Спосіб перетворення теплової енергії в механічну роботу в газопаротурбінній установці

Реферат: UA 69648 U UA 69648 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області використання відпрацьованого тепла газотурбінних установок поза ними. Спосіб може бути використаний при модернізації існуючих або будівництві нових газопаротурбінних установок. Відомий спосіб роботи газотурбінної установки (Патент Російської Федерації № 2088774, МПК F02C3/30, 1997), який включає ступінчате стискання повітря, проміжне охолодження між ступенями повітря, яке стискається, і впорскування в нього води, спалювання палива в стисненому повітрі в камері згорання з одночасною подачею водяної пари в останню, розширення отриманого робочого тіла з отриманням корисної роботи на валу турбіни, двостадійне охолодження вихлопних газів з одночасним нагрівом водяної пари та випуск охолоджених вихлопних газів в атмосферу. Відомий спосіб перетворення теплової енергії в механічну роботу в газопаротурбінних установках (Патент України № 15127 А, МПК F02C 6/18, 2006), який включає подачу стисненого повітря та вуглеводневого палива у камеру згорання з подальшим змішуванням продуктів згорання з перегрітим паром, розширення парогазової суміші, а також утилізацію теплоти відпрацьованої парогазової суміші у котлі-утилізаторі та охолодження парогазової суміші у контактному конденсаторі до температури початку конденсації. Конденсат, що утворився, і охолоджуючу воду із контактного конденсатора подають у збірник конденсату. Потім одну частину конденсату (охолоджуюча вода) подають на охолодження парогазової суміші у контактний конденсатор, а другу частину подають на випаровування в котлі-утилізаторі і далі в камеру згоряння. Відомі способи призводять до великої втрати тепла разом з парогазовою сумішшю, яка виходить з котла-утилізатора і яку подають в контактний конденсатор, що призводить до зниження потужності газопаротурбінної установки. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу перетворення теплової енергії в механічну роботу в газопаротурбінній установці, в якому в результаті подачі у котел-утилізатор додаткової кількості конденсату, а також утворення надлишку насиченої пари, яку подають в силову турбіну, забезпечується підвищення потужності силової турбіни і зниження втрати тепла в оточуюче середовище і за рахунок цього підвищується ККД всієї установки. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що в способі перетворення теплової енергії в механічну роботу в газопаротурбінній установці, який включає подачу стисненого повітря та вуглеводневого палива у камеру згорання з подальшим змішуванням продуктів згорання з перегрітою парою, розширення парогазової суміші послідовно у турбінах високого, низького тисків та силовій, утилізації теплоти відпрацьованої парогазової суміші у котлі-утилізаторі з генеруванням перегрітої пари, охолодження парогазової суміші до температури конденсації вологи та подачу частини конденсату для генерування пари у котел-утилізатор і другої частини для охолодження конденсату у контактний конденсатор, згідно з пропозицією, в котелутилізатор подають додаткову кількість конденсату 35-40 % відносно загальної кількості, а надлишок насиченої пари, що утворюється, подають у силову турбіну. Сукупність ознак відмінності дозволяє вирішити поставлену задачу, тому що зниження температури на виході котла-утилізатора збільшує кількість тепла, яке віддають конденсату, що призводить до збільшення кількості насиченої пари, яка утворюється. Подача надлишку насиченої пари у силову турбіну збільшує витрату робочого тіла через неї, що призводить до збільшення її потужності і як наслідок - ККД всієї установки. На кресленні зображено схему здійснення способу, який пропонується. Повітря подають на компресор низького тиску 1, де його стискають і подають на вхід компресора високого тиску 2, де стискають до робочого тиску. Далі повітря подають у камеру згорання 3, куди також подають паливо і спалюють, після чого продукти згорання змішують з перегрітою парою. Парогазову суміш з камери згорання подають на турбіну високого тиску 4, яка приводить в рух компресор високого тиску 2, далі парогазову суміш розширюють у турбіні низького тиску 5, яка приводить в рух відповідно компресор низького тиску 1. Парогазову суміш з турбіни низького тиску подають на силову турбіну 6, з якої знімають корисну роботу. Далі парогазову суміш подають в котелутилізатор 7 на охолодження, в якому за рахунок тепла парогазової суміші у теплообміннику 8 нагрівають конденсат і генерують перегріту та насиченупару. З котла-утилізатора парогазову суміш з температурою 75-80 °С подають у контактний конденсатор 9, де її охолоджують до температури конденсування вологи. Конденсат зливають у збірник конденсату 10, звідки його насосом 11 подають у контактний конденсатор 9 для охолодження парогазової суміші і через деаератор 13 насосом 12 подають у теплообмінник 8 котла-утилізатора 7. У котлі-утилізаторі 7 воду нагрівають, випаровують і подають у сепаратор 14 котла-утилізатора. Частину насиченої пари при температурі 220-222 °С відбирають з сепаратора 14, змішують з парогазовою 1 UA 69648 U 5 10 15 20 25 30 35 40 сумішшю з турбіни низького тиску 5 і подають на силову турбіну 6. Іншу частину насиченої пари подають на перегрів в теплообміннику котла-утилізатора і далі в камеру згорання 3. Насичену пару, що залишилась в сепараторі 14, подають в збірник конденсату 10. Приклад 1 (за прототипом). Повітря з витратою 141 т/год. подають на компресор низького тиску, де його стискають і подають на компресор високого тиску, де повітря стискають до тиску 1,9 МПа. Далі повітря подають у камеру згорання, куди також подають паливо і спалюють, після чого продукти згорання змішують