УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ГАЗОВОМ ТРАКТЕ ПАРОГАЗОВЫХ И ПАРОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно - к установке получения дополнительной электроэнергии в результате использования вторичного ресурса тепловых электростанций - энергии отработанных уходящих газов. Полезная модель может быть использована для собственных нужд теплоэлектростанции.
Одним из наиболее эффективных способов повышения мощности и экономичности теплоэнергетических установок является применение в них парогазового цикла, при котором используется тепловая энергия отработавших в турбине газов. Сравнительно новым типом генерирующих станций, работающих на газе или жидком топливе, являются (http://esco-ecosys.narod.ru/2003_4/art18.htm, Электронный журнал «Экологические системы», №4, апрель 2003) парогазовые установки (ПГУ). ПГУ состоит из двух блоков:
газотурбиной (ПГУ) и паросиловой (ПСУ). В ПГУ вращение вала турбины обеспечивается образовавшимися в результате сжигания природного газа, мазута или солярки продуктами горения - газами. Образовавшиеся в камере сгорания ПГУ продукты горения вращают ротор турбины, а та, в свою очередь, крутит вал электрического генератора. В первом, газотурбинном цикле, кпд редко превышает 38%. Отработавшие в ПГУ и сохраняющие еще высокую температуру горения продукты поступают в котел - утилизатор, где они нагревают воду и пар до температуры и давления, достаточных для работы паровой турбины, к которой присоединен еще один генератор. Во втором паросиловом цикле используется еще около 20% энергии сгоревшего топлива. В сумме кпд всей установки повышается до 58% («Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций», Цанев С.В., МЭИ, Москва, 2009 г.).
Заявленная полезная модель представляет собой установку, в которой реализуется способ получения дополнительной электроэнергии путем использования избыточного давления уходящих отработанных газов парогазовой (ПГУ) или паросиловой установки (ПСУ) тепловой электростанции. Такой способ получения электроэнергии во многом аналогичен принципу использования энергии уходящих газов в двигателях внутреннего сгорания: турбонаддув дополнительного объема воздуха в цилиндры двигателя посредством турбины компрессора, которая приводится во вращение энергией потока выхлопных газов («Автомобильные двигатели с турбонаддувом» Н.С.Ханин. Э.В.Болтин, Б.Ф.Лямцев, Машиностроение, 1991 г.).
Так известно (RU, патент №66016 U1, МПК F25B 29/00, опубликован: 27.08.2007) входящее в автономный энергетический модуль устройство преобразования тепловой энергии газов под давлением в механическую энергию вращения вала, связанного с генератором электрического тока. При этом, устройство получения газовой смеси под давлением для устройства преобразования ее тепловой энергии в механическую представляет собой оснащенную устройством по воспламенению топливной смеси камеру детонационного сгорания топливной смеси, а устройство преобразования энергии газов под давлением во вращение вала представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Однако, в известном модуле напрямую используется энергия сгорания, но отсутствует использование вторичного ресурса.
Задачей настоящего изобретения является решение энергетических проблем, связанных с истощением энергетических ресурсов, путем создания дополнительного источника энергии.
Технический результат, получаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в повышении энергоэффективности (повышении коэффициента полезного действия) теплоэнергетической установки за счет выработки дополнительной электрической мощности.
Указанный технический результат достигается за счет создания предназначенной для получения электрической энергии установки, содержащей установленную в дымовой трубе, которая является частью газового тракта парогазовой или паросиловой установки тепловой электростанции, на пути уходящих отработанных газов турбину, вал которой соединен кинематической связью с валом электрогенератора таким образом, что механическая энергия вращения вала турбины передается на вал электрогенератора.
Используемая в заявленной установке турбина представляет собой первичный двигатель с вращательным движением рабочего органа (ротор турбины - вращательная часть турбины, состоящая из лопаток и вала), преобразующего кинетическую энергию потока уходящих газов (избыточное давление газа) рабочего тела (газа) в механическую работу (вращательное движение вала турбины).
