ГАЗОТУРБИННАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к области энергетической техники для выработки электрической и тепловой энергии в классе электрической мощности 1,0-2,5 МВт и тепловой мощности до 4 Гкал/ч и может найти применение в качестве основного, резервного или аварийного источника электрической и тепловой энергии, в частности, в районах, не имеющих централизованного энерго- и теплоснабжения, в нефтегазодобывающих регионах Крайнего Севера и Дальнего Востока, а также как резервный или аварийный источник электрической и тепловой энергии на территории крупных предприятий, больничных и гостиничных комплексов, объектов ЖКХ, воинских частей и других объектов народно-хозяйственного назначения.
Известна аналогичная газотурбинная электростанция ПАЭС-2500У1 (Техническое описание 0350000000-02-22, часть 1, ред.5, 1987 г.; Инструкция по эксплуатации 0350000000-02-25, ред.4, 1985 г.).
Известна также установка газотурбинная энергетическая ГТУ-2,5П (Инструкция по технической эксплуатации, краткое описание, часть 1, 1995 г.; Монтаж и демонтаж, часть 3, 1995 г.).
Указанные выше газотурбинные электростанции предназначены для выработки только одного вида энергии - электрической, а тепловая энергия, содержащаяся в выхлопных газах газотурбинных двигателей этих электростанций, выбрасывается в атмосферу без утилизации содержащегося в них тепла.
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является газотурбинная электростанция ГТЭ-2,5 на базе двух конверсированных авиационных газотурбинных двигателей (свидетельство РФ на полезную модель №9011, F01D 15/10, 1998 г.). Эта электростанция выполнена в виде двух модулей, в рабочем положении установленных один на другой,
каждый из которых представляет собой универсальный стандартный контейнер типоразмера 1АА по ГОСТ 18477-79. В нижнем контейнере размещены агрегаты и устройства собственно станции, а в верхнем - вспомогательное оборудование, причем сборка контейнеров производится на заводе-изготовителе по отдельности. Транспортировка контейнеров также осуществляется раздельно. Это существенно упрощает подготовку к запуску газотурбинной электростанции на месте эксплуатации, облегчает управление и контроль за работой, а также обслуживание и ремонт газотурбинной электростанции. Кроме того, такая компоновка агрегатов существенно сокращает габариты электростанции.
Однако газотурбинная электростанция ГТЭ-2,5 обладает тем же недостатком, что и рассмотренные выше аналоги - тепловая энергия, содержащаяся в выхлопных газах газотурбинных двигателей не используется и выбрасывается в атмосферу без утилизации содержащегося в них тепла. Эту задачу позволяет решить предлагаемая полезная модель.
Технический результат заявляемого решения заключается в повышении коэффициента использования топлива газотурбинной электростанции, при этом газотурбинная электростанция контейнерного исполнения без больших дополнительных затрат превращается в газотурбинную теплоэлектростанцию и может обеспечивать потребителя не только электроэнергией, но и теплом в виде горячего водоснабжения. Температура горячей воды автоматически поддерживается на определенном уровне не зависимо от электрической нагрузки на генератор. В то же время по команде оператора она может быть изменена в зависимости от температуры наружного воздуха, времени суток или сезона.
Указанный технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что в объемах двух стандартных контейнеров типоразмера 1АА по ГОСТ 18477-79, в рабочем положении установленных один на другой, помимо агрегатов и устройств газотурбинной
электростанции, расположенных в нижнем контейнере, и вспомогательного оборудования, расположенного в верхнем контейнере, в том же верхнем контейнере размещается водяной котел-утилизатор тепла выхлопных газов газотурбинных двигателей. Наличие такого котла-утилизатора позволяет превратить газотурбинную электростанцию в теплоэлектростанцию и таким образом повысить коэффициент использования топлива более чем в 3 раза.
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 условно показан общий вид теплоэлектростанции при виде сбоку, а на фиг.2 - вид на верхний контейнер при условно снятой крыше.
Следует учесть, что на прилагаемых чертежах для большей ясности выносками обозначены только основные устройства и узлы теплоэлектростанции, которые необходимы для понимания сущности предлагаемого технического решения. Сопутствующие элементы, известные специалистам в данной области, выносками на рисунках не представлены.
Газотурбинная теплоэлектростанция размещается в двух стандартных контейнерах - нижнем 1 и верхнем 2 и состоит из следующих основных узлов, агрегатов и систем: газотурбинный привод 3, (который включает в себя два конверсированных авиационных газотурбинных двигателя), электрогенератор 4, электронная система управления 5, водяной котел-утилизатор 6 со своим оборудованием, выхлопная труба 7 теплоэлектростанции, газоходы 8 от газотурбинных двигателей, системы охлаждения и вентиляции, высоковольтное электротехническое оборудование, топливная и масляная системы газотурбинного привода, система противопожарного оборудования, система воздухоочистки и пылеудаления, противообледенительная система, система шумоглушения на всасывании.
