RU23921U1 - Энергетическая газотурбинная комбинированная установка - Google Patents

Abstract

Энергетическая газотурбинная комбинированная установка, содержащая осевой компрессор, камеру сгорания, каскад газовых турбин, конденсатор-холодильник, внешний охладитель конденсата, блок очистки, расходный бак, насос, силовую газовую турбину, электрогенератор, отличающаяся тем, что за осевым компрессором установлен промежуточный теплообменник, соединенный воздухоподводом с центробежным компрессором, а водоподводом - с камерой сгорания, причем за каскадом газовых турбин установлен конденсатор-холодильник, который в верхней части соединен газопроводом с силовой газовой турбиной, связанной с электрогенератором, при этом конденсатор-холодильник имеет водоотстойник, соединенный через блок очистки конденсата, через внешний охладитель и через расходный бак - с насосом высокого давления.

Description

МКИ F 02 с 3/30 2001133820

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ УСТАНОВКА

Нредполагаемая полезная модель «Энергетическая газотурбинная комбинированная установка относится к энергетическому машиностроению и может быть использована при перевооружении ТЭЦ и КЭС на основе парогазовых технологий с использованием опыта авиационной промышленности с возможностью быстрого увеличения выработки электроэнергии, тепла и холода.

Известен способ работы газотурбинной установки и установка для его осуществления, где газотурбинная установка снабжена теплообменником с промывочным устройством, смесительным инжектором со струйными соплами, байпасным трубопроводом, подключенным к выходу из турбины и струйным соплам, промежуточным охладителем сжимаемого воздуха, установленным между ступенями компрессора и выполненным в виде струйного газовоздушного агрегата со сборником отсепарированной воды, подключенным к камере сгорания, паропроводом и трубопроводом подачи воды, подключенными к охладителю. Выхлопной тракт турбины имеет две теплообменные секции, первая секция выполнена в виде котла-утилизатора, вторая в виде инжектора, подключенного к атмосфере. Используется известная установка для утилизации тепла выхлопных газов.

Это техническое решение принято за аналог и представлено в патенте РФ № 2088774 с приоритетом от 27 декабря 1993 г. Недостатком технического решения по аналогу является усложненный технологический цикл, что увеличивает сложность ее изготовления.

научно-производственного предприятия Машпроект Украина г.Николаев. Это техническое решение принято за прототип и представлено в проспекте, который прилагается.

Установка содержит осевой компрессор, камеру сгорания, каскад газовых турбин, котел-утилизатор, конденсатор-холодильник, внешний охладитель конденсата, блок очистки, расходный бак, насос, силовую газовую турбину, электрогенератор.

В известном техническом решении теплота уходяп ;их из двигателя газов утилизируется в паровом котле, полученный пар впрыскивается в камеру сгорания двигателя и смешивается с газовым потоком, энергия парогазового потока используется для привода компрессоров двигателя и получения полезной мощности в турбине нагнетателя.

Недостатком технического решения является то, что установка работает только на выработку механической работы.

Предлагаемая энергетическая газотурбинная комбинированная установка позволяет повысить эффективность работы за счет получения электроэнергии, тепла и холода.

Поставленная цель достигается путем рациональной компоновки ее узлов.

Предлагаемое техническое решение отличается от известного тем, что в установке за осевым компрессором установлен промежуточный теплообменник, соединенный воздухоподводом с центробежным компрессором и водоподводом с камерой сгорания, где в камеру сгорания впрыскивается вода, отобравшая тепло от воздуха, который нагрелся при работе осевого компрессора. За каскадом газопаровых турбин расположен конденсаторхолодильник, соединенный с каскадом газопаровых турбин парогазовым патрубком, в верхней части конденсатор-холодильник соединен газопроводом с силовой газовой турбиной, соединенной с электрогенератором. Конденсатор-холодильник имеет водоотстойник, соединенный с блоком очистки, с внешним охладителем конденсата, с расходным баком, с насосом высокого давления, подаюшим воду в промежуточный теплообменник.

