RU123842U1

RU123842U1 - ENERGY INSTALLATION

Info

Publication number: RU123842U1
Application number: RU2012133727/06U
Authority: RU
Inventors: Денис Сергеевич Лифер; Анатолий Иванович Самсонов; Артем Анатольевич Самсонов
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2013-01-10

Abstract

1. Энергетическая установка, содержащая парогазовую турбину, выполненную с возможностью привода потребителя механической энергии и компрессора, выполненного с возможностью отбора воздуха из атмосферы, выход которого сообщен с камерой сгорания топлива, связанной с источником топлива и источником пара, выход которой сообщен со входом парогазовой турбины, кроме того, в состав установки включено средство утилизации тепла отходящих газов, выполненное с возможностью его использования в качестве источника пара, отличающаяся тем, что установка снабжена тепловым насосом, контур которого включает испаритель, конденсатор и дополнительный компрессор, выполненный с возможностью привода от парогазовой турбины, при этом выход дополнительного компрессора через теплоотдающий контур испарителя и дроссельный клапан сообщен с тепловоспринимающим контуром конденсатора, выход которого сообщен со входом дополнительного компрессора, кроме того, установка снабжена паровой турбиной, выполненной с возможностью работы на один вал с парогазовой турбиной, кроме того, на газоотводящей линии между выходом парогазовой турбины и теплоотдающим контуром конденсатора размещен теплоотдающий контур теплообменника, при этом газовый выход конденсатора сообщен с атмосферой, а его конденсатный выход связан с конденсатоотводчиком, который через линию, включающую питательный насос и последовательно связанные тепловоспринимающие контуры теплообменника и испарителя, сообщен с камерой сгорания и входом паровой турбины, при этом выход паровой турбины сообщен со вторым конденсатором, конденсатный выход которого через второй питательн�1. Power plant containing a combined cycle gas turbine configured to drive a consumer of mechanical energy and a compressor configured to take air from the atmosphere, the output of which is connected to a fuel combustion chamber connected to a fuel source and a steam source, the output of which is connected to the input of a combined cycle gas turbine in addition, the installation includes a means of utilization of heat of exhaust gases, made with the possibility of its use as a source of steam, characterized in that the installation and is equipped with a heat pump, the circuit of which includes an evaporator, a condenser and an additional compressor configured to be driven by a combined-cycle turbine, while the output of the additional compressor through the heat transfer circuit of the evaporator and the throttle valve is in communication with the heat-receiving circuit of the condenser, the output of which is communicated with the input of the additional compressor, except Moreover, the installation is equipped with a steam turbine configured to work on one shaft with a combined-cycle turbine, in addition, on the gas exhaust line between the outlet of the steam-gas turbine and the heat transfer circuit of the condenser there is a heat transfer circuit of the heat exchanger, while the gas output of the condenser is connected to the atmosphere, and its condensate output is connected to the steam trap, which is connected to the combustion chamber through a line that includes the feed pump and series-connected heat transfer circuits of the heat exchanger and evaporator and the input of the steam turbine, while the output of the steam turbine is in communication with the second condenser, the condensate output of which through the second

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетике, в частности к энергетическим установкам, предназначенным для производства электрической энергии и/или для совершения механической работы.The utility model relates to a power system, in particular to a power plant designed to produce electrical energy and / or to perform mechanical work.

Известна энергетическая установка, содержащая снабженную выходом на полезную нагрузку парогазовую установку с вводом пара, выход которой подключен к первому входу подогревателя, выход которого подключен к первому входу конденсатора, первый выход которого сообщен с окружающей средой, первый контур циркуляции воды, подключенный ко второму входу и второму выходу конденсатора, включающий последовательно соединенные первый насос и холодильник, по его первому входу и первому выходу, а также второй контур циркуляции воды, подключенный ко входу ввода пара парогазовой установки и к первому контуру циркуляции воды, включающий последовательно соединенные второй насос и подогреватель, по его второму входу и второму выходу (см. заявку Великобритании 2074659, кл. F01K 21/04, опубл. 04.11.81).A power plant is known comprising a steam-gas plant equipped with a payload output with steam inlet, the output of which is connected to the first input of the heater, the output of which is connected to the first input of the condenser, the first output of which is in communication with the environment, the first water circulation circuit connected to the second input and the second output of the condenser, including a series-connected first pump and a refrigerator, at its first input and first output, as well as a second water circuit connected to the input dy input steam combined cycle power plant and to the first water circuit comprising a series connected second pump and preheater at its second input and the second output (see. UK application 2074659, cl. F01K 21/04, publ. 04.11.81).