При этом вал турбины установки может быть соединен (вид кинематической связи) с валом электрогенератора с помощью гибкого или карданного вала через узел уплотнения в обечайке дымовой трубы парогазовой или паросиловой установки. Вал турбины крепится, как правило, в опорно-подшипниковом узле, который, в свою очередь, устанавливается вдоль продольной оси газового тракта ПГУ или ПСУ путем крепления к обечайке дымовой трубы посредством опорных конструкций.
Конструкция лопаток турбины выбирается из огромного количества существующих вариантов для получения максимального кпд, в качестве материалы для их изготовления применяют коррозионно-стойкие марки сталей.
Для исключения влияния высокой (90°С) температуры уходящих газов на работу электрогенератора, рекомендуется его установка за пределами дымовой трубы ПГУ или ПСУ
Величина мощности электрогенератора может быть рассчитана по формуле ("Ветродвигатели и ветроустановки", Е.М.Фатеев, ОГИЗ, Москва, 1947 г.; «Ветроэнергетика», Д.де Рензо, Энергоатомиздат, Москва, 1982 г.):
где:
N - электрическая мощность генератора,
ζ - коэффициент использования энергии потока газов,
тт=3,14,
R - внутренний радиус сечения дымовой трубы ПГУ,
V - скорость уходящих газов,
ред
η - к.п.д. редуктора,
ген
η - к.п.д. генератора,
ρ - плотность уходящих газов.
КПД теплоэнергетической энергоустановки при использовании ее совместно с предлагаемой установкой, являющейся источником дополнительной электроэнергии, может быть увеличен, как минимум, на 0,1%.
Вырабатываемая установкой электроэнергия может применяться для собственных нужд теплоэлектростанции.
Дополнительный технический результат, получаемый в результате осуществления заявленной полезной модели - утилизация (повторное использование отходов производства) уходящих отработанных газов ПГУ или ПСУ, приводящая к экономии природных ресурсов.
Для пояснения сущности заявленной полезной модели прилагаются следующие графические материалы:
- фиг.1 - общий вид ПГУ;
- фиг.2 - общий вид установки для получения электроэнергии в разрезе обечайки дымовой трубы ПГУ.
Ниже, на примере описания конструкции установки для получения электроэнергии в газовом тракте ПГУ приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления заявленной полезной модели с достижением вышеуказанного технического результата.
Основным оборудованием ПГУ (фиг.1) являются: газовая турбина 1, котел-утилизатор 2 и дымовая труба (газовый тракт ПГУ) 3.
Установка для получения электроэнергии (фиг.2) в газовом тракте ПГУ состоит из расположенной вдоль продольной оси дымовой трубы 3 на пути уходящих отработанных газов осевой турбины 4, соединенной с помощью карданного вала 5 через узел уплотнения 6 в обечайке 7 дымовой трубы с валом 8 электрогенератора 9, вынесенного наружу за пределы дымовой трубы для исключения влияния высокой (90°С) температуры уходящих газов на его работу. Вал 10 турбины 4 закреплен в опорно-подшипниковом узле 11, который в свою очередь крепится к обечайке 7 дымовой трубы 3 посредством опорных конструкций 12.
Поток уходящих отработанных газов приводит во вращение лопасти турбины 4 установки. Для работы турбины достаточно, если избыточное давление уходящих отработанных газов за котлом ПГУ выше атмосферного. Крутящий момент с вала 10 турбины 4 передается посредством карданного вала 5 на вал 8 электрогенератора 9. Электроэнергия, вырабатываемая генератором, преобразуется к промышленно применимым параметрам и коммутируется с электрическими сетями методами, которые разработаны и успешно применяются в ветровой энергетике ("Ветродвигатели и ветроустановки", Е.М.Фатеев, ОГИЗ, Москва, 1947 г.; «Ветроэнергетика», Д.де Рензо, Энергоатомиздат, Москва, 1982 г.), поэтому в настоящей заявке эти методы не описываются.