EA 32655B1 20190628

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000032655b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Теплоутилизационная установка (10) для генерирования нагретой текучей среды посредством горячего выхлопного газа, содержащая корпус (12), имеющий вход (14) для введения горячего выхлопного газа и выход (18) для выпуска обработанного выхлопного газа, причем в указанном корпусе (12) расположены по меньшей мере один теплообменник (20) для теплообмена между горячим выхлопным газом и текучей средой, и вспомогательная камера (22) сгорания для сжигания топлива с горячим выхлопным газом, к которой предусмотрен подвод (24; 82) топлива, причем указанная вспомогательная камера (22) сгорания расположена ниже по потоку по меньшей мере от одного теплообменника (20) в указанном корпусе, причем предусмотрен байпас (26; 27) выхлопного газа для части горячего выхлопного газа, имеющий вход (108) для выхлопного газа, расположенный выше по потоку по меньшей мере от одного теплообменника (20), и имеющий выход (113), напрямую сообщающийся по текучей среде со вспомогательной камерой (22) сгорания, при этом во вспомогательной камере сгорания обеспечена возможность воспламенения с использованием байпасированного горячего выхлопного газа без предварительного смешивания байпасированного горячего выхлопного газа и прошедшего процесс теплообмена горячего выхлопного газа выше по потоку от вспомогательной камеры сгорания.

2. Теплоутилизационная установка по п.1, в которой ниже по потоку от теплообменника (20) расположены средства (116) для направления выхлопного газа к вспомогательной камере (22) сгорания ниже по потоку от зоны воспламенения и стабилизации пламени вспомогательной камеры сгорания.

3. Теплоутилизационная установка по п.1 или 2, в которой байпас (26) выхлопного газа расположен снаружи корпуса (12) и отстоит от его внешней периферии (112).

4. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-3, в которой байпас (27) выхлопного газа расположен внутри корпуса (12).

5. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-4, в которой байпас (26) выхлопного газа содержит по меньшей мере один байпасный канал (106), имеющий свой вход (108) выше по потоку от теплообменника (20) и свой выход (113), соединенный с коллектором (114) для распределения байпасированного выхлопного газа по вспомогательной камере (22) сгорания.

6. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-5, в которой в байпасе (26) выхлопного газа отсутствует устройство регулирования потока.

7. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-6, в которой вспомогательная камера (22) сгорания содержит горелки (102), причем предусмотрены отражательные средства (116) для направления выхлопного газа к вспомогательной камере (22) сгорания ниже по потоку от ее горелок (102).

8. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-7, в которой выше по потоку от теплообменника (20) в корпусе (12) расположен формирователь (100) потока для формирования потока горячего выхлопного газа.

9. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-8, в которой выше по потоку от теплообменника (20) в корпусе (12) расположена верхняя по потоку камера (66) сгорания для сжигания топлива с горячим выхлопным газом, имеющая подвод (24; 80) топлива, причем вход (108) байпаса (26) выхлопного газа расположен выше по потоку от верхней по потоку камеры (66) сгорания.

10. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-9, в которой по меньшей мере один теплообменник (68; 70) предусмотрен ниже по потоку от вспомогательной камеры (22) сгорания.

11. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-10, дополнительно содержащая устройство (16) генерирования горячего выхлопного газа для получения горячего выхлопного газа, содержащего кислород, которое имеет выпускной канал (64) для выхлопного газа, причем вход (14) корпуса (12) соединен с выпускным каналом (64) выхлопного газа устройства (16) генерирования горячего выхлопного газа.

12. Теплоутилизационная установка по п.11, в которой устройство (16) генерирования горячего выхлопного газа представляет собой газовую турбину.

13. Тепловая электростанция для генерирования электричества в режиме комбинированного цикла, содержащая газовую турбину (16), приводимую в действие высокотемпературным горючим газом высокого давления и генерирующую горячий выхлопной газ, теплоутилизационную установку (10) по любому из пп.1-12, паровую турбину (32), приводимую в действие паром, полученным в теплоутилизационной установке (10), и генератор (54) для генерирования электричества, приводимый в действие газовой турбиной (16) и паровой турбиной (32).

14. Тепловая электростанция для генерирования электричества и пара в теплофикационном режиме, содержащая газовую турбину (16), приводимую в действие высокотемпературным горючим газом высокого давления и генерирующую горячий выхлопной газ, генератор (54) для генерирования электричества, приводимый в действие газовой турбиной, теплоутилизационную установку (10) по любому из пп.1-12, причем теплоутилизационная установка (10) соединена с технологической линией (28) пара для его дальнейшей обработки.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Евразийское 032655 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2019.06.28
(21) Номер заявки 201790620
(22) Дата подачи заявки 2015.09.24
(51) Int. Cl.
