ТЕПЛОФИКАЦИОННАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА

Теплофикационная газотурбинная установка относится к области энергетики, а точнее к теплофикационным газотурбинным установкам, применяемым для надстройки существующих водогрейных котлов подогревающих сетевую воду теплосети.
Известна энергетическая газотурбинная установка с регенератором, содержащая воздушный компрессор, регенератор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор. Выход воздушного компрессора связан воздуховодом через регенератор и камеру сгорания с газовой турбинрй, выхлопной патрубок последней соединен газоходом через регенератор с атмосферой. Ротор газовой турбины связан общим валом с роторами воздушного компрессора и электрогенератора. (Журнал «Газотурбинные технологии». Каталог газотурбинного оборудования, 2003-2004 гг., рис.2, стр.170.)
Регенеративные установки имеют высокий коэффициент полезного действия по производству электроэнергии, но их обычно не применяют в качестве теплофикационных газотурбинных установок, в том числе потому, что недостаточна их тепловая мощность и высокая стоимость установки.
Эффективно применение газотурбинных установок для надстройки существующих водогрейных котлов производящих подогрев сетевой воды тепловой сети.
Наиболее близкой по технической сущности к предполагаемому изобретению является теплофикационная газотурбинная установка, надстраиваемая над существующим водогрейным котлом.
Она содержит воздушный компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, газоводяной подогреватель, существующий водогрейный котел, обратный и прямой трубопроводы сетевой воды. Выход воздушного компрессора связан воздуховодом через камеру сгорания с газовой турбиной, выхлопной патрубок последней соединен газоходом через газоводяной подогреватель с камерой сгорания существующего водогрейного котла. Выхлопной патрубок последнего соединен газоходом через дымовую трубу с атмосферой. Ротор газовой турбины соединен с роторами воздушного компрессора и электрогенератора. (Журнал «Газотурбинные технологии». Каталог газотурбинного оборудования, 2003-2004 гг., рис.13, стр.172).
Описанная теплофикационная газотурбинная установка принята за прототип изобретения.
Применение газоводяного подогревателя, размещенного в выхлопном газоходе газовой турбины перед водогрейным котлом позволяет снизить температуру газов перед ним и не требует значительной реконструкции водогрейного котла. Но он имеет относительно низкий коэффициент полезного действия по выработке электроэнергии и недостаточно высокую тепловую мощность.
Задачей предложенного технического решения является повышение коэффициента полезного действия теплофикационной газотурбинной установки по выработке электроэнергии, ее тепловой мощности и экономичности.
Поставленная задача решается за счет того, что Теплофикационная газотурбинная установка, содержит воздушный компрессор, рекуператор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, водогрейный котел, трубопроводы обратной и прямой воды теплосети; выход воздушного компрессора через рекуператор и камеру сгорания связан трубопроводами с входом газовой турбины, выход последней соединен газоходами через рекуператор и водогрейный котел с атмосферой, водогрейный котел соединен на входе с трубопроводами обратной, а на выходе прямой сетевой воды; ротор газовой турбины соединен валами с ротором воздушного компрессора и ротором электрогенератора, при этом, в трубопроводе между воздушным компрессором и рекуператором размещен дополнительный воздухо-водяной теплообменник, подключенный на входе к трубопроводу обратной, а на выходе к трубопроводу прямой сетевой воды. Применение дополнительного воздухо-водяного теплообменника, размещенного между воздушным компрессором и рекуператором и подключенного трубопроводами на входе к трубопроводу обратной сетевой воды, а на выходе к трубопроводу прямой сетевой воды, позволяет:
- понизить температуру воздуха перед рекуператором, увеличить температурный напор между продуктами сгорания и сжатым воздухом, степень регенерации и коэффициент полезного действия теплофикационной газотурбинной установки;
- увеличить тепловую мощность установки за счет подогрева сетевой воды горячим сжатым воздухом;
- уменьшить габариты и стоимость воздухо-водяного теплообменника за счет высокого давления сжатого воздуха в этом теплообменнике;
- понизить температуру продуктов сгорания перед водогрейным котлом и облегчить их подвод к горелкам водогрейного котла без его реконструкции.
