ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1999 года по МПК F01K23/10 F02C7/26 

Изобретение относится к области энергетики, а точнее к энергетическим парогазовым установкам (ПГУ), использующим газообразное топливо.

В большинстве случаев давление газа в подводящем газопроводе ниже требуемого для его подачи в камеры сгорания газотурбинных установок (ГТУ). Для повышения давления газа применяют дожимные газовые компрессоры.

Известны парогазовые установки, содержащие газотурбинную установку, паровой котел-утилизатор с горелочным устройством и дутьевым вентилятором, паровую турбину, конденсатор, снабженные дожимными газовыми компрессорами, приводимыми от электродвигателей. Из-за относительно невысоких оборотов приводных электродвигателей дожимные компрессоры имеют большие вес и габариты, как правило, размещаются в специальном помещении и связаны с камерой сгорания ГТУ протяженным газопроводом высокого давления. Этим определяются недостатки названных ПГУ - пониженные надежность, взрыво- и пожаро-безопасность, усложнение и удорожание установки.

Известна также комбинированная парогазовая установка, включающая ГТУ, паровой котел-утилизатор, паровую турбину, конденсатор, конденсатный насос, электрогенератор, редуктор, дожимной газовый компрессор.

Роторы газотурбинной установки, электрогенератора и паровой турбины связаны общим валом через повышающий редуктор с ротором дожимного газового компрессора. Входной патрубок паровой турбины соединен паропроводами острого пара с котлом-утилизатором и внешним источником пароснабжения, а выхлопной патрубок - с конденсатором. Входной патрубок дожимного газового компрессора подсоединен к подводящему газопроводу, а его выходной патрубок связан газопроводом высокого давления с камерой сгорания ГТУ. Описанная ПГУ принята за прототип. Ее положительные качества: возможность пуска установки с раскруткой ротора ГТУ паровой турбиной, питаемой паром от внешнего источника с последующим переходом на питание паром от собственного котла-утилизатора, и, наконец, привод дожимного компрессора с повышенными оборотами от общего вала установки через повышающий редуктор.

Недостатком прототипа является наличие редуктора, снижающего надежность установки и увеличивающего ее стоимость. Кроме того, объединение общим валом ГТУ, паровой турбины, электрогенератора, редуктора и дожимного компрессора увеличивает осевые размеры ПГУ, исключает возможность автономной работы паровой части ПГУ при остановленной газотурбинной установке.

Предлагаемая комбинированная парогазовая установка устраняет указанные недостатки, упрощает конструкцию, повышает надежность и безопасность ПГУ, уменьшает ее стоимость.

Указанные качества достигаются тем, что в предлагаемой комбинированной ПГУ дополнительно применены пускоприводная паровая турбина с конденсатором, горелочное устройство парового котла-утилизатора с дутьевым вентилятором, электрогенератор паровой турбины, дополнительные трубопроводы, связывающие горелочное устройство котла-утилизатора с подводящим газопроводом и пускоприводную паровую турбину с котлом-утилизатором и внешним паровым источником, автоматическая расцепная муфта.

Последняя соединяет вал газотурбинной установки с объединенным валом пускоприводной паровой турбины и дожимного газового компрессора. Паровая турбина связана общим валом со своим электрогенератором.

На чертеже приведена схема комбинированной парогазовой установки, выполненной согласно изобретению. Она включает газотурбинную установку (1), электрогенераторы (2), паровой котел-утилизатор (3) с горелочным устройством (4), дутьевой вентилятор (5), дымовую трубу (6), пускоприводную паровую турбину (7) с конденсатором (8) и конденсатным насосом (9), дожимной газовый компрессор (10), энергетическую паровую турбину (11) с конденсатором (12) и конденсатным насосом (13). Котел-утилизатор соединен по пару трубопроводами, снабженными запорно-регулирующей арматурой, с пускоприводной и энергетической паровыми турбинами. Они подсоединены по острому пару также и к внешнему источнику пароснабжения, а по отработавшему пару к конденсаторам (8) и (12). Последние через конденсатные насосы (9) и (13) связаны по конденсату с поверхностью нагрева котла-утилизатора (3). Горелочное устройство (4) котла-утилизатора (3) связано трубопроводом, снабженным запорной арматурой, с подводящим газопроводом (14). Входной патрубок дожимного компрессора (10) подключен к газопроводу (14), а выходной связан через запорно-регулирующую арматуру газопроводом высокого давления с камерой сгорания газотурбинной установки (1). Автоматическая расцепная муфта (15) соединяет вал ГТУ (1) с общим валом пускоприводной паровой турбины (7) и дожимного газового компрессора (10).

Предлагаемая комбинированная парогазовая установка работает следующим образом. Пуск установки можно осуществлять двумя способами - подавая пар на пускоприводную паровую турбину (7) от котла-утилизатора (3) или от внешнего источника пароснабжения. В первом случае дутьевым вентилятором (5) подают воздух в горелочное устройство (4) котла-утилизатора (3) и топливный газ из подводящего газопровода (14). Пар, вырабатываемый котлом-утилизатором (3), подводят по паропроводу через запорно-регулирующую арматуру к пускоприводной паровой турбине (7), прогревают ее, а затем пускают. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе (8). Конденсат этого пара конденсатным насосом (9) подается в поверхности нагрева котла-утилизатора (3).