Недостатками известной установки являются большие потери тепла с отходящей парогазовой смесью и большие потери воды из-за низкой эффективности работы холодильника.The disadvantages of the known installation are large heat losses with the exhaust gas-vapor mixture and large water losses due to the low efficiency of the refrigerator.

Известна также энергетическая установка, содержащая снабженную выходом на полезную нагрузку парогазовую установку с вводом пара, выход которой подключен к первому входу подогревателя, первый выход которого подключен к первому входу конденсатора, первый выход которого сообщен с окружающей средой, первый контур циркуляции воды, подключенный ко второму входу и второму выходу конденсатора, включающий последовательно соединенные первый насос и холодильник, по его первому входу и первому выходу, а также второй контур циркуляции воды, подключенный ко входу ввода пара парогазовой установки и к первому контуру циркуляции воды, включающий последовательно соединенные второй насос и подогреватель, по его второму входу и второму выходу (см. а.с. СССР 547121, кл. F01 21/04, опубл. 07.12.82).A power plant is also known, comprising a steam-gas plant equipped with a payload output with steam inlet, the output of which is connected to the first input of the heater, the first output of which is connected to the first input of the condenser, the first output of which is in communication with the environment, the first water circuit connected to the second the input and second output of the condenser, including the first pump and the refrigerator connected in series, at its first input and first output, as well as the second water circuit, connect associated with the steam inlet of the combined cycle plant and the first water circuit, including the second pump and heater connected in series, at its second inlet and second outlet (see AS USSR 547121, class F01 21/04, published 07.12. 82).

Недостатками известной установки являются большие потери тепла с охлаждающей водой и большие потери воды из-за низкой эффективности работы холодильника. Это объясняется тем, что при работе известного устройства большое количество тепла сбрасывается в атмосферу, а при ограничении сброса тепла в атмосферу не вся вода из парогазовой смеси извлекается в конденсаторе и также выбрасывается в атмосферу.The disadvantages of the known installation are large losses of heat with cooling water and large losses of water due to the low efficiency of the refrigerator. This is explained by the fact that during the operation of the known device, a large amount of heat is discharged into the atmosphere, and when the heat discharges into the atmosphere is limited, not all water from the gas-vapor mixture is extracted in the condenser and is also released into the atmosphere.

Наиболее близкой к предложенной энергетической установке является энергетическая установка, содержащая парогазовую турбину, выполненную с возможностью привода потребителя механической энергии и компрессора выполненного с возможностью отбора воздуха из атмосферы, выход которого сообщен с камерой сгорания топлива, связанной с источником топлива и источником пара, выход которой сообщен со входом парогазовой турбины, кроме того в состав установки включено средство утилизации тепла отходящих газов, выполненное с возможностью его использования в качестве источника пара (см. Степанов И.Р. «Парогазовые установки. Основы теории, применение и перспективы». Апатиты, 2000, 100-103 стр.).Closest to the proposed power plant is a power plant containing a combined cycle gas turbine configured to drive a consumer of mechanical energy and a compressor configured to take air from the atmosphere, the output of which is connected to a fuel combustion chamber connected to a fuel source and a steam source, the output of which is communicated with the input of the combined cycle gas turbine; in addition, the facility includes an exhaust gas heat recovery means configured to use it formation in a source of steam (see. Stepanov IR "cycle plant. Fundamentals theory and application prospects." Apatity, 2000, pp 100-103.).

