ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Область техники
Настоящая полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована на тепловых электростанциях, использующих в качестве топлива природный газ или иное углеводородное топливо.
Уровень техники
Известна тепловая электрическая станция, содержащая паровую турбину, соединенную паропроводом острого пара с паровым котлом, к которому подключены трубопровод продувочной воды и трубопровод питательной воды, включенные в трубопровод питательной воды регенеративные подогреватели высокого давления, подключенные по греющей среде к отборам пара турбины (RU 2227829, F01К 17/02, 27.04.2004). В данной установке в трубопровод питательной воды между регенеративными подогревателями и паровым котлом включен водо-водяной теплообменник, подключенный по греющей среде к трубопроводу продувочной воды.
Недостатком известной установки является пониженная экономичность из-за больших капитальных затрат на установку водо-водяного теплообменника больших размеров для использования относительно небольшого количества продувочной воды и нагрева большого количества питательной воды.
Комбинированные газопаросиловые установки имеют по сравнению с чисто паросиловыми установками улучшенный КПД и вместе с тем ограниченную эмиссию
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к настоящей полезной модели является тепловая электростанция, содержащая паровой котел, выход которого по пару
соединен с турбиной, механически связанной с электрогенератором, а топочная камера упомянутого котла снабжена входом по природному газу, патрубком подачи окислителя, содержащего газообразный кислород и патрубком отвода дымовых газов (RU 2106501, F01К 23/10, 10.03.1998). Известная тепловая электростанция представляет собой комбинированную конструкцию, включающую как паровую турбину, так и газотурбинную установку. Комбинированные газопаросиловые установки имеют по сравнению с чисто паросиловыми установками повышенный КПД и вместе с тем ограниченный выброс двуокиси углерода.
Рабочее тело газотурбинной установки, представляющее собой продукты сгорания с пониженным содержанием кислорода, направляются на подогрев воздуха, поступающего в топку парового котла, а также непосредственно в топку парового котла. В результате снижается количество выбрасываемых в атмосферу дымовых газов.
Однако, известная установка имеет достаточно сложную конструкцию и большое число элементов и блоков различного назначения (теплообменники, регенераторы, соединительные трубопроводы и пр.), поскольку она выполнена в виде единой газопаросиловой установки. Кроме того, несмотря на некоторое сокращение выбросов двуокиси углерода, ее количество на выходе достаточно велико, что требует установки электрофильтров.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является разработка и создание тепловой электрической станции, имеющей повышенные теплотехнические и эксплуатационные характеристики.
В результате решения данной задачи возможно получение технических результатов, заключающихся в том, что повышается КПД
установки, упрощается конструкция, сокращается расход природного газа, уменьшается выброс в атмосферу диоксида углерода.
Данные технические результаты достигаются тем, что тепловая электростанция, содержащая паровой котел, выход которого по пару соединен с турбиной, механически связанной с электрогенератором, а топочная камера упомянутого котла снабжена входом по природному газу, патрубком подачи окислителя, содержащего газообразный кислород и патрубком отвода дымовых, снабжена газохимическим блоком, включающем реактор выработки синтез-газа, реактор синтеза метана и установку разделения воздуха, включающую кислородную линию, причем выход турбины и патрубок отвода дымовых газов, соединены с соответствующими входами реактора выработки синтез-газа, выход которого подключен к реактору синтеза метана, а выход реактора синтеза метана подключен к входу по природному газу топочной камеры, с патрубком подачи окислителя которой соединена кислородная линия установки разделения воздуха.
Отличительная особенность настоящей полезной модели заключается в том, что тепловая электрическая станция снабжена газохимическим блоком, включающем реактор выработки синтез-газа, реактор синтеза метана и установку разделения воздуха, включающую кислородную линию, причем выход турбины и патрубок отвода дымовых газов, соединены с соответствующими входами реактора выработки синтез-газа, выход которого подключен к реактору синтеза метана, а выход реактора синтеза метана подключен к входу по природному газу топочной камеры, с патрубком подачи окислителя которой соединена кислородная линия установки разделения воздуха.
В результате дымовые газы, выходящие из топки парового котла, и пар с выхода турбины, вступают в реакцию с образованием синтез-газа, из которого, в свою очередь, получают метан, направляемый на вход
топки парового котла вместе с природным газом (метан). При этом установка для разделения воздуха позволяет направлять по кислородной линии в топку парового котла газообразный кислород, с тем, чтобы в контуре не происходило накопления азота.
Кроме того, реактор синтеза метана и/или реактор выработки синтез газа снабжены патрубком подачи водорода, что позволяет производить регулирование выхода метана.
Целесообразно, чтобы электростанция была снабжена системой, предназначенной для измерения параметров рабочего тела в элементах и блоках устройства, которая включает датчики температуры рабочего тела, датчики расхода рабочего тела и датчики давления рабочего тела.
Целесообразно также, чтобы электростанция была снабжена системой, предназначенной для изменения параметров рабочего тела в элементах и блоках устройства, в состав которой входят средства изменения температуры рабочего тела, средства изменения расхода рабочего тела и средства изменения давления рабочего тела.
