Способ работы парогазовой энергетической установки с замкнутым контуром циркуляции газа
Изобретение относится к парогазовым энергетическим установкам с замкнутым контуром циркуляции газа. Способ работы парогазовой энергетической установки с замкнутым контуром циркуляции газа заключается в том, что газ нагревают в нагревателе, нагретый газ направляют в газовую турбину, где преобразуют часть тепла этого газа в механическую работу, затем часть тепла этого газа передают жидкости в последовательно соединенные по жидкости теплообменники с получением на выходе из теплообменников пара этой жидкости, после чего охлажденный в теплообменниках газ сжимают компрессором и возвращают в нагреватель для повторного нагрева, а полученный из жидкости пар направляют в паровые турбины для преобразования энергии пара в механическую работу, при этом газ сжимают в многоступенчатом компрессоре, между ступенями компрессора устанавливают дополнительные теплообменники для испарения жидкости теплом этого газа, а после испарения жидкости полученный пар нагревают в паровом теплообменнике, установленном первым по ходу газа после газовой турбины, во втором по ходу газа после газовой турбины теплообменнике испаряют жидкость и в третьем по ходу газа после газовой турбины теплообменнике подогревают жидкость до температуры, близкой к температуре кипения, причем одновременно испаряют жидкость в дополнительных теплообменниках, подключенных параллельно по ходу жидкости к теплообменнику для испарения жидкости и последовательно соединенных между собой по ходу газа между ступенями компрессора. Изобретение позволяет увеличить тепловой КПД парогазовых энергетических установок с замкнутым контуром циркуляции газа. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к парогазовым энергетическим установкам с замкнутым контуром циркуляции газа.
Известен способ работы парогазовой энергетической установки с замкнутым контуром циркуляции газа, заключающийся в том, что газ нагревают в нагревателе, нагретый газ направляют в газовую турбину, где преобразуют часть тепла этого газа в механическую работу, затем часть тепла этого газа передают жидкости в последовательно соединенные по жидкости теплообменники с получением на выходе из теплообменников пара этой жидкости, после чего охлажденный в теплообменниках газ сжимают компрессором и возвращают в нагреватель для повторного нагрева, а полученный из жидкости пар направляют в паровые турбины для преобразования энергии пара в механическую работу (см., Б.Г.Ганчев и др., под общей редакцией Н.А.Доллежаля. Ядерные энергетические установки, учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1990, стр.124).
В этом способе жидкость испаряют с большим изменением температурного напора между газом и жидкостью, так как температура газа при теплоотдаче уменьшается, а температура испаряемой жидкости постоянна. Большое изменение температурного напора в испарителе ограничивает тепловой КПД замкнутого парогазового цикла из-за ограничения температуры испарения жидкости при заданных параметрах газовой турбины.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности передачи тепловой энергии от нагретого газа жидкости.
Техническим результатом, достигаемым от использования изобретения, является увеличение теплового КПД парогазовых энергетических установок с замкнутым контуром циркуляции газа.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ работы парогазовой энергетической установки с замкнутым контуром циркуляции газа, заключающийся в том, что газ нагревают в нагревателе, нагретый газ направляют в газовую турбину, где преобразуют часть тепла этого газа в механическую работу, затем часть тепла этого газа передают жидкости в последовательно соединенные по жидкости теплообменники с получением на выходе из теплообменников пара этой жидкости, после чего охлажденный в теплообменниках газ сжимают компрессором и возвращают в нагреватель для повторного нагрева, а полученный из жидкости пар направляют в паровые турбины для преобразования энергии пара в механическую работу, при этом газ сжимают в многоступенчатом компрессоре, между ступенями компрессора устанавливают дополнительные теплообменники для испарения жидкости теплом этого газа, а после испарения жидкости полученный пар нагревают в паровом теплообменнике, установленном первым по ходу газа после газовой турбины, во втором по ходу газа после газовой турбины теплообменнике испаряют жидкость и в третьем по ходу газа после газовой турбины теплообменнике подогревают жидкость до температуры, близкой к температуре кипения, причем одновременно испаряют жидкость в дополнительных теплообменниках, подключенных параллельно по ходу жидкости к теплообменнику для испарения жидкости и последовательно соединенных между собой по ходу газа между ступенями компрессора.