F22B 21/00 (2006.01) F22B 31/04 (2006.01) F22B 37/40 (2006.01) F22G1/16 (2006.01) F01K3/24 (2006.01)
(54) ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННАЯ УСТАНОВКА И ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
(31) 14186586.5
(32) 2014.09.26
(33) EP
(43) 2017.09.29
(86) PCT/EP2015/071950
(87) WO 2016/046305 2016.03.31
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
СТОРК ТЕРМЕК Б.В. (NL)
(72) Изобретатель:
Стивенсон Эрик Роберт, Бергманс Стефан Корнелис Жерардус (NL)
(74) Представитель:
Хмара М.В., Рыбаков В.М., Липатова И.И., Новоселова С.В., Дощечкина В.В., Пантелеев А.С., Ильмер Е.Г., Осипов К.В. (RU)
(56) ЕР-А1-0753701 GB-A-1108825 US-A1-2003010012 WO-A2-2007090692 GB-A-879032 EP-A1-0325083
(57) Изобретение относится к теплоутилизационной установке (10) для генерирования нагретой текучей среды посредством горячего выхлопного газа, содержащей корпус (12), имеющий вход (14) для введения горячего выхлопного газа и выход (18) для выпуска обработанного выхлопного газа, причем в указанном корпусе (12) расположены по меньшей мере один теплообменник (20) для теплообмена между горячим выхлопным газом и текучей средой и вспомогательная камера (22) сгорания для сжигания топлива с горячим выхлопным газом, причем к указанной вспомогательной камере (22) сгорания предусмотрен подвод (24; 82) топлива, причем указанная вспомогательная камера (22) сгорания расположена ниже по потоку по меньшей мере от одного теплообменника (20) в указанном корпусе, причем предусмотрен байпас (26; 27) выхлопного газа для части горячего выхлопного газа, имеющий вход (108) для выхлопного газа, расположенный выше по потоку по меньшей мере от одного теплообменника (20), и имеющий выход (113), напрямую сообщающийся по текучей среде с вспомогательной камерой (22) сгорания.
Настоящее изобретение относится к теплоутилизационной установке и электростанции, содержащей такой теплоутилизационный парогенератор.
В документе US 2014/0090356 A1 раскрыт теплоутилизационный парогенератор, содержащий множество теплообменников, в том числе так называемые пароперегреватель, испаритель и экономайзер. Теплообменники расположены в корпусе (то есть на участке газохода) в направлении потока выхлопного газа из газовой турбины. С помощью тепла горячего выхлопного газа турбины получают пар. Указанный известный теплоутилизационный парогенератор дополнительно содержит вспомогательные камеры сгорания, каждая из которых расположена выше по потоку от одного из теплообменников, для дополнительного нагревания выхлопного газа посредством горелок. Также предусмотрено устройство подачи воздуха для дополнительной подачи воздуха из наружного пространства газохода к горелкам по меньшей мере одной из вспомогательных камер сгорания, в частности самой нижней по потоку вспомогательной камеры сгорания. В одном из проиллюстрированных технических решений видно, что вспомогательная камера сгорания второй ступени расположена ниже по потоку от вспомогательной камеры сгорания первой ступени, если смотреть в направлении потока выхлопного газа турбины. Между вспомогательными камерами сгорания расположены высокотемпературный и низкотемпературный пароперегреватели для генерирования пара. В обе камеры сгорания осуществляется подача топлива. Поскольку содержание кислорода в выхлопном газе ниже по потоку от камеры сгорания первой ступени может быть недостаточным для стабильного горения во вспомогательной камере сгорания второй ступени, во вспомогательную камеру сгорания второй ступени с помощью вентилятора и соответствующей системы газоходов подается дополнительный воздух. Количество воздуха к каждой горелке камеры сгорания второй ступени регулируют отдельно с помощью пневматических распределительных клапанов. Таким образом, согласно данному патентному документу можно поддерживать оптимальный режим горения в камере сгорания второй ступени.
