СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗО- И ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ, А ТАКЖЕ УСТАНОВКА, РАБОТАЮЩАЯ ПО ЭТОМУ СПОСОБУ Российский патент 2000 года по МПК F01K23/10 

Изобретение относится к газо- и паротурбинной установке с включенным после газовой турбины на стороне отходящего газа парогенератором на отходящем тепле, подогреватель высокого давления которого включен в пароводяной контур, содержащий часть низкого давления паровой турбины. Оно направлено далее на работающую по этому способу установку.

В случае газо- и паротурбинной установки содержащееся в расширенной рабочей среде из газовой турбины тепло используется для получения пара для паровой турбины. Теплопередача происходит посредством множества нагревательных поверхностей, которые расположены в виде труб или пучка труб во включенном после газовой турбины на стороне отходящего газа парогенераторе на отходящем тепле. Они опять-таки включены в пароводяной контур паровой турбины. Пароводяной контур охватывает несколько, например, две или три ступени давления, причем каждая ступень давления содержит подогреватель, испаритель и перегреватель.

Для достижения по возможности высокого коэффициента полезного действия установки, расположение нагревательных поверхностей внутри парогенератора на отходящем тепле согласовано с температурным ходом отходящего газа. При процессе трехступенчатого давления с промперегревом, так называемом процессе трехступенчатого давления с промежуточным перегревом, при этом при заданной мощности газовой турбины достигается особенно высокая мощность паровой турбины и тем самым особенно высокий коэффициент полезного действия установки. Работающая согласно процессу трехступенчатого давления с промежуточным перегревом газо- и паротурбинная установка известна из ЕР 0 436 536 В1. Однако, также и в этой известной установке общий коэффициент полезного действия ограничен примерно 55%.

В основе изобретения поэтому лежит задача такого дальнейшего развития газо- и паротурбинной установки, а также подходящего для ее эксплуатации способа, чтобы за счет дальнейшего повышения использования содержания тепла в отходящем газе газовой турбины достигалось повышение коэффициента полезного действия установки.

Относительно установки эта задача решается за счет расположенного вне парогенератора на отходящем тепле теплообменника, вход которого на первичной стороне подключен к выходу и выход которого на первичной стороне подключен к входу подогревателя высокого давления, и который на вторичной стороне включен во входящий в часть низкого давления паровой турбины перепускной трубопровод.

В целесообразной форме дальнейшего развития на первичной стороне после теплообменника включены циркуляционный насос и регулирующий клапан.

Для установки количества подводимой к теплообменнику на первичной стороне в единицу времени питательной воды целесообразным образом предусмотрен узел регулятора. Узел регулятора служит для приближения температуры возвращаемой через теплообменник к подогревателю высокого давления питательной воды к температуре непосредственно подводимой к подогревателю высокого давления питательной воды с целью, чтобы температуры в месте смешивания подогревателя высокого давления, по меньшей мере, приблизительно были равными. Для этого с узлом регулятора соединен первый температурный датчик для регистрации температуры вытекающей из теплообменника на вторичной стороне питательной воды. Второй, соединенный с узлом регулятора температурный датчик служит для регистрации температуры питательной воды, подводимой к подогревателю высокого давления.

Особенно эффективное согласование нагревательной поверхности подогревателя высокого давления к ходу температуры отходящего газа из газовой турбины внутри парогенератора на отходящем тепле достигается за счет того, что подогреватель высокого давления выполнен двухступенчатым. Поэтому в дальнейшей предпочтительной форме выполнения подогреватель высокого давления является включенным на стороне питательной воды после первого подогревателя высокого давления вторым подогревателем высокого давления, который расположен в парогенераторе на отходящем тепле на стороне отходящего газа перед первым подогревателем высокого давления.

Этот принцип может быть развит дальше в выполненном из трех ступеней давления пароводяном контуре за счет того, что дополнительно к уже имеющемуся в процессе с трехступенчатым давлением и промперегревом промежуточному перегревателю предусмотрен соединенный с ним по питательной воде перегреватель среднего давления, который расположен в парогенераторе на отходящем тепле на стороне отходящего газа перед промежуточным перегревателем. Далее для развития этого принципа может быть предусмотрен расположенный в парогенераторе на отходящем тепле перегреватель низкого давления, который на стороне выхода соединен с входом теплообменника на вторичной стороне.

Относительно способа названная задача решается за счет того, что притекающий к паровой турбине пар низкого давления перегревают путем косвенного теплообмена с отобранным из подогревателя высокого давления частичным потоком питательной воды.

