ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована в качестве источника электроснабжения и тепло-электроснабжения, работающего на местном топливе, например, древесных отходах, бурых и каменных углях, твердых бытовых отходах, торфе, без его глубокой переработки.
Известна газотурбинная установка открытого типа с регенерацией и с выносной камерой сгорания избыточного давления (см.. Справочник, Стационарные газотурбинные установки, под ред. Л.В.Арсеньева и В.Г.Тырышкина - Л, Машиностроение, 1989, с.17).
Недостатком этих установок является невозможность работы на местном топливе без глубокой его переработки из-за технической сложности организации непрерывного процесса сжигания кускового твердого топлива в камере сгорания избыточного давления, а также из-за того, что продукты сгорания твердых топлив содержат достаточно большое количество твердых частиц и поэтому не могут быть использованы в качестве рабочего тела турбины во избежание повреждений и изнашивания элементов проточной части турбины.
Известна газотурбинная установка открытого типа с воздухоподогревателем сжатого воздуха, обогреваемым дымовыми газами топочной камеры парового котла, используемая в составе комбинированной электростанции в качестве дополнительной ступени к паросиловому циклу (см., DE заявка 3203082, F 01 K 23/06, 1981).
Недостатком этой установки является принципиальная невозможность самостоятельной работы без парового котла.
Из известных устройств наиболее близкой к предлагаемой установке является газотурбинная установка, используемая в комбинированной электростанции, работающей на твердом топливе, например, буром угле, сжигаемом в топке парового котла, содержащая компрессор, турбину и электрогенератор, установленные на одном валу, воздухоподогреватель сжатого воздуха, установленный в топочной камере парового котла и подсоединенный к входу турбины, отходящий воздух которой используется в качестве дутьевого воздуха парового котла, и дополнительную топочную камеру с установленным в нем воздухоподогревателем в качестве экранной (радиационной) поверхности нагрева сжатого воздуха (RU 2109970, F 02 C 3/26, 1998).
К недостаткам известной установки относятся низкий электрический коэффициент полезного действия, конструктивная сложность экранированной топки с керамическими панелями воздухоподогревателя, а также принципиальная невозможность работы на низкокалорийном кусковом топливе, например, на древесных отходах, твердых бытовых отходах и пр.
В основу настоящей полезной модели положена задача создания газотурбинной установки, работающей на твердом топливе, обеспечивающей повышение электрического коэффициента полезного действия установки за счет оптимизации соотношения топливо-воздух в камере сгорания и рекуперации теплоты отходящих газообразных продуктов сгорания в воздухоподогревателе, возможность использования низкокалорийного кускового твердого топлива, например, древесных отходов, а также упрощение устройства и повышение надежности его работы за счет применения неэкранированной
атмосферной топки в качестве камеры сгорания и выноса воздухоподогревателя из зоны камеры сгорания.
Поставленная задача решается тем, что газотурбинная установка содержит компрессор, турбину и электрогенератор, расположенные на одном валу, камеру сгорания в виде неэкранированной атмосферной топки с линиями подачи твердого топлива, выпуска золы и выхлопным газоходом, в котором установлен воздухоподогреватель-рекуператор, воздушное пространство которого подсоединено через воздуховоды высокого давления к компрессору и к входу турбины, а газовое пространство сообщается, соответственно, с атмосферой посредством выхлопного газохода и с камерой сгорания, которая подсоединена к выходу турбины посредством воздуховода низкого давления, на котором установлен регулятор соотношения расходов воздуха в топочную и надтопочную зоны.
В предпочтительных вариантах осуществления устройства:
- регулятор соотношения расходов воздуха в топочную и надтопочную зоны выполнен в виде регулирующих заслонок, установленных на воздуховодах, подсоединенных к указанным зонам.
- на линии подачи воздуха в компрессор установлена регулирующая заслонка.
- в устройство дополнительно введен теплоутилизатор, установленный за воздухоподогревателем-рекуператором по ходу газообразных продуктов сгорания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема установки.