Для обеспечения стабильного горения важное значение имеют температура и содержание кислорода. Чем ниже температура, тем выше должна быть концентрация кислорода. И чем меньше содержание кислорода, тем выше температура. Отношение содержания кислорода к температуре в теплоутилизационном парогенераторе увеличивают за счет введения свежего воздуха с содержанием кислорода, составляющим приблизительно 17-21%, по сравнению с содержанием кислорода в выхлопном газе турбины, равным приблизительно 8-16%.
Недостаток такого известного теплоутилизационного парогенератора состоит в том, что вводят относительно холодный воздух, который требует нагревания до надлежащей температуры горения горячим выхлопным газом, что приводит к снижению эффективности. В результате эффективность теплоутилизационной системы оставляет желать лучшего. Кроме того, затраты на воздушный вентилятор и систему и оборудование подачи воздуха, связанные с ним, а также затраты на их эксплуатацию увеличивают общую сумму расходов и требуют дополнительной электрической мощности. Более того, неисправность такого воздушного вентилятора и связанного с ним оборудования приводит к нарушению работы теплоутилизационного парогенератора.
Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении теплоутилизационной установки, которая не имеет вышеуказанных недостатков или имеет, но, по меньшей мере, в меньшей степени, соответствующее альтернативное техническое решение.
В частности, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить теплоутилизационную установку, имеющую оптимальные эксплуатационные показатели горения при высоком КПД.
Согласно настоящему изобретению теплоутилизационная установка для генерирования нагретой текучей среды посредством горячего выхлопного газа содержит
корпус, имеющий вход для введения горячего выхлопного газа и выход для выпуска обработанного выхлопного газа, причем в указанном корпусе расположены
по меньшей мере один теплообменник для теплообмена между горячим выхлопным газом и текучей средой и вспомогательная камера сгорания для сжигания топлива с горячим выхлопным газом, причем к вспомогательной камере сгорания обеспечен подвод топлива, причем указанная вспомогательная камера сгорания расположена ниже по потоку по меньшей мере от одного теплообменника в указанном корпусе,
причем обеспечен байпас выхлопного газа для части горячего выхлопного газа, имеющий вход для выхлопного газа и расположенный выше по потоку по меньшей мере от одного теплообменника, а также имеющий выход, напрямую сообщающийся по текучей среде со вспомогательной камерой сгорания.
Теплоутилизационная установка согласно настоящему изобретению содержит корпус, например трубчатую секцию, имеющую вход для введения горячего выхлопного газа и выход для выпуска выхлопного газа, тепло которого утилизировали. Как правило, во время эксплуатации вход соединен с выпускным каналом устройства генерирования горячего выхлопного газа, например газовой турбины или двигателя внутреннего сгорания, причем обычно происходит сжигание топлива, например (природного) газа, нефтепродукта или нефти. Другим примером устройства генерирования горячего выхлопного газа является технологическое оборудование промышленного предприятия, на котором вырабатывается горячий выхлопной газ. Эти устройства вырабатывают относительно чистый и горячий выхлопной газ. Как
правило, количество кислорода, содержащегося в выхлопном газе, составляет 8-16%. В корпусе между входом и выходом - если смотреть в направлении главного потока выхлопного газа - установлены по меньшей мере один теплообменник и вспомогательная камера сгорания. В теплообменнике тепло передается от горячего выхлопного газа к текучей среде, подлежащей нагреванию (как правило, потоку воды и/или газа). Во вспомогательной камере сгорания ниже по потоку от теплообменника выхлопной газ используется в качестве топочного воздуха и сгорает вместе с топливом, подведенным во вспомогательную камеру сгорания. Далее обработанный таким образом выхлопной газ выходит через выход в корпусе.
