Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОПАРОВОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к способам работы и конструкции энергетических газотурбинных (ГТУ) и газопаровых (ГПУ) установок.

Известен способ работы ГПУ, включающий процессы сжатия газообразного рабочего тела, подогрева сжатого рабочего тела сжиганием топлива, расширения подогретого рабочего тела, утилизации остаточного тепла расширившегося рабочего тела путем генерации водяного пара и подвода полученного пара в газовый тракт перед сжиганием топлива (Батенин В.М. и др. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок. - Теплоэнергетика. - 1993 г. №10. стр. 46-52).

Известен способ работы ГТУ, в котором рабочий процесс осуществляется в двух газовых трактах, раздельных или частично объединенных, с разнотемпературными выхлопными потоками, выводимыми в общую утилизационную систему, в которой генерируется водяной пар, подводимый в один из газовых трактов перед сжиганием топлива (Заявка РФ №93009679/06/008853).

Недостатком указанного способа работы ГТУ является большой безвозвратный расход обессоленной воды, в 5-7 раз превышающий расход топлива. Поскольку расход воды в известных ГТУ с подводом пара в проточную часть не превышает 15-20%, извлечение ее из продуктов сгорания путем конденсации на выхлопе представляет большие трудности, так как при давлении на выхлопе, немного превышающем атмосферное (на величину гидравлических потерь в выхлопном тракте), парциальное давление водяных паров не превышает 3000 Па, потребная температура конденсации составляет 60-70°C. В то же время известно, что в утилизационных системах ГТУ и в паровых котлах допускают снижение температуры уходящих газов до величины не менее 100°C, так как при более низкой температуре происходит интенсивное загрязнение поверхностей теплообмена.

Наиболее близким по технической сущности решением (прототипом) к предполагаемому способу является способ (Патент РФ №2174615 «Способ работы газопаровой установки», заявка №9611813806 от 12.09.1996 г.), в котором рабочий процесс осуществляется по крайней мере в двух газовых трактах, разделенных или частично объединенных, с раздельными выхлопами, пар генерируют в выхлопном потоке одного из трактов, а затем подводят весь пар или наибольшую его часть в другой газовый тракт, в котором создают соотношение компонентов с повышенным содержанием водяного пара, расход которого превышает расход воздуха, в этом же тракте производят подогрев и расширение парогаза с последующей конденсацией пара.

Недостатком прототипа является незначительное извлечение воды из продуктов сгорания при подводе пара в газовый тракт.

Целью изобретения является повышение эффективного КПД установки, увеличение мощности путем увеличения расхода рабочей среды и большей удельной работы пара при расширении на турбине, снижение выбросов оксидов азота с дымовыми газами, создание эффективной системы охлаждения рабочих лопаток и дисков турбины газопаровой установки и конденсации паров в двух сетевых подогревателях и трехступенчатом пароструйном эжекторе.

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном предложении, что свидетельствует о его соответствии критерию «существенные отличия».

Схема газопаровой установки, реализующая указанный способ работы, представлена на фиг. 1. Рассмотрим схему газопаровой установки, представленную на фиг. 1. Установка состоит из двух независимых двигателей, которые включают потребителей мощности 1 и 2, компрессоры 3 и 4, котел-утилизатор 5, камеры сгорания 6 и 7, газопаровую турбину 8, два сетевых подогревателя 9 и 10, газовую турбину 11, трехступенчатый пароструйный эжектор 12, деаэратор 13 и конденсатоочистное устройство 14.

Работа газопаровой установки осуществляется следующим образом. Компрессоры обоих двигателей 3 и 4 всасывают воздух, сжимают его и подают в камеры сгорания 6 и 7, а продукты сгорания расширяются в газопаровой турбине 8 и газовой турбине 11. Получаемая при расширении избыточная мощность передается потребителям 1 и 2. На выхлопе газовой турбины 11 размещен котел-утилизатор 5, испаряющий подаваемую в него воду за счет утилизации остаточного тепла выхлопных потоков, а полученный пар подводится в промежуточные ступени газопаровой турбины 8 для целей охлаждения дисков и лопаток рабочих колес, для увеличения мощности и в камеры сгорания 6 и 7 для снижения выбросов оксидов азота. Часть пара подается на трехступенчатый пароструйный эжектор 12 и деаэратор 13. При этом концентрация пара в выхлопном потоке газопаровой турбины 8 получается повышенной. Два отбора газопаровой турбины 8 на сетевые подогреватели 9 и 10 позволяют нагреть воду для потребителя и сконденсировать часть подводимого пара. Пароводяная смесь из подогревателей поступает в трехступенчатый пароструйный эжектор 12 для полной конденсации паров. Весь конденсат направляется в деаэратор 13, а затем в конденсатоочистное устройство 14, где очищается от примесей и направляется в котел-утилизатор 5.

Реализация предложенных технических решений позволит повысить эффективный КПД газотурбинной установки с подводом пара в газопаровой тракт газопаровой установки до максимально достигнутого уровня бинарных парогазовых энергоустановок при существенно большей удельной мощности, меньшей удельной стоимости и меньшем удельном расходе охлаждающей воды для конденсации пара. Кроме того, за счет существенно большего, чем в бинарных газопаровых установках, удельного подвода тепла на килограмм воздуха повышается общий коэффициент использования тепла при работе с отбором тепла на теплофикацию.