Комбинированная парогазотурбинная электростанция и способ утилизации тепловой энергии топлива на комбинированной парогазотурбинной электростанции

 

Использование: в теплоэнергетике, преимущественно парогазотурбинных электростанциях , работающих на влагосодержащем топливе. Сущность изобретения: комбинированная парогззотурбинная электростанция содержит работающую под давлением сушилку 14 для осушки топлива, подаваемого в камеру 1 сгорания, подсоединенную посредством контура к теплообменнику - утилизатору 12 теплоты отработавших в газовой турбине 10 газов. Пар, полученный при осушке топлива, из сушилки 14 подают в рабочее тело газовой турбины в качестве вдуваемого пара. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил. 7 00 CJ 00 о W со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 01 К 23/06

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4743414/06 (86) РСТ/Fl 89/00125 (29,06.89) (22) 27.02,90, 30.06,88 (46),ЗС.08.93. Бюл. M 32 (31) 883124 (32) 30,06.88 (33) F I (71) Иматран Войма Ой (Fl) (72) Маркку Райко и Мартти Эйяля (Ft) (73) Иматран Войма Ой (Fi) (56) Патент США N 3990229, кл. F 02 В 43/00, опубл. 1976, (54) КОМБИНИРОВАННАЯ ПАРОГАЗОТУРБИННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ И СПОСОБ

УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ТОП7. Ж,, 1838б3б АЗ

ЛИВА НА КОМБИНИРОВАННОЙ ПАРОГАЗОТУРБИН НОЙ ЭЛЕ КТРОСТАН ЦИИ (57) Использование: в теплоэнергетике, преимущественно парогазотурбинных электростанциях, рэботающих на влагосодержэщем топливе. Сущность изобретения: комбинированная парогазотурбинная электростанция содержит работающую под давлением сушилку 14.для осушки топлива, подаваемого в камеру 1 сгорания, подсоединенную посредством контура к теплообменнику — утилизатору 12 теплоты отработавших в газовой турбине 10 газов. flap, полученный при осушке топлива. из сушилки 14 подают в рэбочее тело газовой турбины в качестве вдуваемого пара. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1838636

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на комбинированных парогазотурбинных элек-. тростанциях.

Целью изобретения является создание 5 комбинированной парогазотурбинной электростанции, работающей на влагосодержащем природном топливе, а также повышение эффективности процесса утилизации тепловой энергии топлива на комбинированной па- "0 рогазотурбинной электростанции.

На фиг.1 схематически проиллюстрирована . комбинированная парогазотурбинная электростанция, соответствующая изобретению, которая использует влагосодержащее топливо; на фиг.2 — второй вариант комбинированной парогэзотурбинной электростанции; на фиг.3 — третий вариант комбинированной парогазотурбинной электростанции, 20

Электростанция содержит газотурбинный и паросиловой контуры, а также систему осушки влагосодержащего топлива.

В состав электростанции входят камера

1 сгорания или газификации, воздушный компрессор 2, соединенный трубопроводом

3 с камерой, к которой подводится топливо и,пар по паропроводу 4, подключенному к пароотделителю 5 системы осушки топлива.

Камера посредством трубопровода 6 с уста- 30 новленным на нем горячим очистителем 7 с выходным трубопроводом 9 подсоединена к газовой турбине 10 с электрогенератором

11. Камера выполнена с трубопроводом 8 для отвода золы. На выхлопе газовой турби- 35 ны размещен теплообменник-утилизатор

12, подключенный к газовой турбине посредством трубопровода 13. Система осушки топлива вкл1очает сушилку 14 с размещенным в ней теплообменником 15, 40 соединенным с помощью. циркуляционной системы 16 труб с теплообмен ником 17, размещенным в теплообменнике-утилизаторе

12, при этом циркуляционная система 16 содержит насос 18 для осуществления цир- 45 куляции теплообменной среды.