Охлажденный частичный поток снова подмешивают к подлежащей подогреву питательной воде, предпочтительно на входе подогревателя высокого давления, причем приближение температуры частичного потока к температуре, подлежащей подогреву питательной воды, производят путем установки частичного потока.

В случае выполненного из трех ступеней давления пароводяного контура перегретый в перегревателе на отходящем тепле пар низкого давления перегревают дальше за счет того, что его подмешивают к подлежащему перегреву путем косвенного теплообмена пару низкого давления.

Достигаемые с помощью изобретения преимущества состоят, в частности, в том, что за счет, с одной стороны, перегрева пара низкого давления путем косвенного теплообмена вне парогенератора на отходящем тепле с подогретой в подогревателе высокого давления питательной водой тепло из отходящего газа газовой турбины может привлекаться для перегрева и что, с другой стороны, вследствие косвенного теплообмена предоставляется дополнительная степень свободы по сравнению с прямым теплообменом с отходящим газом. За счет этой дополнительной степени свободы теплопередача может особенно выгодно согласовываться с эксплуатационно обусловленным имеющимся состоянием пара низкого давления из паровой турбины. За счет этого возможно особенно выгодное использование содержания тепла в отходящем из газовой турбины газе также при переменных состояниях нагрузки. Дополнительно к достижимому таким образом повышению коэффициента полезного действия газо- и паротурбинной установки изобретение позволяет также повысить мощность на зажимах генератора паровой турбины.

Пример выполнения изобретения поясняется более подробно с помощью чертежа. При этом фигура показывает схематически газо- и паротурбинную установку с отдельным теплообменником для нагрева пара низкого давления.

Газо- и паротурбинная установка согласно чертежу содержит газовую турбину 2 и паровую турбину 4, а также обтекаемый горячим отходящим газом AG из газовой турбины 2 парогенератор на отходящем тепле 6. Паровая турбина 4 содержит часть высокого давления 4а и часть среднего давления 4Ь, а также часть низкого давления 4с. Парогенератор на отходящем тепле 6 служит для производства пара, причем его нагревательные поверхности включены в пароводяной контур 8 паровой турбины 4.

Для этого парогенератор на отходящем тепле 6 имеет подключенный к трубопроводу конденсата 10 подогреватель конденсата 12, который соединен на стороне входа через конденсатный насос 14 с подключенным после паровой турбины 4 конденсатором 16. Подогреватель конденсата 12 на стороне выхода соединен через циркуляционный насос 18 со своим входом. Он соединен, кроме того, через питательный трубопровод 20 с емкостью питательной воды 22.

Емкость питательной воды 22 соединена на стороне выхода через трубопровод питательной воды 24, в который включен насос 26, с барабаном низкого давления 28. К барабану низкого давления 28 через циркуляционный насос 30 подключен испаритель. Барабан низкого давления 28 соединен на стороне пара с перегревателем низкого давления 34, который подключен через паропровод 36 к перепускному трубопроводу 38 от ступени среднего давления 4Ь к ступени низкого давления 4с паровой турбины 4. Барабан низкого давления 28 и испаритель низкого давления 32 образуют вместе с перегревателем низкого давления 34 и с частью низкого давления 4cс ступень низкого давления пароводяного контура 8.

Емкость питательной воды 22 соединена, кроме того, на стороне выхода через трубопровод питательной воды 40, в который включен насос 42, с первым подогревателем высокого давления 44, который соединен через соединительный трубопровод 46 с входом второго подогревателя высокого давления 48. К соединительному трубопроводу 46 через трубопровод 50 подключен барабан среднего давления 52, к которому опять-таки через циркуляционный насос 54 подключен испаритель среднего давления 56. Барабан среднего давления 52, на стороне пара соединен с перегревателем среднего давления 57, который на стороне выхода соединен с входом промежуточного перегревателя 58. Промежуточный перегреватель 58 подключен на стороне входа к части высокого давления 4а и на стороне выхода к части среднего давления 4Ь паровой турбины 4. Барабан среднего давления 52 и испаритель среднего давления 56, а также перегреватель среднего давления 57 образуют вместе с промежуточным перегревателем 58 и частью среднего давления 4Ь паровой турбины 4 ступень среднего давления пароводяного контура 8.

