парогазовая энергетическая установка и способ действия такой установки

Формула изобретения

1. Способ действия парогазовой энергетической установки, включающий сжигание в котле, имеющем топку, первого топлива для образования дымового газа и для производства пара; передачу дымового газа по трубопроводу дымового газа в окружающее пространство; подачу технологического газа в топку по подводящему трубопроводу технологического газа; приведение в действие паровой турбины паром для выработки энергии; сжигание в камере сгорания второго топлива для получения отработавшего газа; расширение образующегося отработавшего газа в газовой турбине для выработки энергии; пропускание отработавшего газа из газовой турбины в подводящий трубопровод технологического газа; рециркуляцию части дымового газа из трубопровода дымового газа в подводящий трубопровод технологического газа; регулирование скорости рециркуляции дымового газа посредством первого регулятора; подачу свежего воздуха в подводящий трубопровод технологического газа; регулирование скорости подачи свежего воздуха посредством второго регулятора, отличающийся тем, что котел рассчитывают на получение в первом режиме работы камеры сгорания эффективного производства пара и небольших выбросов, когда первым и вторым регуляторами минимизируют соответственно скорость рециркуляции дымового газа и подачу свежего воздуха, и используют отработавший газ сам по себе или как основную часть технологического газа, при этом указанный способ дополнительно включает измерение режима работы камеры сгорания; управление в других режимах, исключая первый режим работы камеры сгорания, первым и вторым регуляторами для получения, по меньшей мере, почти столь же эффективного производства пара и небольших выбросов, как и в первом режиме работы; базирование управления первым и вторым регуляторами на измеренном режиме работы на указанном этапе управления в других режимах, исключая первый режим работы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют газификацию третьего топлива в газификаторе высокого давления для образования топливного газа и используют топливный газ в качестве второго топлива.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве котла используют котел с кипящим слоем.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что производят полукокс в газификаторе и используют полукокс в качестве первого топлива.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве газификатора используют газификатор с кипящим слоем.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве котла используют котел с циркулирующим кипящим слоем, а в качестве газификатора используют газификатор с циркулирующим кипящим слоем.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в первом режиме работы камера сгорания находится в работе, а в других режимах, исключая первый режим работы, камера сгорания не работает.

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что в первом режиме работы газификатор и камера сгорания находятся в работе, а в других режимах газификатор и камера сгорания не работают.

9. Способ по п.2, отличающийся тем, что в первом режиме работы газификатор находится в работе и топливный газ используют в качестве второго топлива, а в других режимах газификатор не работает и другое топливо используют в качестве второго топлива.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что используют природный газ в качестве второго топлива в других режимах.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что на указанном измерительном этапе осуществляют измерение, по меньшей мере, одного параметра из температуры окружающего воздуха, давления и влажности и основывают на измерении управление первым и вторым регуляторами на указанном этапе управления в других режимах.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в первом рабочем режиме принимают первый массовый расход технологического газа, а на указанном этапе управления в других режимах управляют первым регулятором с тем, чтобы уменьшить отклонение массового расхода от первого массового расхода.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют содержание кислорода в технологическом газе и на основе измеренного содержания кислорода управляют вторым регулятором на указанном этапе управления в других режимах.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют остаточный кислород в дымовом газе и управляют вторым регулятором для получения заранее выбранного количества остаточного кислорода на указанном этапе управления в других режимах.