Выбором степени сжатия газа в ступенях компрессора и регулированием расхода жидкости через теплообменники обеспечивают предпочтительно одинаковую температуру газа на выходе из теплообменников для испарения жидкости.
Газ может быть нагрет в нагревателе, по крайней мере, в двух ступенях, причем после выхода из первой ступени нагретый газ направляют в параллельно подключенные к первой ступени нагревателя дополнительные газовые турбины для преобразования части тепла нагретого в первой ступени газа в механическую работу.
Паровой теплообменник может быть выполнен двухсекционным, причем между секциями парового теплообменника по ходу пара преобразуют в дополнительных паровых турбинах часть тепла этого пара в механическую работу, а газ подают в эти секции параллельными потоками.
Учитывая, что жидкость испаряют с большим изменением температурного напора между газом и жидкостью, так как температура газа при теплоотдаче уменьшается, а температура испаряемой жидкости постоянна, разделение процесса испарения жидкости теплом газа на несколько последовательных этапов по газовой стороне при параллельной подаче испаряемой жидкости на эти этапы позволяет уменьшить изменение температурного напора в теплообменниках для испарения жидкости в число раз, соответствующее числу этих теплообменников, то есть повысить температуру испарения жидкости при неизменных параметрах газовых турбин. За счет этого достигается увеличение теплового КПД парогазовой установки.
Выбором степени сжатия газа в ступенях компрессора и регулированием расхода испаряемой жидкости обеспечивается одинаковая температура газа на выходе из теплообменников для испарения жидкости. За счет этого можно поддерживать минимальный температурный напор в этих теплообменниках и соответственно максимальную температуру испарения жидкости.
Нагревать газ в нагревателе могут, по крайней мере, в двух ступенях, между которыми преобразовывается в дополнительных газовых турбинах часть тепла этого газа в механическую работу. При неизменной максимальной температуре газа это позволит увеличить степень сжатия газа и соответственно увеличить тепловой КПД парогазовой энергетической установки.
Подогревать пар могут, по крайней мере, в двух секциях парового теплообменника по ходу пара, между которыми представляется возможность преобразовывать в дополнительных паровых турбинах часть тепла этого пара в механическую работу, а газ можно подавать в эти секции параллельными потоками. Параллельная подача газа в секции парового теплообменника облегчает регулирование режима работы паровой турбины.
На чертеже представлена принципиальная схема парогазовой энергетической установки с замкнутым контуром циркуляции газа.
Парогазовая энергетическая установка с замкнутым контуром циркуляции газа содержит нагреватель 1, подключенную к нему газовую турбину 2, последовательно соединенные по жидкости теплообменники 3, 4 и 5, причем теплообменник 3 выполнен паровым, и многоступенчатый компрессор 6. Между ступенями компрессора 6 устанавливают дополнительные теплообменники 7, причем последние подключены параллельно по ходу жидкости к теплообменнику 4 для испарения жидкости и последовательно соединены между собой по ходу газа между ступенями компрессора 6.
Нагреватель 1 выполнен двухступенчатым, причем к первой ступени 8 нагревателя 1 подключены параллельно дополнительные газовые турбины 9, а газовая турбина 2 подключена к выходу второй ступени 10 нагревателя 1.
Паровой теплообменник 3 выполнен двухсекционным. Вторая ступень 11 парового теплообменника 3 подключена к паровой турбине 12, между секциями 11 и 13 парового теплообменника 3 по ходу пара установлены дополнительные паровые турбины 14.
