КОМБИНИРОВАННАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Комбинированная энергетическая установка.
Полезная модель относится к энергетике, в частности к устройствам для получения электрической и тепловой энергии путем сжигания газообразного, жидкого, твердого топлива и отходов, содержащих органические и минеральные горючие вещества, а также для газификации твердого топлива, и может быть использовано в других отраслях хозяйства, в результате деятельности которых образуются отходы, подлежащие сжиганию или огневому обезвреживанию.
Известно устройство комбинированного сжигания твердого и жидкого топлива и горючих отходов в кипящем слое ( патент РФ № 2006747 от 30.01.94), содержащее камеру сгорания кипящего слоя с топливоподачей, конвективными поверхностями нагрева, газораспределительной решеткой и коробом подачи воздуха, в нижней части камеры, к которому подключен выхлопной газоход дизельгенератора. Для поддержания температурного режима в топке установлена система подачи жидкого топлива непосредственно в кипящий слой. Кроме того, с целью устранения слипания в кипящем слое влажных горючих материалов, к коробу подачи воздуха и надслоевому пространству камеры сгорания присоединены специальные резонаторы переменного объема.
Недостатками данного устройства являются:
F23C11/02
-необходимость контроля и регулирования оптимального соотношения воздуха и выхлопных газов дизель -генератора при их совместной (одновременной) подаче в короб под газораспределительной решеткой для ожижения кипящего слоя, особенно при переменных нагрузках;
-ограничение по увеличению мощности камеры сгорания с кипящим слоем из-за ограниченного диапазона давления выхлопных газов (200-800 Да Па), создаваемого дизель-генератором и низкого уровня температуры газов после смешивания их с холодным воздухом от дутьевого вентилятора.
-необходимость подвода дизельного топлива непосредственно в кипящий слой для поддержания необходимого уровня температур в слое, способствующая местному шлакованию слоя и участка газораспределительной решетки в районе распыливающей дизельное топливо форсунки, а также закоксовыванию самой форсунки, что снижает надежность работы этого устройства,
-усложнение конструкции устройства, вследствие того, что из-за низких и пульсирующих параметров (температуры и давления) газовоздушной смеси, при сжигании влажных горючих материалов, возникает необходимость в применении резонаторов переменного объема.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и выбранным в качестве прототипа, является установка комбинированного цикла (А.П.Баскаков и др., Котлы и топки с кипящим слоем.-М., Энергоиздат, 1995, стр. 254-257). Установка содержит газотурбиный агрегат (ГТА), пылеугольный паровой котел и предтопки кипящего слоя, имеющие газораспределительные решетки. При этом, выхлопной газоход
злом о 61 #2
газотурбинного агрегата соединен с надслоевым пространством предтопков кипящего слоя и топочным объемом парового котла. Выхлопные газы после газовой турбины используются для дожигания мелких фракций несгоревшего твердого топлива, вынесенных из кипящего слоя. Для ожижения материала кипящего слоя в предтопках применяется воздушное дутье. При этом воздух подается под газораспределительные решетки предтопков кипящего слоя.
Недостатком этой установки является то, что не используется энергия напора выхлопных газов от ГТА, а только утилизируется их тепло, что вызывает необходимость высоконапорного воздушного дутья под газораспределительную решетку кипящего слоя. Это влечет за собой усложнение устройства, так как установка содержит высоконапорный дутьевой вентилятор, имеющий высокие энергозатраты на собственные нужды.
Кроме того, установка имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет сжигать высоковлажное топливо или подвергать высокотемпературной обработке негорючие материалы. Дополнительный постоянный подвода тепла в кипящий слой для решения этой проблемы потребовал бы установки внешних теплогенерирующих устройств.
Задачей заявляемой полезной модели является упрощение устройства при одновременном расширении его функциональных возможностей.
Указанная задача решается в заявляемой комбинированной энергетической установке, содержащей топку с кипящим слоем, снабженную газораспределительной решеткой и газотурбинный агрегат, выхлопной патрубок которого соединен с надслоевым пространством
топки кипящего слоя за счет того, что выхлопной патрубок газотурбинного агрегата дополнительно соединен с газораспределительной решеткой.
Дополнительно установка может содержать устройство утилизации тепла дымовых газов.
Предлагаемая совокупность признаков позволяет решить поставленные задачи за счет того, что выхлопные газы газовой турбины, постоянно подаваемые в газораспределительную решетку топки кипящего слоя, обладают свойствами (энергией напора, температурой и содержанием кислорода ), позволяющими использовать их вместо горячего дутьевого воздуха, направляемого в газораспределительную решетку для ожижения и разогрева слоя инертного материала. Поэтому можно отказаться от использования высоконапорного дутьевого вентилятора и внешнего теплогенерирующего устройства, что упрощает схему всей установки, а постоянный подвод с выхлопными газами тепла, необходимого для подсушки влажного топлива, позволяет сжигать высоковлажное твердое топливо и шламы или подвергать высокотемпературной обработке негорючие материалы расширяя, за счет этого, функциональные возможности установки.
На фиг. приведена схема предлагаемого устройства. Комбинированная энергетическая установка содержит газотурбинный агрегат (1) с воздушным турбокомпрессором (2), камерой сгорания (3), электрогенератором (4), газовой турбиной (5) и топку (6) кипящего слоя с газораспределительной решеткой (7), на которой расположен слой инертного материала (8), устройство подачи твердого топлива (9). Выхлопной патрубок газовой турбины (5) газотурбинного агрегата (1) соединен, например газоходом (10), с газораспределительной решеткой
(7) и с надслоевом пространством топки (6) кипящего слоя. Установка может содержать также устройство утилизации тепла дымовых газов. В нашем примере это котел (11) с поверхностями нагрева (12). В качестве устройства утилизации может быть использовано любое другое теплообменное оборудование, выбор которого определяется конкретными условиями работы комбинированной энергетической установки.
Устройство работает следующим образом. Турбокомпрессор (2) газотурбинного агрегата (1) забирает свежий воздух и под давлением подает его в камеру сгорания (3), в которой сгорает поступающее туда газообразное или жидкое топливо. Образовавшиеся при сгорании в камере сгорания (3) дымовые газы, приводящие в движение газовую турбину (5) и электрогенератор (4) вырабатывают электрическую мощность. После газовой турбины (5) отработанные горячие дымовые газы под давлением ( 20 КПа) направляются посредством газохода (10) в газораспределительную решетку (7) и в надслоевое пространство топки (6) кипящего слоя. Равномерно распределенные по площади топки горячие дымовые газы ожижают и разогревают слой инертного материала (8). После этого, в разогретый (600°С) кипящий слой инертного материала (8) устройством подачи топлива (9) подается органическое вещество, например, влажное твердое топливо или шлам. Попавшее в раскаленный кипящий слой (8) инертного материала влажное твердое топливо испаряет содержавшуюся в нем влагу и сгорает, выделяя тепло, которое может быть использовано для получения тепловой энергии в виде пара или горячей воды в трубных поверхностях нагрева (12) котла (11).
3UxnWB6#9
под давлением, достаточным для ожижения материала инертного слоя (8), направляются в газораспределительную решетку (7) топки (6) кипящего слоя. Газы содержат в своем составе достаточно кислорода (14% и более) для обеспечения стабильного горения низкокалорийного влажного твердого топлива или для его газификации.
Использование предлагаемой комбинированной энергетической установки позволяет вырабатывать электрическую и тепловую энергию с одновременной утилизацией разного рода органических отходов, повысить надежность и экономичность работы уменьшением количества и типов эксплуатируемого вспомогательного оборудования.