СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРОГАЗОТУРБИННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1994 года по МПК F01K13/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и касается эксплуатации комбинированных парогазотурбинных установок с паросиловым и газотурбинным контурами, соединенными посредством котла-утилизатора.

Широко известны парогазотурбинные установки, в процессе эксплуатации которых пар из паросилового контура установки вводится в камеру сгорания газотурбинного контура для снижения образования экологически вредных окислов азота в сбросных дымовых газах [1].

Известны также установки, в паросиловом контуре которых применены аккумуляторы теплоты, которые используют для обеспечения быстрого запуска установок [2].

Известная комбинированная парогазотурбинная установка содержит паросиловой и газотурбинный контуры, соединенные посредством котла-утилизатора с испарительной поверхностью, подключенной к аккумулятору теплоты, и предусматривает во время ее эксплуатации подачу пара от аккумулятора в паровую турбину, а также подачу пара в аккумулятор и паровую турбину от испарительной поверхности котла-утилизатора. Кроме того, в процессе эксплуатации ведут подачу воздуха, топлива и пара в камеру сгорания газотурбинного контура и сброс отработавших в газовой турбине газов через котел-утилизатор в атмосферу.

Однако указанная совокупность действий приводит к загрязнению окружающей среды в период запуска вредными окислами азота, содержащимися в образовавшихся продуктах сгорания топлива, а также не обеспечивает достаточно быстрого запуска парогазовой установки и не позволяет использовать последнюю с наибольшим КПД.

Существенное преимущество изобретения состоит в том, что с помощью парового аккумулятора паротурбинный цикл, включая процессы в паровом котле, поддерживается в диапазоне температур предварительного подогрева, вследствие чего паросиловой контур может запускаться так же быстро, как и газотурбинный. Равным образом действует нагрузка паровой турбины во время запуска паром умеренной температуры от аккумулятора. Изобретение приводит к тому, что для процесса пуска не требуется большой электрической мощности. Преимущества изобретения: снижается стоимость интегрального быстрого пуска всей комбинированной установки; обеспечивается автономный запуск контуров; повышается экономичность установки вследствие повышения стартовых характеристик, что влечет за собой отказ от дорогостоящих вспомогательных агрегатов.

На чертеже схематично представлена установка, реализующая заявленный способ.

Парогазовая энергетическая установка состоит из газотурбинной группы и паротурбинного контура, объединенных посредством котла-утилизатора 4. Газотурбинная группа состоит из компрессора 1, расположенной с ним предпочтительно на общем валу газовой турбины 2, связанной с генератором 10, и расположенной между компрессором 1 и газовой турбиной 2 камеры 13 сгорания. Засасываемый компрессором 1 воздух сжимается и поступает в камеру 3 сгорания. В качестве топлива для работы этой камеры 3 сгорания в нее подают газообразное и/или жидкое топливо. Образовавшиеся в камере 3 сгорания горячие газы поступают в газовую турбину 2, отработавшие в последней газы в виде дымовых газов протекают через котел-утилизатор 4, в котором их термический остаточный потенциал используется посредством теплообмена для производство пара, который подводят к паровой турбине 8. Как показывает фигура, после первой паровой турбины 8 может быть установлена другая паровая турбина 9, которая представляет собой, например, турбину низкого давления. Котел-утилизатор 4 может быть выполнен с дополнительной топкой (не показана), которая доводит уходящий от газовой турбины газ до более высокой температуры. Указанная последней мера оказывается тогда предпочтительной, когда при пиках нагрузки необходимо повысить мощность комбинированной парогазотурбинной установки. Паровые турбины 8 и 9 связаны, преимущественно, как следует из чертежа с одним и тем же генератором 10 газотурбинной группы. Благодаря созданию пара двух уровней давления может оптимально использоваться потенциал уходящих газов газовой турбины, что позволяет снизить температуру отходящих газов с 500 до 100^оС. Расширенный пар поступает, после того как он покинет последнюю паровую турбину 9, в конденсатор 11, причем в качестве охлаждающей среды здесь могут быть использованы вода или воздух. Подаваемый насосом конденсат обычно протекает в подогреватель (не показан), бак для питательной воды и дегазатор. После прохода этих элементов установки конденсат через трубопровод 23 возвращается в котел-утилизатор 4.