Согласно настоящему изобретению часть горячего выхлопного газа, получаемого в устройстве генерирования горячего выхлопного газа, байпасирует (обходит) теплообменник (и камеру сгорания первой ступени в случае ее наличия, как будет раскрыто далее) и напрямую подается во вспомогательную камеру сгорания для воспламенения и стабилизации ее пламени. Байпасирование теплообменника служит нескольким целям. Во-первых, в результате теплообмена температура главного потока горячего выхлопного газа будет снижаться. Как следствие, трудно обеспечить оптимальное горение выхлопного газа, прошедшего процесс теплообмена, во вспомогательной камере сгорания при заданной концентрации кислорода в 8-16%. За счет введения потока частичного байпаса горячего выхлопного газа во вспомогательную камеру сгорания удается получить достаточное тепло с точки зрения требуемой температуры в преобладающих условиях содержания кислорода, что обеспечивает стабильную конфигурацию пламени, по существу, с использованием потока байпаса и полного сгорания выхлопного газа в целом. Таким образом, во вспомогательной камере сгорания воспламенение происходит с использованием байпасирован-ного горячего выхлопного газа без предварительного смешивания байпасированного горячего выхлопного газа и прошедшего процесс теплообмена горячего выхлопного газа выше по потоку от вспомогательной камеры сгорания. Во-вторых, подача относительно холодного воздуха из окружающей среды является излишней, поскольку содержание кислорода в потоке байпаса находится на достаточно высоком уровне для обеспечения горения топлива во вспомогательной камере сгорания, даже если по потоку выше теплообменника находится камера сгорания (камера сгорания первой ступени), как будет подробно раскрыто далее. Таким образом, в такой ситуации байпасированный выхлопной газ заменяет весь свежий воздух из окружающей среды или его часть, причем для нагревания и добавления холодного свежего воздуха не расходуется тепло и дополнительная электрическая мощность или расходуется минимальное их количество. Например, некоторые типы горелок для устойчивого функционирования могут потребовать некоторое количество свежего воздуха. При этом воздушный вентилятор и связанное с ним оборудование могут обходиться без свежего воздуха. Таким образом, байпасированный горячий выхлопной газ может быть использован для оптимизации условий воспламенения во вспомогательной камере сгорания как с точки зрения температуры, так и с точки зрения содержания кислорода.
В случае если теплообменник содержит несколько теплообменных подустройств и если позволяют условия горячего выхлопного газа, такие как давление, температура и содержание кислорода, то вход байпаса может быть расположен между этими подустройствами.
Нагретая текучая среда, например перегретый пар высокого давления, пар низкого давления, горячая вода и их комбинация, термальное масло, или другая нагретая среда будет подвержена дальнейшей обработке и/или использована в зависимости от самой станции, в которой размещена предлагаемая в настоящем изобретении теплоутилизационная установка. Теплоутилизационная установка может быть использована с любым горячим выхлопным газом независимо от его происхождения. В основном теплоутилизационную установку согласно настоящему изобретению применяют на тепловых электростанциях, работающих в теплофикационном режиме или в режиме комбинированного цикла, при этом вырабатывается либо технологический пар или горячая вода, которые можно использовать на промышленном предприятии, либо высокотемпературный пар высокого давления, который используют для приведения в действие паровой турбины.
Байпас может быть расположен в корпусе в виде внутреннего байпаса, в виде наружного байпаса за пределами корпуса или в виде их комбинации, что зависит от типа установки. Если вспомогательная камера сгорания содержит ряды из множества горелок, то предпочтительным является наружный байпас. В случае кольцевых горелок возможна конфигурация с внутренним байпасом. Положение байпаса, внутреннего или наружного, будет зависеть от типа установки и связанных с ней требований. Например, байпас может быть предусмотрен в верхней части, в нижней части или на боковой стенке (стенках) и в комбинации указанных местоположений.
Для упрощения конструкции с точки зрения тепловой изоляции и теплового расширения, а также пространства для подачи топлива, байпас располагают за пределами корпуса и на расстоянии от его внешней периферии. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения байпас выхлопного газа содержит по меньшей мере один байпасный канал, имеющий вход выше по потоку от теплообменника, и выход, соединенный с коллектором для распределения байпасированного выхлопного газа напрямую через вспомогательную камеру сгорания, причем указанная вспомогательная камера сгорания, как правило, содержит заданное количество горелок, например, в виде матричной компоновки из нескольких вертикально отстоящих друг от друга рядов из множества горелок.
Предпочтительно газоходы, коллектор (коллекторы) и отражательные перегородки байпаса направ
ляют байпасированный выхлопной газ напрямую к вспомогательной камере сгорания для воспламенения и стабилизации пламени. В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения ниже по потоку от теплообменника расположены средства для направления выхлопного газа во вспомогательную камеру сгорания ниже по потоку от зоны воспламенения и стабилизации пламени. Пригодные средства включают в себя газоходы, а также подачу через отражательные перегородки потока. Подача с использованием отражательных перегородок потока является наиболее предпочтительной. Температурные условия (и условия содержания кислорода) байпасированного выхлопного газа являются более подходящими для стабильного горения, чем условия выхлопного газа, который прошел через теплообменник и, опционально, через расположенную выше по потоку еще одну камеру сгорания, что будет пояснено ниже, поэтому сначала во вспомогательной камере сгорания топливо сжигают с байпасирован-ным выхлопным газом, а затем полного сгорания достигают с использованием термически обработанного выхлопного газа.