Существенными недостатками этого решения являются большие затраты обессоленной воды и низкий КПД установки, связанные с уходящей вместе с паром теплотой.Significant disadvantages of this solution are the high costs of demineralized water and low plant efficiency associated with the heat leaving with the steam.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является уменьшение потерь тепла и воды в окружающую среду.The task to which the proposed technical solution is directed is to reduce heat and water losses to the environment.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в увеличении коэффициента использования тепла установки (отношение суммы мощности, отводимой от турбины на потребитель, и теплоты, отведенной от конденсатора на технологические нужды, к теплоте сгорания топлива в камере сгорания). Решение позволяет значительно расширить область применения установок данного типа, отсекая необходимость наличия источника пресной воды в районе применения установки. Это также уменьшает вредное воздействие установки на окружающую среду, уменьшая массу рабочего тела выводимого из цикла.The technical result achieved in solving the problem is expressed in an increase in the utilization coefficient of the heat of the installation (the ratio of the amount of power allocated from the turbine to the consumer and the heat allocated from the condenser for technological needs to the heat of combustion of the fuel in the combustion chamber). The solution allows to significantly expand the scope of installations of this type, cutting off the need for a fresh water source in the area of application of the installation. It also reduces the harmful effects of the installation on the environment, reducing the mass of the working fluid removed from the cycle.

Поставленная задача решается тем, что энергетическая установка, содержащая парогазовую турбину, выполненную с возможностью привода потребителя механической энергии и компрессора выполненного с возможностью отбора воздуха из атмосферы, выход которого сообщен с камерой сгорания топлива, связанной с источником топлива и источником пара, выход которой сообщен со входом парогазовой турбины, кроме того в состав установки включено средство утилизации тепла отходящих газов, выполненное с возможностью его использования в качестве источника пара, отличается тем, что установка снабжена тепловым насосом, контур которого включает испаритель, конденсатор и дополнительный компрессор, выполненный с возможностью привода от парогазовой турбины, при этом выход дополнительного компрессора через теплоотдающий контур испарителя и дроссельный клапан сообщен с тепловоспринимающим контуром конденсатора, выход которого сообщен со входом дополнительного компрессора, кроме того установка снабжена паровой турбиной, выполненной с возможностью работы на один вал с парогазовой турбиной, кроме того, на газоотводящей линии между выходом парогазовой турбины и теплоотдающим контуром конденсатора размещен теплоотдающий контур теплообменника, при этом, газовый выход конденсатора сообщен с атмосферой, а его конденсатный выход связан с конденсатоотводчиком, который через линию, включающую питательный насос и последовательно связанные тепловоспринимающие контуры теплообменника и испарителя, сообщен с камерой сгорания и входом паровой турбины, при этом выход паровой турбины сообщен со вторым конденсатором, конденсатный выход которого через второй питательный насос связан с конденсатоотводчиком. Кроме того, газовый выход конденсатора снабжен вакуумным насосом.The problem is solved in that a power plant comprising a combined-cycle turbine configured to drive a consumer of mechanical energy and a compressor configured to take air from the atmosphere, the output of which is connected to a fuel combustion chamber connected to a fuel source and a steam source, the output of which is communicated with the input of the combined cycle gas turbine, in addition, the facility includes an exhaust gas heat recovery means configured to be used as a source steam, characterized in that the installation is equipped with a heat pump, the circuit of which includes an evaporator, a condenser and an additional compressor configured to be driven by a combined-cycle turbine, while the output of the additional compressor through the heat-transfer circuit of the evaporator and the throttle valve is in communication with the heat-receiving condenser circuit, the output of which is communicated with the input of an additional compressor, in addition, the installation is equipped with a steam turbine configured to work on one shaft with a combined-cycle turbine, to In addition, on the exhaust line between the outlet of the steam-gas turbine and the heat transfer circuit of the condenser there is a heat transfer circuit of the heat exchanger, while the gas output of the condenser is connected to the atmosphere, and its condensate output is connected to the condensate drain, which is connected through a line that includes a feed pump and heat-absorbing heat exchanger circuits connected in series and an evaporator communicated with the combustion chamber and the input of the steam turbine, while the output of the steam turbine is in communication with the second condenser, a condensate output which through a second feed pump is connected to a steam trap. In addition, the gas outlet of the condenser is equipped with a vacuum pump.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

Совокупность признаков отличительной части формулы полезной модели позволяют увеличить коэффициент использования тепла установки. При этом решение позволяет значительно расширить область применения установок данного типа, отсекая необходимость наличия источника пресной воды в районе применения установки. Это также уменьшает вредное воздействие установки на окружающую среду, уменьшая массу рабочего тела выводимого из цикла.The combination of features of the distinctive part of the formula of the utility model can increase the utilization of the heat of the installation. The solution allows you to significantly expand the scope of applications of this type, cutting off the need for a source of fresh water in the area of application. It also reduces the harmful effects of the installation on the environment, reducing the mass of the working fluid removed from the cycle.

