Енергетична установка

Винахід відноситься до теплоенергетики і може знайти широке застосування в роботі паротурбінних установок у випадку використання в них низькоякісних твердих палив. Відома енергетична установка (Патент ФРН № 839290, кл. F 01 К 23/06, 1944), що містить котел з топкою для спалювання твердого палива, пароперегрівник, парову турбіну з електрогенератором, повітряпідігрівник, повітряну турбіну з електрогенератором, в якій повітря для повітряної турбіни нагрівають змішуванням з продуктами горіння, а частину вихлопу повітряної турбіни використовують для нагріву повітря, що йде на горіння палива в топці котельного агрегату. Але при цьому необхідна додаткова очистка нагрітого повітря (робочого тіла повітряної турбіни) із-за можливого пошкодження твердими частинками лопаток повітряної турбіни. Цей недолік посилюється при використанні низькосортного твердого палива з великою зольністью. Відома енергетична установка (Авт.св. СРСР № 1188338, кл. F01 К23/06,1985), яка містить паротурбінний блок, в який входить котел з основною та додатковою топками, причому остання виконана з охолоджуючою сорочкою, а також парова турбіна з генератором, та газотурбінну установку, що містить газову турбіну з генератором, вихлоп якої підключений до котла, а також під'єднаний до неї через сорочку додаткової топки компресор. Проте в цій установці низька ефективність використання низькосортних твердих палив, а також великий об'єм шкідливих викидів в атмосферу, в основному окислів азоту, сірки та окису вуглицю. В основу винаходу поставлене завдання створення такої енергетичної установки, в якій за рахунок розділення атмосферного повітря на азот та кисень виключалось би утворення окислів азоту в продуктах горіння, що приведе до зменшення кількості шкідливих викидів в атмосферу і підвищення екологічності установки при використанні низькосортного твердого палива. Поставлене завдання вирішується тим, що енергетична установка, яка містить паротурбінний блок в який входить котел з основною та додатковою топками, причому остання виконана з охолоджуючою сорочкою, а також парова турбіна з генератором, та газотурбінну установку, що містить газову турбіну з генератором, вихлоп якої підключений до котла, а також під'єднаний до неї через сорочку додаткової топки компресор, згідно з винаходом, додатково оснащена тепло-обмінником-регенератором та мембранним розділювачем повітря для розділення останнього на азот та кисень з холодильником на виході азоту, при цьому сорочка додаткової топки виконана з розділенням її на азотний та кисневий відсіки, причому вихідний патрубок останнього підключений до пальника, а компресор виконаний двохступеневим І під'єднаний до газової турбіни через азотний відсік сорочки, розділювач повітря встановлений між ступенями компресора і його вихід по кисню підключений до кисневого відсіку через теплообмінник-регенератор, що встановлений на вихлопі газової турбіни. Мембранний розділювач призначений для розділення повітря на азот та кисень. Останній дозволить спалити ефективно низькоякісні палива, а також зменшити кількість відхідних газів на 1 МВт електричної потужності без утворення при цьому окислів азоту в процесі горіння палива в атмосфері кисню. Холодильник знижує температуру повітря (азоту) перед другим ступенем компресора і тим самим зменшується робота стиснення цим ступенем, а значить збільшується електричне навантаження електрогенератора ГТУ, і цим також зменшується кількість шкідливих викидів в розрахунку на 1 МВт електричної потужності. Для того, щоб не змішувати азот з киснем при їх нагріві в охолоджуючій сорочці додаткової топки вона розділена на два відсіки - азотний та кисневий. Додатковий нагрів кисню, який І так активний, в кисневому відсіку дає змогу ефективно спалити зовсім поганої якості паливо. Для цієї ж мети служить І теплообмінник-регенератор, в якому попередньо, перед кисневим відсіком, відбувається підігрів кисню. Підключення газової турбіни до азотного відсіку дозволяє живити останню чистим високотемпературним робочим тілом, отриманим за рахунок нагріву азоту теплотою твердого палива. В такий спосіб, відмовившись від звичайної камери горіння, отримаємо робоче тіло для газової турбіни абсолютно без окислів азоту, тобто І тут зменшується кількість шкідливих речовин у викидах ПТУ на 1 МВт електричної