Комбинированная парогазотурбинная установка содержит паровой аккумулятор 12 посредством которого обеспечивается надежный и автономный запуск установки. Паровой аккумулятор 12 во время работы комбинированной установки через клапан 15, расположенный в паропроводе, подводящем пар высокого давления от котла-утилизатора 4, постепенно заряжается, при этом поступивший пар конденсируется. В установке предусмотрена возможность от нагревательного устройства 13 заряжать паровой аккумулятор 12 тепловой энергией. Во время запуска установки при закрытом клапане 17 пар в турбину подается через клапан 15 из парового аккумулятора 12 через клапан 16, который находится в трубопроводе подвода пара в турбине 8. Посредством незначительного открывания клапана 16 и полного открывания клапана 18, который находится в трубопроводе отработавшего пара паровой турбины 8, может производиться необходимая пусковая мощность для газотурбогруппы. Эта пусковая мощность составляет примерно 5% от номинальной производимой двумя паровыми турбинами 8 и 9 мощности. В то время, как каждый из закрытых клапанов 20 и 21 прерывает связь отработавшего пара из паротурбинного контура с камерой 3 сгорания и испарительной секцией 6 низкого давления котла-утилизатора 4, происходит сильное дросселирование рабочего тела посредством клапана 19, который находится в паропроводе отработанного пара паровой турбины 8 до выхлопного клапана 18. Параллельно с этим компрессор 1 начинает подавать воздух в камеру 3 сгорания, куда подается топливо на сжигание. Образующиеся горячие газы поступают в турбину 2. При достижении номинального числа оборотов генератор 10 синхронизируется с электросетью и нагружается при непрерывной подаче пара в первую турбину 8. Последняя именно теперь в известной мере хорошо подогрева и может быть нагружена паром высокого давления, как только таковой получен в котле-утилизаторе 4 в достаточном количестве, для чего закрывается расположенный в непоказанном на чертеже соединении с конденсатором 11 клапан 22 и открывается другой клапан 17 на линии подвода пара к паровой турбине 8. Посредством открывание клапанов 16 и 19 на линии подачи пара к паровым турбинам 8 и 9, а также путем закрытия выхлопного клапана 18, может запускаться в работу весь паросиловой контур. Во время этой переходной фазы все еще может подаваться пар из аккумулятора 12 в паротурбинный контур. Как только производство пара в секции 5 котла-утилизатора 4, создающей пар высокого давления, будет по количеству вполне достаточным, через клапан 15 снова нагружают паровой аккумулятор 12. Если газовая турбина 2 комбинированной установки выполнена в виде "Steam Injection Gas Turbine", то отработанный пар единственной паровой турбины 8 направляют непосредственно в газотурбинный контур, преимущественно в камеру 3 сгорания. Тем временем, по меньшей мере, одну часть этого отработанного пара можно использовать в качестве охлаждающего средства для газовой турбины.

Как уже упомянуто выше, чтобы использовать в котле-утилизаторе 4 дымовые газы по возможности полностью, т.е. так широко, как допускает соответствующая точка росы, может сообразно с типом газовой турбины, быть выгодно подключение после секции 5, создающей пар высокого давления, еще секции 6, создающей пар низкого давления. Полученный в последней секции пар соответствует по давлению тому, который через клапан 20 из паросилового контура поступает в камеру 3 сгорания.

Приведенный способ эксплуатации парогазотурбинной энергетической установки позволяет осуществлять запуск паровой турбины 8 так же быстро, как и газовой турбины 2, при этом для самого процесса запуска не требуется большой электрической мощности.

Использование: в комбинированных парогазотурбинных энергетических установках, имеющих паро- и газотурбинные контуры, соединенные посредством котла-утилизатора, и паровой аккумулятор. Сущность изобретения: на пусковом режиме в паровую турбину подают пар от парового аккумулятора до набора первой пускового значения мощности. После этого подают воздух и топливо в камеру сгорания, а при выходе паровой турбины на номинальный режим подачу пара в нее осуществляют от испарительной секции котла-утилизатора с одновременной подачей пара в паровой аккумулятор. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРОГАЗОТУРБИННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, содержащей газотурбинный контур с по крайней мере одной газовой турбиной и подсоединенный к нему посредством котла-утилизатора с по меньшей мере одной испарительной секцией паротурбинный контур с паровым аккумулятором и по крайней мере одной паровой турбиной, включающий подачу пара от парового аккумулятора в паровую турбину, подачу пара от испарительной секции котла-утилизатора в паровой аккумулятор и паровую турбину, а также подачу воздуха, топлива и пара в камеру сгорания, отличающийся тем, что подачу пара от парового аккумулятора в паровую турбину осуществляют на пусковом режиме до набора ею пускового значения мощности, являющегося небольшой частью номинального значения, при этом прекращают подачу пара из испарительной секции котла-утилизатора в камеру сгорания и паровой аккумулятор, а подачу воздуха и топлива в камеру сгорания осуществляют после набора паровой турбиной пускового значения мощности, подачу пара в паровую турбину от испарительной секции котла-утилизатора ведут после выхода парогазотурбинной установки на номинальный режим, а подачу пара в паровую турбину от парового аккумулятора прекращают. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно подводят пар к по крайней мере одной газовой турбине в качестве охлаждающего средства. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пар к паровому аккумулятору от испарительной поверхности котла-утилизатора подают после выхода парогазотурбинной установки на номинальный режим. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве паровой турбины по крайней мере двухступенчатой паровой турбины пар, отработавший в первой ступени турбины, направляют на охлаждение второй ступени.