Результат интеллектуальной деятельности: ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Известен аналог - парогазовая установка электростанции (см. патент РФ №2373403, БИ №32, 2009), содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник - утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины, напорный трубопровод к теплообменнику - утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной парогазовой установки электростанции, принятой за прототип, относится то, что известная парогазовая установка электростанции обладает пониженной надежностью работы и экономичностью, так как рабочим телом в турбокомпрессоре является насыщенный водяными парами в вытяжной башне градирни и содержащий капельную влагу атмосферный воздух. Наличие в воздухе капелек циркуляционной воды, содержащей соли жесткости и механические примеси, обусловливает отложение солей и накипи на лопатках турбокомпрессора, что снижает надежность работы и экономичность турбокомпрессора и парогазовой установки электростанции.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения надежности работы и экономичности парогазовой установки электростанции предлагается всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки соединить трубопроводом с патрубком отбора отработавшего в паровой турбине водяного пара для подачи отработавшего в паровой турбине и содержащего капельную влагу водяного пара в поток воздуха, поступающего в турбокомпрессор, с целью образования паровоздушной смеси и подачи ее в турбокомпрессор. Капельная влага, содержащаяся в водяном паре, является обессоленной водой, что исключает выпадение солей и других примесей на лопатках турбокомпрессора, повышает надежность работы турбокомпрессора и парогазовой установки электростанции. Кроме того, паровоздушная смесь имеет лучшие теплофизические свойства по сравнению с атмосферным воздухом, что позволяет уменьшить работу сжатия в турбокомпрессоре и одновременно повысить тепловую экономичность и удельную мощность газовой турбины. Уменьшение работы сжатия в турбокомпрессоре дополнительно осуществляется и за счет снижения температуры сжимаемой паровоздушной смеси вследствие испарения капельной влаги, содержащейся в паровоздушной смеси, образующейся после смешения атмосферного воздуха с отработавшим в паровой турбине водяным паром. Увеличение удельной мощности газовой турбины обусловливается наличием в продуктах сгорания водяных паров, что приводит к повышению располагаемого теплоперепада в газовой турбине.

Технический результат - повышение надежности работы и экономичности парогазовой установки электростанции путем снижения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине за счет подачи отработавшего в паровой турбине и содержащего капельную влагу водяного пара в поток воздуха, поступающего в турбокомпрессор.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник - утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины, напорный трубопровод к теплообменнику - утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. Особенность парогазовой установки электростанции заключается в том, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с патрубком отбора отработавшего в паровой турбине и содержащего капельную влагу водяного пара, для подачи его в поток воздуха, поступающего в турбокомпрессор.

На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции.

Парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины 1, турбокомпрессора 2, камеры сгорания 3 и электрогенератора 4, котел-утилизатор 5, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины 6 с конденсатором 7, электрического генератора 8 и питательного насоса 9, теплообменник 10 - утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником 11 с гидрозатвором 12, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 13, напорный трубопровод 14 к конденсатору 7 паровой турбины 6, напорный трубопровод 15 к теплообменнику 10 - утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод 16 к градирне, состоящей из вытяжной башни 17 и водосборного бассейна 18, трубопровод 19, соединяющий всасывающий короб турбокомпрессора 2 газотурбинной установки с патрубком отбора отработавшего в паровой турбине 6 и содержащего капельную влагу водяного пара, для подачи его в поток воздуха, поступающего в турбокомпрессор 2.

Парогазовая установка электростанции работает следующим образом.

Во всасывающий короб турбокомпрессора 2 поступает атмосферный воздух и одновременно подается отработавший в паровой турбине 6 и содержащий капельную влагу водяной пар. Получается паровоздушная смесь, которая подается в турбокомпрессор 2. Подача в турбокомпрессор паровоздушной смеси приводит к снижению работы, затрачиваемой на сжатие паровоздушной смеси, за счет лучших теплофизических свойств паровоздушной смеси по сравнению с теплофизическими свойствами атмосферного воздуха. Кроме того, в турбокомпрессоре 2 в результате процесса сжатия, сопровождающегося повышением температуры, будет осуществляться испарение капельной влаги в паровоздушную смесь, что приведет к снижению ее температуры и к дополнительному снижению работы, затрачиваемой на сжатие паровоздушной смеси в турбокомпрессоре 2.

Паровоздушная смесь из турбокомпрессора 2 подается в камеру сгорания 3 для осуществления процесса горения топлива. Образовавшаяся в результате сгорания топлива газопаровая смесь поступает в газовую турбину 1. В газовой турбине 1 совершается полезная работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора 2 и электрогенератора 4.

Отработавшая в газовой турбине 1 газопаровая смесь поступает в котел-утилизатор 5, где генерируется водяной пар, который направляется в паровую турбину 6. В паровой турбине 6 в процессе расширения пара совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 8. Отработавший в паровой турбине 6 пар поступает в конденсатор 7, в котором конденсируется за счет охлаждения циркуляционной водой, подаваемой по напорному трубопроводу 14 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни. Подогретая в конденсаторе 7 циркуляционная вода по сливному напорному трубопроводу 16 подается в вытяжную башню 17 градирни, где охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте и стекает в водосборный бассейн 18. Конденсат отработавшего в паровой турбине водяного пара питательным насосом 9 направляется в котел-утилизатор 5.

Газопаровая смесь после котла-утилизатора 5 поступает в теплообменник 10, где охлаждается до температуры ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 13 по напорному трубопроводу 15. При этом водяной пар, содержащийся в газопаровой смеси в перегретом состоянии, конденсируется. Конденсат водяных паров, выделяющийся из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы, стекает в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12 направляется в бак чистых стоков (не показан). Уходящие газы после теплообменника 10 - утилизатора теплоты уходящих газов через дымовую трубу (не показана) отводятся в атмосферу.

Таким образом, снабжение парогазовой установки электростанции трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с патрубком отбора водяного пара для подачи во всасывающий короб турбокомпрессора отработавшего в паровой турбине водяного пара, содержащего капельную влагу, являющуюся обессоленной водой, позволяет исключить выпадение солей и других примесей на лопатках турбокомпрессора, что повышает надежность работы турбокомпрессора и парогазовой установки электростанции. Подача в турбокомпрессор паровоздушной смеси улучшает теплофизические свойства рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине и повышает экономичность и мощность парогазовой установки электростанции за счет уменьшения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине. Кроме того, подача в камеру сгорания газотурбинной установки паровоздушной смеси уменьшает концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания и количество вредных выбросов в атмосферу и увеличивает срок службы высоконапряженных элементов газотурбинной установки за счет снижения температуры газов в камере сгорания.