15. Парогазовая энергетическая установка, содержащая котел для производства пара, при этом котел содержит топку для сжигания первого топлива с целью образования дымового газа, обратный газоход для приема образуемого дымового газа и трубопровод дымового газа для прохождения дымового газа из обратного газохода в окружающую среду; подводящий трубопровод технологического газа для подачи технологического газа в топку; паровую турбину для приема пара и приводимую в действие паром с целью выработки энергии; камеру сгорания для сжигания второго топлива для получения отработавшего газа; газовую турбину для расширения отработавшего газа из камеры сгорания с целью выработки энергии и для пропускания отработавшего газа в подводящий трубопровод технологического газа; возвратный трубопровод для рециркуляции части дымового газа из трубопровода дымового газа в подводящий трубопровод технологического газа; первый регулятор для регулирования скорости, с которой дымовой газ циркулирует в возвратном трубопроводе; подвод для подачи свежего воздуха в подводящий трубопровод технологического газа; второй регулятор для регулирования скорости, с которой свежий воздух подается посредством указанного подвода, отличающаяся тем, что котел выполнен с такой геометрией и с теплопередающими поверхностями, расположенными так, чтобы обеспечивалось эффективное производство пара и небольшие выбросы в окружающую среду в первом режиме работы камеры сгорания при использовании отработавшего газа самого по себе или в качестве основной части технологического газа, подаваемого в котел, а парогазовая энергетическая установка дополнительно содержит средство для измерения режима работы камеры сгорания; средство для управления первым и вторым регуляторами на основе измеренного режима работы с тем, чтобы поддерживались, по меньшей мере, почти столь же эффективное производство пара и небольшие выбросы в окружающую среду в других режимах, исключая указанный первый режим работы камеры сгорания.

16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что она содержит газификатор высокого давления для газификации третьего топлива с целью образования топливного газа, который может быть использован в качестве второго топлива.

17. Установка по п.15, отличающаяся тем, что котел выполнен в виде котла с кипящим слоем.

18. Установка по п.16, отличающаяся тем, что котел выполнен в виде котла с кипящим слоем, а газификатор также производит полукокс, который используется в качестве первого топлива.

19. Установка по п.16, отличающаяся тем, что газификатор выполнен в виде газификатора с кипящим слоем.

20. Установка по п.19, отличающаяся тем, что котел выполнен в виде котла с циркулирующим кипящим слоем, а газификатор с кипящим слоем выполнен в виде газификатора с циркулирующим кипящим слоем.

21. Установка по п.15, отличающаяся тем, что средство для измерения режима работы камеры сгорания включает в себя средства для измерения, по меньшей мере, одного параметра из температуры окружающего воздуха, давления и влажности.

22. Установка по п.15, отличающаяся тем, что она содержит средство для измерения массового расхода технологического газа; средство для управления первым регулятором на основе измеренного массового расхода технологического газа.

23. Установка по п.15, отличающаяся тем, что она содержит средство для измерения содержания кислорода в технологическом газе; средство для управления вторым регулятором на основе измеренного содержания кислорода в технологическом газе.

24. Установка по п.15, отличающаяся тем, что она содержит средство для измерения содержания остаточного кислорода в дымовом газе; средство для управления вторым регулятором на основе измеренного содержания остаточного кислорода в топливном газе.

Описание изобретения к патенту

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к парогазовой энергетической установке и к способу действия такой установки, при этом установка содержит котел с топкой для сжигания первого топлива с целью производства пара, парогенератор, приводимый в действие паром, для выработки энергии и камеру сгорания для сжигания второго топлива с целью образования газообразных продуктов сгорания, которые расширяются в газовой турбине для выработки энергии и проходят в качестве технологического газа к топке. Котел спроектирован особым образом с учетом характеристик отработавшего газа из газовой турбины, используемого в качестве технологического газа, чтобы сделать все возможное для эффективного производства пара при небольших выбросах. Настоящее изобретение направлено на решение задачи поддержания высоких рабочих характеристик котла при изменяющемся режиме работы камеры сгорания газовой турбины, включая режим работы, при котором камера сгорания газовой турбины не используется.

Парогазовая энергетическая установка может также содержать газификатор для образования топливного газа и горючего полукокса. Полукокс может быть использован в качестве первого топлива в топке котла, а топливный газ - в качестве второго топлива в камере сгорания газовой турбины. Поэтому установка может содержать несколько отдельных комплектов, например два или три, каждый из которых состоит, например, из котла с топкой, газовой турбины с камерой сгорания и, возможно, газификатора; они все обычно используются совместно в виде единой системы. Предпочтительно, чтобы котел был выполнен в виде котла с кипящим слоем, но он также может быть котлом с суспензией или котлом какого-либо другого типа. Предпочтительно, чтобы газификатор был выполнен в виде газификатора высокого давления с кипящим слоем, но он также может быть какого-либо другого типа. Предпочтительно, чтобы газификатор и камера сгорания действовали как система с циркулирующим кипящим слоем.

