UA47789A - Спосіб перетворення теплової енергії у механічну роботу в газопаротурбінній установці - Google Patents

Abstract

Спосіб перетворення теплової енергії в механічну в газопаротурбінній установці включає процеси стискання повітря, спалювання вуглеводневого палива при змішуванні продуктів згоряння з водяною парою, охолодження газопарової суміші при її розширенні в турбінах, утилізації теплоти відпрацьованих газів в котлі-утилізаторі з одержанням енергетичної пари, що впорскується в камеру згоряння, конденсацію вологи і сепарацію її з охолодженої газопарової суміші, поглинання шкідливих викидів з вихлопних газів, хімічне очищення конденсату. Відвід частини теплоти відпрацьованих газів після котла-утилізатора до низькокиплячого робочого тіла у внутрішньому контурі рекуперативного теплообмінника проводять з одночасним охолодженням вихлопних газів і конденсацією водяної пари, що міститься в них у зовнішньому контурі теплообмінника при атмосферному тиску і температурі, яка відповідає складу парогазової суміші. При цьому низькокипляче робоче тіло нагрівають до температури насичення і вище та подають в парову турбіну.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до області газотурбобудування, зокрема до енергетичних газопаротурбінних установок, і 2 може бути використаний при проектуванні нових і модернізації існуючих газопарових установок, а також газотурбінних установок простого циклу і особливо установок з регенеративним підігрівом циклового повітря.

В газопаротурбінних установках із вприскуванням енергетичної пари в проточну частину проблеми подальшого підвищення економічності пов'язані в першу чергу з утилізацією низькопотенційної теплоти, що знаходиться в вихлопних газах, які являють собою парогазову суміш і яка складається з повітря, продуктів згорання і пари після виходу з котла-утилізатора.

Відомий спосіб, що включає такі процеси: стиснення повітря, спалювання вуглеводневого палива з подачею в камеру згоряння водяної пари, охолодження газопарової суміші при здійсненні роботи за рахунок її розширення, утилізацію теплоти газів, що відпрацювали, та конденсацію і сепарацію з них вологи за допомогою теплообмінника (див. а.с. СРСР Мо 1826614А1, РО2С 6/18, 1989 р.). 19 Істотними недоліками вказаного способу є: відносно низький температурний рівень середовища що використовується для нагріву конденсату, що обмежує граничну величину підігріву теплоносія - 100 С; малі величини витрат палива - менше 1095 від витрати робочого тіла в установці, що обмежує кількість переданої теплоти до теплоносія що нагрівається.

Внаслідок цього ефективність утилізації низькопотенційної теплоти в такій установці невисока.

Відомий спосіб перетворення теплової енергії в механічну роботу в газопаротурбінній установці, що включає такі процеси: стиснення повітря, спалювання вуглеводневого палива при змішуванні продуктів згоряння з водяною парою, що вприскується, охолодження газопарової суміші при здійсненні роботи за рахунок її розширення, утилізацію теплоти вихлопних газів, конденсацію вологи і сепарацію її з охолодженої газопарової 29 суміші при безпосередньому контакті з водою що охолоджує, поглинання шкідливих викидів із вихлопних газів, « охолоджувальною водою, поділ суміші охолоджувальної води і конденсату з абсорбійованими шкідливими домішками на декілька потоків, які очищають і один із них використовують для одержання пари, а інші для охолодження газів, що відпрацювали, і конденсації вологи (див. патент України Мо 15427, БО2С 6/18, 1997 р.,

Бюлл. Мо 3). о 30 Істотними недоліками цього способу є: с втрата значної частини теплоти газопарової суміші з температурою 180 - 2007"С водою, що охолоджує контактно-змішувальний газоохолоджувач-конденсатор; - витрати для охолодження значної кількості води, що в 4,5 - б разів перевищують витрати робочого тіла ча газопаротурбінної установки. 325 Тому глибина утилізації теплоти газів, що відходять, і отже економічність установки недостатньо високі. в

В основу винаходу покладена задача удосконалення способу перетворення теплової енергії в механічну шляхом відводу частини теплоти газів, що відходять після котла-утилізатора, до низькокиплячого робочого тіла у внутрішньому контурі теплообмінника з одночасним їх охолодженням водою в зовнішньому контурі, що « дозволяє провести більш глибоку утилізацію теплоти відпрацьованих газів, а, отже, збільшити механічну або З 70 електричну потужність газопаротурбінної установки на 4 - бро, а її ккд на 1 - ЗУ». Крім того, за рахунок більш с глибокої утилізації зменшується теплове забруднення атмосфери, тобто поліпшуються екологічні

Із» характеристики газопаротурбінної установки, зменшуються в 5 - 10 раз витрати води в змішувальному газоохолоджувачі-конденсаторі газопарової суміші, а також для охолодження у водяному охолоджувачі.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі перетворення теплової енергії в газопаротурбінній 45 установці, що включає процеси стиснення повітря, спалювання вуглеводного палива при змішуванні продуктів шк згорання з водяною парою, охолодження газопарової суміші при її розширенні в турбінах, утилізацію теплоти -І відпрацьованих газів в котлі-утилізаторі з одержанням енергетичної пари, що впорскується в камеру згоряння, конденсацію вологи і сепарацію її з охолодженої газопарової суміші, поглинання шкідливих викидів з вихлопних це. газів, хімічне очищення конденсату згідно винаходу проводять відвід частини теплоти відпрацьованих газів о 20 після котла-утилізатора до низькокиплячого робочого тіла у внутрішньому контурі рекуперативного теплообмінника з одночасним охолодженням вихлопних газів і конденсацією водяної пари, що міститься в них у с зовнішньому контурі теплообмінника при атмосферному тиску і температурі, яка відповідає складу парогазової суміші, при цьому низькокипляче тіло нагрівають до температури насичення і вище і подають в парову турбіну.

