способ повышения давления газа и устройство для осуществления способа

Формула изобретения

1. Способ повышения давления газа, в частности, воздуха, поставляемого компрессором (8) на электростанции (2), с бустером (24), отличающийся тем, что массопоток (m) газа разделяют на меньший частичный поток (t1) и больший частичный поток (t2), причем меньший частичный поток (t1) направляют через бустер (24) к эжектору (30) и там сводят вместе с большим частичным потоком (t2), который подводят к всасывающему патрубку эжектора (30), при этом объединенный массопоток (m") газа отводят на выходе эжектора (30), а меньший частичный поток (t1) перед подведением к бустеру (30) охлаждают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что меньший частичный поток (t1) составляет порядка 20-40%, предпочтительно порядка 20% массопотока (m) подаваемого газа.

3. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что выходящий на выходе бустера (24) меньший частичный поток (t1) сглаживают относительно колебаний давления.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что разница давлений в массопотоке (m, m") перед разделением и после объединения составляет порядка 2 бар.

5. Устройство (16) для повышения давления газа, в частности, воздуха, поставляемого компрессором (8) на электростанции (2), с бустером (24), отличающееся тем, что оно снабжено делителем потока (20), которым массопоток (m) газа разделяется на меньший частичный поток (t1) и больший частичный поток (t2), эжектором (30), к которому меньший частичный поток (t1) направляется через бустер (24), и байпасным трубопроводом (34), через который больший частичный поток (t2) направляется к всасывающему патрубку эжектора (30), причем меньший частичный поток (t1) является направляемым через воздухоохладитель (22) к бустеру (24).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что меньший частичный поток (t1) составляет порядка 20-40%, предпочтительно порядка 20% массопотока (m) подаваемого воздуха.

7. Устройство по любому из п.5 или 6, отличающееся тем, что бустер (24) соединен с эжектором (30) по трубопроводу (28), к которому для сглаживания колебаний давления подключен буферный резервуар (32).

8. Устройство по любому из пп.5-7, отличающееся тем, что выход эжектора (30) соединен с a) блоком (36) для сжигания в псевдоожиженном слое под давлением, и/или b) горелкой для дожигания (42) и/или c) газификатором угля (46).

9. Устройство по любому из пп.5-8, отличающееся тем, что оно встроено в электростанцию (2), в частности, в электростанцию (2) с устройством (36) для сжигания в псевдоожиженном слое под давлением и газификатором угля (46).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу и устройству для повышения давления газа, в частности воздуха, поставляемого компрессором на электростанции, с применением бустера. В случае газа может идти речь, как упомянуто, в частности, о предоставляемом в распоряжение компрессором воздухе, который готовится с большим массопотоком и высокой температурой.

На электростанции с системой преобразования угля под давлением сжатый воздух отбирают с выхода нагнетателя или компрессора и после процесса газификации и/или сжигания вводят с высокой температурой в качестве дымового газа в расширительную часть газовой турбины. В результате процесса преобразования угля на пути сжатого воздуха от выхода компрессора ко входу газовой турбины появляется некоторая потеря давления. Для сохранения необходимого расстояния к границе помпажа компрессора эта потеря давления на пути от выхода компрессора к входу турбины при этом не должна превышать критического граничного значения (кривая границы помпажа, рабочая граничная кривая). В случае такой электростанции может иметь место очень высокая потеря давления, так как на пути воздуха в зависимости от схемы могут быть расположены известные конструктивные компоненты, как устройство для сжигания в псевдоожиженном слое под давлением, газификатор угля, устройство для газоочистки и/или горелка для дожигания. Эта потеря давления, например, в электростанции, которая работает с устройством для сжигания в псевдоожиженном слое под давлением второго поколения, имеет порядок величины около 2 бар. Эта высокая потеря давления без принятия дальнейших мер сделала бы невозможным использование газовой турбины класса мощности (Heavy Duty Gas Turbine).

Можно теперь подумать о преодолении высокой потери давления за счет встраивания воздуходувки или бустера. Такой бустер должен быть рассчитан для всего массопотока необходимого воздуха. Подобный бустер, который имеется в настоящее время в распоряжении, допускает, однако, по причинам материала только рабочую температуру, которая возможно лежит ниже температуры воздуха, притекающего от нагнетателя. Поэтому при таком решении с бустером требуется вероятно еще дополнительно относительно большой и связанный с высокими затратами воздухоохладитель, который должен подключаться перед бустером. Сам бустер вследствие необычных требований, а именно относительно необходимости справляться с очень высоким массопотоком, созданием относительно малой разности давлений порядка 1,5 бар и выдерживания высоких температур, также является дорогостоящим.