В патентах США №3986348 и №4470255 и в патенте Великобритании №2095762 раскрыты энергетические установки с комбинированным циклом, в которых газификатор высокого давления, газовая турбина и котел с кипящим слоем объединены так, что топливный газ, образованный в газификаторе, сжигается в камере сгорания газовой турбины, и отработавшие газы из газовой турбины подаются в котел с кипящим слоем для работы в качестве технологического газа, а полукокс, образованный в газификаторе, сжигается в топке котла с кипящим слоем. В установках этих видов частицы из генераторного газа газификатора удаляются до его прохождения к газовой турбине, но большая часть газообразных выбросов может быть удалена возле или ниже по потоку от топки котла с циркулирующим кипящим слоем, что обеспечивает приемлемый компромисс между стоимостью и эффективностью при изготовлении и эксплуатации системы.

Для поддержания низкого уровня выбросов количество кислорода в технологическом газе должно быть тесно связано со скоростью подачи топлива. По сравнению с воздухом, как содействующим горению газом, отработавший газ из газовой турбины является бедным, обычно содержащим от приблизительно 10% до приблизительно 15% по объему кислорода, и высокотемпературным, имеющим типичную температуру от приблизительно 500°С до приблизительно 600°С. Поэтому при использовании отработавшего газа из газовой турбины в качестве содействующего горению газа расход содействующего горению газа является высоким, что должно учитываться при проектировании котла. Как правило, площадь поперечного сечения топки должна быть большая, средство для подачи рабочего газа, например решетка, в котле с кипящим слоем должно обеспечивать высокую скорость подачи газа, а в проходном газоходе котла должно быть размещено больше теплопередающих поверхностей, чем обычно.

В системах этих видов количество и качество газообразных продуктов сгорания может сильно зависеть от режима работы камеры сгорания газовой турбины. Поэтому без специальных мер предосторожности рабочие характеристики котла могут быть разными при различных режимах работы камеры сгорания газовой турбины, а эффективность системы и выбросы, выделяемые в окружающую среду, в некоторых режимах могут быть далекими от оптимальных.

Может возникнуть необходимость работы системы в иных режимах, например, при простое газификатора вследствие текущего ремонта. В таком случае энергия должна вырабатываться, например, исключительно котловым агрегатом без использования отработавшего газа из газовой турбины. Если при таком режиме работы свежий воздух используется в качестве технологического газа в котле, то может оказаться, что невозможно получить оптимальные или даже приемлемые рабочие характеристики. Используя оптимальный поток технологического газа, можно получить нужную температуру кипящего слоя, но, с другой стороны, появляется большое количество избыточного воздуха, что приводит к низкой эффективности котла и к значительным выбросам NO_x. Другой вариант заключается в использовании небольшого количества избыточного воздуха, но это, в свою очередь, приводит к слишком высокой температуре кипящего слоя и к очень высоким выбросам SO₂.

Краткое описание изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в создании парогазовой энергетической установки, включающей в себя камеру сгорания газовой турбины и котел, которая может обеспечить высокие рабочие характеристики, например высокую эффективность и небольшие выбросы, при (i) изменении режима работы камеры сгорания или (ii) в режиме работы, в котором камера сгорания не используется. Кроме того, задача настоящего изобретения заключается в создании способа использования такой энергетической установки.

Чтобы решить эти и другие задачи настоящего изобретения, предложены парогазовая энергетическая установка и способ использования такой энергетической установки, описанные в независимых пунктах формулы изобретения.

