Способ получения тепловой и электрической энергии

 

Способ получения тепловой и электрической энергии относится к теплоэнергетике, в частности к процессам получения тепловой и электрической энергии в газотурбинных силовых установках. Способ получения тепловой и электрической энергии включает подачу в камеру сгорания природного газа и воздуха при помощи компрессора, приводимого во вращение турбиной, и снятие электрической энергии с привода силовой турбины. Отходящая от силовой турбины смесь выхлопных газов поступает в межтрубное пространство котла-утилизатора с последующим отводом полученного тепла водой. Температуру пароводяной смеси после котла-утилизатора поддерживают постоянно равной 80-150^oС путем поворота направляющих аппаратов компрессора. Такое осуществление способа повышает надежность и эффективность работы газотурбинной силовой установки. 1 табл.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к комбинированным процессам получения тепловой и электрической энергии в газотурбинных силовых установках, и может найти применение в газовой промышленности при создании передвижных тепло- и электростанций.

Известна газотурбинная силовая установка, состоящая из компрессора, камеры сгорания топлива и газовой турбины, оборудованной электрогенератором. Газотурбинная установка предусматривает комбинированное получение тепловой и электрической энергии, включающее подачу в камеру сгорания природного газа при помощи компрессора, приводимого во вращение турбиной, и снятие электрической энергии с привода силовой турбины (заявка РФ N 94022027 A1, кл. F 02 C 3/30, опубл. 1996) Основным недостатком этого способа является недостаточный ресурс его работы при климатических условиях с большим сезонным колебанием температур.

Известен способ получения тепловой и электрической энергии, включающий подачу в камеру сгорания природного газа и воздуха при помощи компрессора, приводимого во вращение турбиной, подачу отходящей от силовой турбины смеси выхлопных газов в межтрубное пространство котла-утилизатора с последующим отводом полученного тепла водой, поддержание температуры пароводяной смеси после котла-утилизатора постоянно равной 80-150^oC и снятие электрической энергии с привода силовой турбины (патент РФ N 2013616 C1, кл. F 02 C 6/00, опубл. 1994) Основным недостатком способа также является недостаточный ресурс его работы при климатических условиях с большим сезонным колебанием температур.

Это возникает из невозможности быстрого увеличения выхода тепловой энергии для компенсации перепада температур.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого способа, является повышение надежности способа при работе в климатических условиях с большим сезонным колебанием температур.

Вышеуказанный технический результат достигается способом получения тепловой и электрической энергии в газотурбинной силовой установке, включающим подачу в камеру сгорания природного газа и воздуха при помощи компрессора, приводимого во вращение турбиной, и снятие электрической энергии с привода силовой турбины, в котором отходящая от силовой турбины смесь выхлопных газов поступает в межтрубное пространство котла-утилизатора с последующим отводом полученного тепла водой, при этом температуру пароводяной смеси после котла-утилизатора поддерживают равной 80-150^oC.

При этом температуру пароводяной смеси после котла-утилизатора поддерживают равной 80-150^oC путем поворота направляющих аппаратов компрессора.

Предлагаемый комбинированный способ получения тепловой и электрической энергии реализуется в передвижной газотурбинной электростанции, вырабатывающей одновременно тепловую и электрическую энергию.

При осуществлении способа по мере снижения температуры наружного воздуха до минимум 10-15^oC и связанного с этим роста нагрузок происходит увеличение вырабатываемой электрической мощности на 11,8% и тепловой - на 2% по сравнению с расчетным режимом.

При понижении температуры окружающего воздуха до минус 40^oC происходит увеличение вырабатываемой электрической мощности на 25%, а тепловой - на 2%.

Основные технические параметры способа представлены в таблице.

Подача отходящих от силовой турбины смеси выхлопных газов в межтрубное пространство котла-утилизатора позволяет обеспечить съем тепла через пароводяную смесь.

Постоянное поддержание температуры пароводяной смеси после котла-утилизатора на уровне 80-150^oC обусловлено возможностью поворота направляющих аппаратов компрессора на угол 5-55^o по определенной закономерности и обеспечивает компенсацию тепловых нагрузок в большом диапазоне перепада температур внешней среды.

Способ реализуется следующим образом.

Пример. Исходный атмосферный воздух с расходом около 100 кг/с поступает на всас компрессора, приводимого во вращение газовой турбиной. В компрессоре воздух сжимается до 15 атм и подается в камеру сгорания вместе с топливом - природным газом, подаваемым с расходом порядка 1,5% от расхода воздуха.

Образовавшаяся в результате горения газовая смесь с температурой порядка 1000^oC проходит последовательно через газовую турбину генератора, где происходит частичное срабатывание тепла и получение электрической энергии. Затем газовая смесь с температурой около 450^oС поступает в межтрубное пространство котла-утилизатора, в трубное пространство которого подается вода. Происходит отвод тепла от газа к воде с охлаждением выхлопных газов и нагреванием пароводяной смеси до температуры около 100^oC.

Вышеуказанная температура пароводяной смеси на выходе постоянно поддерживают за счет поворота направляющих аппаратов компрессора на угол 30±5^o.

Технический результат, получаемый в процессе получения тепловой и электрической энергии в газотурбинных силовых установках, состоит в повышении надежности и эффективности ее работы при большом перепаде температур наружного воздуха в условиях крайнего Севера.

Это обусловлено тем, что поворот направляющих аппаратов компрессора по соответствующему закону позволяет сбалансировать тепловые нагрузки в большом диапазоне перепада температур.

Формула изобретения

Способ получения тепловой и электрической энергии, включающий подачу в камеру сгорания природного газа и воздуха при помощи компрессора, приводимого во вращение турбиной, подаче отходящей от силовой турбины смеси выхлопных газов в межтрубное пространство котла-утилизатора с последующим отводом полученного тепла водой, поддержание температуры пароводяной смеси после котла-утилизатора, постоянно равной 80 - 150^oC, и снятие электрической энергии с привода силовой турбины, отличающийся тем, что поддержание температуры пароводяной смеси после котла-утилизатора постоянно равной 80 - 150^oC осуществляют путем поворота направляющих аппаратов компрессора.

РИСУНКИ

Рисунок 1