Из JP 63-2852130A (опублик. 22.11.1988) известен способ повышения давления газа, в частности воздуха, поставляемого компрессором на электростанции, с бустером.

Из JP 63-2852130А, опубликованного 22.11.1988, известно также устройство для повышения давления газа, в частности воздуха, поставляемого компрессором на электростанции, с бустером.

Задачей изобретения является создание способа повышения давления газа и устройства для осуществления способа, при которых также используются бустер или воздуходувка, при которых, однако, желаемое повышение давления является достижимым сравнительно экономично с точки зрения затрат.

В способе эта задача решается согласно изобретению тем, что массопоток газа разделяют на меньший частичный поток и больший частичный поток, причем меньший частичный поток направляют через бустер к эжектору и там сводят вместе с большим частичным потоком, который подводят к всасывающему патрубку эжектора, при этом объединенный массопоток газа отводят на выходе эжектора.

Чтобы защитить здесь бустер при необходимости от высоких температур, согласно дальнейшему развитию изобретения предусмотрено, что меньший частичный поток перед подведением к бустеру охлаждают.

Меньший частичный поток может составлять порядка около от 20 до 40% массопотока поданного газа. В области электростанции соотношение массопотоков зависит от конструктивных параметров компонентов.

Преимуществом является, если выходящий на выходе бустера меньший частичный поток сглаживают относительно колебаний давления.

Для названного вначале применения способа на электростанции с устройством для сжигания в псевдоожиженном слое под давлением второго поколения преимуществом является то, что если разница давлений в массопотоке перед разделением и после сведения является настолько высокой, что появляющаяся между выходом компрессора и входом газовой турбины потеря давления не только уменьшается, но и практически полностью компенсируется.

Устройство для повышения давления газа снабжено согласно изобретению, разделителем потока, которым массопоток газа подразделяется на меньший частичный поток и больший частичный поток, эжектором, к которому меньший частичный поток направляется через бустер, и байпасным трубопроводом, через который больший частичный поток подводят к всасывающему патрубку эжектора.

Если поданный газовый поток имеет слишком высокую температуру, так что бустер был бы термически в опасности, то согласно форме дальнейшего развития предусмотрено, что меньший частичный поток подают к бустеру через воздухоохладитель.

Согласно дальнейшей предпочтительной форме выполнения предусмотрено, что бустер соединен с эжектором через трубопровод, к которому подключен для сглаживания колебаний давления буферный резервуар.

Целесообразным является также то, что выход эжектора соединен с

а) блоком для сжигания в псевдоожиженном слое под давлением, и/или

b) горелкой для дожигания, и/или

с) газификатором угля.

Выход эжектора может быть соединен на электростанции с различными компонентами, которые требуют для своей работы газ повышенного давления, в частности воздух.

Дальнейшие предпочтительные формы выполнения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.

Пример выполнения изобретения поясняется в последующем более подробно с помощью чертежа.

Чертеж показывает электростанцию 2 с газовой турбиной 4, на валу 6 которой расположены компрессор 8 и электрический генератор 10. Генератор 10 поставляет электрическую энергию в сеть 12. К компрессору 8 через (не показанный) фильтр подают всасываемый воздух 1. Сжатый компрессором 8 всасываемый воздух 1 направляют, во первых, к газовой турбине 4 в качестве охлаждающего воздуха р и, во вторых, к дальнейшим компонентам электростанции 2 в качестве массопотока m. Этот массопоток m попадает через трехходовой клапан 14 в устройство 16 для повышения давления. В аварийном случае массопоток m от трехходового клапана 14 может вводиться через аварийный байпас 18 непосредственно в газовую турбину 4.

Устройство 16 содержит делитель потока 20, которым массопоток m газа разделяют на меньший частичный поток t1 и больший частичный поток t2. Соотношение массопотоков этих обоих частичных потоков t1, t2 является зависимым от параметров других компонентов и составляет здесь, например, 20% к 80%. Меньший частичный поток t1 через воздухоохладитель 22, который включен в (не показанный) пароводяной контур, подводят к бустеру 24, который приводится в действие двигателем 26. Этот бустер 24 соединен по трубопроводу 28 с эжектором 30. К трубопроводу 28 для сглаживания колебаний давления подключен буферный резервуар 32. Больший частичный поток t2 через байпасный трубопровод 34 подводят к всасывающему патрубку эжектора 30. В этом эжекторе 30 таким образом оба частичных потока t1, t2 снова сводятся вместе так, что на его выходе может отбираться объединенный массопоток m" воздуха. Разница давлений в массопотоках m и m" составляет соответственно потерям давления, возникающим в последующих компонентах, в данном случае порядка 2 бар.