Для управления распределением горячего выхлопного газа в главном потоке и потоке байпаса в зависимости от нагрузки (горелки) может быть предусмотрено управляющее оборудование, например регуляторы потока с активным управлением. Возможно управление обоими потоками. Управление байпа-сированным потоком предпочтительнее, чем управление главным потоком.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения теплоутилизационная установка выполнена так, что сопротивление потока для главного потока горячего выхлопного газа является достаточным для создания потока байпаса без использования дополнительных вентиляционных средств и/или средств регулирования потока с активным управлением, например распределительных клапанов. В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения формирователь потока для формирования турбулентного потока горячего выхлопного газа, как правило, используемый для уменьшения компонента скорости вращения (закручивания) выхлопного газа, выходящего из газовой турбины, в сочетании с теплообменником обеспечивает требуемое сопротивление потока, причем в байпасе такие устройства, по существу, отсутствуют. Вход байпаса предпочтительно расположен выше по потоку от формирователя потока.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения с двумя или более камерами сгорания, сравнимыми с теплоутилизационным парогенератором из US 2014/0090356 А1, выше по потоку от теплообменника предусмотрена дополнительная верхняя по потоку камера сгорания (вспомогательная камера сгорания первой ступени) для сжигания выхлопного газа, расположенная в корпусе, имеющем подвод топлива, причем вход байпаса расположен выше по потоку от дополнительной верхней по потоку камеры сгорания. В этом случае главный поток горячего выхлопного газа будет иметь пониженное содержание кислорода, например, как правило, 10% или меньше, в результате горения топлива в верхней по потоку камере сгорания. Обычно такое низкое содержание кислорода является недостаточным для обеспечения стабильного горения в преобладающих температурных условиях. В данном варианте осуществления настоящего изобретения байпасированный выхлопной газ действует как первичный источник кислорода для сжигания топлива во вспомогательной камере сгорания и в качестве нагревательной среды для главного потока горячего выхлопного газа, который был обработан в верхней по потоку камере сгорания и теплообменнике.
Если позволяют условия (температура, содержание кислорода и давление) выхлопного газа верхней по потоку камеры сгорания, то вход байпаса может быть расположен ниже по потоку от верхней по потоку камеры сгорания и перед теплообменником.
Дополнительная верхняя по потоку камера сгорания внутри корпуса может также действовать как источник горячего выхлопного газа, например, во время подачи в нее топлива и свежего воздуха из окружающей среды, при этом полученный горячий выхлопной газ отводится в главный поток горячего выхлопного газа, текущий к теплообменнику и вспомогательной камеру сгорания, и в поток байпаса, бай-пасирующий теплообменник.
В типовом случае в варианте осуществления, имеющем две камеры сгорания в теплоутилизационной установке согласно настоящему изобретению, ниже по потоку от вспомогательной камеры сгорания предусмотрен дополнительный теплообменник.
Настоящее изобретение относится также к тепловой электростанции для генерирования электрической энергии в режиме комбинированного цикла, содержащей
газовую турбину, приводимую в действие высокотемпературным горючим газом высокого давления и генерирующую горячий выхлопной газ,
теплоутилизационную установку согласно настоящему изобретению, раскрытую выше,
паровую турбину, приводимую в действие паром, полученным в теплоутилизационном парогенераторе, и
генератор для генерирования электрической энергии, приводимый в действие газовой турбиной и паровой турбиной.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение относится к тепловой электростанции для генерирования электрической энергии и пара в теплофикационном режиме, содержащей
газовую турбину, приводимую в действие высокотемпературным горючим газом высокого давле
ния и генерирующую горячий выхлопной газ,
генератор для генерирования электрической энергии, приводимый в действие газовой турбиной, теплоутилизационную установку согласно настоящему изобретению, раскрытую выше, причем теплоутилизационная установка соединена с технологической линией пара для дальнейшей обработки, например с промышленными объектами, к которым относится электростанция.
Преимущества и признаки настоящего изобретения, раскрытые выше, по аналогии применимы и к вариантам осуществления тепловой электростанции.
Далее настоящее изобретение раскрыто со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых на фиг. 1 схематично показана базовая конструкция теплоутилизационной установки согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2 представлен вариант осуществления тепловой электростанции, имеющей теплоутилизационную установку согласно настоящему изобретению, в режиме комбинированного цикла;
на фиг. 3-5 показан вариант осуществления теплоутилизационной установки согласно настоящему изобретению.