Одним объектом настоящего изобретения является способ действия парогазовой энергетической установки, который включает создание котла, имеющего топку для сжигания первого топлива при первой температуре для образования дымового газа и для производства пара, котел имеет оптимальные рабочие характеристики в части производства пара и выбросов в окружающую среду, при этом первая температура соответствует оптимальной температуре, передачу дымового газа по трубопроводу дымового газа в окружающую среду, подачу технологического газа в топку при первом массовом расходе, при этом первый массовый расход соответствует оптимальному массовому расходу, приведение в действие паровой турбины паром для выработки энергии, сжигание в камере сгорания второго топлива для образования газообразных продуктов сгорания, расширение образуемых газообразных продуктов сгорания в газовой турбине для выработки энергии, пропускание отработавшего газа из газовой турбины в подводящий трубопровод технологического газа, рециркуляцию части дымового газа из трубопровода дымового газа в подводящий трубопровод технологического газа, регулирование скорости рециркуляции дымового газа посредством первого регулятора, подачу свежего воздуха в подводящий трубопровод технологического газа, регулирование скорости подачи свежего воздуха посредством второго регулятора, подачу выбранного количества первого топлива в топку, подачу выбранного количества второго топлива в камеру сгорания, и при этом котел имеет в первом режиме работы камеры сгорания оптимальные рабочие характеристики, когда первый и второй регуляторы минимизируют соответственно скорость рециркуляции дымового газа и подачи свежего воздуха, а отработавший газ используют сам по себе или как основную часть технологического газа, и управление в других режимах, исключая первый режим работы камеры сгорания, первым и вторым регуляторами для получения, по меньшей мере, почти оптимальных рабочих характеристик котла.

Другим объектом настоящего изобретения является парогазовая энергетическая установка, которая содержит котел для производства пара, при этом котел включает в себя топку для сжигания первого топлива с целью образования дымового газа, обратный газоход для приема образованного дымового газа и трубопровод дымового газа для прохождения дымового газа из обратного газохода в окружающую среду, подводящий трубопровод технологического газа для подачи технологического газа в топку, паровую турбину для приема пара и приводимую в действие паром с целью выработки энергии, камеру сгорания для сжигания второго топлива с целью образования газообразных продуктов сгорания, газовую турбину для расширения газообразных продуктов сгорания из камеры сгорания с целью выработки энергии и для пропускания отработавшего газа в подводящий трубопровод технологического газа, возвратный трубопровод для рециркуляции части дымового газа из трубопровода дымового газа в подводящий трубопровод технологического газа, первый регулятор для регулирования скорости, с которой дымовой газ циркулирует в обратном трубопроводе, подвод для подачи свежего воздуха в подводящий трубопровод технологического газа, второй регулятор для регулирования скорости, с которой свежий воздух подается посредством подвода, и регулятор для управления первым и вторым регуляторами с тем, чтобы поддерживать, по меньшей мере, почти оптимальные рабочие характеристики котла при различных режимах работы камеры сгорания. Котел имеет геометрию и теплопередающие поверхности, расположенные так, чтобы оптимизировались рабочие характеристики в части производства пара и выбросов в окружающую среду при использовании отработавшего газа самого по себе или в качестве основной части технологического газа, подаваемого в котел.

Выше предполагалось, что первый режим работы соответствует нормальному режиму работы системы, который используется как основа при проектировании системы. В этом режиме работы несмешанный отработавший газ из газовой турбины или отработавший газ с небольшим количеством воздуха и циркулирующего дымового газа, обычно самое большее 10% по объему, используется в качестве технологического газа в топке котла. Типичный расход и содержание кислорода в отработавшем газе учитываются при расчете геометрии котла и расположения теплопередающих поверхностей внутри котла. Поскольку характеристики газообразных продуктов сгорания могут изменяться при различных режимах работы камеры сгорания газовой турбины, основная задача настоящего изобретения заключается в создании способа и системы, которые компенсируют изменения характеристик технологического газа, подаваемого в котел при изменяющемся режиме работы камеры сгорания газовой турбины. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения эта задача решается путем регулирования подачи свежего воздуха в нижнюю часть котла и рециркуляции дымового газа из трубопровода дымового газа в нижнюю часть котла, так что при изменяющемся режиме работы камеры сгорания получаются оптимальные рабочие характеристики котла в части производства пара и выбросов в окружающую среду.

