Парогазовая установка

(19) 1)э Г 01 К 13/О фЛИ,. фл1 ;4, О РСКО ВИДЕТЕЛЬСТВУ К тво СССРО, опубл, 30.04.90. НОВКАтеплоэнергетике.зона 25 горения иы 3 сгорания газоГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(57) Использование: вСущность изобретения;зона 26 смешения камер турбинного двигателя 1 соединены с компрессором 2 через теплообменники 17, 18, Хладагентом в теплообменниках 17, 18 является вода, подаваемая насосом 15 из водоподогревателя 11 утилизационного котла 5 через топливоподогреватель 16, Последний своим выходом по топливу подсоединен к зоне 25 горения камеры 3 сгорания, а теплообменник 18 своим выходом по воде подключен к сепаратору 13 утилизационного котла 5, 1 ил.Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при создании парогаэовых установок высоких параметров.Цель изобретения - уменьшения вредных выбросов НО, путем снижения температуры газа в зоне горения камеры сгорания, СО и С,Ну, путем нагрева топлива перед подачей его в камеру сгорания и повышение эффективности парогазовой установки путем увеличения глубины утилизации тепла отходящего газа.Поставленная цель достигается тем, что парогаэовая установка, содержащая газо-. турбинный двигатель с компрессором, турбиной и камерой сгорания, имеющей зоны горения и смешения, утилизационной котел с водоподогревателем, испарителем, пароперегревателем и сепаратором, паровую турбину, конденсатор, конденсатный и питательный насосы, компрессор соединен двумя пневматическими трактами с зонами горения и смешения камеры сгорания через теплообменники, хладоагентом в которых является вода, нагнетаемая насосом из утилизационного контура. Причем, по пароводяной ветке теплообменник воздуха зоны горения на входе соединен с выходом водо- подогревателя котла через топливоподогреватель и на выходе теплообменник воздуха зоны горения соединен с входом теплообменника воздуха зоны смешения камеры сгорания, выход которого соединен с сепаратором утилизационного котла, Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая парогазовая установка отличается тем, что зоны горения и смешения камеры сгорания соединены с компрессором через теплообменники, хладоагентом в которых является вода, прошедшая водоподогреватель утилизационного котла и топливоподогреватель, причем первым по ходу воды стоит теплообменник воздуха зоны горения камеры сгорания и полученный во втором теплообменнике пар сбрасывается в сепаратор утилизационного котла. Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями показывает, что возможно греть топливо в теплообменнике, где нагревателем является воздух из-за компрессора. Однако, данному известному устройству свойственен ряд недостатков. Основными недостатками здесь являются большие габариты газового подогревателя, что увеличивает вес установки, вероятность коксования топлива и гидравлические потери, а также взрывопожароопасность данного устройства из-за возможного проникновения топлива в газовый тракт теплообменника.На чертеже представлена принципиальная схема парогазовой установки.Парогазовая установка содержит газотурбинный двигатель 1 с компрессором 2, камерой сгорания 3 и турбиной 4, утилизационный контур с утилизационным котлом 5, паровой турбиной 6; конденсатором 7 с 10 конденсатным насосом 8, деаэратор 9, питательный насос 10, водоподогреватель.11 после которого по пароводяной ветке располагается испаритель 12 с сепаратором 13 и пароперегреватель 14, По пароводяной "5 ветке Имеетдя также насос 15, топливоподогреватель 16, поверхностные теплообменники 17, 18 радиаторного типа.Имеются также пневматические и гидравлические тракты 19, 20, 21, 22, 23, топливные 20 форсунки 24, зоны горения 25 и смешения26 камеры сгорания и загрузочные устройства 27, 28. При этом, компрессор 2 газотурбинного двигателя 1 соединен пневматическими трактами 19, 20 с теплообменниками 17, 18, после чего с зонами горения 25 и смешения 26 камеры сгорания 3. Теплообменники 17 18 по пароводяной ветке связаны между собой и с утилизационным котлом 5. Причем, теплообменник 17 30 на входе соединен гидравлическим трактом21 с топливоподогревателем 16 и через насос 15 трактом 22 с выходом водоподогревателя 11, Выход теплообменника 18 соединен трактом 23 с сепаратором 13 ис парителя 12 утилизационного котла 5. Топливоподогреватель 16 по топливной ветке соединен с топливной форсункой 24. Утили, зационный контур имеет связи между эле-.ментами в следующем порядке: испаритель 40 14, паровая турбина 6, конденсатор 7., конденсаторный насос 8, деаэратор 9, питательный насос 10, водоподогреватель 11, испаритель 12, пароперегреватель 14,При работе парогазовой установки ат мосферный воздух.