КОМБИНИРОВАННАЯ ПАРОГАЗОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 1998 года по МПК F01K23/10 

Использование: в теплоэнергетике, в комбинированных парогазовых энергетических установках. Сущность изобретения: комбинированная парогазовая установка содержит газотурбинный 2 и паротурбинный 4 агрегаты. Последний включен в паровой контур, имеющий паровой котел 14, в котором сжигается пылевидное твердое топливо. Отработавшие в газотурбинном агрегате продукты сгорания газового топлива после газоводяного теплообменника 5 делятся на три потока, первый из которых направляется в сбросные сопла 19 в топке котла, второй после газоводяного теплообменника 6 используется в системе пылеприготовления 7 в качестве сушильного агента, третий направляется в конвективный газовый тракт котла, хвостовая часть которого имеет два параллельных газохода, в одном из которых находится теплообменник для подогрева воздуха 24, поступающего в топку котла, а в другом - газоводяной теплообменник 22. При этом расход дымовых газов через газоводы регулируется посредством клапана 23. Часть отработанного сушильного агента из системы пылеприготовления 7 после очистки в циклоне 11 выбрасывается в атмосферу.

Изобретение относится к газо- и паротурбинной установке с включенным за газовой турбиной со стороны отходящего газа парогенератором для получения пара для паровой турбины в пароводяном контуре, причем парогенератор содержит включенную за угольной мельницей топочную установку. Устройство подобного типа известно, например, из патента России N 2090761.

Высокая температура и значительное содержание неиспользованного кислорода в уходящих газах газотурбинной установки (ГТУ) послужили причиной разработки и развития одного из основных направлений парогазовой технологии - парогазовой установки (ПГУ) со сбросом выхлопных газов газовой турбины в энергетический паровой котел, в котором сжигается практически любое органическое топливо. При этом продукты сгорания газовой турбины (ПСГТ) используются в топке котла в качестве окислителя для горения твердого топлива.

При сбросе отработанных газов газовой турбины в топку пылеугольного парового котла возникают некоторые проблемы. В частности, уходящие газы высокотемпературных турбин содержат не более 14-15% по объему кислорода. Сжигание угля в этих условиях является достаточно сложной задачей. При содержании кислорода в газах ниже 16-17% в зависимости от реакционности угля ухудшается процесс его горения, что выражается в значительном увеличении механического недожога и при дальнейшем снижении концентрации кислорода приводит к затуханию факела.

Эффективность ПГУ сбросного типа тем выше, чем выше мощность газотурбинной части. Однако при этом значительно возрастает объем дымовых газов, проходящих через газоходы котла. Это, во-первых, приводит к увеличению скоростей газов и абразивного износа поверхностей (при использовании стандартного котельного агрегата), а во-вторых, снижает температуру горения в топке. Часть ПСГТ можно сбрасывать в рассечку конвективных поверхностей котла, однако это снижает экономичность установки.

Температура выхлопных газов газовых турбин находится на уровне 450-550^oC. Поэтому для изготовления газоходов от ГТУ до котла должна использоваться легированная сталь.

Так как в качестве окислителя для топлива в топке котла используются продукты сгорания газовой турбины, при работе установки в режиме ПГУ отпадает необходимость использования воздухоподогревателя. При этом возникает необходимость охлаждения уходящих газов котельного агрегата до температуры, обеспечивающей высокую эффективность установки. Для этого применяются различные газоводяные теплообменники (ГВТО), в которых в качестве охлаждающей среды обычно используются питательная вода и/или основной конденсат паротурбинной установки. В то же время воздухоподогреватель необходим для автономной работы паротурбинной установки (ПТУ). Таким образом, автономный режим работы ПТУ или исключается, или для обеспечения окислителем процесса горения топлива должны использоваться различные технические решения (резервный воздухоподогреватель, калорифер и т.д.), усложняющие схему и эксплуатацию установки.

