Спосіб комбінованого вироблення теплової та електричної енергії

Спосіб комбінованого вироблення теплової та електричної енергії, який включає спалення природного газу в газотурбінній установці (ГТУ) з електрогенератором для одержання електроенергії, формування потоку вихлопних газів з ГТУ, скидан Корисна модель стосується теплоенергетики та теплофікації і може бути використана для комбінованого вироблення теплової та електричної енергії в системах комунального енергопостачання ВІДОМІ способи централізованого комбінованого вироблення електричної та теплової енергії на базі теплоелектроцентралей (ТЕЦ), основані на використанні парового, парогазового та газопарового циклів, які в містах і районах України втілюють основний, найбільш поширений спосіб комбінованого вироблення теплової та електричної енергії [1, 2 ,3] Основним недоліком цих способів, спрямованих на централізоване енергопостачання крупних споживачів (міста, райони), є їх висока капітальна вартість, значна залежність ефективності способу від потужності, яка швидко падає при її зменшенні, недостатньо висока надійність централізованого енергопостачання, великі втрати теплової енергії, пов'язані з необхідністю її транспортування на великі відстані, практична неможливість задовольнити потреби в енергії, особливо в тепловій, при зростанні міст і районів, що призводить до необхідності будування додаткових котелень для теплопостачання Відомий спосіб комбінованого вироблення теплової та електричної енергії на базі когенераційних установок з тепловим двигуном (газопоршневим двигуном чи газовою турбіною) і котлом ня вихлопних газів в топку котла зі спаленням в їх середовищі додаткового палива для одержання теплової енергії, який відрізняється тим, що продукти спалення з ГТУ і додаткове паливо тангенційно подають в додаткову циклонну топку, спалюють в ній паливо в середовищі викидних газів з ГТУ і подають продукти спалення в камерну топку котла, а пальники в камерній топці котла використовують лише частково тільки для регулювання теплового навантаження котла в умовах роботи когенераційної установки і як резервні на випадок відключення ГТУ утилізатором [4, 5, 6, 7] Недоліком цього способу є ШКІДЛИВІ викиди з вихлопними газами, особливо в разі використання газопоршневого двигуна, труднощі з сезонною маневровістю цього способу і його велика капітальна вартість Відомий спосіб комбінованого вироблення теплової та електричної енергії з допомогою когенераційних установок на базі існуючих комунальних теплофікаційних котелень Значно поширеним і, можливо, найбільш перспективним є використання в таких установках в якості теплового двигуна газотурбінної установки (ГТУ) При цьому способі ГТУ використовують для вироблення електричної енергії, викидні гази з ГТУ подають в пальники камерної топки котла разом з додатковим паливом, яке спалюється в середовищі викидних газів з ГТУ, а видобуту теплову енергію використовують для теплофікації [8, 9] Цей спосіб економічно більш ВИГІДНІШИЙ, ніж попередній, має широку базу для розповсюдження, сприяє децентралізації енергозабезпечення і зростанню його надійності Викиди в навколишнє середовище такої когенгераційної установки можуть бути значно безпечніші, що має велике значення в зв'язку з екологічними вимогами до теплоенергетики Спосіб комбінованого вироблення теплової та електричної енергії в комунальних теплофікаційних котельнях на базі когенераційних установок з використанням ГТУ обраний за прототип 10167 Недоліком прототипу є проблема, пов'язана зі спаленням додаткового палива в топці котла, особливо в котлах з високотермонапруженим толочним простором, в середовищі скидних димових газів з ГТУ. Внаслідок забаластованості середовища, горіння палива відбувається повільніше, ніж у повітряному середовищі, що сприяє подовженню факелу до консективних поверхонь котла, призводить до порушення розрахункового режиму його роботи, хімічному недожогу палива, погіршенню екологічної якості викидних газів, зниження теплової потужності, ефективності і ресурсу роботи котла. Для компенсування зниження ефективності роботи котла і збереження його теплової потужності доводиться збільшувати подачу в котел додаткового палива і повітря. При цьому необхідність збереження номінальної витрати продуктів спалення в котлі призводить до зменшення витрати робочого тіла ГТУ, що подають в котел, і, як наслідок, до зниження потужності ГТУ, що призводить до зниження економічної ефективності когенераційної установки в цілому. Крім того, пальники в камерній топці котла, до яких в прототипі подають високотемпературні продукти спалення з ГТУ, не розраховані на таку температуру. Внаслідок цього, доводиться попередньо, до подачі у пальники знижати температуру продуктів спалення з ГТУ до рівня придатного для пальників шляхом введення в продукти спалення холодного повітря, що знижує їх тепловий потенціал. Це призводить до необхідності збільшення подачі додаткового палива в котел для компенсації охолодження продуктів спалення з ГТУ і досягнення необхідного рівня температури в топці котла. При цьому для збереження номінальної витрати теплоносія в котлі доводиться, як і внаслідок розглянутого вище зниження його ефективності, знижувати витрату робочого тіла (продуктів спалення) в ГТУ, що призводить до зниження її потужності і електричної потужності когенераційної установки. