ГАЗО- И ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2000 года по МПК F01K23/10 

Изобретение относится к газо- и паротурбинной установке с включенным после газовой турбины на стороне отходящего газа котлом-утилизатором, поверхности нагрева которого включены в пароводяной контур паровой турбины, которая содержит часть высокого давления и часть среднего давления, а также часть низкого давления. Оно направлено далее также на способ эксплуатации такой установки.

В газо- и паротурбинной установке тепло, содержащееся в расширенном рабочем средстве из газовой турбины, используют для производства пара для паровой турбины. Теплопередача происходит посредством множества поверхностей нагрева, которые расположены в виде труб или пучков труб во включенном после газовой турбины на стороне отходящего газа котле-утилизаторе. Они в свою очередь включены в пароводяной контур паровой турбины. Пароводяной контур содержит несколько, например две или три ступени давления, причем каждая ступень давления содержит в качестве поверхностей нагрева подогреватель и испаритель, а также перегреватель.

Для достижения по возможности высокого коэффициента полезного действия установки расположение поверхностей нагрева внутри котла-утилизатора согласовано с ходом температуры отходящего газа газовой турбины. В случае процесса трехступенчатого давления с промежуточным перегревом, так называемого процесса трехступенчатого давления с промперегревом, при этом при заданной мощности газовой турбины достигается особенно высокая мощность паровой турбины и тем самым особенно высокий общий коэффициент полезного действия установки. Работающая в соответствии с процессом трехступенчатого давления с промежуточным перегревом газо- и паротурбиная установка является известной из ЕР 0 436 536 C1 и также из DE 44 34 526 С1. Однако также и в этих известных установках общий коэффициент полезного действия установки ограничен примерно до 55 %.

В основе изобретения поэтому лежит задача такого дальнейшего усовершенствования газо- и паротурбиной 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 согласно изобретению за счет расположенного вне котла-утилизатора теплообменника, который на первичной стороне включен между частью высокого давления и частью среднего давления и который на вторичной стороне включен между частью среднего давления и частью низкого давления паровой турбины.

Изобретение исходит при этом из рассуждения, что для нагрева или промежуточного перегрева пара низкого давления, притекающего от части низкого давления паровой турбины, вместо прямого можно производить косвенный отбор тепла из дымового газа, используя отработавший пар из паровой турбины с подходящей температурой. В качестве особенно подходящего вследствие особенно выгодной разности температур относительно пара низкого давления проявил себя при этом пар среднего давления из части высокого давления паровой турбины.

Охлажденный при косвенном теплообмене в теплообменнике пар среднего давления нагревают до номинальной температуры предпочтительно в две ступени. Поэтому теплообменник целесообразно на первичной стороне через две включенные после части высокого давления паровой турбины и расположенные в котле-утилизаторе друг за другом в направлении течения отходящего газа из газовой турбины поверхности нагрева перегревателя подключен к входу части среднего давления паровой турбины.

Произведенный в котле-утилизаторе в поверхности нагрева испарителя пар среднего давления предпочтительно подмешивают к охлажденному в теплообменнике пару среднего давления, прежде чем оба потока пара перегревают в котле-утилизаторе. Для этого предпочтительно расположенная в котле-утилизаторе поверхность нагрева испарителя соединена на стороне выхода с выходом теплообменника на первичной стороне.

Целесообразно каждая ступень пароводяного контура содержит поверхность нагрева испарителя и по меньшей мере одну поверхность нагрева перегревателя, причем целесообразно дополнительно предусмотрена включенная между частью высокого давления и частью среднего давления паровой турбины одна поверхность нагрева промежуточного перегревателя.

Относительно способа эксплуатации газо- и паротурбинной установки, при котором тепло, содержащееся в расширенном рабочем средстве из газовой турбины, используют для производства пара для паровой турбины, включенной в выполненный из трех ступеней давления пароводяной контур, причем питательную воду, текущую в пароводяном контуре, испаряют и перегревают в расположенных в котле-утилизаторе поверхностях нагрева, названная задача согласно изобретению решается за счет того, что притекающий к части низкого давления паровой турбины пар низкого давления нагревают путем косвенного теплообмена с вытекающим из части высокого давления паровой турбины паром среднего давления.

Достигаемые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что путем применения предусмотренного вне котла-утилизатора теплообменника для нагрева пара низкого давления путем косвенного теплообмена с паром среднего давления особенно простым образом без дополнительных регулирующих устройств достигается особенно высокая температура пара низкого давления. Это приводит к особенно высокому общему коэффициенту полезного действия установки. При этом производственная эксплуатация является особенно простой и надежность всей установки повышенной. Для обеспечения возможности использования особенно коротких трубопроводов и малых потерь тепла предпочтительным образом теплообменник расположен в области паровой турбины, то есть вблизи нее.

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

Газо- и паротурбинная установка в соответствии с фигурой содержит газовую турбину 2 и паровую турбину 4, а также котел-утилизатор 6, через который течет горячий отходящий газ AG из газовой турбины 2. Паровая турбина 4 содержит часть высокого давления 4a и часть среднего давления 4b, а также часть низкого давления 4c. Котел-утилизатор 6 служит для производства пара, причем его поверхности нагрева включены в пароводяной контур 8 паровой турбины 4.