Відвід частини теплоти відпрацьованих газів до низькокиплячого робочого тіла, дозволяє використати значну частину теплоти, яка раніше викидалася з охолоджувальною водою в навколишнє середовище, в енергетичному в. контурі для здійснення паросилового циклу, що дозволяє отримати додаткову механічну або електричну енергію і завдяки цьому підвищити ккд установки.

Зниження в рекуперативній частині теплообмінника температури газів, що відходять з котла-утилізатора і являють собою суміш продуктів згоряння і водяної пари, до температури, рівної або близької до температури бо конденсації газопарової суміші, дозволяє значно зменшити витрати охолоджуючої води, яка подається в контактно-змішувальну секцію теплообмінника для повної конденсації та уловлювання водяної пари, а також шкідливих елементів, що містяться у вихлопних газах, а також істотно скоротити витрати води на охолодження теплоносія (води), що циркулює в зовнішньому контурі теплообмінника. Таким чином зменшується загальна кількість теплоти, що викидається в оточуюче середовище з охолоджувальною водою. бо На фіг. показана схема газопаротурбінної установки в якій реалізується запропонований спосіб. Установка включає газотурбінний двигун 1, що складається з компресорів і газових турбін високого і низького тиску (на схемі не позначено), камеру згоряння 2, вихлопний патрубок З і навантажуючу частину (нагнітач природного газу, електрогенератор, тощо) 4. На виході з вихлопного патрубка З встановлений котел-утилізатор 5, за ним розташований рекуперативний теплообмінник б, що складається з пароперегрівника 7, випарної 8 і контактно-змішувальної частини 9 яка є конденсатором-газоохолоджувачем 9.

До складу установки також входять збірник конденсату 10, живильний насос 11, охолоджувач води 12, насос охолоджувальної води 13. В утилізаційний енергетичний контур установки також входять парова турбіна 14, що приводить у дію нагнітач або ж електрогенератор, конденсатор 15 і живильний насос 16. 70 Спосіб перетворення теплової енергії в механічну здійснюється таким чином.

Парогазова суміш, що утворилася в камері згоряння 2 при змішуванні продуктів згоряння і пари, що поступає в камеру з котла-утилізатора, після виконання роботи в турбінах надходить через вихлопний патрубок З в зовнішній контур котла-утилізатора 5, де частину скидної теплоти турбіни віддає на генерацію енергетичної пари у внутрішньому контурі котла-утилізатора 5. Після цього частково охолоджену газопарову суміш подають у 7/5 Зовнішній контур теплообмінного апарата, де вона, віддаючи свою теплоту і знижуючи температуру майже до рівня початку конденсації водяних парів, послідовно проходить пароперегріваючу секцію 7, випарну секцію 8 і контактно-змішувальну секцію 9 теплообмінника. При цьому частина водяної пари, що міститься в газопаровій суміші, конденсується на зовнішніх поверхнях випарної частини апарата 8, а частина, що залишилася, конденсується в контактно-змішувальній частині У, що обладнана сепараторами для уловлювання водяних крапель. Після контактного конденсатора відпрацьовані вихлопні гази із зниженими температурою та вмістом хімічно активних і шкідливих елементів викидають в атмосферу. Конденсат, що утворився, збирають у збірник конденсату 10 і розподіляють на два потоки. Один потік за допомогою конденсатного насоса 11 спрямовують у котел-утилізатор, другий потік спрямовують в охолоджувач води 12. Охолоджену воду за допомогою водяного насоса 13 подають на зрошувані тепло-массообмінні насадки в контактно-змішувальній частині 9 теплообмінного ов апарата. Перший потік конденсату, із якого утворюють енергетичну пару, піддають постійному хімічному очищенню, другий потік, що спрямовується в контактно-змішувальну частину теплообмінника піддають « періодичному очищенню.

Низькокипляче робоче тіло (наприклад, пентан або ізобутан) за допомогою живильного насоса 16 подається у внутрішній рекуперативний контур теплообмінника б і послідовно проходить випарну секцію 8, а за нею Ге! зо перегріваючу секцію 7, в яких воно спочатку випаровується, а потім перегрівається до температури насичення і веде (120 - 20072), далі перегріта пара надходить у парову турбіну 14, де розширяючись і знижуючи со температуру, виконує роботу, приводячи в дію нагнітач природного газу, або ж електрогенератор. Відпрацьована М пара конденсується в конденсаторі 15 і за допомогою живильного насоса 16 подається в теплообмінник 6, замикаючи паросиловий цикл. -

Claims (1)

1. «

   Формула винаходу

   Спосіб перетворення теплової енергії в механічну в газопаротурбінній установці, що включає процеси «

   70 стискання повітря, спалювання вуглеводневого палива при змішуванні продуктів згоряння з водяною парою, ш-в с охолодження газопарової суміші при її розширенні в турбінах, утилізації теплоти відпрацьованих газів в котлі-утилізаторі з одержанням енергетичної пари, що впорскується в камеру згоряння, конденсацію вологи і :з» сепарацію її з охолодженої газопарової суміші, поглинання шкідливих викидів з вихлопних газів, хімічне очищення конденсату, який відрізняється тим, що проводять відвід частини теплоти відпрацьованих газів після котла-утилізатора до низькокиплячого робочого тіла у внутрішньому контурі рекуперативного теплообмінника з їз одночасним охолодженням вихлопних газів і конденсацією водяної пари, що міститься в них у зовнішньому контурі теплообмінника при атмосферному тиску і температурі, яка відповідає складу парогазової суміші, при і цьому низькокипляче робоче тіло нагрівають до температури насичення і вище та подають в парову турбіну. -І о 50 іЧе)

   Р

   60 б5