Способ работы парогазовой энергетической установки с замкнутым контуром циркуляции газа заключается в том, что газ нагревают в нагревателе 1. Нагретый газ направляют в газовую турбину 2, где преобразуют часть тепла этого газа в механическую работу. Затем часть тепла этого газа передают жидкости в последовательно соединенные по жидкости теплообменники 3, 4 и 5 с получением на выходе из теплообменников 3, 4 и 5 пара этой жидкости, который направляют в паровую турбину 12. Охлажденный в теплообменниках 3, 4 и 5 газ сжимают многоступенчатым компрессором 6 и возвращают в нагреватель 1 для повторного нагрева. В дополнительных теплообменниках 7 параллельно теплообменнику 4 дополнительно испаряют жидкость теплом газа, нагретого в ступенях многоступенчатого компрессора 6, а после испарения жидкости полученный пар дополнительно нагревают в паровом теплообменнике 3, установленном первым по ходу газа после газовой турбины 2. Из теплообменника 3 пар направляют в паровую турбину 12 для преобразования его энергии в механическую работу вращения вала паровой турбины 12. Во втором по ходу газа после газовой турбины 2 теплообменнике 4, как указано выше, испаряют жидкость и в третьем по ходу газа после газовой турбины 2 теплообменнике 5 подогревают жидкость до температуры, близкой к температуре кипения.
Выбором степени сжатия газа в ступенях компрессора 6 и регулированием расхода жидкости через теплообменники 4 и 7 обеспечивают предпочтительно одинаковую температуру газа на выходе из теплообменников 4 и 7 для испарения жидкости.
Газ может быть нагрет в нагревателе 1, по крайней мере, в двух ступенях 8 и 10, причем после выхода из первой ступени 8 нагретый газ направляют в параллельно подключенные к первой ступени 8 нагревателя 1 дополнительные газовые турбины 9 для преобразования части тепла нагретого в первой ступени 8 газа в механическую работу.
Паровой теплообменник 3, как отмечалось, может быть выполнен двухсекционным, причем между секциями 13 и 11 парового теплообменника 3 по ходу пара преобразуют в дополнительных паровых турбинах 14 часть тепла этого пара в механическую работу, а газ подают в эти секции 13 и 11 параллельными потоками.
Настоящее изобретение может быть использовано в энергетике, например в атомной энергетике.
1. Способ работы парогазовой энергетической установки с замкнутым контуром циркуляции газа, заключающийся в том, что газ нагревают в нагревателе, нагретый газ направляют в газовую турбину, где преобразуют часть тепла этого газа в механическую работу, затем часть тепла этого газа передают жидкости в последовательно соединенные по жидкости теплообменники с получением на выходе из теплообменников пара этой жидкости, после чего охлажденный в теплообменниках газ сжимают компрессором и возвращают в нагреватель для повторного нагрева, а полученный из жидкости пар направляют в паровые турбины для преобразования энергии пара в механическую работу, отличающийся тем, что газ сжимают в многоступенчатом компрессоре, между ступенями компрессора устанавливают дополнительные теплообменники для испарения жидкости теплом этого газа, а после испарения жидкости полученный пар нагревают в паровом теплообменнике, установленном первым по ходу газа после газовой турбины, во втором по ходу газа после газовой турбины теплообменнике испаряют жидкость и в третьем по ходу газа после газовой турбины теплообменнике подогревают жидкость до температуры, близкой к температуре кипения, причем одновременно испаряют жидкость в дополнительных теплообменниках, подключенных параллельно по ходу жидкости к теплообменнику для испарения жидкости и последовательно соединенных между собой по ходу газа между ступенями компрессора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбором степени сжатия газа в ступенях компрессора и регулированием расхода жидкости через теплообменники обеспечивают одинаковую температуру газа на выходе из теплообменников для испарения жидкости.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ нагревают в нагревателе, по крайней мере, в двух ступенях, причем после выхода из первой ступени нагретый газ направляют в параллельно подключенные к первой ступени нагревателя дополнительные газовые турбины для преобразования части тепла нагретого в первой ступени газа в механическую работу.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что паровой теплообменник выполняют двухсекционным, причем между секциями парового теплообменника по ходу пара преобразуют в дополнительных паровых турбинах часть тепла этого пара в механическую работу, а газ подают в эти секции параллельными потоками.