Паросиловой контур содержит трубную систему 19 с насосом 20 посредством которой обьединены в контур паровая турбина

21, с электрогенератором 24, емкость 22, 50 парогенератор 23, размещенный в камере 1, конденсатор 25 и предварительный нагреватель 26. При этом теплообменник-утилизатор 12 может быть выполнен с теплообменной поверхностью 27, или по- 55 верхностями 30, 31, включенными в паросиловой контур, а система осушки топлива — с дополнительным контуром 28 с устройством

29 для циркуляции образованного при сушке топлива пара. Сушилка 14 может быть выполнена с теплообменником 38, подключенным к паросиловому контуру, а последний может иметь систему трубопроводов 32, 34, 35, 36. 37,39 с местом разветвления 33 для обвязки оборудования электростанции.

Электростанция работает следующим образом.

Топливо сжигается в работающей под давлением камере 1 сгорания или газификации, поддерживаемой под давлением с помощью компрессора 2. Компрессор 2 подает необходимое количество воздуха для горения, который поступает в камеру 1 по трубопроводу 3 для сжатого воздуха.

Компрессор 2 повышает давление воздуха, например, до 1,2 МПа. Воздух при упомянутом давлении подается в камеру 1, куда подВОДИТСЯ ТОПЛИВО.

Вследствие сжигания топлива, смесь воздуха и отходящих газов, полученных при сгорании топлива, нагревается до температуры, примерно, от 850 до 1200 С, В камеру

1 по паропроводу 4 вводится по крайней мере часть пара, которая отделяется в пароотделителе 5 от топлива. Пар и топливо могут также подаваться в виде смеси по паропроводу 4, причем в этом случае пароотделитель 5 не требуется, Одной из целей подвода пара является регулирование предельной температуры в камере сгорания. В этом случае пар заменяет некоторый избыток воздуха, который обычно необходим. Вследствие подвода пара мощность компрессора снижается, и чистая вырабатываемая мощность процесса увеличивается, В трубопроводе 6 размещен горячий очиститель 7 для газов. Часть золы, образуемой при сжигании топлива, извлекается из камеры 1 по трубопроводу 8, в то время как остальная зола проходит вместе с потоком топочного газа к горячему очистителю 7, где наиболее загрязненный газ и зола извлекаются из процесса по выходному трубопроводу 9.

После очистителя 7 продукты сгорания подводятся к газовой турбине 10, где газы расширяются с получением электроэнергии в электрогенераторе 11. Турбина 10 вращает компрессор 2, размещенный с ней на одном валу, После газовой турбины 10 топочные газы направляются по трубопроводу

13 в теплообменник-утилизатор 12 для извлечения отходящего тепла. Температура топочных газов после газовой турбины 10 составляет, обычно, от 400 до 600 С, Эти газы охлаждаются, примерно, до 120 С в твплообменнике-утилизаторе 12, который может быть выполнен в виде котла-утилизатора (см. фиг,2, 3). Тепло, полученное из топочных газов с помощью теплообменни1838636 а-утилизатора 12, передается для сушки оплива в сушилке 14, В теплообменникеу тилизаторе 12 можно генерировать, перегревать пар или предварительно нагревать иркулирующую воду, которая затем податся к теплообменнику 15 сушилки 14, где тепло передается к подлежащему сушке топливу.

Циркуляционная система 16 труб для теплобменной среды, предпочтительно, воы и/или пара. включает в теплообменникеутилизаторе 12 теплообменник 17 и одсоединена к теплообменнику 15 сушилки 14, Насос 18 осуществляет. циркуляцию ! теплообменной среды. предпочтительно, воды в циркуляционной системе 16.

В теплообменнике-утилизаторе 12 тепло передается от топочных газов через теплообменник 17 к воде циркуляционной системы 16, в результате чего вода испаряемся, и упомянутый пар направляется с поощью насоса 18 в теплообменник 15, имеющийся в сушилке 14, где тепло передае гся далее топливу, подлежащему осушке.