Наиболее близкой к заявленной является парогазовая установка, описанная в патенте России N 2090761. Однако она имеет ряд недостатков. Так, в качестве сушильного агента в системе пылеприготовления (СПП) используется чистый воздух, что нежелательно с точки зрения взрывобезопасности. Для охлаждения отработанных газов газовой турбины применяется теплообменник, в котором происходят процессы парообразования и перегрева пара, что сильно усложняет конструкцию этого теплообменника, а также влияет на работу паровой турбины. К тому же описанная схема исключает автономную работу паротурбинной части паровой установки.

В предлагаемой схеме парогазовой установки сбросного типа частично или полностью устранены перечисленные недостатки.

На чертеже изображена принципиальная схема парогазовой установки, включающая газотурбинную установку, пылеугольный котельный агрегат 14, разомкнутую после размола систему пылеприготовления 7 с системой очистки 11 отработанного сушильного агента и паротурбинную установку. Газотурбинная установка в основном состоит из воздушного компрессора 3, камеры сгорания 27 и газовой турбины 2, она приводит во вращение электрический генератор 1. Паротурбинная установка в основном состоит из паровой турбины 4, вращающей электрический генератор 8, конденсатора 13, конденсатного насоса 17, группы подогревателей высокого (18) и низкого (16) давления, деаэратора 12 и питательного насоса 15. Выхлопные газы газовой турбины 2 после охлаждения в теплообменнике 5 частично направляются в систему пылеприготовления 7, частично в сбросные сопла 19. Угольная пыль и воздух после воздухоподогревателя 24 и дутьевого вентилятора 25 поступают в горелки 20 котла 14. В хвостовой части котельного агрегата в параллельных газоходах располагаются теплообменник 22 и воздухоподогреватель 24. Уходящие газы котла откачиваются дымососом 26. Регулирование потоков газов газовой турбины и дымовых газов котла производится с помощью клапанов 9, 10, 21 и 23.

Теплообменник 5 необходим для снижения температуры всего потока продуктов сгорания газовой турбины 2 до величины, обеспечивающей применение углеродистой стали для изготовления газоходов (около 450^oC). Предлагаемая схема позволяет максимально снизить поступление в топку котельного агрегата ПСГТ. С помощью теплообменника 6 поток газов, направляемых в систему пылеприготовления 7, охлаждается до минимальной температуры сушильного агента (определяемой из теплового расчета СПП), при этом максимально увеличивается его расход на сушку топлива. В качестве охлаждающей среды для теплообменников 5 и 6 используется часть потока питательной воды в обвод всей группы подогревателей высокого давления 18. Предлагается применять разомкнутую после размола схему системы пылеприготовления, т.е. часть отработанного сушильного агента после очистки от пыли выбрасывается в атмосферу с температурой не более 120^oC, другая же его часть (около 30%) служит для транспортировки угольной пыли к горелкам 20 пылеугольного парового котла 14.

Таким образом, расход выхлопных газов в топку котельного агрегата значительно сокращается, и для обеспечения процесса горения угольной пыли окислителем предлагается использовать воздухоподогреватель 24 с воздушным вентилятором 25, первый из которых расположен в одном из параллельных газоходов котельного агрегата. Для охлаждения уходящих газов котла до приемлемой температуры в другом газоходе расположен газоводяной теплообменник 23, охлаждающей средой в котором является поток основного конденсата паротурбинной установки. Часть основного конденсата для этого забирается из регенеративного тракта ПТУ в обвод одного или группы подогревателей низкого давления 16. Распределение дымовых газов между двумя параллельными газоходами (в зависимости от соотношения газо- и паротурбинной мощности в ПГУ и от режима ее работы) осуществляется посредством регулирующего клапана 23.

Часть потока продуктов сгорания газовой турбины может также направляться в конвективный газоход котла перед воздухоподогревателем 24 и теплообменником 22.