Обычно в камере сгорания с кипящим слоем в качестве газа, создающего кипящий слой, и в качестве технологического газа используют воздух. Количество воздуха, вводимого в камеру сгорания, определяют на основе количества кислорода, необходимого для горения. Однако в патентах США №4355601 и №4441435 раскрыт процесс смешивания газа, создающего кипящий слой, с некоторым количеством циркулирующего дымового газа для регулирования, например, температуры кипящего слоя или остаточного О₂ в дымовом газе при изменении нагрузки котла или характеристик топлива, вводимого в котел. Вариант осуществления настоящего изобретения, описанный выше, отличается от уже известных видов рециркуляции дымового газа тем, что в данном случае необходимость в регулировании технологического газа отсутствует вследствие его небольшого непосредственного влияния на котел, если не считать некоторого влияния на камеру сгорания газовой турбины энергетической установки, а на котел оказывает воздействие только отработавший газ из газовой турбины. Точнее, предложенный котел рассчитан на использование бедного отработавшего газа в качестве технологического газа, а для того, чтобы поддерживать оптимальные характеристики технологического газа при различных режимах, осуществляют подачу свежего воздуха и рециркуляцию дымового газа.

Примером использования настоящего изобретения является регулирование массового расхода технологического газа при изменении температуры окружающего воздуха. Для газотурбинных систем типично, что объемный расход поступающего воздуха при различных режимах остается почти постоянным. Это означает, что массовый расход, а также количество кислорода в отработавшем газе таких систем при высокой температуре окружающей среды может быть меньше, чем при более низких температурах. В соответствии с настоящим изобретением снижение расхода отработавшего газа можно компенсировать путем снабжения достаточным количеством свежего воздуха и рециркуляцией дымового газа.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения энергетическая установка может также содержать газификатор высокого давления для газификации третьего топлива с целью образования топливного газа, который может быть использован в качестве второго топлива. Предпочтительно, чтобы газификатором был газификатор с кипящим слоем, в котором кипящий слой создается воздухом. Эффективный цикл выработки энергии обеспечивается при использовании полукокса, который является горючим остатком процесса газификации, для заправки топливом котла с кипящим слоем.

Изменениями режима работы камеры сгорания газовой турбины могут быть постепенные изменения условий эксплуатации или более существенные изменения режима работы. Параметры, оказывающие влияние на работу камеры сгорания, например температура окружающего воздуха, давление и/или влажность, могут быть измерены, а управление первым и вторым регуляторами может быть основано на измеренных параметрах.

Неожиданное изменение режима работы происходит, например, когда топливо, используемое в камере сгорания газовой турбины, заменяют на другое или всю установку переключают в другой режим работы. Самое значительное возможное изменение заключается в переходе из режима, в котором камера сгорания газовой турбины находится в работе, в другой режим, в котором камера сгорания газовой турбины не используется. После такого изменения весь технологический газ необходимо получать из свежего воздуха и циркулирующего дымового газа. В таком случае согласно настоящему изобретению подачу свежего воздуха и рециркуляцию дымового газа регулируют так, чтобы имитировались характеристики исходного технологического газа. Однако при использовании в качестве технологического газа смеси циркулирующего дымового газа и свежего воздуха вместо отработавшего газа из газовой турбины температура технологического газа на несколько сотен градусов по шкале Цельсия ниже, чем первоначально. Если необходимо, чтобы количество производимого пара оставалось неизменным, скорость подачи топлива в топку должна быть повышена, и соответственно необходимо изменить количество кислорода.