Предложенная установка с отмеченными отличиями обеспечивает повышение давления в камере сгорания путем повьтшения давления в компрессоре, применяя промежуточный теплообменник, в котором воздух, постуиающий по воздухоподводу промежуточного теплообменника, охлаждается

водой, циркулирующей в замкнутом контуре, подающейся по водоподводу промежуточного теплообменника и имеющей давление более 100 атм.

(РВ кг/см), которое обеспечивает насос высокого давления.

Вода, подающаяся по водоподводу промежуточного теплообменника с давлением более 100 атм. и подогретая в промежуточном теплообменнике до температуры кипения, но обязательно в жидкой фазе, впрыскивается в камеру сгорания в виде водопаровой смеси, образуя газопаровую смесь высокой температуры и давления в самой камере сгорания, одновременно снижая температуру конструктивных элементов и снижая местную температуру продуктов сгорания, до значения не намного превыщающего температуру газопаровой смеси. Эта температура определяет количество впрыскиваемой в камеру сгорания водопаровой смеси, так как а - коэффициент избытка воздуха в камере сгорания не должен быть меньще, чем а 1,4, для осуществления

высокой эффективности Т 0,99. Такая схема предложенной установки позволяет осуществить высокую степень повышения давления до ТГк ЮО, что способствует повыщению к.п.д. цикла и увеличивает полюную работу за счет зтменьшения работы сжатого воздуха в ступени камеры высокого давления и сжатия воды. Конденсация паров воды газопаровой смеси, поступающей из каскада газопаровых турбин, происходит в конденсаторе - холодильнике. Газовая смесь, охлажденная до температуры 50-60°С и очищенная от капелек воды, поступает по газопроводу от конденсатора-холодильника в сборный коллектор силовой газовой турбины, вращающейся с оборотами электрогенератора (3000 .). Обороты вала основной газопаровой турбины отличаются от оборотов электрогенератора и назначаются от обеспечения плавной проточной части всех трех каскадов турбин. Для выравнивания оборотов применяют редуктор. Конденсатор-холодильник охлаждается технической водой, параметры которой определяются потребителем, температура по требованию потребителя может регулироваться в гфеделах от 90 до 200°С. Охлажденный коцденсат из водоотстойника конденсаторахолодильника поступает в блок очистки конденсата, затем через внешний охладитель, через расходный бак поступает в насос высокого давления, который подает воду в промежуточный теплообменник. Газовая турбина обеспечивает дополнительную работу от газа, поступающего по газопроводу от

конденсатора-холодильника, за счет расширения газа с давления в коллекторе до давления в выхлопной шахте, где температура газа снижается до отрицательных значений (от -6 до -12°С) по требованию заказчика. Получение холода способствует использованию эффекта теплового насоса воздуха го атмосферы.

Энергетическая газотурбинная комбинированная установка схематично представлена на фигуре. Установка включает осевой компрессор 1, промежуточный теплообменник 2, воздухоподвод 3 промежуточного теплообменника 2, водоподвод 4 промежуточного теплообменника 2, центробежный компрессор 5, насос 6 высокого давления, камеру сгорания 7, каскад газовых турбин 8, парогазовый патрубок 9, конденсатор-холодильник 10, газопровод 11 конденсатора-холодильника 10, силовую газовую турбину 12, водоотстойник 13 конденсатора-холодильника 10, блок очистки конденсата 14, внешний охладитель 15 конденсата, расходный бак 16, редуктор 17, электрогенератор 18, вход технической воды 19, выход технической воды 20.

Работа установки, схематично представленной на фигуре, осуш;ествляется следуюпщм образом.