Газотурбинная установка состоит из компрессора 1, турбины 2, электрического генератора 3, камеры сгорания в виде неэкранированной атмосферной топки 4 с линией подачи твердого топлива 5 и линией выпуска золы 6, выхлопного газохода 7, воздухоподогревателя-рекуператора 8, воздуховодов высокого давления 9 и низкого давления 10 и воздуховодов первичного воздуха 11 и вторичного воздуха 12 с установленными на них
регулируемыми воздушными заслонками 13 и 14. Компрессор 1, турбина 2 и генератор 3 образуют единый валопровод. Камера сгорания 4 по воздуху соединена воздуховодами первичного 11 и вторичного воздуха 12 с воздуховодом низкого давления 10, который соединен с выходом турбины 2. В выхлопном газоходе 7 установлен воздухоподогреватель-рекуператор 8, воздушное пространство которого соединено воздуховодами высокого давления 9 с выходом компрессора 1 и входом в турбину 2, а газовое пространство соединено посредством выхлопного газохода 7 одним концом с камерой сгорания 4, а другим концом сообщается с атмосферой. В качестве воздухоподогревателя-рекуператора 8 могут быть использованы, например, трубчатые теплообменники типа «труба в трубе» или пластинчатые.
На линии подачи воздуха 15 в компрессор 1 установлена регулируемая воздушная заслонка 16. Установка дополнительно может содержать теплоутилизатор 17, например, для нагрева сетевой воды, выполненный в виде в виде поверхностного газо-водяного теплообменника, установленного в газоходе 7 после воздухоподогревателя-рекуператора 8 по ходу газообразных продуктов сгорания.
Устройство работает следующим образом.
Компрессор 1 по воздуховоду низкого давления 15 засасывает атмосферный воздух, сжимает его и по воздуховодам высокого давления 9 прокачивает через воздушное пространство воздухоподогревателя-рекуператора 8 на вход турбины 2. Количество рабочего воздуха регулируется воздушной заслонкой 16, установленной на воздуховоде низкого давления 15 перед компрессором 1. Рабочий воздух расширяется в турбине 2 с совершением работы, которая приводит в действие компрессор 1 и электрический генератор 3. Отработавший в турбине 2 воздух по воздуховоду низкого давления 10 направляется в камеру сгорания 4, перед которой распределяется на два потока: первичный воздух, который по воздуховоду 11 поступает в топочное пространство камеры сгорания 4 в качестве дутьевого воздуха для регулирования оптимального режима горения топлива, и вторичный воздух,
который по воздуховоду 12 поступает в надтопочное пространство камеры сгорания 4 для смешивания с газообразными продуктами сгорания твердого топлива и регулирования температуры отходящих газов, а именно снижения указанной температуры перед воздухоподогревателем-рекуператором 8 до оптимальной величины.
Твердое кусковое топливо, например, древесные отходы в виде щепы, опилок и кусков коры питательным устройством (на фиг. не показано) подается непрерывно в топочное пространство камеры сгорания 4. Процесс горения топлива регулируется распределением первичного и вторичного воздуха, с помощью регулируемых воздушных заслонок 13 и 14, установленных, соответственно, на воздуховодах первичного 11 и вторичного 12 воздуха. Зола собирается в нижней части камеры сгорания 4 и выводится по линии 6, а газообразные продукты сгорания, разбавленные вторичным воздухом, по выхлопному газоходу 7 поступают в газовое пространство воздухоподогревателя-рекуператора 8 и после него - в атмосферу.
Мощность газотурбинной установки регулируется количеством сжигаемого топлива и количеством рабочего воздуха, а процесс горения регулируется распределением отработавшего в турбине воздуха на первичный и вторичный.
Путем применения неэкранированной атмосферной топки и оптимизации соотношения топливо-воздух обеспечивается эффективное горение низкокалорийного твердого топлива при оптимально высоких температурах, высокий электрический коэффициент полезного действия обеспечивается за счет применения воздухоподогревателя-рекуператора, в котором тепловая энергия отходящих газообразных продуктов сгорания частично возвращается рабочему воздуху и используется для производства электроэнергии.
Таким образом, конструктивное решение устройства позволяет использовать его в качестве самостоятельного источника энергии с применением в качестве топлива кускового твердого топлива, в том числе древесных отходов, твердых бытовых отходов и пр.