Если парогазовая энергетическая установка содержит газификатор, то можно изменять режим работы, переходя от режима, включающего использование газификатора для образования топлива для камеры сгорания газовой турбины, к другому режиму, в котором газификатор не используется, а вместо него при подаче топлива в камеру сгорания газовой турбины используется, например, природный газ. В этом случае очень сильное изменение характеристик технологического газа не является неизбежным. Тем не менее, в соответствии с настоящим изобретением изменение характеристик технологического газа может быть компенсировано.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения измеряют характеристики технологического газа и/или рабочие характеристики котла, а расходы компонентов технологического газа регулируют на основе по меньшей мере одного из этих измерений. Например, содержание кислорода в дымовом газе или содержание кислорода и расход технологического газа могут быть измерены и использованы в качестве основы для регулирования.

Актуальная задача при управлении котлом заключается в достижении оптимальных рабочих характеристик котла в части производства пара и выбросов в окружающую среду. Основным фактором, влияющим на рабочие характеристики котла, является температура горения. Поэтому можно измерять температуру в котле, например температуру в нижней части топки, и использовать измеренную температуру в качестве основы для управления первым и вторым регуляторами. Соответственно можно использовать измерения выбросов, выпускаемых в окружающую среду, как основу для начальной установки устройства регулирования технологического газа. Кроме того, давление, расход и/или температуру производимого пара можно использовать для регулирования расходов свежего воздуха и циркулирующего дымового газа.

Краткое описание чертежа

На чертеже схематично показана парогазовая энергетическая установка, выполненная в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

Что касается чертежа, то парогазовая энергетическая установка, в целом обозначенная ссылочным номером 10, охватывает предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Энергетическая установка 10 включает в себя котел 12 с циркулирующим кипящим слоем, имеющий топку 14, в которую подаются горючий материал, негорючий материал и технологический газ. Стрелкой 16 на чертеже показано предпочтительное место, где вводятся горючие материалы, при этом предпочтительным из них является уголь или аналогичное твердое топливо. В топке 14 слой поддерживается в кипящем состоянии путем надлежащего выбора количества материала слоя и потока технологического газа. Топка 14 снабжена подводящим трубопроводом для подачи технологического газа в нижнюю часть топки 14.

В котле 12 с кипящим слоем сжигается топливо обычно при температуре от приблизительно 850 до приблизительно 900°С, и образуются газообразные продукты сгорания. Горячий дымовой газ из топки 14 вводится в высокотемпературный циклонный сепаратор 20. В сепараторе 20 твердые частицы отделяются от дымового газа для возврата по возвратному трубопроводу 22 в нижнюю часть топки 14. До возврата в топку твердые частицы могут быть пропущены через охладители с кипящим слоем или через аналогичные устройства.

Дымовые газы из высокотемпературного циклонного сепаратора 20 проходят по трубопроводу 24 в обратный газоход 26. В обратном газоходе 26 схематично показан теплообменник 28, предназначенный для производства пара. На самом деле котел 12 содержит систему производства пара, которая включает в себя, по меньшей мере, экономайзер, поверхности испарения и поверхности нагрева пароперегревателя, которые могут быть размещены несколькими известными способами в различных частях котла 12. Из обратного газохода 26 дымовые газы пропускаются по трубопроводу 30 дымового газа в пылеуловитель 32, а через дымовую трубу 34 в окружающую среду обычно при температуре приблизительно 150°С. Трубопровод 30 дымового газа может также содержать средства для снижения содержания газообразных загрязняющих веществ в дымовом газе, но они на чертеже не показаны.

Пар, произведенный в котле 12, направляется по подающему трубопроводу 36 в паровую турбину 38, которая соединена с электрическим генератором 40. По возвратному трубопроводу 42 вода выводится из паровой турбины 38 обратно в котел 12. Как общеизвестно, но не показано на чертеже, возвратный трубопровод 42 включает в себя, по меньшей мере, конденсатор, питательные насосы и подогреватели питательной воды котла.

Второй электрический генератор 44 соединен с газовой турбиной 46, и тем самым обеспечивается второй цикл парогазовой энергетической установки 10. Газовая турбина 46 приводится в действие при снабжении сжатым воздухом посредством воздушного компрессора 48, который при работе соединен и приводится в действие газовой турбиной 46. Воздушный компрессор 48 получает воздух из окружающей среды по подводящему воздухопроводу 50.