Осевой компрессор 1 сжимает воздух до 71к 23, сжатый горячий воздух подается в промежуточный теплообменник 2 по воздухоподводу 3 промежуточного теплообменника 2. Сжатый горячий воздух охлаждается водой высокого давления (более 100 атм.), поступающей по водоподводу 4 промежуточного теплообменника 2 от насоса 6 высокого давления. Охлажденный сжатый воздух с температурой 328К, поступает по воздухоподводу 3 промежуточного теплообменника 2 к центробежному компрессору 5, где дополнительно сжимается до ТГк 3,5-5, и поступает в камеру сгорания 7. Одновременно в камеру сгорания 7 подается из промежуточного теплообменника 2 по водоподводу 4 нагретая до температуры 450-550 К, вода, но в жидком состоянии и с давлением, превышающим давление газа в камере сгорания 7 на 10-20 атм. Вода подается в полость за фронтом горения топлива камеры сгорания 7. На выходе камеры сгорания 7 образуется газопаровая смесь с температурой более 1550 К, но не выше температуры сгорания топлива в воздухе с а 1,4 и парообразования смеси. Газопаровая смесь поступает в каскад газопаровых турбин 8, которые приводят во вращение каскады осевого компрессора 1, ценгробежного компрессора 5 и ступени силовой газовой турбины 12.

Газопаровая смесь на выходе каскада газопаровых турбин 8 поступает по парогазовому патрубку 9 в конденсатор-холодильник 10. В конденсаторехолодильнике 10 происходит охлаждение и конденсация паров при давлении выше атмосферного (3-5атм.) и до температуры 330-340 К. Отвод тепла от конденсатора-холодильника 10 осуществляется технической водой на входе 19с температурой наружного воздуха и на выходе 20 с температурой, согласованной с потребителем, в пределах 430-470 К. Выход охлажденного конденсата осуществляется из водоотстойника 13 конденсатора-холодильника 10 и поступает в блок очистки конденсата 14, затем во внешнем охладителе 15 конденсата температура конденсата (охлаждающей воды) снижается до окружающей температуры, охлажденная вода поступает в расходный бак 16 и оттуда поступает в насос 6 высокого давления. В верхней части конденсатора-холодильника 10 расположен газопровод 11, по которому газ с давлением 3-5 атм. и температурой 330-340 К поступает в силовую газовую турбину 12. Температура газа, отработанного в силовой газовой турбине 12, снижается до отрицательных значений. Значение температуры и давления согласовываются с заказчиком склада хранения продуктов. Силовая газовая турбина 12 передает дополнительную энергию на вал редуктора 17, соединенного с электрогенератором 18. Основную мощность редуктор 17 получает от силовой газопаровой турбины каскада 8.

Применение конденсатора-холодильника с давлением среды выше атмосферного использовано впервые. Использование наличия пара в газовоздушной смеси снижает долю вредных примесей в продуктах сгорания и позволяет применить паровое охлаждение деталей камеры сгорания в проточной части турбины, а также повышает значения температур без уменьшения надежности работы установки при повышенных температурах газа, с использованием тех же материалов деталей проточной части турбины. Повышение давления выше атмосферного значительно снижает металлоемкость конструкции системы конденсатора-холодильника.

Д.

Claims (1)

1. Энергетическая газотурбинная комбинированная установка, содержащая осевой компрессор, камеру сгорания, каскад газовых турбин, конденсатор-холодильник, внешний охладитель конденсата, блок очистки, расходный бак, насос, силовую газовую турбину, электрогенератор, отличающаяся тем, что за осевым компрессором установлен промежуточный теплообменник, соединенный воздухоподводом с центробежным компрессором, а водоподводом - с камерой сгорания, причем за каскадом газовых турбин установлен конденсатор-холодильник, который в верхней части соединен газопроводом с силовой газовой турбиной, связанной с электрогенератором, при этом конденсатор-холодильник имеет водоотстойник, соединенный через блок очистки конденсата, через внешний охладитель и через расходный бак - с насосом высокого давления.