В паросиловом контуре трубная система 19 также включает подающий воду насос

20. Насос 20 предназначен для подвода рабрчего тела к паровой турбине 21, Паросиловой контур включает парогенератор 23, паровую турбину 21, электрогенератор 24, который вырабатывает э ектроэнергию и соединен с паровой турб ной 21. конденсатор 25 и предварительн и нагреватель 26 подводимой воды. На схеме электростанции, представленной на ф г.1, камера 1 сгорания газовой турбины

1 в то же самое время действует как котел и росилового контура, где вырабатывается и р, направляемый к паровой турбине 21, Т ким образом, с помощью топлива, сжигае ого в камере 1 сгорания газовой турбины

1, можно как нагреть газы, которые проход т к газовой турбине 10, так и вырабатыв ть пар для паровой турбины 21 в и рогенераторе 23. Температура пара, поступ ющего в паровую турбину 21, обычно сос авляет 530 С, а давление от 10 до 18 МПа.

Д вление, превалирующее в конденсаторе

2, обычно составляет 0,005 МПа, а температура 30 С, Б конденсаторе 25 пар конденс руется до воды. С помощью насоса 20 д вление сконденсированной воды снова у еличивается до уровня давления в пароген раторе 23, Подводимая вода подается с и мощью насоса 20 из емкости 22 в пароген ратор 23, который размещается в камере

1 сгорания газовой турбины 10.

Из паровой турбины 21 отработавший п р поступает в конденсатор 25, а образовавшаяся вода поступает в предварительный на реватель 26 и емкость 22. Из отбора паровой турбины пар подается также к предварительному нагревателю 26, с целью предварительного нагрева проходящей че5 рез него воды. Из паровой турбины 21 пар также подается к емкости 22.

Сушка влагосодержащего топлива осуществляется в работающей под давлением сушилке 24 при давлении горения, Влажное

10 топливо подводится к сушилке 14 при давлении около 1,2 МПа. В сушилке влажное топливо осушается, а выделенная из него влага преобразуется в пар при давлении горения. Полученный пар используется в ви15 де вдуваемого пара для газовой турбины 10 путем его подачи в камеру 1. Сухое топливо также направляется из сушилки 14 в камеру

1, однако своим путем транспортирования.

В качестве топлива может быть исполь20 зован, например, фрезерный торф с содержанием влаги 70;ь, торф, высушенный только механически, и в котором содержание влаги может превышать 75 Сушка осуществляется в работающей поддавлени25 ем сушилке 14 при давлении горения, предпочтительно, при давлении около 1,2 МПа.

Пар, полученный в процессе сушки, направляется по паропроводу 4 в камеру 1 сгорания газовой турбины 10. В принципе, 30 топливом может быть любое твердое или жидкое топливо, которое содержит влагу. В работающей под давлением сушилке влажное топливо высушивается, например, до содержания влаги 20%. Высушивающая

35 энергия подается к сушилке 14 по трубопроводам циркуля цион ной системы 16 от теплообменника-утилизатора 12, извлекающего тепло из отработавших газов газовой турби.ны 10, 40 В камере 1 топливо может либо сжигаться непосредственно, либо газифицироваться или частично газифицироваться с последующим сжиганием полученного газа.

Очистка газа может осуществляться при

45 температуре сжигания или газификации, или при некоторой более низкой температуре. Пар, полученный в сушилке 14, подается по трубопроводу 4 в виде вдуваемого пара в камеру 1 сгорания или газификации, или в

50 какую-либо часть находящейся под давлением газовой линии, до или после камеры 1.

На фиг.2 представлена схема электростанции. в которой вода паросилового контура предварительно нагревается с

55 помощью энергии, полученной от топочных газов газовой-турбины 10 в теплообменнике-утилизаторе 12, выполненном в виде котла-утилизэтора с теплообменной поверхностью

27. Тепло отработавших топочных газон может быть передано как для сушки топлива в

1838636

10

40

45 сушилке 14, так и для предварительного нагрева воды паросилового контура,а также для испарения воды паросилового контура и/или перегрева полученного пара.

Пар, полученный в сушилке 14 при осушке влагасодержащего топлива, циркулирует в контуре 28 с помощью устройства

29, а часть пара отбирается по паропроводу

4, в качестве пара, вдуваемого в рабочее тело газовой турбины 10.