Предпочтительно устройство по настоящей полезной модели снабдить охладителем пара, установленным между выходом турбины по пару и реактором выработки синтез-газа, что позволит осуществить эксплуатацию турбины в оптимальном режиме.
Краткий перечень чертежей
На чертеже приведена схема тепловой электрической станции по настоящей полезной модели.
Осуществление полезной модели
Тепловая электростанция по настоящей полезной модели содержит паровой котел 1, выход 2 которого по пару соединен с турбиной 3, механически связанной с электрогенератором 4. Топочная камера 5
парового котла 1 снабжена входом 6 по природному газу, патрубком 7 подачи окислителя, содержащего газообразный кислород и патрубком 8 отвода дымовых газов. Тепловая электростанция снабжена газохимическим блоком 9, включающем реактор 10 выработки синтез-газа, реактор 11 синтеза метана и установку 12 разделения воздуха, включающую кислородную линию (на чертеже не показана). Выход турбины 3 и патрубок 8 отвода дымовых газов, соединены с соответствующими входами реактора 10 выработки синтез-газа, выход которого подключен к реактору 11 синтеза метана, а выход реактора 11 синтеза метана подключен к входу 6 по природному газу топочной камеры 5. Патрубок 7 подачи окислителя топочной камеры 5 соединен с кислородной линией установки 12 разделения воздуха. 2. В электростанции по настоящей полезной модели реактор 11 синтеза метана и/или реактор 10 выработки синтез-газа снабжены патрубком 13 подачи водорода. Электростанция по настоящей полезной модели снабжена системой (на чертеже не показана), предназначенной для измерения параметров рабочего тела в элементах и блоках устройства, содержащей датчики температуры рабочего тела, датчики расхода рабочего тела и датчики давления рабочего тела. Вышеупомянутые датчики установлены как внутри узлов и блок устройства, так и на линиях связи между узлами и блоками. Выходы датчиков соединены с автоматической системой управления (на чертеже не показана), выполненной, например, на базе персонального компьютера. На любой известной тепловой электростанции имеются аналогичные датчики, сигналы от которых поступают на пульт управления, контролируемый дежурной сменой операторов. Управляющие сигналы автоматической системы управления подают на соответствующие входы системы, предназначенной для изменения параметров рабочего тела в элементах и блоках устройства, в состав которой входят, в частности, средства 14
изменения температуры рабочего тела, средства 15 изменения расхода рабочего тела и средства 16 изменения давления рабочего тела. Естественно, что средства 14, 15 и 16 устанавливают на всех линиях связи и на всех узлах устройства, как на обычной тепловой электростанции. Электростанция может быть также снабжена охладителем 17 пара, установленным между выходом турбины 3 по пару и реактором 10 выработки синтез-газа. В целях соблюдения необходимого баланса компонентов, вступающих в реакции при производстве синтез-газа и метана, реакторы 10 и 11 снабжены патрубками 18 подачи водорода. Это обусловлено тем, что природный газ (метан) содержит определенное количество постоянно присутствующих примесей, которые попадают в реакторы 10 и 11 вместе с дымовыми газами.
2
Устройство по настоящей полезной модели функционирует следующим образом. Запускают паровой котел 1, в который по патрубку (на чертеже не показан) подают питательную воду, а в топочную камеру 5 парового котла 1 направляют природный газ (метан) и газообразный кислород из установки 12 разделения воздуха, в качестве которой может быть использована установка, описанная в RU 2183498, F23J 3/04, 20.06.2002. Пар из котла 1 поступает на турбину 3 и приводит ее во вращение. В свою очередь турбина 3 вращает электрогенератор 4, который вырабатывает электрический ток для потребителя. Отработанный пар из турбины 3 направляют в реактор 10 выработки стнтез-газа. Реактор 10 может быть выполнен любым известным образом, например аналогично решению по заявке RU 2003128598, С01В 3/38, 27.03.2005, в которой описаны способ и устройство получения синтез-газа посредством конверсии пара и СО (дымовые газы). Далее синтез-газ поступает в реактор 11 для метанирования по реакции, известной с 1902 г. В качестве реактора 11 может использоваться любой
известный аппарат, предназначенный для выполнения этой цели, см., например, Власенко В.М. и др., «Химическая промышленность», 1958, №4, с.200. С выхода реактора 11 метан поступает на вход 6 топочной камеры 5. В результате расход природного газа можно сократить, поскольку его замещает метан, синтезированный из дымовых газов, поступающих в реактор 10 из топочной камеры 5. В этом и состоит основная отличительная особенность настоящей полезной модели. Параметры рабочих тел в узлах и блоках устройства определяются известным путем исходя из теплового и массового баланса функционирования обычной тепловой электростанции, а также с учетом теплового и массового баланса химических реакций, имеющих место в блоке 9. Данное устройство может эксплуатироваться на различных уровнях мощности, что обеспечивается автоматической системой управления.