На фиг. 1 схематично показана базовая конструкция теплоутилизационной установки согласно настоящему изобретению в сочетании с устройством генерирования горячего выхлопного газа и возможные варианты применения нагретой текучей среды. Теплоутилизационная установка обозначена в целом (также показана в виде прямоугольника пунктирными линиями) номером позиции 10. Теплоутилизационная установка 10 содержит корпус 12, например трубчатую секцию, имеющую верхний по потоку вход 14 для введения горячего выхлопного газа из устройства 16 генерирования выхлопного газа. На нижнем по потоку конце корпуса 12 предусмотрен выход 18, например вытяжная труба, для выпуска обработанного выхлопного газа. В корпусе 12 расположен теплообменник 20, ниже по потоку от которого расположена вспомогательная камера 22 сгорания, в которую через линию 24 подвода топлива подается топливо. Горячий выхлопной газ из устройства 16 направляется в главный поток, протекающий во вход 14, и в байпасированный поток, проходящий через наружный байпас 26 снаружи корпуса 12, и внутренний байпас 27 внутри корпуса, во вспомогательную камеру 22 сгорания, где он сгорает с топливом. В теплообменнике 20 тепло от горячего выхлопного газа передается теплоносителю, как правило, потоку воды, и/или пару, или (термальному) маслу. Таким образом, нагретая текучая среда выходит из теплообменника 20 через выпускной канал 28, например горячая вода, и/или пар низкого давления, или нагретое масло, используемое, например, на промышленном предприятии 30, или в виде высокотемпературного пара высокого давления в паровой турбине 32. Как показано на чертеже, для управления потоком байпасиро-ванного выхлопного газа в байпасах 26 и 27 относительно главного потока могут быть предусмотрены распределительные клапаны 34 и/или 36.
На фиг. 2 показан вариант осуществления тепловой электростанции 50 с теплоутилизационной установкой 10 согласно настоящему изобретению. На фиг. 2 компоненты и части, схожие с теми, что представлены на фиг. 1, обозначены одинаковыми номерами позиций.
Тепловая электростанция 50 содержит газовую турбину 16 в качестве устройства генерирования горячего выхлопного газа, и паровую турбину 32, причем обе указанные турбины соединены с электрическим генератором 54 посредством общего приводного вала 56. Газовая и паровая турбины могут также иметь свой собственный приводной вал для соединения с электрическим генератором. Номером позиции 58 обозначен воздушный компрессор, приводимый в действие тем же самым валом 56, причем в нем происходит сжатие воздуха, забираемого из окружающей среды. Сжатый воздух подается в камеру 60 сгорания. Также в камеру 60 сгорания поступает топливо, подаваемое через линию 24 подвода топлива. В камере 60 сгорания происходит воспламенение топлива и сжатого воздуха, в результате чего получают высокотемпературный горючий газ высокого давления, который проходит в газовую турбину 16. Через канал 64 из газовой турбины 16 выходит горячий выхлопной газ, который подается в теплоутилизационную установку 10. В данном варианте осуществления настоящего изобретения теплоутилизационная установка 10 содержит две камеры сгорания: верхнюю по потоку камеру 66 сгорания (вспомогательная камера сгорания первой ступени) и вспомогательную камеру 22 сгорания (вспомогательная камера сгорания второй ступени). Ниже по потоку от вспомогательной камеры 22 сгорания расположены экономайзер 68 для предварительного нагревания воды и испаритель 70 для генерирования пара, оснащенные се-парационным барабаном 72 для отделения пара из испарителя 70 и воды из экономайзера 68. Вода, отделенная в сепарационном барабане 72, возвращается в испаритель 70. При возвращении пар, отделенный в сепарационном барабане 72, подается в теплообменник 20, в данном варианте осуществления настоящего изобретения - низкотемпературный пароперегреватель, и дальше через регулятор 73 температуры в пароперегреватель 74 высокого давления для дальнейшего нагревания. Полученный таким образом пар подается в паровую турбину 52 для приведения в действие электрического генератора 54. Использованный таким образом пар охлаждается в конденсаторе 76 и с помощью насоса 78 возвращается в экономайзер 68. В верхнюю по потоку камеру 66 сгорания и вспомогательную камеру 22 сгорания подается топливо из линии 22 подвода топлива через ветки 80 и 82 соответственно, имеющие распределительные клапаны 84 и 86. Как было сказано, горячий выхлопной газ газовой турбины 16 вводится во вход 14 корпуса 12. Если смотреть в направлении потока горячего выхлопного газа, в верхней по потоку камере 66
