than atmospheric. A combined cycle gas turbine 4 drives an air compressor 2, a vacuum compressor 5 and an
В другом варианте выполнения парогазовой турбоустановки смешивающего типа (Фиг. 2) парогазовая смесь, полученная после смешивания отработавшего пара противодавленческой силовой парой турбины 45 с газами продуктов сгорания топлива, вышедшими из высоконапорного парогенератора 46, также поступает в силовую парогазовую турбину 4 и расширяется в ней до давления, которое ниже атмосферного. Силовая парогазовая турбина 4 и противодавленческая силовая паровая турбина 45 приводят во вращение воздушный компрессор 2, вакуумный компрессор 5 и электрический генератор 6.In another embodiment of the mixing type combined cycle gas turbine (Fig. 2), the combined gas and gas mixture obtained after mixing the exhaust steam with the backpressure power pair of the
Отработавшая в силовой парогазовой турбине 4 парогазовая смесь с давлением, которое ниже атмосферного, направляется в подогреватель 8 питательной воды, в котором в зависимости от начальных параметров, заложенных в турбоустановку, генерируется подогретая питательная вода, пароводяная смесь, насыщенный или перегретый водяной пар. Питательная вода, в одном из указанных агрегатных состояний, поступает для дополнительного подогрева в наружный кожух 12, установленный в зоне максимальных температур тепловыделяющих поверхностей камеры сгорания 7 или высоконапорного парогенератора 46 (в зависимости от варианта исполнения установки), и затем в турбоустановке (Фиг. 1) направляется в камеру сгорания 7 для получения парогазовой смеси, а в турбоустановке (Фиг. 2) - в высоконапорный парогенератор 46 для генерирования пара с параметрами, необходимыми для работы противодавленческой силовой паровой турбины 45.The steam-gas mixture that was spent in a steam-gas turbine 4 with a pressure lower than atmospheric pressure is sent to a
В подогреватель 8 питательной воды питательная вода подается из бака-накопителя 11 подогретой воды под необходимым давлением при помощи насоса 13. Из подогревателя 8 парогазовая смесь поступает в охладитель 9 парогазовой смеси. В охладителе 9 осуществляется дополнительное расхолаживание парогазовой смеси перед ее сбросом в конденсатор 10 смешивающего типа. Процесс дополнительного расхолаживания парогазовой смеси обеспечивается за счет использования в составе охладителя 9 тепловых труб 17 и подачи воды в водяную рубашку 16 охладителя 9 парогазовой смеси при помощи насоса 15. Подогретая в водяной рубашке 16 охладителя 9 питательная вода поступает в бак-накопитель 11 подогретой воды. Из бака-накопителя 11 подогретая вода по соответствующим трубопроводам, на которых смонтирована соответствующая запорно-регулирующая арматура, подается в подогреватель 8 питательной воды и периодически направляется под необходимым давлением при помощи насоса 31 в водяную рубашку 30 льдогенератора 29 «сухого» льда для извлечения из льдогенератора 29 «сухого» товарного льда. Охлажденная в водяной рубашке 30 подогретая вода сбрасывается в напорную водяную магистраль конденсатора 10 смешивающего типа.In the
В конденсаторе 10 смешивающего типа после сброса в него из охладителя 9 дополнительно расхоложенной парогазовой смеси происходит конденсация водяных паров, входящих в состав парогазовой смеси за счет подачи в него охлажденной в водоохладителе 14 питательной воды. Количество водяных паров, конденсирующихся в конденсаторе 10, превышает количество водяных паров, образовавшихся из питательной воды, подаваемой в камеру сгорания 7 (Фиг. 1) в одном из указанных ранее агрегатных состояний, или количество водяных паров, отработавших в противодавленческой силовой паровой турбине 45 (Фиг. 2) и смешиваемых с газами продуктов сгорания топлива. Избыточное количество водяных паров определяется количеством водяных паров, образовавшихся от сжигания топлива. В конденсаторе 10 образуется соответствующее количество избыточного конденсата, который сливается из конденсатора 10 в бак-накопитель 39 питательной воды. Из бака-накопителя 39 по мере необходимости избыток конденсата удаляется из водяного тракта турбоустановки по стрелке «С» и может использоваться для собственных нужд установки или для других целей.In the condenser 10 of the mixing type, after the additionally placed steam-gas mixture is discharged into it from the cooler 9, the water vapors that make up the gas-vapor mixture are condensed by supplying feed water cooled in the water cooler 14. The amount of water vapor condensing in the condenser 10 exceeds the number of water vapor generated from the feed water supplied to the combustion chamber 7 (Fig. 1) in one of the above aggregate states, or the number of water vapor exhausted in the backpressure steam turbine 45 ( Fig. 2) and miscible with the products of combustion of fuel. The excess amount of water vapor is determined by the amount of water vapor generated from the combustion of fuel. A corresponding amount of excess condensate is formed in the condenser 10, which is drained from the condenser 10 into the
Таким образом, в предлагаемой турбоустановке смешивающего типа ликвидируются невосполнимые потери питательной воды, свойственные известным энергетическим агрегатам.Thus, in the proposed mixing-type turbine unit, irreplaceable losses of feedwater inherent in known power units are eliminated.
