Спосіб роботи парогазової енергетичної установки

Спосіб роботи парогазової енергетичної установки, який полягає у повному згорянні органічного палива в камері згоряння газової турбіни, спрямовуванні продуктів згоряння після газової турбіни в паросилову частину установки - котел-утилізатор, Винахід стосується теплоенергетики і може бути використаний в роботі парогазових енергетичних установок (ПГУ) Прототипом вибраний спосіб роботи парогазової енергетичної установки, яка містить дві частини газотурбінну, в якій послідовно з'єднані компресор, камера згоряння і газова турбіна та паросилову частину, в яку входять котелутилізатор з пароперегрівальними, випаровуючими і економайзерними поверхнями, парова турбіна, конденсатор і трубопровід подачі газів (продуктів згоряння органічного палива) з котлаутилізатора на вхід компресора [1] Установка працює таким чином Гарячі продукти згоряння органічного палива після газової турбіни поступають в котелутилізатор, в якому готується перегріта водяна пара з необхідними параметрами (тиском і температурою) Водяна пара з котла-утилізатора поступає в парову турбіну де и потенційна теплова енергія перетворюється в електричну енергію з допомогою, механічно з'єднаного з паровою турбіною електричного генератора Відпрацьована пара після парової турбіни подається в конденсатор де вона конденсується і конденсат насосом подається знову в котел-утилізатор Як робоче тіло в паросиловій частині описаної установки використовують воду і водяну пару, що характерно і для інших парогазових установок в якому готується перегріта пара робочого тіла з необхідними тиском і температурою, яка подається в парову турбіну, де и потенційна теплова енергія перетворюється в електричну енергію з допомогою механічно з'єднаного з турбіною електричного генератора, подачі відпрацьованої пари після парової турбіни в конденсатор, де вона конденсується, і подачі конденсату пари робочого тіла насосом знову в котел-утилізатор, який відрізняється тим, що як робоче тіло в паросиловій частині установки використовують пару речовини з низькою температурою кипіння та низьким значенням теплоти пароутворення [2,3] Проте використання в паросиловій частині парогазової установки парової турбіни, яка працює на водяній парі обмежує можливість суттєвого збільшення ККД Високе значення теплоти пароутворення води (~ 580ккал/кг) обумовлює високе значення безповоротної втрати теплоти (~ 610ккал/кг) в процесі конденсації потоку відпрацьованої водяної пари в конденсаторі парової турбіни, навіть у випадку підтримання достатньо глибокого вакууму в об'ємі конденсатора В ПГУ з котлом-утилізатором як гріюче середовище (тепловіддавач) використовують потік гарячих продуктів згоряння після газової турбіни, питомий енергетичний потенціал яких відносно не великий (для газових турбін типу UGT - від 91 0 до 141 0ккал/кт продуктів згоряння) і тому рівень втрат теплоти в конденсаторі, при роботі на водяній парі, складає до 60% від теплоти гріючого газового потоку В основу винаходу поставлене завдання, шляхом заміни робочого тіла в паросиловій частині енергетичної установки, зменшити можливість втрати теплоти в конденсаторі парової турбіни, що в свою чергу підвищить коефіцієнт корисної дії енергетичної установки в цілому Поставлене завдання вирішується тим, що у способі роботи парогазової енергетичної устано (О (О ю 54676 вки, який полягає у повному згорянні органічного палива в камері згоряння газової турбіни, направленні продуктів згоряння після газової турбіни в паросилову частину установки -котел-утилізатор, в якому готується перегріта пара робочого тіла з необхідними параметрами (тиском і температурою), яка подається в парову турбіну де її потенційна теплова енергія перетворюється в електричну енергію з допомогою, механічно з'єднаного з турбіною, електричного генератора, подачі відпрацьованої пари після парової турбіни в конденсатор де вона конденсується і подачі конденсату пари робочого тіла насосом знову в котелутилізатор, згідно з винаходом як робоче тіло в паросиловій частині установки використовують пару речовини з низькою температурою кипіння та низьким значенням теплоти пароутворення Використання як робочого тіла в паросиловій частині установки, речовини з низькою температурою кипіння і істотно більш низьким значенням теплоти пароутворення ніж у води, забезпечує більш сприятливі термодинамічні умови використання теплового потенціалу потоку вихлопних газів газової турбіни і сприяє значному зниженню величини безповоротних втрат теплоти в конденсаторі турбіни Однак слід мати на увазі, що абсолютне значення збільшення ефективності роботи ПГУ в цілому, при використанні парових турбін працюючих на парі речовин з низькою температурою кипіння, у порівнянні з використанням парових турбін працюючих на водяній парі, залежить як від термодинамічних характеристик гріючого газового