сгорания, расположенной выше по потоку от пароперегревателей 74 и 20, происходит горение подаваемого топлива с горячим выхлопным газом, в результате чего горячий выхлопной газ нагревается для обеспечения теплообмена в пароперегревателях для генерирования перегретого газа. Вследствие такого горения и последующего теплообмена горячий выхлопной газ будет иметь уменьшенное содержание кислорода, а также сниженную температуру. Функционирование вспомогательной камеры 22 сгорания ниже по потоку от этих пароперегревателей вызывает повышение температуры выхлопного газа, обеспечивая возможность генерирования пара в испарителе 70 и предварительного нагревания в экономайзере 68. Во вспомогательную камеру 22 сгорания подают топливо из линии 24 подвода топлива через отводную линию 82. Как показано, часть горячего выхлопного газа из газовой турбины 16 проходит в байпас 26, таким образом байпасируя верхнюю по потоку камеру 66 сгорания и теплообменники 74 и 20. Так как содержание кислорода байпасированного выхлопного газа не меняется по сравнению с горячим выхлопным газом, входящим в теплоутилизационную установку 10, байпасированный выхлопной газ обеспечивает возможность горения топлива во вспомогательной камере 22 сгорания без необходимости подачи свежего воздуха из окружающей среды. Кроме того, температура байпасированного выхлопного газа, по существу, поддерживается обеспечивающей стабильное горение в требуемых температурных условиях.
На фиг. 3-5 показан вариант осуществления теплоутилизационной установки согласно настоящему изобретению. На фиг. 3 представлен открытый схематичный вид. На фиг. 4 представлен продольный разрез. На фиг. 5 представлен вид сзади.
На этих чертежах (изолированный) корпус 12 имеет вход 14 для введения горячего выхлопного газа. Как правило, вход 14 непосредственно присоединен к выходу выхлопного газа газовой турбины. Ниже по потоку от входа 14 предусмотрен формирователь 100 потока, обычно - перфорированный экран, наподобие металлического листа, имеющего множество отверстий от одной стороны до другой. Ниже по потоку от формирователя потока расположена верхняя по потоку камера 66 сгорания, имеющая заданное количество вертикально разнесенных рядов горелок 101. Между рядами предусмотрены соответствующие газопроницаемые отражательные перегородки 104 для направления горячего выхлопного газа. В горелки 102 подается топливо через подходящую систему газоходов (не показана на этих чертежах). Вместо блока линейных горелок могут быть также использованы другие типы горелок, например кольцевая горелка (или горелки). Горячий выхлопной газ проходит через верхнюю по потоку камеру 66 сгорания к теплообменнику 20, в котором тепло от горячего выхлопного газа передается теплоносителю. У выхода 18 корпуса 12 расположена вспомогательная камера 22 сгорания, в которую подается топливо (также не показано). Рядом с входом 14 корпуса 12 и с каждой стороны входа 14 расположен теплоизолированный байпасный канал 106, имеющий вход 108 для горячего выхлопного газа. При необходимости в байпасе могут быть предусмотрены сильфонные компенсаторы (не показаны). Участок 110 байпасного канала, по существу, отстоит от внешней периферии 112 корпуса 12. Рядом с выходом 18 корпуса 12, в месте расположения вспомогательной камеры 22 сгорания, каждый выход 113 байпасного канала 106 заканчивается в байпасном коллекторе 114 для распределения байпасированного выхлопного газа через вертикально разнесенные ряды горелок 102 через дополнительную систему газоходов. Как схематично показано на чертежах, байпасированный выхлопной газ направляется к горелкам 102 напрямую, а главный поток выхлопного газа протекает через отражательные перегородки 116, которые являются газопроницаемыми, (обозначены штриховкой), к нижней по потоку стороне горелок 102 для полного сгорания. Различные устройства, установленные в корпусе 12, обеспечивают достаточное сопротивление потока, направляя частичный поток горячего выхлопного газа в байпасные каналы 106, а также обеспечивают принудительный отбор частичного потока вспомогательной камерой 22 сгорания.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Теплоутилизационная установка (10) для генерирования нагретой текучей среды посредством горячего выхлопного газа, содержащая
корпус (12), имеющий вход (14) для введения горячего выхлопного газа и выход (18) для выпуска обработанного выхлопного газа, причем в указанном корпусе (12) расположены
по меньшей мере один теплообменник (20) для теплообмена между горячим выхлопным газом и текучей средой, и
вспомогательная камера (22) сгорания для сжигания топлива с горячим выхлопным газом, к которой предусмотрен подвод (24; 82) топлива, причем указанная вспомогательная камера (22) сгорания расположена ниже по потоку по меньшей мере от одного теплообменника (20) в указанном корпусе,
причем предусмотрен байпас (26; 27) выхлопного газа для части горячего выхлопного газа, имеющий вход (108) для выхлопного газа, расположенный выше по потоку по меньшей мере от одного теплообменника (20), и имеющий выход (113), напрямую сообщающийся по текучей среде со вспомогательной камерой (22) сгорания, при этом во вспомогательной камере сгорания обеспечена возможность воспламенения с использованием байпасированного горячего выхлопного газа без предварительного смешивания байпасированного горячего выхлопного газа и прошедшего процесс теплообмена горячего выхлопного газа выше по потоку от вспомогательной камеры сгорания.