Второй подогреватель высокого давления 48 соединен на стороне выхода через соединительный трубопровод 60 и клапан 62 с барабаном высокого давления 64, к которому через циркуляционный насос 66 подключен испаритель высокого давления 68. Барабан высокого давления 64 подключен на стороне пара через перегреватель высокого давления 70 к части высокого давления 4а паровой турбины 4. Подогреватели высокого давления 44, 48 и барабан высокого давления 64, а также испаритель высокого давления 68 и перегреватель высокого давления 70 образуют вместе с частью высокого давления 4а паровой турбины 4 ступень высокого давления пароводяного контура 8.

В перепускном трубопроводе 38 между частью среднего давления 4b и частью низкого давления 4с паровой турбины 4 включена вторичная сторона теплообменника 72. По первичной стороне теплообменник 72 подключен на стороне входа через трубопровод 74 к трубопроводу 60 и таким образом соединен с выходом второго подогревателя высокого давления 48. Выход теплообменника 72 на первичной стороне соединен через трубопровод 76, в который включены насос 78 и регулирующий клапан 80, с входом второго подогревателя высокого давления 48. При этом трубопровод 76 в месте смешивания 82 впадает в соединяющий оба подогревателя высокого давления 44 и 48 трубопровод 46.

При работе газо- и паротурбинной установки к подогревателю конденсата 12 через насос 14 и трубопровод конденсата 10 подводят конденсат к из конденсатора 16. При этом подогреватель конденсата 12 может быть обойден полностью или частично. Конденсат K нагревают в подогревателе конденсата 12 и для этого, по меньшей мере, частично прокачивают через циркуляционный насос 18. Нагретый конденсат K подводят через трубопровод 20 в емкость питательной воды 22, причем там не представленным более подробно образом происходит нагревание питательной воды посредством отбираемого пара из паровой турбины 4. Нагретую питательную воду S, с одной стороны, подводят к барабану низкого давления 28 и, с другой стороны, через первый подогреватель высокого давления 44 к барабану среднего давления 52, а также через второй подогреватель высокого давления 48 к барабану высокого давления 64. Подведенная к ступени низкого давления питательная вода S испаряется в испарителе низкого давления 32 при низком давлении, причем отделенный в барабане низкого давления 28 пар низкого давления ND подводят к перегревателю низкого давления 34. Перегретый там пар низкого давления ND направляют перед теплообменником 72 в перепускной трубопровод 38. Точно также направленную в барабан среднего давления 52 питательную воду S испаряют в испарителе среднего давления 56. Отделенный в барабане среднего давления 52, находящийся при среднем давлении пар направляют через перегреватель среднего давления 57 и в качестве перегретого пара среднего давления MD подводят к части среднего давления 4Ь паровой турбины 4. Аналогично подогретую во втором подогревателе или экономайзере высокого давления 48 питательную воду S испаряют в испарителе высокого давления 68 при высоком давлении, причем отделенный в барабане высокого давления 64 пар высокого давления HD перегревают в перегревателе высокого давления 70 и в перегретом состоянии подводят в часть высокого давления 4а паровой турбины 4. Расширенный в части высокого давления 4а пар снова перегревают в промежуточном перегревателе 58 и в перегретом состоянии подводят вместе с перегретым в перегревателе среднего давления 57 паром среднего давления MD к части среднего давления 4b паровой турбины 4.

Расширенный в части среднего давления 4b паровой турбины 4, находящийся при низком давлении пар направляют через перепускной трубопровод 38 и перегревают в теплообменнике 72 путем косвенного теплообмена с направляемым через трубопровод 74 частичным потоком t_S подогретой в подогревателе высокого давления 48 питательной воды S. При этом к оттекающему из части среднего давления 4b пару перед теплообменником 72 примешивают перегретый в перегревателе низкого давления 34 пар низкого давления ND. Перегретый в теплообменнике 72 пар низкого давления ND расширяют в части низкого давления 4с паровой турбины 4 и подводят для конденсации к конденсатору 16.

Количество подводимого в единицу времени к теплообменнику 72 частичного потока t_S подогретой во втором подогревателе высокого давления 48 питательной воды S устанавливают посредством регулирующего клапана 80. При этом установка производится таким образом, что температура T₁ частичного потока t_S и температура T₂ подлежащей подогреву питательной воды S в месте смешивания 82 приближены друг к другу, предпочтительно равны друг другу. Для этого узел регулятора 84 через управляющую линию 85 соединен с регулирующим клапаном 80. Узел регулятора 84 для этого, кроме того, через управляющую линию 85 соединен с первым температурным датчиком 87 для регистрации температуры T₁ и через управляющую линию 88 соединен со вторым температурным датчиком 89 для регистрации температуры T₂.