На фиг.1 показана схема энергетической установки.Figure 1 shows a diagram of a power plant.

На чертеже показаны средство отбора атмосферного воздуха 1, камера сгорания 2, компрессор 3, источник топлива 4 и пароподводящая линия 5, парогазовая турбина 6, привод потребителя механической энергии 7, теплообменник 8, конденсатор 9, вакуумный 10 и питательный 11 насосы, испаритель 12, паровая турбина 13, дополнительный компрессор 14, а также теплонасосная линия 15, трубопровод 16, конденсатоотводчик 17, дроссельный клапан 18, второй конденсатор 19 и второй питательный насос 20.The drawing shows a means of sampling atmospheric air 1, a combustion chamber 2, a compressor 3, a fuel source 4 and a steam supply line 5, a steam-gas turbine 6, a mechanical energy consumer drive 7, a heat exchanger 8, a condenser 9, a vacuum 10 and a feed pump 11, an evaporator 12, a steam turbine 13, an additional compressor 14, as well as a heat pump line 15, a pipe 16, a steam trap 17, a butterfly valve 18, a second condenser 19 and a second feed pump 20.

Энергетическая установка, содержит парогазовую турбину 6, выполненную с возможностью привода потребителя механической энергии 7 (например, электрогенератор или движитель судна) и компрессора 3, выполненного с возможностью отбора воздуха из атмосферы через средство 1 (например, фильтр). Выход компрессора 3 сообщен с камерой сгорания 2 топлива, связанной с источником топлива 4 и источником пара (пароподводящая линия 5), выход которой сообщен со входом парогазовой турбины 6. В состав установки включено средство утилизации тепла отходящих газов, выполненное с возможностью его использования в качестве источника пара. Для этого установка снабжена тепловым насосом, контур которого включает испаритель 12, конденсатор 9 и дополнительный компрессор 14, выполненный с возможностью привода от парогазовой турбины 6. Газовый выход конденсатора 9 может быть снабжен вакуумным насосом 10. Выход дополнительного компрессора 14 через теплоотдающий контур испарителя 12 и дроссельный клапан 18 сообщен с тепловоспринимающим контуром конденсатора 9, выход которого сообщен со входом дополнительного компрессора 14. Кроме того установка снабжена паровой турбиной 13, выполненной с возможностью работы на один вал с парогазовой турбиной 6. На газоотводящей линии между выходом парогазовой турбины 6 и теплоотдающим контуром конденсатора 9 размещен теплоотдающий контур теплообменника 8. Газовый выход конденсатора 9 сообщен с атмосферой, а его конденсатный выход связан с конденсатоотводчиком 17, который через линию, включающую питательный насос 11 и последовательно связанные тепловоспринимающие контуры теплообменника 8 и испарителя 12, сообщен с камерой сгорания 2 и входом паровой турбины 13. Выход паровой турбины 13 сообщен со вторым конденсатором 19, конденсатный выход которого через второй питательный насос 20 связан с конденсатоотводчиком 17.The power plant comprises a combined-cycle turbine 6 configured to drive a consumer of mechanical energy 7 (for example, an electric generator or ship propulsion) and a compressor 3 configured to take air from the atmosphere through means 1 (for example, a filter). The output of the compressor 3 is in communication with the combustion chamber 2 of the fuel associated with the fuel source 4 and the steam source (steam supply line 5), the output of which is communicated with the input of the combined cycle gas turbine 6. The installation includes a means of utilizing waste gas heat, made with the possibility of using it as source of steam. To this end, the installation is equipped with a heat pump, the circuit of which includes an evaporator 12, a condenser 9 and an additional compressor 14, configured to be driven by a combined-cycle turbine 6. The gas output of the condenser 9 can be equipped with a vacuum pump 10. The output of the additional compressor 14 through the heat transfer circuit of the evaporator 12 and the throttle valve 18 is in communication with the heat-receiving circuit of the condenser 9, the output of which is communicated with the input of the additional compressor 14. In addition, the installation is equipped with a steam turbine 13 made with the possibility of working on one shaft with a combined-cycle turbine 6. On the gas outlet line between the outlet of the combined-cycle turbine 6 and the heat transfer circuit of the condenser 9, a heat transfer circuit of the heat exchanger is placed 8. The gas output of the condenser 9 is in communication with the atmosphere, and its condensate output is connected to the steam trap 17, which is connected via a line including a feed pump 11 and sequentially connected heat transfer loops of the heat exchanger 8 and the evaporator 12, is in communication with the combustion chamber 2 and the input of the steam turbine 13. The output of the steam turbine 13 community n with a second capacitor 19, the condensate outlet of which is connected through a second feed pump 20 to a steam trap 17.