Из конденсатора 10 смешивающего типа неконденсируемые газы продуктов сгорания топлива отсасываются вакуумным компрессором 5.From the mixing type condenser 10, non-condensable gases of the fuel combustion products are sucked off by a vacuum compressor 5.
До поступления в вакуумный компрессор 5 неконденсируемые газы поступают в осушитель-вымораживатель 25 и затем в абсорбер 18, в котором за счет воздействия на неконденсируемые газы жидкого химического абсорбента осуществляется удаление из неконденсируемых газов углекислого газа (CO2). Циркуляция жидкого химического абсорбента через абсорбер 18 осуществляется по замкнутому контуру, на котором последовательно размещены насос 23, откачивающий абсорбент из абсорбера 18, регенеративный теплообменник 19 абсорбента, регенератор 20, с размещенным внутри его корпуса нагревателем 21 абсорбента, охладитель 22 абсорбента и дроссельный клапан 24. В абсорбере 18 из неконденсируемых газов извлекается до 95-97% углекислого газа, содержавшегося в них.Before entering the vacuum compressor 5, the non-condensable gases enter the
В регенераторе 20 из разогретого при помощи нагревателя 21 жидкого химического абсорбента выделяется углекислый газ. Разогретый абсорбент из регенератора 20 поступает в регенеративный теплообменник 19 абсорбента, в котором осуществляется предварительный подогрев абсорбента, удаляемого из абсорбера 18 при помощи насоса 23. Разогретый абсорбент, отдавший часть своей тепловой энергии в регенеративном теплообменнике 19, направляется из последнего в охладитель 22 абсорбента. Для снижения давления жидкого химического абсорбента перед его входом в абсорбер 18 на тракте циркуляции абсорбента, выходящем из охладителя 22 абсорбента, установлен дроссельный клапан 24. Давление внутри регенератора 20 определяется давлением, которое насос 23 создает в жидком химическом абсорбенте.In the
Углекислый газ выводится из регенератора 20 и подается в охладитель 27 углекислого газа, где, за счет использования в составе охладителя 27 тепловых труб 42 и подачи воды в водяную рубашку 41 охладителя 27, обеспечивается расхолаживание углекислого газа до расчетной температуры и соответственно подогрев питательной воды. Питательная вода подается в водяную рубашку 41 охладителя 27 при помощи насоса 15. Подогретая в водяной рубашке 41 охладителя 27 питательная вода по магистрали, оснащенной соответствующей запорно-регулирующей арматурой, направляется в бак-накопитель 11 подогретой воды. Охлажденный углекислый газ по газовой магистрали, на которой размещена соответствующая запорно-регулирующая арматура и дроссельный клапан 28, сбрасывается из охладителя 27 в льдогенератор 29 «сухого» льда. Льдогенератор 29 оснащен водяной рубашкой 30, в которую из бака-накопителя 11 подогретой воды периодически подается подогретая питательная вода для удаления из льдогенератора 29 товарного «сухого» льда. Товарный «сухой» лед из льдогенератора 29 поступает в хранилище 32, из которого поставляется потребителю по стрелке «Л». Охлажденная в водяной рубашке 30 льдогенератора 29 питательная вода сбрасывается в напорную водяную магистраль конденсатора 10 смешивающего типа.Carbon dioxide is removed from the
При повышенной плюсовой температуре окружающей среды из газовой магистрали охлажденного углекислого газа часть газа отбирается и по газопроводу, с установленной на нем соответствующей запорно-регулирующей арматурой и дроссельным клапаном 33, направляется в поверхности охлаждения охладителя 1 атмосферного воздуха. Из охладителя 1 отработавший углекислый газ по сбросному газопроводу, оснащенному соответствующей запорно-регулирующей арматурой, сбрасывается в охладитель 22 абсорбента и затем в абсорбер 18 через дроссельный клапан 34.At an increased positive ambient temperature, part of the gas is taken from the gas line of the cooled carbon dioxide and through the gas pipeline, with the corresponding shut-off and control valves installed on it and a
При извлечении товарного «сухого» льда из льдогенератора 29 в льдогенераторе 29 выделяется некоторое количество углекислого газа, которое удаляется из него по газопроводу, подключенному к сбросному газопроводу углекислого газа охладителя 1 атмосферного воздуха. Сбросной газопровод льдогенератора 29 оборудован соответствующей запорно-регулирующей арматурой.When removing marketable “dry” ice from the ice maker 29, an amount of carbon dioxide is released in the ice maker 29, which is removed from it through a gas pipeline connected to the carbon dioxide exhaust gas pipe of the cooler 1 of atmospheric air. The waste gas pipeline of the ice maker 29 is equipped with appropriate shut-off and control valves.
