ПАРОГАЗОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и энергетического машиностроения, а конкретно к парогазовой энергетической установке (варианты), которая может быть построена в результате модернизации на базе действующей паротурбинной энергетической установки для выработки электроэнергии и отпуска тепловой энергии.
Известна парогазовая энергетическая установка, содержащая кинематически связанные паровую турбину и первый электрогенератор, кинематически связанные газовую турбину с камерой сгорания, воздушный компрессор, выполненный с возможностью нагнетания атмосферного воздуха в камеру сгорания, и второй электрогенератор, а также парогенератор, связанный с паровой турбиной для подачи пара и с газовой турбиной для использования тепла продуктов горения, и систему подачи горючего, связанную с камерой сгорания (RU 2200850 С2, МПК F01K 23/10, 2003).
Эта известная схема парогазовой энергетической установки не обеспечивает продолжительную эксплуатацию газовой турбины, поскольку поступающие в нее продукты горения содержат избыток окислителя.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в реализации высокоэффективной парогазовой энергетической установки, которая построена на базе паротурбинной энергетической установки с добавлением газотурбинной установки, имеющей газовую турбину, работающую на продуктах горения, содержащих избыточное количество топлива, утилизируемого в дальнейшем цикле работы парогазовой энергетической установки.
Этот технический результат обеспечивается парогазовой энергетической установкой, которая в первом варианте содержит:
- кинематически связанные паровую турбину и первый электрогенератор;
- кинематически связанные газовую турбину с камерой сгорания, имеющей зону горения и зону смешения, воздушный компрессор, и второй электрогенератор;
- паровой котел, связанный с паровой турбиной для подачи пара и с газовой турбиной для использования тепла продуктов горения;
- систему подачи горючего.
При этом воздушный компрессор выполнен с возможностью нагнетания атмосферного воздуха в зону горения камеры сгорания, а камера сгорания выполнена с возможностью подачи продуктов горения в газовую турбину из зоны смешения и связана с системой подачи горючего с возможностью подачи горючего в зону горения и избыточного количества горючего в зону смещения.
В первом варианте выполнения парогазовой энергетической установки система подачи горючего может включать газовый компрессор для подачи газа в качестве горючего в зону горения и в зону смешения камеры сгорания, кинематически связанный с газовой турбиной, воздушным компрессором и вторым электрогенератором.
Отличие парогазовой энергетической установки во втором варианте заключается в том, что она предусматривает наличие системы подачи основного горючего и системы подачи дополнительного горючего. При этом камера сгорания связана с системой подачи основного горючего с возможностью подачи его в зону горения и с системой подачи дополнительного горючего с возможностью подачи его в зону смешения. В качестве дополнительного горючего может быть использован природный, коксовый газы или мазут.
Возможность осуществления полезной модели показана на примерах, проиллюстрированных принципиальными схемами. На фиг.1 показана принципиальная схема парогазовой энергетической установки, выполненной в соответствии с первым вариантом полезной модели. На фиг.2 показана принципиальная схема парогазовой энергетической установки, выполненной в соответствии с первым вариантом полезной модели, система подачи горючего которой снабжена газовым компрессором.
Парогазовая энергетическая установка в первом варианте выполнения (фиг.1) содержит:
- кинематически связанные паровую турбину 1 и первый электрогенератор 2;
- кинематически связанные газовую турбину 3 с камерой сгорания 4, имеющей зону горения 5 и зону смешения 6, воздушный компрессор 7 и второй электрогенератор 8;
- паровой котел 9, связанный с паровой турбиной 1 для подачи пара и с газовой турбиной 3 для использования тепла продуктов горения;
- систему подачи горючего 10.
Таким образом, кинематически связанные паровая турбина 1 и первый электрогенератор 2 образуют первую кинематическую цепь устройств, а кинематически связанные газовая турбина 3, воздушный компрессор 7 и второй электрогенератор 8 образуют вторую кинематическую цепь устройств, которая никак не связана с первой для передачи или получения механической мощности.
Воздушный компрессор 7 выполнен с возможностью нагнетания атмосферного воздуха в зону горения 5 камеры сгорания 4, которая выполнена с возможностью подачи продуктов горения в газовую турбину 3 из зоны смешения 6 и связана с системой подачи горючего 10 с возможностью подачи горючего в зону горения 5 и избыточного количества горючего в зону смещения 6.
Паровая турбина 1 выполнена с возможностью отбора отработанного пара (средства на схеме не показаны) и подключена к конденсатору 11, но возможен вариант, когда осуществляется только отбор отработанного пара, либо когда используется только конденсатор 11.
Паровой котел 9 выполнен с экономайзерной, пароперегревательной и воздухоподогревательной поверхностями нагрева (на схеме не показаны), который работает как серийный многотопливный парогенератор, достоинством которого является возможность сжигать дополнительное (резервное) топливо любых сортов.
Воздушный компрессор 7 сжимает необходимое количество атмосферного воздуха до заданного давления и подает в зону горения 5 камеры сгорания 4. Туда же подается горючее, часть которого, смешиваясь с воздухом, сгорает. Образовавшиеся продукты сгорания поступают в зону смешения 6, туда же поступает избыточное количество горючего из системы подачи горючего 10, затем смесь с заданной температурой направляется в газовую турбину 3.
Мощность, развиваемая газовой турбиной 3, преобразуется в электрическую энергию во втором электрогенераторе 8 и частично затрачивается на привод воздушного компрессора 7, мощность которого при незначительном количестве воздуха, идущего на горение, имеет небольшое значение. Отработавшие в газовой турбине 3 газы поступают в паровой котел 9, где используется их физическое и химическое тепло для получения пара, который из парового котла 9 поступает в паровую турбину 1, а затем в конденсатор 11 и отбирается на производственные нужды. Мощность, развиваемая паровой турбиной 1, преобразуется в электрическую энергию в первом электрогенераторе 2.
Недожог топлива в камере сгорания 4, где могут быть использованы природный, доменный, коксовый, конвертерный, генераторный или иной газ, составляет 55-95% в зависимости от теплоты сгорания топлива. Схема парогазовой энергетической установки, выполненной в соответствии с настоящей полезной моделью, может быть оптимизирована при использовании любого из перечисленных топлив.
Парогазовая энергетическая установка, которая также выполнена в соответствии с первым вариантом настоящей полезной модели, показанная на принципиальной схеме на фиг.2, отличается от описанной выше наличием газового компрессора 12, позволяющим при использовании в качестве горючего какого-либо из перечисленных газов добиться необходимых параметров для работы газовой турбины 13, а также оптимальных параметров работы парового котла 14. Газовый компрессор 12 кинематически связан с газовой турбиной 13, воздушным компрессором 15 и вторым электрогенератором 16, то есть входит в упомянутую выше вторую кинематическую цепь устройств.
Во втором варианте выполнения полезной модели (схемой не иллюстрируется) парогазовая энергетическая установка предусматривает наличие как системы подачи основного горючего, так и системы подачи дополнительного горючего. При этом камера сгорания связана с системой подачи основного горючего с возможностью его подачи в зону горения и с системой подачи дополнительного горючего с возможностью подачи его в зону смешения. В этом варианте расширяется диапазон применения парогазовой энергетической установки для использования в качестве горючего топлив разного вида.
Предлагаемая схема парогазовой установки позволяет максимально использовать установленное оборудование электростанций, использующих паротурбинные установки, требует незначительных капиталовложений и малозатратной реконструкции для их модернизации и не изменяет их тепловой режим. Также имеется возможность использования в качестве горючего как для газовой турбины, так и для парового котла топлив разного вида.