СПОСОБ РАБОТЫ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1996 года по МПК F01K23/10 

Изобретение относится к теплоэнергетике, и в частности к способам работы парогазовых установок с котлами-утилизаторами.

Известен способ работы парогазовой установки (Теплоэнергетика 1991,N 12, с. 63-65, рис.1), которая включает газотурбинный агрегат, котел-утилизатор, в котором вырабатывается пар, направляемый в паровую турбину. В паровой турбине вырабатывается полезная мощность. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе, конденсат подогревается в хвостовой поверхности котла-утилизатора, а затем деаэрируется в деаэраторе с получением питательной воды, которая направляется в котел-утилизатор для генерации пара. Давление в деараторе поддерживается скользящим в зависимости от температуры на входе в деаэратор.

Недостатком данного способа является низкая надежность при работе на жидком сернистом топливе, т.к. в нем не предусмотрены средства для повышения температуры конденсата на входе в котел-утилизатор и исключения сернистой коррозии хвостовой поверхности нагрева.

Известен также способ работы парогазовой установки (статья Комисарчика Т. Н. и др. О предварительном подогреве циклового воздуха ПГУ в режимах с ограниченной мощностью газовой ступени, Теплоэнергетика,1992,N 9, с. 32-36), которая включает газотурбинный агрегат, котел-утилизатор, в котором вырабатывается пар, направляемый в паровую турбину. В паровой турбине вырабатывается полезная мощность. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе. Конденсат подогревается в хвостовой поверхности котла-утилизатора, а затем деаэрируется в деаэраторе с получением питательной воды, которая направляется в котел-утилизатор для генерации пара. Температура конденсата на входе в котел-утилизатор поддерживается на заданном уровне за счет рециркуляции части нагретой в котле воды, что исключает коррозию хвостовой поверхности нагрева.

Недостатком данного способа является то, что при переходе с газообразного топлива на жидкое (сернистое) и соответствующем повышении величины указанной регулируемой температуры конденсата на входе в котел-утилизатор резко возрастает расход конденсата на рециркуляцию, а температура нагретого в хвостовой поверхности конденсата падает. Это приводит к перерасходу греющего деаэратор пара со снижением экономичности и возрастанием расхода электроэнергии на собственные нужды, связанные перекачкой увеличенного расхода рециркуляции.

Задачей изобретения является повышение экономичности при работе на жидком сернистом топливе.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе работы парогазовой установки, включающем выработку мощности в газотурбинном агрегате, утилизацию тепла уходящих газов газотурбинного агрегата в поверхностях нагрева котла-утилизатора с генерацией пара, получение мощности от выработанного пара в паровой турбине, конденсацию отработанного пара в конденсаторе, подогрев конденсата в хвостовой поверхности котла-утилизатора, деаэрацию конденсата в деаэраторе с получением питательной воды, рециркуляцию нагретой в котле-утилизаторе воды на вход в котел с поддержанием заданной температуры конденсата на входе, измеряют температуру конденсата на выходе из котла-утилизатора (t_k) и температуру питательной воды на выходе из деаэратора (t_sд), конденсат перед подачей в котел-утилизатор подогревают в пароводяном подогревателе, расход пара на пароводяной подогреватель поддерживают исходя из обеспечения величины t_k на уровне:
t_k t_sд Δt_д,
где Dt_д расчетный подогрев в деаэраторе, причем для снижения температуры t_k расход пара на пароводяной подогреватель уменьшают, а для увеличения t_k расход пара на пароводяной подогреватель увеличивают.

Подогрев конденсата для подачи в котел-утилизатор в пароводяном подогревателе снижает расход воды на рециркуляцию, т.е. расход электрической энергии на собственные нужды. А поддержание подогрева в деаэраторе на уровне расчетного обеспечивает потребление пара на деаэрацию в минимально необходимом объеме. Таким образом предлагаемый способ превосходит известный по экономичности при работе на жидком сернистом топливе.

На чертеже изображена принципиальная схема парогазовой установки.

Схема парогазовой установки включает газотурбинный агрегат 1, котел-утилизатор 2, паровую турбину 3, конденсатор 4, пароводяной подогреватель 5, деаэратор 6. Котел-утилизатор 2 включает: пароперегреватель, испаритель и экономайзер высокого давления 7, 8, 9, пароперегреватель и испаритель низкого давления 10, 11, хвостовую поверхность газовый подогреватель конденсата 12, барабаны-сепараторы 13, 14, насосы принудительной циркуляции 15, 16.