потужності. Таким чином, загальному зменшенню кількості шкідливих викидів сприяє декілька елементів установки одночасно - мембранний розділювач повітря, холодильник, розділення повітряної сорочки на азотний та кисневий відсіки. Встановлення мембранного розділювача повітря між ступенями компрессора ПГУ зменшує габарити мембранного розділювача і затрати в нього, оскільки останній працює при цьому підтиском, а також поліпшує його роботу. На фіг. 1 зображена принципова схема енергетичної установки; на фіг. 2 - розріз А-А на фіг. 1, На кресленнях позначено: 1 -основна, 2 - додаткова топки котла паротурбінного блоку; 3 - газова турбіна; 4 перша, 5 - друга ступені компресора; 6 - повітряна охолоджуюча сорочка додаткової 2 топки; 7 - азотний, 8 кисневий відсіки сорочки 6; 9 - мембранний розділювач повітря на азот та кисель; 10 - холодильник; 11 теплообмінник-регенератор; 12 - вихідний патрубок кисневого 8 відсіку; 13 - вихідний патрубок азотного 7 відсіку; 14 - лінія подачі палива; 15 - лінія стисненого азоту: 16 - ви хлоп газової турбіни 3; 17 - теплоізоляція додаткової 2 топки; 18 - теплові тр убки додаткової 2 топки: 19 - внутрішня стінка додаткової топки 2; 20 розділювальна стінка азотного 7 та кисневого 8 відсіків; 21 - лінія подачі кисню в кисневий 8 відсік; 22 - ви хлоп додаткової 2 топки; 23 - генератор газотурбінної установки. До основної 1 топки котла приєднаний передтопник, який складається з додаткової 2 топки, навколо якої розміщена повітряна охолоджуюча сорочка 6. в якій розміщені своїми холодними кінцями теплові трубки 18, гарячі кінці яких вмонтовані у внутрішню стінку 19 додаткової 2 топки. На зовнішній стінці сорочки б розміщена теплова ізоляція 17. Стінка 20 розділяє сорочку 6 на азотний 7 та кисневий 8 відсіки з вихідними патрубками 13, 12, відповідно. До додаткової 2 топки під'єднана лінія подачі палива'14. Газотурбінна установка складається з газової турбіни 3, першої 4 та другої 5 ступеней компресора, між якими встановлений мембранний розділювач повітря 9, і генератора 23. На виході по азоту мембранного розділювача 9 розміщений холодильник 10, під'єднаний до другої 5 ступені компресора, вихлоп якої лінією 15 стиснутого азоту підключений до азотного 7 відсіку охолоджуючої сорочки б. Вихідний патрубок ІЗ азотного відсіку 7 з'єднує його з газовою турбіною 3. Остання своїм вихлопом 16 через теплообмінник-регенератор 11 под'єднана до основної 1 топки котла. Вихід по кисню мембранного розділювача повітря 9 підключений через теплообмінник-регенератор 11 до кисневого 8 відсіку охолоджуючої сорочки 6, вихідний патрубок 12 якого під'єднаний до лінії 14 подачі палива. Енергетична установка працює наступним чином. Стиснуте в першій 4 ступені компресора атмосферне повітря поступає в мембранний розділювач повітря 9, де азот відділяється від кисню, який далі подають через теплообмінник-регенератор 11, де він підігрівається за рахунок охолодження вихлопного газу (азоту) Із газової турбіни 3, в кисневий 8 відсік додаткової 2 топки котла. Через вихідний патрубок 12 кисневого відсіку 8 нагріте в останному збагачене киснем повітря поступає на спалювання низькосортних твердих палив в пальнику, що на кінці лінії подачі палива 14 до додаткової 2 топки котла. Збіднене киснем повітря охолоджують в холодильнику 10 перед його стисненням в другій 5 ступені компресора. Далі стиснене повітря по лінії 15 подають в азотний 7 відсік повітряної сорочки 6 додаткової 2 топки котла, де за допомогою теплових тр убок 18 теплоту низькоякісного твердого палива з додаткової топки 2 передають у азотний відсік 7, де підігрівають згаданою теплотою стиснене збіднене киснем повітря. Далі через вихідний патрубок 13 азотного відсіку 7 нагріте в повітряній сорочці 6 робоче тіло скидують на розширення в парову турбіну З І після неї через теплообмінник-регенератор 11 відпрацьоване робоче тіло подають в основну 1 топку котла. Оскільки за допомогою мембранного розділювача 9 повітря збагачується киснем І це повітря ще й підігрівається, то в додатковій топці 2 паливо горить в атмосфері збідненій на азот, що зменшує об'єм утворених окислів азоту. В Ідеальному випадку можливе 100%-не розділення повітря і на горіння подається лише кисень. В цьому випадку гарантоване ефективне спалювання самих низькоякісних палив без утворення при цьому шкідливих компонентів типу окислів азоту.