Сжатый воздух передается в камеру 52 сгорания газовой турбины, где обычно сжигается горючий газ. Горючий газ может быть получен от источника 54 природного газа по подводящему трубопроводу 56 природного газа. В некоторых случаях камера 52 сгорания газовой турбины может быть рассчитана на использование другого топлива, например легкой или тяжелой нефти.

Горючий газ также может быть получен из газификатора 58. Газификатор 58 используется для газификации топлива, например угля или тяжелых остатков от перегонки нефти, вводимых в газификатор по подводящему топливопроводу 60. Газификатор 58 производит продукт в виде генераторного газа, то есть синтетический газ, которым по подводящему трубопроводу 62 синтетического газа снабжается камера 52 сгорания газовой турбины. Предпочтительно, чтобы подводящий трубопровод 62 синтетического газа содержал пылеуловитель 64, обычно фильтр для очистки высокотемпературных газов, для удаления из синтетического газа всех частиц, которые могут нанести ущерб газовой турбине 46.

Предпочтительно, чтобы газификатор 58 был с циркулирующим кипящим слоем и включал средство для создания кипящего слоя топлива и кипящего слоя инертного материала и сепаратор 66 для отделения увлекаемого кипящего материала от производимого синтетического газа. Предпочтительно, чтобы газификатор был расположен в сосуде 68 высокого давления для осуществления работы при повышенном давлении. Давление в газификаторе может создаваться компрессором 48 или отдельным компрессором, не показанным на чертеже.

Кроме того, парогазовая энергетическая установка 10 эффективно работает совместно с газификатором 58, который в значительном количестве производит горючие твердые остатки, например полукокс. Полукокс из газификатора 58 и пыль из пылеуловителя 64 могут быть поданы в котел 12 с кипящим слоем по подводящим трубопроводам 70 и 72 соответственно. Поскольку полукокс из газификатора 58 и пыль из пылеуловителя 64 находятся под повышенными давлениями, они сначала собираются в средстве 74 сброса давления, например в воронке-затворе с клапанами и элементами управления, а оттуда подаются в топку 14 по подводящему трубопроводу 76.

Выпуск из газовой турбины 46 обеспечивается через трубопровод 78 отработавшего газа в подводящий трубопровод 18 для снабжения топки 14 технологическим газом. Следовательно, камера 52 сгорания газовой турбины используется в качестве источника технологического газа для котла 12 с циркулирующим кипящим слоем, что уменьшает необходимость усилий по снижению выбросов в газотурбинном цикле. Поскольку отработавший газ газовой турбины проходит через котел 12 с циркулирующим кипящим слоем, меры по снижению отходов можно осуществлять в циркулирующем кипящем слое.

Подводящий трубопровод 80 для снабжения воздухом из окружающей среды со скоростью, регулируемой регулятором 82, обычно вентилятором с управляющим средством 84, также соединен с подводящим трубопроводом 18, предназначенным для снабжения топки 14 технологическим газом. Возвратный трубопровод 86 для снабжения дымовым газом, протекающим обратно из трубопровода 30 дымового газа с расходом, регулируемым регулятором 88, обычно вентилятором с управляющим средством 90, также соединен с подводящим трубопроводом 18 технологического газа.

В нормальном эксплуатационном режиме парогазовая энергетическая установка 10 работает так, что в качестве технологического газа для топки 14 используется отработавший газ из газовой турбины 46, поступающий по трубопроводу 78 отработавшего газа, несмешанный или смешанный с небольшими количествами, обычно самое большее 10% по объему, воздуха из окружающей среды, поступающего по подводящему трубопроводу 80, и возвращаемого в оборот дымового газа, поступающего по возвратному трубопроводу 86. Поскольку этот газ является бедным и высокотемпературным, обычно содержащим приблизительно 12% по объему кислорода и имеющим температуру приблизительно 600°С, котел 12 проектируют для работы с получением высоких рабочих характеристик при использовании технологического газа этого вида. Поскольку требуется большой расход технологического газа, среднее поперечное сечение топки обычно больше по меньшей мере на 15%, предпочтительно, чтобы оно было приблизительно на 25% больше, чем в аналогичных обычных котлах, в которых в качестве технологического газа используется воздух и которые имеют ту же самую паропроизводительность. Чтобы охладить технологический газ ниже по потоку от топки 14, поверхность теплообмена в обратном газоходе 26 сделана соответственно по меньшей мере на 15% больше, чем в аналогичных обычных котлах, предпочтительно, чтобы она была приблизительно на 25% больше.