В вакуумном компрессоре 5 неконденсируемые газы сжимаются до давления, которое обеспечивает их сброс в окружающую среду. На выхлопе вакуумного компрессора 5 установлен охладитель 35 выхлопа вакуумного компрессора 5, в котором за счет расхолаживания неконденсируемых газов производится нагрев питательной воды до температуры, обеспечивающей ее использование для выработки в теплофикационном бойлере 38 тепловой энергии для нужд потребителей. Из теплофикационного бойлера 38 обратная питательная вода направляется в сбросную водяную магистраль конденсатора 10 смешивающего типа.In the vacuum compressor 5, non-condensable gases are compressed to a pressure that ensures their discharge into the environment. At the exhaust of the vacuum compressor 5, a cooler 35 of the exhaust of the vacuum compressor 5 is installed, in which, due to the cooling of the non-condensable gases, the feed water is heated to a temperature ensuring its use to generate thermal energy in the
Неконденсируемые газы после прохождения через охладитель 35 выхлопа вакуумного компрессора 5 поступают в охладитель 36 уходящих газов турбоустановки. В охладителе 36 осуществляется дополнительное расхолаживание уходящих газов до расчетной температуры (порядка 43-45°С). Дополнительное расхолаживание уходящих газов обеспечивается за счет использования в составе охладителя 36 тепловых труб 44 и подачи питательной воды при помощи насоса 15 в водяную рубашку 43 охладителя 36 уходящих газов турбоустановки. Подогретая питательная вода из водяной рубашки 43 охладителя 36 уходящих газов подается на входной коллектор теплообменных поверхностей охладителя 35 выхлопа вакуумного компрессора 5. Уходящие газы после прохождения через охладитель 36 уходящих газов направляются в дымовую трубу 37, через которую сбрасываются в атмосферу.Non-condensable gases after passing through the cooler 35 of the exhaust of the vacuum compressor 5 enter the cooler 36 of the exhaust gases of the turbine. In cooler 36, an additional cooling of the flue gases is carried out to the calculated temperature (about 43-45 ° C). An additional cooling of the exhaust gases is ensured by using
Предлагаемая парогазовая турбоустановка смешивающего типа имеет повышенную полезную удельную единичную модность и КПД благодаря более полной утилизации тепла в термодинамическом цикле турбоустановки и введению в состав оборудования турбоустановки дополнительных устройств, обеспечивающих удаление из уходящих газов установки углекислого газа (CO2). Так, в турбоустановке (Фиг. 1) при максимальной температуре парогазовой смеси, равной 1100°С, достигается КПД порядка 57,6% и полезная удельная единичная мощность установки порядка 1,59 МВт·с/кг воздуха, поступающего в термодинамический цикл турбоустановки. При максимальной температуре парогазовой смеси, равной 1250°С, в турбоустановке достигается КПД порядка 63,5% и полезная удельная единичная мощность установки порядка 1,74 МВт·с/кг воздуха.The proposed combined-type gas turbine turbine unit has an increased useful specific unit modality and efficiency due to more complete heat recovery in the thermodynamic cycle of the turbine unit and the introduction of additional devices into the turbine unit equipment that ensure the removal of carbon dioxide (CO 2 ) from the exhaust gases. So, in a turbine plant (Fig. 1) at a maximum temperature of a gas-vapor mixture equal to 1100 ° С, an efficiency of about 57.6% and a useful unit specific power of the installation of about 1.59 MW · s / kg of air entering the thermodynamic cycle of a turbine plant are achieved. At the maximum temperature of the vapor-gas mixture equal to 1250 ° C, an efficiency of about 63.5% and a useful unit specific power of the installation of about 1.74 MW · s / kg of air are achieved in the turbine.