Выход эжектора 30 через выходной трубопровод 34 соединен с блоком 36 для сжигания в псевдоожиженном слое под давлением. На этом выходном трубопроводе 34 предусмотрены два отбора воздуха, которые обозначены А и В и которые ведут к другим компонентам электростанции 2.

Блок 36 питается не только сжатым воздухом, но также и углем k и сорбентом s, например известняком (СаСо₃). На выходе удаляют золу w псевдоожиженного слоя. Возникающий в блоке 36 дымовой газ псевдоожиженного слоя r, например, с температурой 900С подводят через трубопровод 38, в котором находится фильтр дымового газа 40, к горелке для дожигания 42. Эту горелку для дожигания 42, кроме того, снабжают воздухом из отбора воздуха А. Дымовой газ псевдоожиженного слоя r может иметь температуру, например, 900С.

Горелка для дожигания топлива 42 питается, кроме того, горючим газом b. Этот горючий газ b может иметь температуру, например, 600С. Он отбирается от газификатора угля 46 через фильтр горючего газа 44. Этот газификатор угля 46 питают, с одной стороны, углем k, а, с другой стороны, воздухом из отбора воздуха В.

Из дожигателя топлива 42 выходит горячий дымовой газ h, который имеет температуру, например, порядка 1400С. Он подается на вход газовой турбины 4 через трубопровод дымового газа 48.

Отдаваемый газовой турбиной 4 отходящий газ а подводят через трубопровод отходящего газа 50 и котел-утилизатор 52 к (не показанной) дымовой трубе для выпуска в окружающую среду.

Заключение: в основном подлежащий сжатию массопоток m воздуха разделяют на меньший и больший частичный поток t1 или соответственно t2. Соотношение обоих массопотоков t1, 12, как уже упоминалось, является зависимым от параметров компонентов. Меньший частичный поток охлаждают в воздухоохладителе 22 от, например, 400С до примерно 150-200С. Необходимый для этого теплообменник 22 получается значительно меньше и тем самым не таким дорогим, как если бы должен был охлаждаться весь массопоток m. Затем меньший частичный поток t1 с относительно высокой разницей давления сжимают в бустере 24. Эта разница давления может составлять, например, 10-20 бар. Подобный нагнетатель или бустер 24, который рассчитан на относительно малый массопоток при высокой разнице давления, является обычной компонентой. Он поэтому является значительно более экономичным по цене, чем упомянутый выше бустер для больших массопотоков и малых разниц давления. На стороне нагнетания бустера 24 размещен буферный резервуар 32 для уменьшения колебаний давления.

Больший частичный поток t2 в байпасном трубопроводе 34 направляют в обход бустера 24 и буфера давления или буферного резервуара 32. Он попадает к всасывающему патрубку эжектора 30, который выполнен по принципу так называемого водоструйного насоса или пароструйного насоса. В качестве транспортирующей или ускоряющей среды для эжектора 30 при этом служит меньший частичный поток t1 на своем более высоком уровне давления. Общий воздушный поток m" на выходе эжектора 30 устройством 16 отрегулирован таким образом, что он имеет необходимое общее давление, чтобы скомпенсировать на необходимом уровне потери давления системы, лежащей между выходом компрессора 8 и входом газовой турбины 4.

В противоположность описанному вначале решению с бустером, согласно которому весь массопоток подводят к воздухоохладителю и подключенному после него бустеру, здесь вследствие более малого подлежащего охлаждению воздушного потока t1 тепловая мощность, подлежащая передаче к подключенному к воздухоохладителю 22 пароводяному контуру, уменьшается. Доля мощности газовой турбины 4 в общей мощности и тем самым общий коэффициент полезного действия тем самым возрастают.

В противоположность названному описанному вначале решению с бустером существо данного изобретения заключается в замене двух больших и дорогих компонентов для повышения давления, а именно большого воздухоохладителя и большого бустера, системой, которая состоит из воздухоохладителя 22 и обычного бустера 24 меньшей величины, а также эжектора 30 и буферного резервуара 32. В частности, при переходе на меньший бустер 24 с более высоким соотношением давлений получается экономия затрат, так как этот выбор параметров является обычным и тем самым относительно экономичным. Также в случае воздухоохладителя 22 меньшая конструкция имеет следствием значительное уменьшение затрат.