На чертежах на фиг.1, показана блок-схема теплофикационной газотурбинной установки, а на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.
Блок-схема на фиг.1 состоит из двух блоков: энергетический газотурбинный блок 1, водогрейный блок 2.
На чертеже фиг.2 показана принципиальная схема теплофикационной газотурбинной установки.
Энергетический газотурбинный блок 1 включает: воздушный компрессор 3, воздухо-водяной теплообменник 4, рекуператор 5, камеру сгорания 6, газовую турбину 7, электрогенератор 8, выхлопной газоход газовой турбины 9.
Водогрейный блок 2 включает: трубопровод охлажденной сетевой воды 10, трубопровод подогретой сетевой воды 11, водогрейный котел 12, трубопроводы прямой 13 и обратной 14 сетевой воды, выходной газоход с дымовой трубой 15.
Теплофикационная газотурбинная установка выполнена следующим образом.
Воздушный компрессор 3 энергетического газотурбинного блока 1 соединен по воздуху трубопроводами через рекуператор 5 и камеру сгорания 6 с газовой турбиной 7. По продуктам сгорания выхлоп газовой турбины 7 соединен газоходами через рекуператор 5 водогрейный котел 12 водогрейного блока 2 и выходной газоход 15 и дымовую трубу с атмосферой. Ротор газовой турбины 7 соединен валами с роторами воздушного компрессора 3 и электрического генератора 8. Трубопровод обратной сетевой воды 14 водогрейного блока 2 подсоединен к входным патрубкам водогрейного котла 12 и воздухо-водяного теплообменника 4 энергетического газотурбинного блока 1, выходной патрубок водогрейного котла 12 соединен с трубопроводом прямой сетевой воды 13, выходной патрубок воздухо-водяного теплообменника 4 подключен трубопроводом подогретой сетевой воды 11 к трубопровду прямой сетевой воды 13.
Теплофикационная газотурбинная установка работает следующим образом. В воздушном компрессоре 3 энергетического газотурбинного блока 1 сжимают атмосферный воздух, охлаждают его воздухо-водяном теплообменнике 4, подогревая сетевую воду теплосети, подводимую в него по трубопроводу охлажденной сетевой воды 10 и отводимую по трубопроводу подогретой сетевой воды 11 водогрейного блока 2. Частично охлажденный сжатый воздух подогревают в рекуператоре 5 и в камере сгорания 6 и сжигают в нем подводимое топливо. Продукты сгорания топлива расширяют в газовой турбине 7 энергетического газотурбинного блока 1 и по выхлопному газоходу 9 газовой турбины 7 подают в рекуператор 5, используя теплоту выхлопных газов газовой турбины 7 для подогрева сжатого воздуха. Далее охлажденные продукты сгорания направляют в камеру сгорания водогрейного котла 14 водогрейного блока 2, подводят в нее дополнительное топливо и по выходному газоходу с дымовой трубой 15 продукты сгорания сбрасывают в атмосферу. Сетевую воду из трубопровода обратной линии
теплосети 14 водогрейного блока 2 разделяют на два потока. Первый из них по трубопроводу охлажденной сетевой воды 10 направляют в воздухо-водяной теплообменник 4, нагревают его теплотой сжатого воздуха и по трубопроводу подогретой сетевой воды 11 подают в трубопровод прямой сетевой воды 13. Второй поток из трубопровода обратной сетевой воды 14 направляют в водогрейный котел 12, подогревают его, утилизируя теплоту продуктов сгорания, и отводят в трубопровод прямой сетевой воды 13.
Предлагаемая компоновка теплофикационной газотурбинной установки имеет преимущества, как перед известными аналогами, так и перед прототипом и обеспечивает повышение ее тепловой экономичности и тепловой мощности.