Парогазовая электрическая станция (варианты)
Полезная модель относится к теплоэнергетике. Парогазовая электрическая станция содержит сообщенную с каналом подвода попутного нефтяного газа газовую турбину, механически связанную с электрическим генератором, котел-утилизатор с отдельной газовой горелкой, сообщенный с каналом подвода попутного нефтяного газа и с отдельным каналом подвода выхлопных газов и несгоревшего в газовой турбине топлива и с паровой турбиной, которая механически связана с электрическим генератором, а газовая турбина выполнена с возможностью отключения от канала подвода попутного нефтяного газа. 1 ил.
Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве электрических станций.
Известно устройство когенерационной установки, предназначенной для одновременного получения электроэнергии и тепла, включающей в себя двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на одном валу, линии подачи топлива, контур охлаждения двигателя, отопительный контур (система теплоснабжения с потребителями тепла), систему теплообменников, обеспечивающую передачу тепла охлаждающей жидкости двигателя и высокотемпературных отработанных газов в отопительный контур, и щит управления ("Строительное обозрение" //Журнал качества//, СПб., N 5 (32), май-июнь 1999, стр.16-17). Однако данное устройство обладает недостаточной эффективностью при достаточно повышенном расходе топлива.
В связи с этим появляются проекты создания небольших энергетических установок типа ТЭЦ, которые позволили бы гарантировано обеспечить электрической энергией небольшие районы, подключение которых к централизованной системе энергораспределения нецелесообразно экономически.
Добыча нефти всегда сопровождается выделением попутного нефтяного газа (ПНГ). В настоящее время большая часть ПНГ сжигается нефтяными компаниями в факелах. Такое положение вызвано тем, что затраты по транспортировке попутного нефтяного газа до газосборных сетей и его технологической подготовке (на газоперерабатывающих заводах) для передачи в газотранспортную сеть превышают ту цену, которую нефтяные компании могут получить от продажи этого газа на входе в централизованную газотранспортную сеть, т.е. сбор ПНГ является убыточным для нефтяных компаний. В то же время сжигание ПНГ в факелах наносит значительный экологический ущерб окружающей среде, в связи с чем государство постоянно поднимает штрафные санкции для нефтяных компаний, сжигающих ПНГ в факелах.
Идея по утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ) через строительство энергогенерирующих установок уже повсеместно работает в России. При этом одним из основных направлений является строительство газотурбинных электростанций (ГТЭС) на базе адаптированных авиационных двигателей, либо специально разработанных газовых турбин, которые приводят в движение электрические генераторы. КПД ГТЭС составляет до 27-29%. Выхлопные газы на выходе из газовых турбин имеют температуру от 350 до 550 С° и более, а также имеют в своем составе не полностью сгоревшее топливо и кислород. Так как ПНГ для нефтяных компаний является попутным продуктом и не «стоит» денег, они не усложняют ГТЭС дополнительными технологическими надстройками, позволяющими повысить их КПД.
Также известны электрические станции, использующие парогазовый цикл, или когенерацию при выработке электрической и при необходимости тепловой энергии - парогазовые электростанции (ПГЭС). В ПГЭС высокотемпературные выхлопные газы газовых турбин используются для производства пара в котлах-утилизаторах (КУ), а пар, в свою очередь, приводит в движение паровые турбины, которые соединены с генераторами. Использование такой схемы позволяет повысить КПД ПГЭС до 50%.
Газовые турбины имеют небольшой межремонтный срок, что приводит к достаточно частому их выводу в ремонт и на регламентное обслуживание. ПГЭС стандартной схемы при этом теряют мощность по выработке электроэнергии как по газогенерации от вывода газовой турбины, так и по парогенерации от снижения количества тепла, поступающего в котел-утилизатор (КУ) от выхлопа турбин. Кроме этого на период вывода газовой турбины опять возникает необходимость сжигания в факеле избыточного ПНГ.
Например, известна экономичная тепловая электростанция (ЭТЭ) состоит из: котельной установки, в которой последовательно смонтированы теплообменники паросиловой установки (ПСУ), газотурбинного двигателя твердого топлива (ГТДТТ), аммиачной турбины. В состав ЭТЭ входят паровая турбина, аммиачная турбина, воздушная турбина теплового насоса, воздушный компрессор ГТДТТ и воздушный компрессор теплового насоса. Все турбины и воздушные компрессоры смонтированы на одном валу, причем через дисковые муфты можно отключать тепловой насос и выключать генератор электрического тока и наоборот отключать генератор электрического тока и включать тепловой насос при выработке тепла и холода. Способ работы ЭТЭ заключается в том, что горячие газы ГТДТТ после воздушной турбины ГТДТТ подаются в топку котла, причем тепло, поглощаемое теплообменником ПСУ в сумме с теплом, поглощаемым теплообменником ГТДТТ больше тепла, подводимого в топку котельной установки с угольной пылью, кроме того, тепло конденсации паров воды используется для парообразования жидкого аммиака (RU 
2099653, F25B 29/00, опубл. 1997.12.20). Решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Недостатком данной энергетической установки ее конструктивная сложность, большие габариты и необходимость в большом количестве топлива. Сложность представляет так же монтаж такой ТЭЦ по месту и ее наладка.