2. Теплоутилизационная установка по п.1, в которой ниже по потоку от теплообменника (20) расположены средства (116) для направления выхлопного газа к вспомогательной камере (22) сгорания ниже по потоку от зоны воспламенения и стабилизации пламени вспомогательной камеры сгорания.
3. Теплоутилизационная установка по п.1 или 2, в которой байпас (26) выхлопного газа расположен снаружи корпуса (12) и отстоит от его внешней периферии (112).
4. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-3, в которой байпас (27) выхлопного газа расположен внутри корпуса (12).
5. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-4, в которой байпас (26) выхлопного газа содержит по меньшей мере один байпасный канал (106), имеющий свой вход (108) выше по потоку от теплообменника (20) и свой выход (113), соединенный с коллектором (114) для распределения байпасиро-ванного выхлопного газа по вспомогательной камере (22) сгорания.
6. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-5, в которой в байпасе (26) выхлопного газа отсутствует устройство регулирования потока.
7. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-6, в которой вспомогательная камера (22) сгорания содержит горелки (102), причем предусмотрены отражательные средства (116) для направления выхлопного газа к вспомогательной камере (22) сгорания ниже по потоку от ее горелок (102).
8. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-7, в которой выше по потоку от теплообменника (20) в корпусе (12) расположен формирователь (100) потока для формирования потока горячего выхлопного газа.
9. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-8, в которой выше по потоку от теплообменника (20) в корпусе (12) расположена верхняя по потоку камера (66) сгорания для сжигания топлива с горячим выхлопным газом, имеющая подвод (24; 80) топлива, причем вход (108) байпаса (26) выхлопного газа расположен выше по потоку от верхней по потоку камеры (66) сгорания.
10. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-9, в которой по меньшей мере один теплообменник (68; 70) предусмотрен ниже по потоку от вспомогательной камеры (22) сгорания.
11. Теплоутилизационная установка по любому из пп.1-10, дополнительно содержащая устройство (16) генерирования горячего выхлопного газа для получения горячего выхлопного газа, содержащего кислород, которое имеет выпускной канал (64) для выхлопного газа, причем вход (14) корпуса (12) соединен с выпускным каналом (64) выхлопного газа устройства (16) генерирования горячего выхлопного газа.
12. Теплоутилизационная установка по п.11, в которой устройство (16) генерирования горячего выхлопного газа представляет собой газовую турбину.
13. Тепловая электростанция для генерирования электричества в режиме комбинированного цикла, содержащая
газовую турбину (16), приводимую в действие высокотемпературным горючим газом высокого давления и генерирующую горячий выхлопной газ,
теплоутилизационную установку (10) по любому из пп. 1-12,
паровую турбину (32), приводимую в действие паром, полученным в теплоутилизационной установке (10), и
генератор (54) для генерирования электричества, приводимый в действие газовой турбиной (16) и паровой турбиной (32).
14. Тепловая электростанция для генерирования электричества и пара в теплофикационном режиме, содержащая
газовую турбину (16), приводимую в действие высокотемпературным горючим газом высокого давления и генерирующую горячий выхлопной газ,
генератор (54) для генерирования электричества, приводимый в действие газовой турбиной, теплоутилизационную установку (10) по любому из пп. 1-12,
причем теплоутилизационная установка (10) соединена с технологической линией (28) пара для его дальнейшей обработки.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
032655
032655
- 1 -
- 1 -
(19)
032655
032655
- 1 -
- 1 -
(19)
032655
032655
- 1 -
- 1 -
(19)
032655
032655
- 6 -
- 5 -
032655
032655
- 7 -
032655
032655
- 9 -