Патент на изобретение №2373403

(54) ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к энергетике. Парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины, напорный трубопровод к теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, трубопровод, соединяющий всасывающий короб турбокомпрессора с перфорированным коллектором, установленным в вытяжной башне градирни. Изобретение позволяет повысить экономичность и удельную мощность парогазовой установки электростанции, уменьшить работу сжатия в турбокомпрессоре, повысить располагаемый теплоперепад в газовой турбине и улучшить теплофизические свойства рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Известен аналог – парогазовая установка электростанции (см. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П.и др. Тепловые электрические станции. М.: Издательство МЭИ, 2005. С.380), содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной парогазовой установки электростанции, принятой за прототип, относится то, что известная парогазовая установка электростанции обладает пониженной экономичностью, так как рабочим телом в турбокомпрессоре является атмосферный воздух, а в газовой турбине – смесь продуктов сгорания органического топлива с воздухом, которые имеют низкие теплофизические свойства. Низкие теплофизические свойства атмосферного воздуха обусловливают повышенный расход энергии на привод турбокомпрессора, а низкие теплофизические свойства смеси продуктов сгорания с воздухом не обеспечивают высокий располагаемый теплоперепад в газовой турбине, что снижает мощность и экономичность парогазовой установки электростанции.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения мощности и экономичности парогазовой установки электростанции предлагается в вытяжной башне градирни установить перфорированный коллектор для забора воздуха и соединить его трубопроводом с всасывающим коробом турбокомпрессора газотурбинной установки. В этом случае в турбокомпрессор будет подаваться насыщенный водяными парами в вытяжной башне градирне и содержащий капельную влагу атмосферный воздух. Наличие в воздухе водяного пара и капельной влаги, имеющих лучшие теплофизические свойства по сравнению с атмосферным воздухом, позволяет уменьшить работу сжатия в турбокомпрессоре и одновременно повысить тепловую экономичность и удельную мощность газовой турбины. Уменьшение работы сжатия в турбокомпрессоре осуществляется за счет снижения температуры сжимаемого воздуха вследствие испарения капельной влаги, содержащейся во влажном воздухе, отводимом из вытяжной башни градирни. Увеличение удельной мощности газовой турбины обусловливается наличием в продуктах сгорания водяных паров, что приводит к повышению располагаемого теплоперепада в газовой турбине.

Технический результат – повышение экономичности и удельной мощности парогазовой установки электростанции за счет уменьшения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине вследствие улучшения теплофизических свойств рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. Особенность парогазовой установки электростанции заключается в том, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с перфорированным коллектором, установленным в вытяжной башне градирни для подачи выходящего из нее насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха в турбокомпрессор.

На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции.

Парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины 1, турбокомпрессора 2, камеры сгорания 3 и электрогенератора 4, котел-утилизатор 5, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины 6 с конденсатором 7, электрического генератора 8 и питательного насоса 9, теплообменник-утилизатор 10 теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником 11 с гидрозатвором 12, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 13, напорный трубопровод 14 к конденсатору 7 паровой турбины 6, напорный трубопровод 15 к теплообменнику-утилизатору 10 теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод 16 к градирне, состоящей из вытяжной башни 17 и водосборного бассейна 18, трубопровод 19, соединяющий всасывающий короб турбокомпрессора 2 с перфорированным коллектором 20, установленным в вытяжной башне 17 градирни.

Парогазовая установка электростанции работает следующим образом.

В вытяжную башню 17 градирни по сливному напорному трубопроводу 16 подается подогретая циркуляционная вода. Навстречу потоку воды движется холодный атмосферный воздух. В процессе непосредственного контакта теплоносителей осуществляется тепло- и массообмен между водой и воздухом: вода охлаждается, а воздух подогревается и насыщается водяными парами. При этом в воздухе будет содержаться и капельная влага вследствие ее механического уноса в процессе противоточного движения теплоносителей в вытяжной башне 17 градирни. Насыщенный водяными парами и содержащий капельную влагу воздух по трубопроводу 19 подается в турбокомпрессор 2. В турбокомпрессоре 2 в результате процесса сжатия, сопровождающегося повышением температуры, будет осуществляться испарение капельной влаги в воздух, что приведет к снижению его температуры и работы, затрачиваемой на сжатие воздуха в турбокомпрессоре 2.

Паровоздушная смесь из турбокомпрессора 2 подается в камеру сгорания 3 для осуществления процесса горения топлива. Образовавшаяся в результате сгорания топлива газопаровая смесь поступает в газовую турбину 1. В газовой турбине 1 совершается полезная работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора 2 и электрогенератора 4. Отработавшая в газовой турбине 1 газопаровая смесь поступает в котел-утилизатор 5, где генерируется пар высоких параметров, который направляется в паровую турбину 6.

В паровой турбине 6 в процессе расширения пара совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 8. Отработавший в паровой турбине пар поступает в конденсатор 7, в котором конденсируется за счет охлаждения циркуляционной водой, подаваемой по напорному трубопроводу 14 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни. Подогретая в конденсаторе 7 циркуляционная вода по сливному напорному трубопроводу 16 подается в вытяжную башню 17 градирни, где охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн 18. Конденсат отработавшего в турбине пара питательным насосом 9 подается в котел-утилизатор 5.

Уходящие газы после котла-утилизатора 5 поступают в теплообменник-утилизатор 10, где охлаждаются до температуры ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 13 по напорному трубопроводу 15. При этом водяной пар, содержащийся в уходящих газах в перегретом состоянии, конденсируется. Конденсат водяных паров, выделяющийся из продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы, стекает в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12 направляется в бак чистых стоков (не показан). Уходящие газы после теплообменника-утилизатора 10 теплоты уходящих газов через дымовую трубу (не показана) отводятся в атмосферу.

Таким образом, снабжение парогазовой установки электростанции трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с перфорированным коллектором, установленным в вытяжной башне градирни, и подача выходящего из нее насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха в турбокомпрессор, позволяют улучшить теплофизические свойства рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине и повысить экономичность и мощность парогазовой установки электростанции за счет уменьшения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине. Кроме того, подача в камеру сгорания газотурбинной установки увлажненного воздуха уменьшает концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания и количество вредных выбросов в атмосферу и увеличивает срок службы высоконапряженных элементов газотурбинной установки за счет снижения температуры газов в камере сгорания.

Формула изобретения

Парогазовая установка электростанции, содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, отличающаяся тем, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с перфорированным коллектором, установленным в вытяжной башне градирни для подачи выходящего из нее насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха в турбокомпрессор.

РИСУНКИ