Иа фиг.3 представлена схема электростанции, согласно которой тепло извлекается из отходящего газа газовой турбины в теплообменнике-утилизаторе 12 и передается для предварительного подогрева падводимой воды паросилового контура посредством теплообменных поверхностей

30 и 31, размещенных в теплообменникеутилиэаторе 12. Далее вода поступает в парогенератор 23, размещенный в камере 1, и затем перегретый пар подается к паровой турбине 21, а осушку влагосодержащего топлива ведут в сушилке 14 за счет тепла, отобранного из паровой турбины пара, Согласно схеме электростанции, представленной на фиг.3, вода направляется из конденсатора 25 по системе трубопроводов через теплообменник 26 к теплообменной поверхности 30, помещенной в теплообменнике-утилизаторе 12, откуда направляется дальше по соединяющему трубопроводу 32 через место разветвления 33, по трубопроводу 34 к емкости 22, Из емкости 22 вода подается с помощью насоса 30 по трубопроводу 35 к теплообменной поверхности 31, помещенной в теплообменнике-утилизаторе 12. По трубопроводу 36 предварительно нагретая вода поступает в парогенератор

23, размещенный в камере 1, а полученный пар поступает к паровой турбине 21.

Кроме того, пар из паровой турбины 21 по трубопроводу 37 для отбора пара проходит в работающую под давлением сушилку

14, где размещен теплообменник 38, Отдавший в последнем тепло, пар конденсируется и полученная вода по трубопроводу 39 через место 33 разветвления и трубопровод 34 поступает к емкости 22.

В пределах объема изобретения возможен также вариант, где пар, полученный в процессе сушки в работающей поддавлением сушилке, рециркулирует через котел-утилизатор, установленный на выхлопе газовой турбины, где пар перегревается, после чего направляется обратно в сушилку. Часть рециркулирующего пара отбирается в качестве вдуваемого пара для газовой турбины.

Формула изобретения

1. Комбинированная парогазотурбинная электростанция, работающая на топливе и содержащая работающую под давлением камеру сгорания или газификации, подключенную к последней посредством трубопровода газовую турбину с электрогенератором, размещенный на валу газовой турбины компрессор для нагнетания воздуха в упомянутую камеру, теплообменникутилизатор, установленный на выхлопе газовой турбины, выполненный преимущественно в виде котла-утилиэатора и включенный по нагреваемой среде в замкнутый паросиловой контур с паровой турбиной, имеющей электрогенератор, и теплообменником, размещенным в камере, а также сушилку для осушивания влагосодержащего топлива, подключенную своим выходом по топливу к камере, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, сушилка выполнена в виде работающего под давлением аппарата, подключенного по выходу образовавшегося при осушке влагосодержащего топлива пара к камере сгорания или газификации для использования последнего в качестве вдуваемого в рабочее тело газовой турбины пара.

2. Электростанция по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что она снабжена дополнительным теплообменником, размещенным в сушилке, а паровая турбина выполнена с тепловым отбором. подсоединенным к входу дополнительного теплообмен ника, зыход которого подсоединен к замкнутому ïàðîсиловому контуру, 3. Способ утилизации тепловой энергии топлива на комбинированной парогазотурбинной электростанции, включающий подачу топлива в камеру сгорания или газификации, последующее направление образовавшихся газов в газовую турбину, расширение этих газов в газовой турбине с выработкой энергии, с расходованием части последней на привод компрессора для создания давления в упомянутой камере и преобразованием оставшейся части в электроэнергию посредством электрогенератора, нагрев отработавшими в газовой турбине газами воды паросилового контура в теплообменнике-утилизаторе с получением пара и использование последнего в паровой турбине с электрогенератором и в сушилке для осушки влагосодержащеготоплива, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, осушку влагосодержащего топлива ведут под давлением, при этом по крайней мере часть полученного в процессе осушки топлива пара подводят в качестве вдувасмого пара к газовой тур бине.

1838636

4. СпособпопЗ,отличающийся тем, что осушку топлива в сушилке ведут паром из отбора паровой турбины.

5. Способ по пп.З и 4, о т л и ч а ю щ и й-с я тем, что по крайней мере часть, получен- 5 ного в процессе осушки топлива пара под-: ают для перегрева в теплообменник-утилизатор, а затем возвращают в сушилку для передачи полученного тепла влагосодержаи.ему топливу.

1838636

Составитель Н.Банников

Редактор Л.Народная Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Е,Папп

Заказ 2916 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101