Результат интеллектуальной деятельности: ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к энергетическим установкам, работающим на смеси пара и продуктов сгорания.

Известна парогазотурбинная установка, содержащая газотурбинный двигатель, экономайзер с расширителем и парокомпрессионный тепловой насос. С помощью теплового насоса из атмосферы воздуха конденсируют влагу, которую в дальнейшем нагревают последовательно во входном устройстве компрессора газотурбинного двигателя, тепловом насосе и экономайзере (см. авторское свидетельство СССР 1495415, Кл. F 01 K 21/04, опубл. 23.07.89).

Недостатками известной конструкции являются большие потери тепла с отходящей парогазовой смесью и использование в тепловом насосе экологически опасного рабочего тела - фреона.

Наиболее близкой к предложенной является энергетическая установка, содержащая газотурбинный двигатель с турбиной, работающей на парогазовой смеси, конденсатор, имеющий два входа и два выхода, при этом первый выход конденсатора и вход газотурбинного двигателя сообщены с атмосферой, выход турбины, подключенный к силовой нагрузке, подключен к первому входу котла, первый выход которого сообщен с первым входом конденсатора, и систему теплоснабжения (см. авторское свидетельство СССР 1275098, Кл. F 01 K 21/04, опубл. 07.12.86).

Недостатки данной установки заключаются в сложности ее систем водо- и теплоснабжения, так как сетевая вода системы водоснабжения разделена в установке на горячее водоснабжение, задействованное в системе охлаждения воздуха, выходящего из компрессора, и охлаждении воды конденсатора, а также на теплоснабжение для ее нагрева в котле, и больших потерях тепла в окружающую среду из-за несбалансированности всей системы, например, большой температуры парогазовой смеси, поступающей в конденсатор, и большего количества пара, необходимого сконденсировать в конденсаторе. Система водоподготовки котельной воды также сложна из-за значительного количества ее составляющих, необходимых для химической очистки воды.

Задача изобретения - уменьшение потерь тепла в окружающую среду и упрощение схемы установки.

Указанный технический результат достигается тем, что энергетическая установка, содержащая газотурбинный двигатель с турбиной, работающей на парогазовой смеси, первый конденсатор, имеющий два входа и два выхода, при этом первый выход первого конденсатора и вход газотурбинного двигателя сообщены с атмосферой, выход турбины, подключенный к силовой нагрузке, подключен к первому входу котла, первый выход которого сообщен с первым входом первого конденсатора, дополнительно содержит контактно-вакуумный испаритель, сообщенный по входу со вторым выходом первого конденсатора, насос-нагнетатель, подключенный входом к первому выходу контактно-вакуумного испарителя, а выходом - ко второму входу первого конденсатора, вакуумный компрессор, второй конденсатор и питательный насос, при этом вакуумный компрессор подсоединен входом и выходом, соответственно, ко второму выходу контактно-вакуумного испарителя и первому входу второго конденсатора, питательный насос установлен в линии, связывающей первый выход второго конденсатора через котел с газотурбинным двигателем, а второй вход и второй выход второго конденсатора являются входом и выходом установки для подключения потребителя.

Химическая очистка воды осуществляется в контактно-вакуумном испарителе и втором конденсаторе, что позволяет упростить как систему водоподготовки котельной воды, так и схему установки в целом.

На чертеже изображена схема энергетической установки.

Энергетическая установка содержит газотурбинный двигатель с компрессором 1, камерой 2 сгорания и турбиной 3, работающей на парогазовой смеси, котел 4 (в частном варианте выполнения котел 4 может быть выполнен утилизационным, т. е. в виде котла-утилизатора), питательный насос 5, конденсатор 6, выполненный контактным и насос-нагнетатель 7, образующие тепловой насос - второй конденсатор 8, контактно-вакуумный испаритель 9 и вакуумный компрессор 10, сетевой насос 11, систему 12 теплоснабжения, вакуумный компрессор 13, пневматические трубопроводы 14, 15, паровые трубопроводы 16, 17, трубопровод 18 отвода воды из конденсатора 6, трубопровод 19 подвода охлаждающей воды в конденсатор 6, гидравлические трубопроводы 20, 21 и силовую нагрузку 22 в виде турбогенератора (электрического генератора). При этом компрессор 1, камера 2 сгорания, вакуумный компрессор (вакуумный насос) и электрический генератор составляют турбогруппу.