Газопаротурбинная установка работает следующим образом. Атмосферный воздух очищают в средстве отбора атмосферного воздуха 1, (например, в фильтре) сжимают компрессором 3 и направляют в камеру сгорания 2, куда подводят топливо из источника топлива 4. В зону горения из пароподводящей линии 5 подводят пар. Парогазовую смесь высокой температуры по трубопроводу 16 подают в парогазовую турбину 6. Работу парогазовой турбины 6 используют для сжатия воздуха в компрессоре 3 и приводе потребителя механической энергии 7 (например, выработки электроэнергии в электрогенераторе). Расширившуюся (отработанную) парогазовую смесь по трубопроводу 16 направляют в теплообменник 8, где утилизируют тепло отработанной парогазовой смеси. Из теплообменника 8 парогазовую смесь направляют в конденсатор 9, конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси, а продукты сгорания топлива вакуумным насосом 10 (или непосредственно) отводят в атмосферу. Сконденсировавшийся пар посредством конденсатоотводчика 17 отбирают из конденсатора 9 и подают вместе с конденсатом от второго питательного насоса 20 в питательный насос 11, который повышает давление конденсата. Затем через теплообменник 8 и испаритель 12 пар направляют частично в камеру сгорания 2, частично в паровую турбину 13. Пар, отработавший в паровой турбине 13, конденсируется в конденсаторе 19. После чего конденсат поступает во второй питательный насос 20, где его давление поднимается до давления за конденсатором 9. Из питательного насоса 20 конденсат поступает к питательному насосу 11. Вторичный паротурбинный контур введен для утилизации избыточной теплоты, отведенной от конденсатора 9 тепловым насосом, которое не может быть эффективно передано в испарителе 12 воде, циркулирующей в основном контуре. Теплота конденсации пара отводится из конденсатора 9 хладагентом (например, водой) теплового насоса. Хладагент из конденсатора 9 по теплонасосной линии 15 поступает на вход дополнительного компрессора 14, кинематически связанного с валом парогазовой турбины 6, затем сжатый в компрессоре 14 хладагент с выхода компрессора 14 через теплоотдающие контуры испарителя 12, дроссель 18, поступает в конденсатор 9.Gas-steam turbine installation operates as follows. Atmospheric air is cleaned in a means of atmospheric air extraction 1, (for example, in a filter) is compressed by a compressor 3 and sent to a combustion chamber 2 where fuel is supplied from a fuel source 4. Steam is supplied to a combustion zone from a steam supply line 5. The gas-vapor mixture of high temperature is fed through the pipeline 16 to the gas-turbine 6. The operation of the gas-turbine 6 is used to compress air in the compressor 3 and drive the consumer of mechanical energy 7 (for example, generating electricity in an electric generator). The expanded (spent) vapor-gas mixture through a pipe 16 is sent to a heat exchanger 8, where the heat of the spent vapor-gas mixture is utilized. From the heat exchanger 8, the vapor-gas mixture is sent to the condenser 9, the steam component of the vapor-gas mixture is condensed, and the fuel combustion products by the vacuum pump 10 (or directly) are taken off into the atmosphere. The condensed steam is removed from the condenser 9 by means of a steam trap 17 and supplied with the condensate from the second feed pump 20 to the feed pump 11, which increases the pressure of the condensate. Then, through the heat exchanger 8 and the evaporator 12, the steam is sent partially to the combustion chamber 2, partially to the steam turbine 13. The steam that has been exhausted in the steam turbine 13 is condensed in the condenser 19. Then the condensate enters the second feed pump 20, where its pressure rises to the pressure after condenser 9. From the feed pump 20, condensate flows to the feed pump 11. A secondary steam turbine circuit is introduced to utilize the excess heat removed from the condenser 9 by the heat pump, which cannot be efficiently transferred the evaporator 12 the water circulating in the main circuit. The heat of condensation of the steam is removed from the condenser 9 by the refrigerant (for example, water) of the heat pump. The refrigerant from the condenser 9 through the heat pump line 15 enters the input of the additional compressor 14, kinematically connected with the shaft of the combined-cycle turbine 6, then the refrigerant compressed in the compressor 14 from the compressor 14 through the heat-transfer circuits of the evaporator 12, the inductor 18, enters the condenser 9.