Промышленная применимость.Industrial applicability.
Настоящее изобретение может быть использовано для производства электрической и тепловой энергии в тепловой энергетике. Кроме того, парогазовая турбоустановка смешивающего типа может быть применена в качестве силового или приводного двигателя на нефте- и газопроводах, судах морского и речного флота, железнодорожном транспорте, грузовом автотранспорте и других самоходных средствах.The present invention can be used for the production of electrical and thermal energy in thermal energy. In addition, a combined-cycle turbine-type turbine unit can be used as a power or drive engine in oil and gas pipelines, ships of the sea and river fleet, railway transport, freight vehicles and other self-propelled vehicles.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007132777/06A RU2359135C2 (en) | 2007-08-31 | 2007-08-31 | Gas-vapour turbine plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007132777/06A RU2359135C2 (en) | 2007-08-31 | 2007-08-31 | Gas-vapour turbine plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007132777A RU2007132777A (en) | 2009-03-10 |
| RU2359135C2 true RU2359135C2 (en) | 2009-06-20 |
Family
ID=40528167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007132777/06A RU2359135C2 (en) | 2007-08-31 | 2007-08-31 | Gas-vapour turbine plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2359135C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2654664C1 (en) * | 2017-05-05 | 2018-05-21 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | Method for thermal processing and utilization of carbon-containing substances |
| RU201662U1 (en) * | 2020-05-29 | 2020-12-28 | Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон" | GAS TURBINE UNIT AIR COOLER |
-
2007
- 2007-08-31 RU RU2007132777/06A patent/RU2359135C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2654664C1 (en) * | 2017-05-05 | 2018-05-21 | Общество с ограниченной ответственностью "НОВАЯ ЭНЕРГИЯ" | Method for thermal processing and utilization of carbon-containing substances |
| RU201662U1 (en) * | 2020-05-29 | 2020-12-28 | Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон" | GAS TURBINE UNIT AIR COOLER |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007132777A (en) | 2009-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101203660B (en) | Steam generation plant and method for operation and retrofitting of a steam generation plant | |
| CN102003285B (en) | Improved exhaust gas recirculating system and method for a turbomachine | |
| US4426842A (en) | System for heat recovery for combustion machine including compressor for combustion air | |
| RU2215165C2 (en) | Method of regeneration of heat of exhaust gases in organic energy converter by means of intermediate liquid cycle (versions) and exhaust gas heat regeneration system | |
| JP2012117517A (en) | Heat exchanger for combined cycle power plant | |
| RU2539943C2 (en) | Method for removing entrapped gas in power production system with combined cycle | |
| EP2253807A1 (en) | Gas turbine cycle or combined steam-gas cycle for production of power from solid fuels and waste heat | |
| CN102451599B (en) | Carbon dioxide recovery method and carbon-dioxide-recovery-type steam power generation system | |
| JP4659601B2 (en) | Energy supply system, energy supply method, and energy supply system remodeling method | |
| RU2273741C1 (en) | Gas-steam plant | |
| KR101185444B1 (en) | system for recovering waste heat from engine of ship applying exhaust gas recirculation | |
| JP2007205169A (en) | Energy supply system and energy supply method | |
| RU2359135C2 (en) | Gas-vapour turbine plant | |
| RU2409746C2 (en) | Steam-gas plant with steam turbine drive of compressor and regenerative gas turbine | |
| RU2412359C1 (en) | Operating method of combined cycle plant | |
| RU2411368C2 (en) | Operating method of power plant with gas turbine unit | |
| RU2362890C2 (en) | Steam-and-gas turbo-installation | |
| WO2003104636A1 (en) | A method and a device for production of mechanical work and cooling/heating in conjunction with a combustion machine | |
| RU2611138C1 (en) | Method of operating combined-cycle power plant | |
| RU2194870C2 (en) | Method of operation and design of gas turbine plant with complex system of deep recovery of heat and production of harmful effluents | |
| RU2693567C1 (en) | Method of operation of steam-gas plant of power plant | |
| RU2272915C1 (en) | Method of operation of gas-steam plant | |
| RU2745182C1 (en) | Liquefied natural gas combined cycle plant | |
| RU2272914C1 (en) | Gas-steam thermoelectric plant | |
| JPH08260909A (en) | Fresh water generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200901 |