При этом выход турбины 3 газотурбинного двигателя соединен трубопроводом 14 с первым входом котла 4, первый выход которого соединен с первым входом конденсатора 6. При помощи трубопровода 15 первый выход конденсатора 6 соединен с атмосферой через вакуумный компрессор 13. Второй выход конденсатора 6 при помощи трубопровода 18 подсоединен через контактно-вакуумный испаритель 9 и насос-нагнетатель 7 к трубопроводу 19, сообщенному со вторым входом конденсатора 6. Второй выход контактно-вакуумного испарителя 9 при помощи трубопровода 17 подсоединен ко входу вакуумного компрессора 10, выход которого соединен с первым входом второго конденсатором 8. Первый выход второго конденсатора 8 по гидравлическому трубопроводу 20 через питательный насос 5 соединен с котлом 4. Трубопровод 16 соединяет котел 4 с камерой 2 сгорания газотурбинного двигателя. Второй выход и, через сетевой насос 11, второй вход второго конденсатора 8 при помощи трубопровода 21 соединены соответственно с входом и выходом системы теплоснабжения 12, являющейся потребителем тепла в виде горячей воды. В качестве потребителя могут быть городская тепловая сеть, химические производства и т.д.

Возможен вариант выполнения, когда питательный насос 5 может быть включен между котлом 4 и камерой 2 сгорания.

Работа энергетической установки осуществляется следующим образом.

Атмосферный воздух поступает в компрессор 1, где сжимается, и подается в камеру 2 сгорания, куда одновременно впрыскивается топливо. В результате сгорания топлива температура газа в камере сгорания 2 возрастает. Горячие газы в камере сгорания 2 смешиваются с паром, поступающим из котла 4 по паропроводу 16. Парогазовая смесь из камеры сгорания 2 поступает в турбину 3, которая приводит во вращение турбогенератор 22 и вакуумный компрессор 13. В турбине 3 давление и температура парогазовой смеси падает. Давление на выходе из турбины 3 по величине близко атмосферному давлению, а температура - 550-750^oС. После турбины 3 горячая парогазовая смесь поступает в котел 4, где остывает до температуры 130-90^oС. После котла 4 парогазовая смесь поступает в первый конденсатор 6, где орошается водой из трубопровода 19. Вода, поступающая из трубопровода 19, охлаждает парогазовую смесь до температуры ниже температуры (76^oС) конденсации воды. Охлажденные и высушенные выхлопные газы сжимаются до атмосферного давления в вакуумном компрессоре 13 и выбрасываются в атмосферу. Вода из первого конденсатора 6 сливается по трубопроводу 18 в контактно-вакуумный испаритель 9, из которого по паропроводу 17 вакуумным компрессором 10 откачиваются пары воды. Разряжение в контактно-вакуумном испарителе 9, созданное вакуумным компрессором 10, обеспечивает испарение части воды, поступающей в контактно-вакуумный испаритель 9. Процесс парообразования в условиях разряжения контактно-вакуумного испарителя 9 сопровождается снижением температуры воды. Неиспарившаяся холодная вода насосом-нагнетателем 7 по трубопроводу 19 впрыскивается снова в первый конденсатор 6 навстречу парогазовому потоку. Пар из контактно-вакуумного испарителя 9 вакуумным компрессором 10 перекачивается во второй конденсатор 8. При этом температура и давление пара возрастает. Так, температура пара может достигать после вакуумного компрессора 10 120-150^oС и выше. Во втором конденсаторе 8 пар охлаждается путем передачи тепла сетевой воде системы теплоснабжения 12, перекачиваемой по трубопроводу 21 сетевым насосом 11. Сетевая вода во втором конденсаторе 8 нагревается до температуры 90-120^oС, а сконденсировавшийся пар в виде дистиллята по трубопроводу 20 питательным насосом 5 подается в котел 4.

Вода, поступающая в контактный конденсатор 6 по трубопроводу 19 при данном расчетном давлении, имеет температуру ниже 60^oС. При этом отводимая по трубопроводу 18 вода имеет температуру близкую или ниже 70^oС с учетом того, что температура конденсации около 76^oС. При этом, вода, поступающая в котел 4 после второго конденсатора 8, имеет температуру более 70^oС.

Благодаря наличию теплового насоса (второй конденсатор 8, контактно-вакуумный испаритель 9 и вакуумный компрессор 10) на трубопроводах 18, 19 осуществляется охлаждение воды, впрыскиваемой в первый конденсатор 6 без потери тепла в окружающую среду, обеспечивается подогрев сетевой воды до температуры 90-120^oС, необходимой городской сети, а также упрощается схема водоподготовки котельной воды, так как химическая очистка воды осуществляется в контактно-вакуумном испарителе и втором конденсаторе, благодаря чему возможен отказ от большого количества составляющих системы водоподготовки котельной воды.

Работа парогазовой установки рассмотрена на примере подачи пара в камеру сгорания, однако, ввод пара может осуществляться как в проточную часть турбины, так и в проточную часть компрессора, а также и в другие точки газовоздушного тракта.