Кроме того, установка содержит питательные насосы высокого и низкого давления 17, 18, насос рециркуляции 19, регулирующие клапаны 20, 21, 22, датчики температуры 23, 24, систему регулирования 25, конденсатный насос 26, электрогенераторы 27, 28.

Работа парогазовой установки осуществляется следующим образом (пример конкретного выполнения приводится для парогазовой установки ПГУ-450Т на базе газовой турбины фирмы Симменс У-94,2, спроектированной для Северо-Западной ТЭЦ Ленэнерго).

Газотурбинный агрегат 1, в котором сжигается топливо (природный газ), вырабатывает электрическую мощность, которая используется для привода электрогенератора 27. Уходящие газы газотурбинного агрегата 1 с температурой 545^oС поступают в котел-утилизатор 2, в котором генерируется пар двух уровней давления. Последовательно охлаждаясь в поверхностях нагрева 7-12 котла-утилизатора 2, уходящие газы с температурой около 100^oС выводятся в атмосферу. Выработанный пар высокого давления с параметрами 8,0 МПа, 515^oС из пароперегревателя высокого давления 7 и низкого давления 10 с параметрами 0,65 МПа, 200^oС подводятся к паровой турбине 3. Паровая турбина 3 вращает электрогенератор 28. Отработавший в паровой турбине 3 пар конденсируется в конденсаторе 4 при давлении 0,0035 МПа. Полученный конденсат с температурой 30^oC подается конденсатным насосом 26 через пароводяной подогреватель 5 в котел-утилизатор 2. Клапан 22 на подводе пара полностью закрыт, поэтому нагрев конденсата в пароводяном подогревателе 5 отсутствует. Перед поступлением в хвостовую поверхность нагрева газовый подогреватель конденсата 12 конденсат смешивается с расходом рециркуляции, который возвращает часть нагретой в газовом подогревателе конденсата 12 воды на его вход с помощью насоса рециркуляции 19. Клапаном 20 при этом поддерживается температура на входе в газовый подогреватель конденсата 12-60^oС, которая исключает коррозию хвостовой поверхности нагрева котла-утилизатора 2 при работе ПГУ на природном газе.

В газовом подогревателе конденсата 12 конденсат подогревается до 150^oС и поступает в деаэратор 6. Деаэратор 6 обогревается паром низкого давления. В нем устанавливается давление 0,62 МПа. В деаэраторе 6 конденсат деаэрируется при нагреве до температуры 160^oС. Полученная питательная вода направляется питательными насосами 17 и 18 в котел-утилизатор 2. Питательный насос низкого давления 18 перекачивает питательную воду в барабан-сепаратор 14, откуда она поступает в испаритель низкого давления 11 и пароперегреватель низкого давления 10. Питательный насос высокого давления 17 перекачивает питательную воду в экономайзер высокого давления 9, где она подогревается до температуры 290^oС и поступает в барабан-сепаратор 13. Оттуда питательная вода поступает в испаритель 8 и пароперегреватель 7 высокого давления. В испарителях высокого и низкого давления 8 и 11 организована принудительная циркуляция с помощью насосов принудительной циркуляции 15 и 16. Приведенные выше параметры относятся к номинальному режиму установки при работе газотурбинного агрегата на природном газе.

При переходе газотурбинного агрегата 1 на жидкое топливо содержащее серу для исключения коррозии хвостовой поверхности нагрева котла-утилизатора 2 требуется поддерживать температуру конденсата на входе в газовый подогреватель конденсата 12 на уровне 110^oС. Для этого клапан 20 открывается и расход рециркулируемого конденсата увеличивается,пока температура в точке смешения не достигнет 110^oС. При этом температура конденсата на выходе из газового подогревателя конденсата 12 из-за возрастания расхода конденсата через газовый подогреватель снижается, подогрев в деаэраторе 6 повышается выше расчетного значения (10^oС).