Увеличивая расход пара на пускоприводную турбину (7) пускают дожимной газовый компрессор (10) и через автоматическую расцепную муфту (15) ротор газотурбинной установки (1). Увеличивая частоту вращения пускоприводной паровой турбины (7) обеспечивают раскрутку ротора ГТУ (1) и выход ее на уровень пусковых оборотов. При этом возрастает также давление газа, создаваемое дожимным компрессором (10). Открывают запорно-регулирующую арматуру, подводят топливный газ от дожимного компрессора (10) к камере сгорания ГТУ (1) и зажигают его. После выхода ротора ГТУ на уровень пусковых оборотов муфта (15) автоматически расцепляется. Дальнейшее увеличение оборотов ГТУ, синхронизацию генератора и набор электрической нагрузки генератором ГТУ производят, увеличивая расход топливного газа в камеру сгорания. Расход продуктов сгорания ГТУ в котел-утилизатор (3) увеличивается, его паропроизводительность возрастает. Дутьевой вентилятор (5) останавливают и прекращают подачу топливного газа к горелочному устройству (4) котла-утилизатора (3). Параллельно с этим производят прогрев, пуск и выход на рабочий режим энергетической паровой турбины (11). Отработавший пар энергетической турбины (11) конденсируется в конденсаторе и конденсатным насосом подается в поверхности нагрева котла-утилизатора (3).

После отсоединения общего вала пускоприводной турбины (7) и дожимного компрессора (10) автоматической муфтой (15) от ротора ГТУ увеличивают подачу пара на турбину (7) и доводят ее обороты до рабочих (10000 - 12000 об/мин), чем обеспечивается создание дожимным компрессором (10) необходимого рабочего давления топливного газа в камере сгорания ГТУ (1) и достижение генератором (2) ГТУ номинальной мощности.

По второму варианту пуск установки осуществляют, подводя пар к пускоприводной турбине (7) от внешнего источника. В этом случае горелочное устройство (4) котла-утилизатора (3) не используется. Предлагаемая комбинированная парогазовая установка имеет ряд преимуществ перед известными, в том числе и перед прототипом. К ним относятся повышение надежности и экономичности ПГУ, упрощение конструкции, возможности автономной работы паровой части при остановленной газовой турбине. Это достигается применением высокооборотных пускоприводной паровой турбины и дожимного газового компрессора, автоматической расцепной муфты, горелочного устройства котла-утилизатора.

Изобретение предназначено для использования в области энергетики. Предлагается схема парогазовой установки (ПГУ), содержащая газотурбинную установку, паровую турбину, паровой котел-утилизатор с горелочным устройством и дутьевым вентилятором, дожимной газовый компрессор, электрогенераторы, внешний источник пароснабжения. Новым в предлагаемой схеме ПГУ является применение пускоприводной конденсационной паровой турбины, жестко связанной общим валом с дожимным газовым компрессором, и автоматической расцепной муфты, связывающей общий вал пускоприводной турбины и дожимного компрессора с ротором газотурбинной установки, с возможностью питания пускоприводной турбины паром от внешнего источника пароснабжения или от котла-утилизатора. Предусмотрена возможность раскрутки ротора газотурбинной установки пускоприводной турбиной до уровня пусковых оборотов с последующим расцеплением автоматической муфты и увеличением числа оборотов пускоприводной турбины и дожимного газового компрессора до величины, обеспечивающей необходимый уровень давления топливного газа перед камерой сгорания газотурбинной установки. Изобретение позволяет повысить надежность и экономичность ПГУ, упростить конструкцию и обеспечить возможность автономной работы паровой части при остановленной газовой турбине. 1 ил.

Парогазовая установка, включающая газотурбинную установку с электрогенератором, паровой котел-утилизатор с горелочным устройством и дутьевым вентилятором, паровую турбину с конденсатором и электрогенератором, дожимной газовый компрессор, конденсатный насос, подводящий трубопровод топливного газа, паропроводы, связывающие паровую турбину по острому пару с котлом утилизатором и внешним источником пароснабжения, газопровод высокого давления, соединяющий выходной патрубок дожимного компрессора с камерой сгорания газотурбинной установки, трубопровод, связывающий по конденсату конденсатор паровой турбины через конденсатный насос с котлом-утилизатором, запорные и регулирующие органы на газопроводах и паропроводах, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена пускоприводной паровой турбиной с конденсатором и конденсатным насосом, ротор которой связан общим валом с ротором дожимного газового компрессора, и через дополнительную автоматическую расцепную муфту с ротором газотурбинной установки, с возможностью увеличения числа оборотов пускоприводной турбины до 10000 - 12000 оборотов в минуту и привода дожимного газового компрессора при расцепленной автоматической муфте, пускоприводная парвоая турбина связана паропроводами острого пара, снабженными запорной и регулирующей арматурой, с котлом-утилизатором и внешним источником пароснабжения, а по отработавшему пару с конденсатором, последний соединен трубопроводом через конденсатный насос с котлом-утилизатором.