Путем включения теплообменника 72 в перепускной трубопровод 38 для перегрева пара низкого давления ND посредством отобранного от подогревателя высокого давления 48 частичного потока t_S отбираемая на клеммах (не представленного) генератора паровой турбины мощность повышается на величину от 1,3 до 2%. Если соответствующим образом перегревают все количество пара низкого давления в процессе с двумя ступенями давления, то достигаемое тем самым повышение мощности турбины составляет более 2,6%.

Изобретение относится к энергетике. В газо- и паротурбинной установке (2) с подключенным после газовой турбины (2) на стороне отходящего газа парогенератором на отходящем тепле (6), подогреватель высокого давления (48) которого включен в пароводяной контур (8) имеющей часть низкого давления (4с) паровой турбины (4), для достижения по возможности высокого КПД согласно изобретения предусмотрен расположенный вне парогенератора на отходящем тепле (6) теплообменник (72), вход которого на первичной стороне подключен к выходу и выход которого на первичной стороне подключен к входу подогревателя высокого давления (48), и который на вторичной стороне включен во входящий в часть низкого давления (4с) паровой турбины (4) перепускной трубопровод (38). В соответствующем способе эксплуатации подобной установки протекающий к паровой турбине (4) пар низкого давления (ND) перегревают путем косвенного теплообмена с отобранным в подогревателе высокого давления (48) частичным потоком (t_s) подогретой питательной воды (s). Изобретение позволяет повысить КПД газо- и паротурбинной установки и мощность на зажимах генератора паровой турбины. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Газо- и паротурбинная установка с включенным после газовой турбины (2) на стороне отходящего газа парогенератором на отходящем тепле (6), подогреватель высокого давления (48) которого включен в пароводяной контур (8), содержащей часть низкого давления (4с) паровой турбины (4), отличающаяся тем, что предусмотрен расположенный вне парогенератора на отходящем тепле (6) теплообменник (72), вход которого на первичной стороне подключен к выходу и выход которого на первичной стороне подключен к входу подогревателя высокого давления (48), и который на вторичной стороне включен во входящий в часть низкого давления (4с) паровой турбины (4) перепускной трубопровод (38). 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на первичной стороне после теплообменника (72) включены циркуляционный насос (78) и регулирующий клапан (80). 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что предусмотрен узел регулятора (84) для установки количества подводимой в единицу времени на первичной стороне к теплообменнику (72) питательной воды (t_s). 4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что предусмотрены первый соединенный с узлом регулятора (84) температурный датчик (87) для регистрации температуры (T₁) питательной воды (t_s), вытекающей на вторичной стороне из теплообменника (72), и второй соединенный с узлом регулятора (84) температурный датчик (89) для регистрации температуры (T₂) питательной воды (s), подводимой к подогревателю высокого давления (48). 5. Установка по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что подогреватель высокого давления (48) является включенным на стороне питательной воды после первого подогревателя высокого давления (44) вторым подогревателем высокого давления, который расположен в парогенераторе на отходящем тепле (6) на стороне отходящего газа перед первым подогревателем высокого давления (44). 6. Установка по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что в парогенераторе на отходящем тепле (6) расположен перегреватель низкого давления (34), который соединен на стороне выхода с входом теплообменника (72) на вторичной стороне. 7. Способ эксплуатации газо- и паротурбинной установки, при котором содержащееся в расширенной рабочей среде (AG) из газовой турбины (2) тепло используют для получения пара для включенной в выполненный, по меньшей мере, из двух ступеней давления пароводяной контур (8) паровой турбины (4), причем текущую в пароводяном контуре (8) питательную воду (s) подогревают в расположенном в парогенераторе на отходящем тепле (6) подогревателе высокого давления (48), отличающийся тем, что притекающий к паровой турбине (4) пар низкого давления (ND) перегревают путем косвенного теплообмена с отобранным в подогревателе высокого давления (48) частичным потоком (t_s) подогретой питательной воды (s). 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что охлажденный частичный поток (t_s) подмешивают к подлежащей подогреву питательной воде (s), причем температуру (T₁) частичного потока (t_s) и температуру (T₂) подлежащей подогреву питательной воды (s) приближают друг к другу. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что приближение температуры осуществляют путем установки частичного потока (t_s). 10. Способ по любому из пп.7 - 9 с выполненным из трех ступеней давления пароводяным контуром (8), отличающийся тем, что перегретый в парогенераторе на отходящем тепле (6) пар низкого давления (ND) подмешивают к подлежащему перегреву путем косвенного теплообмена пару низкого давления (ND).