При изменении режима работы камеры сгорания 52 газовой турбины качество и количество отработавшего газа в трубопроводе 78 отработавшего газа могут изменяться. Поэтому в соответствии с настоящим изобретением регулятор 84 и/или 90 может быть использован для восстановления характеристик массового расхода и содержания кислорода в технологическом газе. Как и во всех котлах, реальные необходимые расходы технологического газа и кислорода зависят от нагрузки котла 12. Однако настоящее изобретение предоставляет возможность поддержания высоких рабочих характеристик котла 12 при всех режимах нагрузки, даже при изменяющемся режиме работы камеры 52 сгорания газовой турбины.

Регулирование расхода регуляторами 82 и 88 может быть основано на температуре в топке 14 или на содержании кислорода в дымовом газе, измеряемыми датчиками 92 и 94 соответственно. Кроме того, можно измерять расход, содержание кислорода и температуру отработавшего газа в трубопроводе 78 посредством измерительного устройства 96 или вычислять некоторые из них на основе режима работы газотурбинной системы и использовать полученные характеристики отработавшего газа для регулирования расхода регуляторами 82 и 88. Дополнительная возможность заключается в использовании с той же самой целью характеристик температуры, расхода и/или давления производимого пара, измеряемых датчиком 98. Кроме того, можно измерять, например, уровни SO₂ и NO_x в отработавшем газе посредством датчика 100 и использовать эти данные для начальной установки подачи газа в подводящий трубопровод 18 технологического газа.

Описанные выше концепции управления относятся к непрерывному регулированию, необходимому вследствие постепенного изменения режима работы камеры сгорания 52 газовой турбины. Однако в парогазовой энергетической установке 10 могут также возникать неожиданные изменения, которые могут компенсироваться в соответствии с настоящим изобретением. Например, топливо, вводимое в газификатор 58, может заменяться другим, вследствие чего изменяются характеристики газообразных продуктов сгорания. При изменении этого вида характеристики технологического газа могут быть в большей или меньшей степени восстановлены путем изменения расходов свежего воздуха через подводящий трубопровод 80 и дымового газа через возвратный трубопровод 86.

Еще одна возможность имеется тогда, когда по некоторой причине газификатор 58 исключают из использования, а камеру 52 сгорания переключают на работу с природным газом или некоторым другим топливом. В некоторой степени это изменяет характеристики технологического газа и может приводить к получению рабочих характеристик котла ниже оптимальных. Однако настоящее изобретение обеспечивает возможность работы котла с высокой эффективностью и небольшими выбросами даже тогда, когда система используется без газификатора.

Наибольшее изменение режима работы происходит тогда, когда газовая турбина 46 по некоторой причине исключается из использования. В таком случае отработавший газ из газовой турбины становится недоступным, и, чтобы поддерживать работу котла 12 с высокими рабочими характеристиками, можно использовать регуляторы 82 и 88 расхода для имитации отработавшего газа из газовой турбины. Однако, если в автономном режиме работы котла 12 скорость подачи топлива возрастает, то для компенсации, обусловленной снижением температуры технологического газа, можно соответственно регулировать содержание технологического газа.

Новая парогазовая энергетическая система и способ действия такой системы описаны выше. Хотя изобретение было пояснено применительно к конкретным вариантам осуществления, должно быть понятно, что могут быть сделаны многочисленные изменения и модификации. Поэтому изобретение предполагается охватывающим различные модификации и эквивалентные устройства, находящиеся в рамках объема приложенной формулы изобретения.