В торце верхнего контейнера 2 предусмотрены стандартные ворота 9 для ремонта или замены котла-утилизатора 6 или его оборудования,
через которые на период транспортировки теплоэлектростанции потребителю в помещение вокруг котла-утилизатора 6 можно загрузить мелкий запасной инструмент и приспособления. Сборка нижнего 1 и верхнего 2 контейнеров теплоэлектростанции производится на предприятии-изготовителе по отдельности. Раздельное транспортирование обоих контейнеров теплоэлектростанции на место эксплуатации в виде двух отдельных модулей может производиться любым видом транспорта и на любые расстояния.
После разгрузки модулей теплоэлектростанции на месте эксплуатации снимаются транспортировочные заглушки, нижний контейнер 1 устанавливается на ровную грунтовую площадку, деревянные шпалы или бетонные плиты; верхний контейнер 2 устанавливается на нижний 1 и соединяется с ним необходимыми воздуховодами, газоходами 8, электрокоммуникациями и крепежными элементами. На крыше верхнего контейнера 2 устанавливается выхлопная труба 7, к теплоэлектростанции подводятся топливопровод, силовой электрокабель и электрокоммуникации дистанционного управления, к входному и выходному фланцам водяных трубопроводов котла-утилизатора 6 подсоединяются подводящая и отводящая водяные магистрали - и описываемая теплоэлектростанция готова к эксплуатации.
При работе теплоэлектростанции большая часть тепловой энергии, образовавшейся при сгорании топлива в потоке сжатого воздуха в камерах сгорания газотурбинных двигателей, расходуется на производство электроэнергии путем передачи мощности на электрогенератор 4.
После выхода из газотурбинных двигателей часть энергии сгоревшего топлива в виде выхлопных газов с температурой в несколько сот градусов, имеющих в своем составе большое количество кислорода (до 15%), направляется через газоходы 8 верхнего контейнера 2 в водяной котел-утилизатор 6 и после прохождения через его газовую
полость попадают в выхлопную трубу 7 и, далее, в атмосферу.
В процессе запуска и выхода на режим газотурбинных двигателей их выхлопные газы сначала направляются через открытые байпасные газовые заслонки мимо котла-утилизатора 6 напрямую в выхлопную трубу 7. После дистанционного открытия водоарматуры котла-утилизатора 6 и включения водяных насосов, обеспечивающих проток воды через водяной контур котла-утилизатора 6, по команде оператора теплоэлектростанции дистанционно управляемые газовые заслонки направляют поток выхлопных газов двигателей в газовую полость котла-утилизатора 6. При этом внутри котла-утилизатора происходит интенсивный теплообмен между горячими выхлопными газами и водой через оребренные поверхности труб с проточной водой. В результате этого теплообмена вода нагревается, что позволяет использовать ее для нужд отопления жилых помещений и других бытовых нужд потребителя.
Изменение величины электрической нагрузки на генератор 4 теплоэлектростанции автоматически приводит к изменению режима работы газотурбинных двигателей и, как следствие, к изменению температуры их выхлопных газов. Это, в свою очередь, приводит к изменению температуры воды на выходе из котла-утилизатора 6. Для компенсации этих изменений в потоке выхлопных газов перед котлом-утилизатором 6 располагается коллектор топливных форсунок (так называемый контур дожигания) с автоматически регулируемой подачей топлива, которое сгорает в потоке выхлопных газов, содержащих кислород, и тем самым поддерживает температуру этих газов на входе в котел-утилизатор 6 теплоэлектростанции в заданных пределах.
В зависимости от сезона, времени суток или температуры наружного воздуха оператор при помощи дистанционно управляемых газовых заслонок может увеличивать или уменьшать поток выхлопных газов, направляемых в газовую полость котла-утилизатора, и тем самым изменять температуру воды, направляемой потребителям.
При проведении остановки теплоэлектростанции (по команде оператора или аварийной) производится перекрытие подачи топлива в газотурбинные двигатели и в рабочие форсунки контура дожигания котла-утилизатора 6. Команда на прекращение работы водяных насосов, обеспечивающих работу водяного контура котла-утилизатора 6, подается только после остановки газотурбинных двигателей теплоэлектростанции.
Таким образом, наличие водяного котла-утилизатора с контуром дожигания позволяет:
- за счет использования тепловой энергии горячих выхлопных газов двигателей газотурбинного привода повысить коэффициент использования топлива на теплоэлектростанции более чем в 3 раза;
- автоматически поддерживать близкую к постоянной температуру выхлопных газов, а, следовательно, температуру воды на выходе из котла-утилизатора независимо от электрической нагрузки на генератор;
- по команде оператора менять температуру горячей воды на выходе из котла-утилизатора теплоэлектростанции в зависимости от температуры окружающего воздуха, от времени суток или от сезона.
Данное техническое решение, благодаря методам прогрессивной сборки, использованию большого количества стандартных и унифицированных узлов и деталей, изготовленных современными методами, а также возможности транспортировки описываемой теплоэлектростанции любым видом транспорта, может быть освоено в серийном производстве и найдет широкое применение в различных областях народного хозяйства страны для обеспечения электрической и тепловой энергией самых различных потребителей.