Затем открывают клапан 22 на линии пара из отбора паровой турбины 3 на пароводяной подогреватель 5, в результате расход пара на пароводяной подогреватель 5 и температура конденсата после пароводяного подогревателя повышаются. Также повышается и температура конденсата на выходе из газового подогревателя 12, т.к. при этом сокращается расход рециркулируемой воды и общий расход через газовый подогреватель 12. Расход пара на пароводяной подогреватель 5 и, следовательно, температура конденсата на выходе из пароводяного подогревателя 5 (здесь и далее имеется в виде температура после смешения с потоком конденсата идущим через байпасный клапан 21) регулируется клапаном 21 на байпасной линии по конденсату или клапаном 22 на подводе пара. Для увеличения температуры конденсата после пароводяного подогревателя 5 клапан 22 открывают или клапан 21 закрывают, а для снижения указанной температуры, если это требуется, клапаны 22 и 21 переставляют в обратном направлении.

В рассматриваемом процессе измеряют температуру конденсата на выходе из газового подогревателя (t_k) с помощью датчика 24 и температуру питательной воды из деаэратора (t_sд) с помощью датчика 23. Измеренные температуры анализируются системой регулирования 25, которая воздействует на клапана 21 или 22. Расход пара на пароводяной подогреватель 5, и, следовательно, температуру конденсата после пароводяного подогревателя 5 повышают до тех пор, пока температура конденсата на выходе из газового подогревателя 12 не достигнет t_k 150^oС. Температура питательной воды t_sд при этом равна 160^oС, а подогрев в деаэраторе Dt_д 10^oС, что равно расчетному значению, т.е. удовлетворяется условие
t_k t_sд D597t_д.

Температура конденсата после пароводяного подогревателя 5 составит при этом около 70^oС.

В процессе регулирования для снижения температуры t_k расход пара на пароводяной подогреватель 5 уменьшают, а для увеличения t_k расход пара на пароводяной подогреватель 5 увеличивают.

Аналогичный режим в известном способе будет отличаться отсутствием подогрева конденсата в пароводяном подогревателе. Тогда температура конденсата на входе в деаэратор составит 125^oС, подогрев в деаэраторе 35^oС, т.е. расход пара в деаэратор в 3,5 раза будет выше,чем в предлагаемом способе, где подогрев в деаэраторе, а значит, и расход греющего пара сохранен расчетным. Кроме того, в прототипе резко возрастает расход воды на рециркуляцию и превышает в 5-6 раз расход в заявляемом решении, оба перечисленных недостатка снижают экономичность установки из-за потерь тепла на деаэрацию и роста собственных нужд на перекачку расхода рециркуляции.

Использование: в области теплоэнергетики, в частности при работе парогазовых установок с котлами-утилизаторами, использующих жидкое сернистое топливо. Сущность изобретения: измеряют температуру конденсата на выходе из котла-утилизатора и температуру питательной воды на выходе из деаэратора. Конденсат перед подачей в котел-утилизатор подогревают в пароводяном подогревателе. Расход пара на пароводяной подогреватель поддерживают, исходя из заданного подогрева конденсата в деаэраторе, причем для снижения температуры конденсата из котла-утилизатора расход пара на пароводяной подогреватель уменьшают, а для увеличения температуры воды из деаэратора расход пара на пароводяной подогреватель увеличивают. 1 ил.

Способ работы парогазовой установки путем выработки мощности в газотурбинном агрегате, утилизации тепла уходящих газов газотурбинного агрегата в поверхностях нагрева котла-утилизатора с генерацией пара, получения мощности от выработанного пара в паровой турбине, конденсации отработанного пара в конденсаторе, подогрева конденсата в хвостовой поверхности нагрева котла-утилизатора, деаэрации конденсата в деаэраторе с получением питательной воды, рециркуляции нагретой в котле-утилизаторе воды на вход в котел с поддержанием заданной температуры конденсата на входе, отличающийся тем, что измеряют температуру конденсата на выходе из котла-утилизатора (t_к) и температуру питательной воды на выходе из деаэратора (t_sд), конденсат перед подачей в котел-утилизатор подогревают в пароводяном подогревателе, расход пара на пароводяной подогреватель поддерживают, исходя из обеспечения величины t_к на уровне
t_к= t_sд-Δt_д,
где Δt_д расчетный подогрев в деаэраторе, причем для снижения температуры, t_к расход пара на пароводяной подогреватель уменьшают,
а для увеличения t_к расход пара на пароводяной подогреватель увеличивают.