поступает на вход компрессора 2,с помощью которого этот атмосферный воздух сжимается до расчетного давления в камере сгорания 3 с учетом гидравлических потерь на теплообменниках 50 17, 18. При этом, температура воздуха повышается и ее величина может составлять, например, 750 К. Часть сжатого воздуха в объеме, необходимом для процесса горения в камере сгорания 3 газотурбинного двига теля 1 по пневматическому тракту 19 поступает в поверхностный теплообменник 17, где охлаждается водой из водоподогревателя 11 утилизационного котла 5. Причем, температура воды на выходе из водоподогревателя 11 может составлять, например, 1815341420-450 К, а после прохода ею по трактам22, 21, насоса 15 и топливоподогревателя16, на входе в теплообменник 17, например,400-440 К. При этом, на выходе из теплообменника 17 температура воздуха может составлять, например, 450-500 К, а воды -425-455 К. После теплообменника 17 охлажденный воздух поступает в зону горения 25камеры сгорания 3, где участвует в процессегорения, а вода поступает в теплообменник 1018, где продолжает нагреваться воздухомзоны смешения 26 камеры сгорания 3. Приэтом, температура воды повышается до температуры кипения, например, при расчетных давлениях, до 430-460 К и пар по тракту 15поступает в сепаратор 13 утилизационного котла 5. Воздух из теплообменника 18поступает в зону смешения 26 камеры сгорания 3. Топливо подогретое в теплообменнике 16 через форсунку 24 подается в 20зону горения 25 камеры сгорания 3. Здесь взоне горения 25 происходит полное сжигание топлива при коэффициенте избыткавоздуха 1,01-1.2, После чего, горячие газыпродуктов сгорания топлива расхолаживаются воздухом из-за теплообменника 18 дорасчетной температуры, например, до 1370К. Гаэ из зоны смешения 26 камеры сгорания 3 поступает на газовую турбину 4, которая приводит во вращение компрессор 2 и 30загрузочное устройство 27. После турбины4 отработанный газ с температурой, например, 750 К поступает в утилизационный котел 5, после чего выбрасывается ватмосферу, Дальнейшее обьяснение работы парогазовой установки следующее, Париз пароперегревателя 14 котла 5 подаетсяна паровую турбину 6, которая приводит вовращение загрузочное устройство 28, Послетурбины 6 и конденсатора 7 вода конденсатным насосом 8 подается в деаэратор 9, откуда питательным насосом 10 подается вводоподогреватель 11, Из водоподогревателя 11 часть воды насосом 15 направляетсяк топливоподогревателю 16 и теплообменникам 17, 18, а часть поступает в испаритель12 после которого проходит к пароперегревателю 14,Таким образом, в данной парогазовойустановке в сравнении с прототипом значительно снижена температура сжатого воздуха на входе в зону горения камерысгорания, например, на 250-300 К, что позволяет снизить температуру газа в этойзоне, Снижение температуры газа в зоне 55горения приводит к существенному уменьшению вредных выбросов ИОх. являющихся опасными веществами для здоровья людей и разрушения озонового слоя в атмосфере, Снижение температуры циклового воздуха осуществляется эа счет тепла используемого на создание пара сбрасываемого в сепаратор утилизационного контура, т.е. возвращения тепла в парогазовый цикл, При этом, для уменьшения вредных выбросов ИОх требуется, главным образом, охлаждать только часть воздуха для зоны горения, Наличие теплообменника воздуха зоны смешения обуславливается необходимостью подачи из воздушных теплообменников в утилизационный котел пара, что не всегда возможно обеспечить только теплообменником воздуха эоны горения. Получение пара в воздушных теплообменниках позволяет в сравнении с прототипом уменьшить выбросы тепла с отходящими газами в атмосферу. При этом, не требуется значительный перенос тепла из газового в паровой цикл по воздуху, что упрощает конструкцию и повышает ее эффективность, Кроме того, нагрев топлива позволяет интенсифицировать сжигание топлива в зоне горения и таким образом обеспечить полное сжигание топлива в приемлемых габаритах камеры сгорания, с увеличенным коэффициентом избытка воздуха, т.е. в бедной смеси, что уменьшает выбросы СО и СхНу, а также МОх Формула изобретения Парогазовая установка, содержащая газотурбинный двигатель, включающий последовательно соединенные компрессор, камеру сгорания и турбину, а также размещенный на выхлопе последней утилизационный котел с водоподогревателем и сепаратором испарителя, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения эффективности и экологичности, она дополнительно снабжена топливоподогревателем и двумя теплообменниками; последовательно размещенными в тракте теплоносителя и подключенными по последнему к водопаровому тракту утилизационного котла между водо- подогревателем и сепаратором испарителя, при этом топливоподогреватель своим выходом по топливу подсоединен к зоне горения камеры сгорания, а компрессор своим выходом параллельно подсоединен через первый и второй по ходу теплоносителя теплообменники к зонам горения и смешения камеры сгорания соответственно,