з перегрітою парою з температурою 310 °С, температура цієї парогазової суміші знижується до 1072 °С. Парогазову суміш з виходу камери згорання подають на турбіну високого тиску, яка приводить в рух компресор високого тиску, далі парогазову суміш розширюють у турбіні низького тиску, яка приводить в рух відповідно компресор низького тиску. Парогазову суміш з турбіни низького тиску подають на силову турбіну, з якої знімають 16,175 МВт корисної роботи. Далі парогазову суміш подають в котел-утилізатор для охолодження, в якому за рахунок тепла парогазової суміші у теплообміннику нагрівають воду і генерують перегріту пару, в наслідок чого температура парогазової суміші знижується до 180 °С. Цю парогазову суміш подають у контактний конденсатор, де її охолоджують до температури конденсування вологи. Конденсат зливають у збірник конденсату, звідки його насосом подають у контактний конденсатор для охолодження парогазової суміші (675 т/год.) і через деаератор насосом подають у теплообмінник котла-утилізатора (21 т/год.). У котлі-утилізаторі воду нагрівають, випаровують і подають у сепаратор котла-утилізатора. Основну частину насиченої пари (20 т/год.), при температурі 221 °С, відбирають з сепаратора і подають на перегрів в теплообміннику котла-утилізатора до температури 310 °С і далі в камеру згорання. Насичену пару, що залишилась в сепараторі (1 т/год.), подають назад в збірник конденсату. Приклад 2 (за способом, що пропонується). Повітря з витратою 141 т/год. подають на компресор низького тиску, де його стискають і подають на компресор високого тиску, де повітря стискають до тиску 1,9 МПа. Далі повітря подають у камеру згорання, куди також подають паливо і спалюють, після чого продукти згорання змішують з перегрітою парою температурою 310 °С, температура такої суміші знижується до 1072 °С. Парогазову суміш з камери згорання подають на турбіну високого тиску, яка приводить в рух компресор високого тиску, далі парогазову суміш розширюють у турбіні низького тиску, яка приводить в рух відповідно компресор низького тиску. Парогазову суміш з турбіни низького тиску подають на силову турбіну, з якої знімають 16,655 МВт корисної роботи. Далі парогазову суміш подають в котелутилізатор, в якому за рахунок тепла парогазової суміші у теплообміннику нагрівають воду і генерують перегріту (310 °С) та насичену (221 °С) пару, в наслідок чого температура парогазової суміші знижується до 80 °С. З котла-утилізатора парогазову суміш подають у контактний конденсатор, де її охолоджують до температури конденсування вологи. Конденсат зливають у збірник конденсату, звідки його насосом подають у контактний конденсатор для охолодження продуктів згорання (675 т/год.) і через деаератор насосом подають у теплообмінник котла-утилізатора (29 т/год.). У котлі-утилізаторі воду нагрівають, випаровують і подають у сепаратор котла-утилізатора. Частину насиченої пари при температурі 221 °С (8,5 т/год.) відбирають з сепаратора, змішують з парогазовою сумішшю з турбіни низького тиску і подають на силову турбіну. Іншу частину насиченої пари (20 т/год.) подають на перегрів в теплообміннику котла-утилізатора і далі в камеру згорання. Насичену пару, що залишилась в сепараторі, подають назад в збірник конденсату. Таблиця 1 Залежність потужності силової турбіни та ККД паро газотурбінної установки від ступеня збільшення витрати конденсату для генерування пари № 1 2 3 4 5 6 Ступінь збільшення витрати конденсату, % 0 30 35 38 40 45 Потужність силової турбіни, МВт 16,175 16,45 16,61 16,655 16,62 16,4 45 2 ККД всієї установки, % 43,5 44,2 44,7 44,8 44,7 44,1 UA 69648 U Таблиця 2 Порівняння параметрів прототипу та способу, що пропонується Значення параметра за способом, що прототипу пропонується № Параметр 1 Температура парогазової суміші на виході камери згорання Температура перегрітої пари Витрата перегрітої пари Температура насиченої пари Витрата насиченої пари Температура парогазової суміші на виході котла-утилізатора Витрата конденсату для генерування пари Потужність силової турбіни ККД установки 2 3 4 5 6 7 8 9 5 Одиниці вимірювання 1072 1072 °С 310 20 221 0 310 20 221 8,5 °С т/год. °С т/год. 180 80 °С 21 29 т/год. 16,175 43,5 16,655 44,8 МВт % З таблиці 1 та 2 видно, що за рахунок збільшення кількості конденсату, який подають на випаровування у котел-утилізатор, і зниження температури парогазової суміші на його виході утворюється надлишок насиченої пари, подача якого в силову турбіну збільшує її потужність і підвищує ККД всієї парогазової установки. З таблиці 1 видно, що найбільше підвищення потужності та ККД відбувається при збільшенні витрати конденсату на рівні 35-40 %. Так, при збільшенні витрати конденсату для генерування пари на 38 % потужність силової турбіни зростає на 3 %, а ККД парогазотурбінної установки на 1,3 %. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб перетворення теплової енергії в механічну роботу в газопаротурбінній установці, який включає подачу стисненого повітря та вуглеводневого палива у камеру згорання з подальшим змішуванням продуктів згорання з перегрітою парою, розширення парогазової суміші послідовно у турбінах високого, низького тисків та силовій, утилізації теплоти відпрацьованої парогазової суміші у котлі-утилізаторі з генеруванням перегрітої пари, охолодження парогазової суміші до температури конденсації вологи та подачу частини конденсату для генерування пари у котел-утилізатор і другої частини для охолодження конденсату у контактний конденсатор, який відрізняється тим, що в котел-утилізатор подають додаткову кількість конденсату 35-40 % відносно загальної кількості, а надлишок насиченої пари, що утворюється, подають у силову турбіну. 3 UA 69648 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4