потоку, так і від властивостей речовини, яка використовується як робоче тіло в паросиловій частині установки з низькою температурою кипіння Тому, для одержання максимального позитивного ефекту (максимально можливого значення ККД) необхідно для кожної конкретної ПГУ, розрахункове, оптимізувати систему за термодинамічними характеристиками взаємодіючих теплових і матеріальних потоків На фіг 1 схематично зображена установка для реалізації запропонованого способу, на фіг 2 наведена діаграма розподілу потоків теплоти в паросиловій частині ПГУ, виконаної з використанням парової турбіни, працюючої на водяній парі і парі речовини з низькою температурою кипіння ПГУ містить компресор 1, камеру згоряння органічного палива 2, газову турбіну 3 з електричним генератором 4 і котел-утилізатор речовини з низькою температурою кипіння 5, з яким з'єднана парова турбіна 6 з електричним генератором 7 Вихлоп парової турбіни з'єднаний з конденсатором 8 (повітряним або водяним) і послідовно включеним насосом 9 для перекачування конденсату з конденсатора в котел-утилізатор Спосіб реалізується таким чином Атмосферне повітря за допомогою компресора 1 стискається до необхідного тиску і подається в камеру згоряння 2, в якій здійснюється повне згоряння палива, що подається (природного газу або рідкого газотурбінного палива) Газоподібні продукти згоряння палива, з заданою температурою, направляються в газову турбіну З де їхня потенційна енергія частково перетворюється в електричну енергію за допомогою електричного генератора 4 Газоподібні продукти згоряння палива після газової турбіни З спрямовуються в котел-утилізатор 5, в якому речовина з низькою температурою кипіння, за рахунок теплоти вихлопних газів газової турбіни З перетворюється в пару з заданими параметрами (тиском і температурою) Після котла-утилізатора 5 охолоджені газоподібні продукти згоряння палива викидаються в атмосферу, а пара речовини з низькою температурою кипіння спрямовується в парову турбіну 6 в якій енергія пари частково перетворюється в електричну енергію за допомогою електричного генератора 7 Далі потік відпрацьованої пари речовини з низькою температурою кипіння спрямовується в конденсатор 8, в якому відбувається його конденсація за рахунок охолоджування потоком повітря або води Конденсат речовини з низькою температурою кипіння, що утворився, конденсатним насосом 9 відкачується з конденсатора 8 і подається знову в котел-утилізатор 5 замикаючи робочий цикл паросилової частини ПГУ На діаграмі наведений приклад розподілу потоків теплоти в паросиловій частині ПГУ виконаної з використанням газової турбіни типу UGT25000, електричною потужністю 26700 КВТ, парової турбіни працюючої на водяній парі (Фіг 2-А) і парової турбіни, працюючої на парі речовини з низькою температурою кипіння та низьким значенням теплоти пароутворення (ФІГ 2-Б) У прикладі прийняті наступні ВИХІДНІ дані для проведення оціночних розрахунків температура потоку газоподібних продуктів згоряння за газовою турбіною 465°С, це ж за котлом-утилізатором 120°С, витрата газоподібних продуктів згоряння палива за ГТУ 89,8кг/с, тиск пари на вході в парову турбіну ЗО.Оата, температура пари на вході в парову турбіну 320°С, температура в конденсаторі парової турбіни при роботі на водяній парі 32°С, при роботі на парі речовини з низькою температурою кипіння та низьким значенням теплоти пароутворення 40°С Як видно з даних, наведених на фіг 2, при використанні в паросиловій частині ПГУ парової турбіни працюючої на парі речовини з низькою температурою кипіння та низьким значенням теплоти пароутворення, ефективність використання теплоти потоку вихлопних газів газової турбіни при перетворенні її в електричну енергію істотно зростає у порівнянні з використанням парової турбіни працюючої на водяній парі В наведеному прикладі, за рахунок більш ефективного використання теплоти вихлопних газів газової турбіни сумарна розрахункова електрична потужність ПГУ з газовою турбіною типу UGT-25000 склала 35909КВТ, при значенні ККД53 5% з використанням парової турбіни, працюю 54676 F04K23/10, публ 1985р 2 Авторське свідоцтво СРСР №958665, кл F01K23/08, публ 1982р 3 Авторське свідоцтво СРСР №1693271А1, кл F01K23/10, публ 1983р чоі на парі речовини з низькою температурою кипіння та 31123КВТ і значенні ККД - 46 3% з використанням парової турбіни, працюючої на водяній парі Джерела інформації 1 Авторське свідоцтво СРСР №1195020, кл Втрата теплоти з викидними газами 24,8% в епветричку енергію 112% Теплота вихлопних газів після газової тур&ни 100% втрата теплоти в конденсаторі пароші турбіни 60,6% Циркулююча теплота конденсату, 3,2% А Втрата теплоти j4 з викидними г а з а м і ^ п 24,8% І Теплота вихлопних газів після газової турбіни 100% Циркулююча теплота конденсату 4,4% ФІГ.1 Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 Теплота перетворена в електричну енерпю 23,4%