Изобретение предназначено для использования в газо- и паротурбинной установке. Выхлопные газы газовой турбины после охлаждения в первом газоводяном теплообменнике частично направляются в сбросные сопла котла, частично в систему пылеприготовления, предварительно охладившись во втором теплообменнике. Угольная пыль системы пылеприготовления и воздух после воздухоподогревателя поступают в горелки парового котла. В хвостовой части котельного агрегата в параллельных газоходах располагаются третий газоводяной теплообменник и воздухоподогреватель. С помощью второго теплообменника поток газов, направляемых в систему пылеприготовления, охлаждается до минимальной температуры сушильного агента (определяемой из теплового расчета СПП), при этом максимально увеличивается его расход на сушку топлива. В качестве охлаждающей среды для первого и второго теплообменников используется часть потока питательной воды в обвод всей группы подогревателей высокого давления турбоустановки. В одном из параллельных газоходов котельного агрегата расположен воздухоподогреватель, а во втором - третий газоводяной теплообменник, охлаждающей средой в котором является поток основного конденсата паротурбинной установки. Часть основного конденсата для этого забирается из регенеративного тракта ПТУ в обвод одного или группы подогревателей низкого давления. Распределение дымовых газов между двумя параллельными газоходами (в зависимости от соотношения газо- и паротурбинной мощности в ПГУ и от режима ее работы) осуществляется посредством регулирующего клапана. Часть потока продуктов сгорания газовой турбины может также направляться в конвективный газоход котла перед воздухоподогревателем и третьим теплообменником. В одном из параллельных газоходов перед третьим теплообменником может находиться четвертый теплообменник, по охлаждающей среде включенный последовательно с первым и вторым теплообменниками. Первый теплообменник может также быть выполнен с паровым охлаждением, при этом он включается параллельно тракту промперегрева парового котла. Изобретение позволяет повысить эффективность сжигания угля. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Парогазовая установка, содержащая вырабатывающий электроэнергию газотурбинный агрегат с газоходами и запорно-регулирующей арматурой, работающий на газовом топливе, а также паросиловой контур, включающий паротурбинный агрегат с паровыми отборами, системой регенерации и пылеугольный паровой котел с экономайзерными, испарительными и пароперегревающими поверхностями нагрева и с системой пылеприготовления, при этом газотурбинный агрегат через газоводяной теплообменник, размещенный на полном потоке выхлопных газов газовой турбины, посредством своих газоходов с запорно-регулирующей арматурой подсоединен к паровому котлу, отличающаяся тем, что она снабжена газоводяным теплообменником, который располагается после первого теплообменника на части потока выхлопных газов, направляемого в систему пылеприготовления разомкнутого типа, при этом первый и второй теплообменники последовательно подключены к регенеративному тракту паротурбинной установки параллельно подогревателям высокого давления, а третий теплообменник, расположенный в одном из параллельных газоходов парового котла, подключен к регенеративному тракту паротурбинной установки параллельно подогревателям низкого давления, во втором из параллельных газоходов расположен воздухоподогреватель, причем в газоходе котла перед третьим теплообменником и воздухоподогревателем расположен регулирующий клапан. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй теплообменники включены по охлаждающей среде параллельно друг другу. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в параллельном газоходе перед третьим теплообменником расположен четвертый теплообменник, включенный по охлаждающей среде последовательно с первым и вторым теплообменниками. 4. Установка по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что первый, второй и четвертый теплообменники включены по охлаждающей среде параллельно друг другу. 5. Установка по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что первый теплообменник выполнен с паровым охлаждением, при этом он включен параллельно тракту промперегрева парового котла. 6. Способ эксплуатации комбинированной энергетической установки, включающий использование теплоты отработавших в газовой турбине газов в паросиловом контуре, состоящем из паровой турбины с системой регенерации, системы пылеприготовления, парового котла с параллельными газоходами, воздухоподогревателем и дополнительными теплообменниками, отличающийся тем, что теплота отработавших в газовой турбине газов используется для сушки твердого топлива в системе пылеприготовления и для транспорта готовой угольной пыли к горелкам парового котла, при этом в зависимости от соотношения паро- и газотурбинной мощности в установке, от режима работы установки и от вида сжигаемого в паровом котле твердого топлива с помощью регулирующего клапана производится распределение дымовых газов между параллельными газоходами, в одном из которых расположен воздухоподогреватель, а в другом - газоводяной теплообменник.