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу комбінованого вироблення теплової та електричної енергії в комунальних теплофікаційних котельнях на базі когенераційних установок з використанням ГТУ шляхом удосконалення технології спалення палива в забаластованому середовищі димових газів з ГТУ з метою підвищення ефективності і потужності когенераційної установки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі комбінованого вироблення теплової та електричної енергії, який включає спалення природного газу в газотурбінній установці (ГТУ) з електогенератором для одержання електроенергії, формування потоку вихлопних газів з ГТУ, скидання вихлопних газів в топку котла зі спаленням в їх середовищі додаткового палива для одержання теплової енергії, згідно корисної моделі, продукти спалення з ГТУ і додаткове паливо тангенційно подають в додаткову циклонну топку, спалюють в ній паливо в середовищі викидних газів з ГТУ і подають продукти спалення в камерну топку котла, а пальники в камерній топці котла використовують лише частково тільки для регулювання теплового навантаження котла в умовах роботи когенераційної установки і як резервні на випадок відключення ГТУ. Тангенційна подача продуктів спалення з ГТУ і додаткового палива в циклонну топку і спалення в ній палива в середовищі викидних газів з ГТУ необхідні для інтенсифікації сумішеутворення і прискорення процесу спалення, що дозволяє запобігти негативних наслідків подовження факелу, ефективно використати тепловий потенціал продуктів спалення з ГТУ, відмовитись від використання для подачі в котел продуктів спалення з ГТУ пальників камерної топки котла, не розрахованих на температуру продуктів спалення з ГТУ, що обумовлює необхідність зниження її і втрату теплового потенціалу, які в запропонованій корисній моделі використовують лише для регулювання теплового навантаження котла і як резервні при відключенні ГТУ і працюють в проектному температурному режимі. Подача продуктів спалення з циклонної топки в камерну топку котла необхідна для завершення процесу горіння і одержання в котлі цільової теплової енергії. Обмежене використання пальників в камерній топці котла необхідне для регулювання теплового навантаження котла в умовах роботи когенераційної установки і як резервних на випадок відключення ГТУ. При цьому пальники працюють в проектному температурному режимі. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображена запропонована принципова схема комбінованого вироблення теплової та електричної енергії (див. фіг.). Паливний газ (Г) і повітря (П) подають в ГТУ 1, в якій теплова енергія перетворюється в механічну, яка, в свою чергу, перетворюється в електричну з допомогою електрогенератора 2, механічно зв'язаного з ГТУ. Продукти спалення (ПС) з ГТУ тангенційно подають крізь шліци у циклонну топку 5. Туди ж також подають додаткове паливо. Вихори, які утворюються в циклонній топці, сприяють інтесифікації сумішеутворення і горіння палива як в об'ємі циклону, так і на його стінах, що призводить до прискорення процесу спалення. Час перебування реагуючих мас у циклонній топці залежить від її довжини, площі горловини і перепаду тиску між циклоном і камерною топкою котла і визначається при проектуванні когенераційної установки. Високотемпературні продукти горіння з циклонної топки 5 подають через її горловину до камерної топки 4 котла 3. Основний процес спалення палива відбувається в циклонній топці. Камерна топка котла виконує роль тільки камери дожигання. Це призводить до значного скорочення довжини факелу в камерній топці і запобігання його затягування на конвективні поверхні котла, що сприяє наближенню його роботи до розрахункового режиму. Утворення вихорового процесу в циклонній камері потребує додаткової витрати енергії. Це призводить до необхідності збільшення протитиску в ГТУ, що знижує її потужність. Але ця втрата потужності двигуна значно менша ніж втрата, до якої призводить зниження ефективності роботи котла внаслідок затягування факелу і необхідності 10167 2. Андрющенко А.И., Лапшов В.И. Парогазовые установки электростанций. М.: «Энергия», 1965. 3. Канаев А.А., Корнеев М.И. Парогазовые установки. Л.: «Машиностроение», 1974. 4. Арсеньев Л.В., Тырышкин П.Г. Комбинированные установки с газовыми турбинами. Л.: «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1982. 5. М.Кузьменко, В.Межибовский, О.Брындин, Г.Телегин. Газотурбинная электростанция в Рыбинске введена в эксплуатацию. «Газотурбинные технологии», №5, 2002. 6. Патент России №2217615, кл. 7 F02C6/18, F01K23/10, 2003. 7. Патент России №2193674, кл. 7 F02B39/04, 2002. 8. Степанов Р.И.. Котлы с предвключенными газовыми турбинами. - "Теплоэнергетика", 1995, №4, с.41-43. 9. Патент України №9023 А, кл. 5 F02C6/00, F02C6/18, 1996. компенсування втрати теплової потужності котла шляхом збільшення спалення додаткового палива в котлі, що, для збереження розрахункової витрати димових газів в котлі, призводить до необхідності зменшення витрати робочого тіла в ГТУ і, як слідство, до зниження її потужності. Пальники в камерній топці з системою паливозабезпечення використовують тільки для регулювання теплового навантаження котла, в умовах роботи когенераційної установки (наприклад, при зниженні електричного і необхідності збереження теплового навантаження установки), для зняття пікових навантажень і як резервні в разі відключення ГТУ. Використання в когенераційних технологіях, які застосовуються на базі комунальних теплофікаційних котелень, вихревих толочних процесів є найбільш простим рішенням складної технологічної проблеми, пов'язаної зі спаленням палива в середовищі димових газів з ГТУ. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Рыжкин В.Я.. Тепловые электрические станции. М.: «Энергия», 1967. "."г. Комп'ютерна верстка А. Попік Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601