Настоящая полезная модель направлена достижение технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных характеристик и повышении эффективности в части утилизации попутного нефтяного газа.
Указанный технический результат для первого варианта исполнения достигается тем, что парогазовая электрическая станция, содержащая сообщенную с каналом подвода попутного нефтяного газа, газовую турбину, механически связанную с электрическим генератором, снабжена котлом-утилизатором с отдельной газовой горелкой, сообщенным с каналом подвода попутного нефтяного газа и с отдельным каналом подвода выхлопных газов и несгоревшего в газовой турбине топлива и с паровой турбиной, которая механически связана с электрическим генератором, а газовая турбина выполнена с возможностью отключения от канала подвода попутного нефтяного газа.
Указанный технический результат для второго варианта исполнения достигается тем, что парогазовая электрическая станция характеризуется тем, что включает в себя два энергетических модуля, каждый из которых содержит сообщенную с каналом подвода попутного нефтяного газа газовую турбину, механически связанную с электрическим генератором, котел-утилизатор с отдельной газовой горелкой, сообщенный с каналом подвода попутного нефтяного газа и с отдельным каналом подвода выхлопных газов и несгоревшего в газовой турбине топлива, а так же паровую турбину, которая механически связана с электрическим генератором и одновременно сообщена с выходами котлов-утилизаторов обеих энергетических модулей, при этом энергетические модули сообщены с общим каналом подвода попутного нефтяного газа, а каналы подвода пара в паровые турбины сообщены между собой через регулируемый вентиль.
Указанный технический результат для третьего варианта исполнения достигается тем, что парогазовая электрическая станция характеризуется тем, что включает в себя по крайней мере два энергетических блока, каждый из которых включает по два энергетических модуля, каждый из которых содержит сообщенную с каналом подвода попутного нефтяного газа газовую турбину, механически связанную с электрическим генератором, котел-утилизатор с отдельной газовой горелкой, сообщенный с каналом подвода попутного нефтяного газа и с отдельным каналом подвода выхлопных газов и несгоревшего в газовой турбине топлива, а так же одну для каждого энергетических блока паровую турбину, которая механически связана с электрическим генератором и сообщена с общим для котлов-утилизаторов каналом подвода газа к указанной турбине, при этом все энергетические модули сообщены с общим каналом подвода попутного нефтяного газа, каналы подвода пара в паровые турбины сообщены между собой через регулируемый вентиль, а газовая турбина в каждом энергетическом модуле выполнена с возможностью отключения от канала подвода попутного нефтяного газа.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - блок-схема парогазовой электростанции.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция парогазовой электростанции, при которой обеспечивается 100% утилизация ПНГ при всех режимах ПГЭС, а также минимизируются потери в выработке электрической и тепловой энергии при выводе газовых турбин на ремонты и регламентные обслуживания. Предлагаемая схема ПГЭС содержит в своем составе активные котлы-утилизаторы, которые используют не только тепло, поступающее от выхлопа газовых турбин, но также имеют собственные газовые горелки. В нормальном режиме при параллельной работе газовой турбины + котла-утилизатора + паровой турбины, в котел-утилизатор дополнительно подается топливо на горелки, что позволяет дожечь несгоревшее в газовой турбине топливо и поднять температуру пара, что увеличивает паропроизводительность котла-утилизатора и позволяет установить более мощную паровую турбину. При выводе газовой турбины в ремонт или на регламент, образовавшиеся излишки топлива (ПНГ) подаются на горелки котла-утилизатора, что обеспечивает параметры пара котла-утилизатора как при нормальном режиме работы. Таким образом, для ПГЭС, выполненной по указанной схеме, потери в выработке электроэнергии снижаются только на мощность выведенной из работы газовой турбины, а выработка электроэнергии паровой турбиной и выработка тепловой энергии сохраняются в полном объеме. Также отсутствует необходимость сжигания в факеле избыточного ПНГ, который при предложенной схеме ПГЭС утилизируется в полном объеме на всех режимах работы станции, в том числе при выводе на обслуживание газовых турбин.
В качестве паровой турбины можно использовать турбины марки Т-15, 5/20, 3-5,4/02, ОАО «КТЗ» (ОАО «Калужский турбинный завод») с ЭЧСР разработки ЕФ ЗАО «Инжиниринговая компания КВАРЦ».