Claims

1. Энергетическая установка, содержащая парогазовую турбину, выполненную с возможностью привода потребителя механической энергии и компрессора, выполненного с возможностью отбора воздуха из атмосферы, выход которого сообщен с камерой сгорания топлива, связанной с источником топлива и источником пара, выход которой сообщен со входом парогазовой турбины, кроме того, в состав установки включено средство утилизации тепла отходящих газов, выполненное с возможностью его использования в качестве источника пара, отличающаяся тем, что установка снабжена тепловым насосом, контур которого включает испаритель, конденсатор и дополнительный компрессор, выполненный с возможностью привода от парогазовой турбины, при этом выход дополнительного компрессора через теплоотдающий контур испарителя и дроссельный клапан сообщен с тепловоспринимающим контуром конденсатора, выход которого сообщен со входом дополнительного компрессора, кроме того, установка снабжена паровой турбиной, выполненной с возможностью работы на один вал с парогазовой турбиной, кроме того, на газоотводящей линии между выходом парогазовой турбины и теплоотдающим контуром конденсатора размещен теплоотдающий контур теплообменника, при этом газовый выход конденсатора сообщен с атмосферой, а его конденсатный выход связан с конденсатоотводчиком, который через линию, включающую питательный насос и последовательно связанные тепловоспринимающие контуры теплообменника и испарителя, сообщен с камерой сгорания и входом паровой турбины, при этом выход паровой турбины сообщен со вторым конденсатором, конденсатный выход которого через второй питательный насос связан с конденсатоотводчиком.1. Power plant containing a combined cycle gas turbine configured to drive a consumer of mechanical energy and a compressor configured to take air from the atmosphere, the output of which is connected to a fuel combustion chamber connected to a fuel source and a steam source, the output of which is connected to the input of a combined cycle gas turbine in addition, the installation includes a means of utilization of heat of exhaust gases, made with the possibility of its use as a source of steam, characterized in that the installation and is equipped with a heat pump, the circuit of which includes an evaporator, a condenser and an additional compressor configured to be driven by a combined-cycle turbine, while the output of the additional compressor through the heat transfer circuit of the evaporator and the throttle valve is in communication with the heat-receiving circuit of the condenser, the output of which is communicated with the input of the additional compressor, except Moreover, the installation is equipped with a steam turbine configured to work on one shaft with a combined-cycle turbine, in addition, on the gas exhaust line between the outlet of the steam-gas turbine and the heat transfer circuit of the condenser there is a heat transfer circuit of the heat exchanger, while the gas output of the condenser is connected to the atmosphere, and its condensate output is connected to the steam trap, which is connected to the combustion chamber through a line that includes the feed pump and series-connected heat transfer circuits of the heat exchanger and evaporator and the input of the steam turbine, while the output of the steam turbine is in communication with the second condenser, the condensate output of which through the second second pump is connected to the condensate drain.

2. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что газовый выход конденсатора снабжен вакуумным насосом.

2. The power plant according to claim 1, characterized in that the gas outlet of the capacitor is equipped with a vacuum pump.