Результат интеллектуальной деятельности: ТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ВОДЫ НА КОНДЕНСАЦИОННЫХ БЛОКАХ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а именно к детандер-генераторным агрегатам, и может быть использовано для охлаждения циркуляционной воды, покидающей конденсатор паровой турбины с помощью турбодетандерной установки, работающей на природном газе, питающем энергетический котел паротурбинного блока.

Известна теплоэнергетическая установка, содержащая котел, паровую турбину, конденсатор, к которому подключены трубопроводы подачи и отвода циркуляционной воды, турбодетандер, включенный между трубопроводами высокого и низкого давления, и подогреватель сжигаемого в котле газа [1] (Аракелян Э.К., Аракчеев Е.П., Зайцев А.Н. Теплоэнергетическая установка АС СССР №47874, 1981 Бюл. №18, опубл. 04.01.85).

Основной недостаток прототипа в данном случае состоит в том, что нагрев газа после турбодетандерной установки осуществляется водой, которая подводится к конденсатору и, соответственно, количество теплоты, отводимой из конденсатора паровой турбины в атмосферу, не меняется. Кроме того, согласно рассматриваемому прототипу циркуляционная вода используется для подогрева только части газа, идущего к котлу, а оставшаяся часть продолжает дросселироваться на дроссельном клапане. Подобное решение является следствием того, что в прототипе [1] решается задача, связанная только с повышением экономичности теплоэнергетической установки.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в охлаждении циркуляционной воды, покидающей тепловую электрическую станцию (ТЭС), и в этой связи нагрев газа осуществляется не подводимой, а уходящей из конденсатора нагретой циркуляционной водой, что позволяет нагревать газ перед энергетическим котлом до более высокой температуры. При решении поставленной задачи через турбодетандер должен проходить весь природный газ, подводимый к электростанции, так как эффект охлаждения циркуляционной воды прямо пропорционален расходу газа через турбодетандер.

Технический результат, получаемый за счет предлагаемой турбодетандерной системы утилизации теплоты циркуляционной воды, состоит в снижении тепловых выбросов ТЭС в атмосферу, при одновременной выработке дополнительной электроэнергии и достигается тем, что в известной турбодетандерной системе утилизации теплоты циркуляционной воды на конденсационных блоках паровых турбин тепловой электрической станции, идущей после конденсатора паровой турбины к градирне или брызгальному бассейну, содержащей циркуляционный насос, трубопроводы циркуляционной воды, конденсатор паровой турбины, градирни или брызгальный бассейн, теплообменник, турбодетандер, электрогенератор, согласно изобретению, теплообменник, установленный после турбодетандера, подключен по греющему теплоносителю к трубопроводу отвода циркуляционной воды из конденсатора, при этом система включает в себя газотурбинную установку, воздушный компрессор которой соединен с турбодетандером, а газовая турбина соединена с электрогенератором, подогреватель магистрального газа, подключенный по греющей среде к трубопроводу отвода уходящих газов из газотурбинной установки, и подогреватель сетевой воды, также подключенный к трубопроводу отвода уходящих газов из газотурбинной установки.

На чертеже изображена принципиальная схема системы турбодетандерного охлаждения циркуляционной воды на базе автономной ГТУ с турбодетандерным приводом компрессора.

Предлагаемая система турбодетандерного охлаждения циркуляционной воды на базе автономной ГТУ с турбодетандерным приводом компрессора, которая содержит турбодетандер 1, электрогенератор 2, рекуперативный теплообменник 3, конденсатор паровой турбины 4, циркуляционный насос 5, конденсационный насос 6, дроссельный клапан 7, дроссельно-регулирующий клапан 8, воздушный компрессор ГТУ 9, камеру сгорания ГТУ 10, газовую турбину ГТУ 11, подогреватель магистрального газа 12 и сетевой подогреватель воды 13.

Система турбодетандерного охлаждения циркуляционной воды на базе автономной ГТУ с турбодетандерным приводом компрессора работает следующим образом.

Как и по первому варианту, добавочное охлаждение циркуляционной воды после конденсатора осуществляется низкотемпературным природным газом после турбодетандера 1 в теплообменнике 3. Однако теперь высоконапорный природный газ подводится не только к турбодетандеру 1, но его некоторая часть подводится и в камеру сгорания 10 газовой турбины 11, связанной с электрогенератором 2. В рассматриваемой схеме турбодетандер 1 используется для привода воздушного компрессора 9, что позволяет реализовать газотурбинный цикл при нулевых затратах мощности газовой турбины на привод компрессора. После газовой турбины отработавшие газы используются либо для подогрева магистрального газа в теплообменнике 12 в случае выключения из работы теплообменника 3, либо для подогрева сетевой воды в подогревателе 13, при нормальной работе системы охлаждения циркуляционной воды.

В результате, оценивая КПД ГТУ в виде отношения полезной мощности газовой турбины N_e к количеству теплоты Q_кс, подведенной в камере сгорания, получим, что при начальной температуре газов перед газовой турбиной Т_С=503°С, КПД ГТУ достигает 64%. Заметим, что в стандартных газотурбинных установках при начальной температуре газов Т_С=1500°С их КПД не превышает 40%. Необходимо отметить, что при реализации подобного решения, по сравнению с первым вариантом охлаждения циркуляционной воды, оказывается возможным в полтора раза увеличить выработку электрической энергии на базе природного газа, при сохранении неизменным его расхода через турбодетандер.

Список литературы

1. Аракелян Э.К., Аракчеев Е.П., Зайцев А.Н. Теплоэнергетическая установка АС СССР №47874, 1981 Бюл. №18, опубл. 04.01.85