По первому варианту исполнения парогазовая электрическая станция (фиг.1) содержит сообщенную с каналом 1 подвода попутного нефтяного газа газовую турбину 2, механически связанную с электрическим генератором 3, котел-утилизатор 4 с отдельной газовой горелкой, сообщенный с каналом 1 подвода попутного нефтяного газа и с отдельным каналом 5 подвода выхлопных газов и несгоревшего в газовой турбине топлива и с паровой турбиной 6, которая механически связана с электрическим генератором 7, а газовая турбина выполнена с возможностью отключения от канала подвода попутного нефтяного газа. Такая конструкция может представлять собой отдельный энергетический модуль 8. С модулем сообщена дымовая труба 9.
Парогазовая электрическая станция (по второму варианту исполнения) может быть составлена из двух энергетических модулей 8 и 10, каждый из которых содержит сообщенную с каналом подвода попутного нефтяного газа газовую турбину, механически связанную с электрическим генератором, котел-утилизатор с отдельной газовой горелкой, сообщенный с каналом подвода попутного нефтяного газа и с отдельным каналом подвода выхлопных газов и несгоревшего в газовой турбине топлива. Для таких модулей можно использовать одну паровую турбину 6, которая механически связана с электрическим генератором 7 и одновременно сообщена с выходами 11 котлов-утилизаторов 4 обеих энергетических модулей, при этом энергетические модули сообщены с общим каналом 1 подвода попутного нефтяного газа, а каналы подвода пара в паровые турбины сообщены между собой через регулируемый вентиль 12.
Парогазовая электрическая станция (по третьему варианту исполнения) может включать в себя по крайней мере два энергетических блока 13 и 14, каждый из которых включает по два энергетических модуля, например, модули 8 и 10, выполненных по примеру второго варианта. Для каждого энергетических блока предусмотрена одна паровая турбина, которая механически связана с электрическим генератором и сообщена с общим для котлов-утилизаторов каналом подвода газа к указанной турбине, при этом все энергетические модули сообщены с общим каналом подвода попутного нефтяного газа, каналы подвода пара в паровые турбины сообщены между собой через регулируемый вентиль 12, а газовая турбина в каждом энергетическом модуле выполнена с возможностью отключения от канала подвода попутного нефтяного газа.
Настоящая полезная модель промышленно применима, может быть реализована с использованием технологий, используемых при изготовлении газотурбинных установок и систем формирования горячих газовых потоков.
1. Парогазовая электрическая станция, содержащая сообщенную с каналом подвода попутного нефтяного газа газовую турбину, механически связанную с электрическим генератором, отличающаяся тем, что она снабжена котлом-утилизатором с отдельной газовой горелкой, сообщенным с каналом подвода попутного нефтяного газа и с отдельным каналом подвода выхлопных газов и несгоревшего в газовой турбине топлива и с паровой турбиной, которая механически связана с электрическим генератором, а газовая турбина выполнена с возможностью отключения от канала подвода попутного нефтяного газа.
2. Парогазовая электрическая станция, характеризующаяся тем, что включает в себя два энергетических модуля, каждый из которых содержит сообщенную с каналом подвода попутного нефтяного газа газовую турбину, механически связанную с электрическим генератором, котел-утилизатор с отдельной газовой горелкой, сообщенный с каналом подвода попутного нефтяного газа и с отдельным каналом подвода выхлопных газов и несгоревшего в газовой турбине топлива, а также паровую турбину, которая механически связана с электрическим генератором и одновременно сообщена с выходами котлов-утилизаторов обоих энергетических модулей, при этом энергетические модули сообщены с общим каналом подвода попутного нефтяного газа, а каналы подвода пара в паровые турбины сообщены между собой через регулируемый вентиль.
3. Парогазовая электрическая станция, характеризующаяся тем, что включает в себя по крайней мере два энергетических блока, каждый из которых включает по два энергетических модуля, каждый из которых содержит сообщенную с каналом подвода попутного нефтяного газа газовую турбину, механически связанную с электрическим генератором, котел-утилизатор с отдельной газовой горелкой, сообщенный с каналом подвода попутного нефтяного газа и с отдельным каналом подвода выхлопных газов и несгоревшего в газовой турбине топлива, а также одну для каждого энергетических блока паровую турбину, которая механически связана с электрическим генератором и сообщена с общим для котлов-утилизаторов каналом подвода газа к указанной турбине, при этом все энергетические модули сообщены с общим каналом подвода попутного нефтяного газа, каналы подвода пара в паровые турбины сообщены между собой через регулируемый вентиль, а газовая турбина в каждом энергетическом модуле выполнена с возможностью отключения от канала подвода попутного нефтяного газа.