Для этого котел-утилизатор 6 содержит подключенный к конденсатному трубопроводу 10 подогреватель конденсата 12, который на стороне входа через конденсатный насос 14 соединен с подключенным после паровой турбины 4 конденсатором 16. Подогреватель конденсата 12 соединен на стороне выхода через циркуляционный насос 18 со своим входом. Кроме того, он соединен на стороне выхода через трубопровод питательной воды 20 с баком питательной воды 22.

Бак питательной воды 22 соединен 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 подключена поверхность нагрева испарителя 32. Барабан низкого давления 28 на стороне пара связан с поверхностью нагрева перегревателя 34, которая через паропровод 36 подключена к перепускному трубопроводу 38 от части среднего давления 4b к части низкого давления 4c паровой турбины 4. Барабан низкого давления 28 и поверхность нагрева испарителя 32 образуют вместе с поверхностью нагрева перегревателя 34 и частью низкого давления 4c ступень низкого давления пароводяного контура 8.

Бак питательной воды 22, кроме того, соединен на стороне выхода через трубопровод питательной воды 40, в который включен насос 42, с первым подогревателем высокого давления или экономайзером 44, который через соединительный трубопровод 46 соединен с входом второго подогревателя высокого давления или экономайзера 48. Насос 42 и тем самым трубопровод питательной воды 40 может также не представленным более подробно образом быть подключен на напорной стороне насоса 26 к трубопроводу питательной воды 24. В качестве подогревателя среднего давления может быть также предусмотрен последующий экономайзер, который тогда не представленным более подробно образом целесообразно расположен внутри котла-утилизатора 6 в области первого подогревателя высокого давления 44.

К соединительному трубопроводу 46 через трубопровод 50 подключен барабан среднего давления 52, к которому в свою очередь через циркуляционный насос 54 подключена поверхность нагрева испарителя 56. Барабан среднего давления 52 на стороне пара соединен с первой поверхностью нагрева промежуточного перегревателя 57, которая на стороне выхода соединена со второй поверхностью нагрева промежуточного перегревателя 58. Поверхность нагрева промежуточного перегревателя 58 на стороне выхода подключена к входу части среднего давления 4b паровой турбины 4. Барабан среднего давления 52 и поверхность нагрева испарителя 56, а также обе поверхности нагрева промежуточного перегревателя 57 и 58 образуют вместе с частью среднего давления 4b паровой турбины 4 ступень среднего давления пароводяного контура 8.

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

В перепускной трубопровод 38 между частью среднего давления 4b и частью низкого давления 4с паровой турбины 4 включена вторичная сторона теплообменника 70. На первичной стороне теплообменник 70 соединен на стороне входа с выходом 72 части высокого давления 4а паровой турбины 4. Выход 74 на первичной стороне теплообменника 70 соединен через паропровод 76 с входом поверхности нагрева промежуточного перегревателя 57 ступени среднего давления
При эксплуатации газо- и паротурбинной установки к подогревателю конденсата 12 через насос 14 и конденсатный трубопровод 10 подводят конденсат К из конденсатора 16. При этом подогреватель конденсата 12 может обходиться частично или полностью. Конденсат К нагревают в подогревателе конденсата 12 и для этого, по меньшей мере частично, подают через циркуляционный насос 18. Нагретый конденсат К направляют по трубопроводу 20 в бак питательной воды 22. Там не представленным более подробно образом происходит нагрев питательной воды посредством отбираемого пара из паровой турбины 4 или из трубопровода пара низкого давления 36, а также целесообразна дегазация конденсата К. Нагретая питательная вода S, с одной стороны, направляется 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 62. Подведенную к ступени низкого давления питательную воду S испаряют при низком давлении в поверхности нагрева испарителя 32, причем отделенный в барабане низкого давления 28 пар низкого давления ND подводят к поверхности нагрева перегревателя 34 Перегретый там пар низкого давления ND направляют после теплообменника 70, то есть на его стороне оттока на вторичной стороне в перепускной трубопровод 38.

Точно также направляемую в барабан среднего давления 52 питательную воду S испаряют в поверхности нагрева испарителя 56. Отделенный в барабане среднего давления 52 и находящийся при среднем давлении пар в качестве пара среднего давления MD направляют через поверхность нагрева промежуточного перегревателя 57 и поверхность нагрева промежуточного перегревателя 58. При этом к отделенному в барабане среднего давления 52 пару среднего давления MD перед поверхностью нагрева промежуточного перегревателя 57 примешивают пар среднего давления MD из теплообменника 70. Перегретый таким образом в двух ступенях пар среднего давления MD подводят к части среднего давления 4b паровой турбины 4.

Аналогично предварительно подогретую во втором подогревателе высокого давления 48 питательную воду S испаряют при высоком давлении в поверхности нагрева испарителя 66. При этом отделенный в барабане высокого давления 64 пар высокого давления HD перегревают в поверхности нагрева перегревателя 68 и подводят в перегретом состоянии в часть высокого давления 4а паровой турбины 4. Расширенный в части высокого давления 4а пар в качестве пара среднего давления MD направляют через первичную сторону теплообменника 70 и в заключение вместе с паром среднего давления MD из барабана среднего давления 52 в перегретом состоянии подводят к части среднего давления 4b паровой турбины 4.

Расширенный в части среднего давления 4b паровой турбины 4 и находящийся при низком давлении пар в качестве пара низкого давления ND направляют через перепускной трубопровод 38 и перегревают в теплообменнике 70 путем косвенного теплообмена с вытекающим из части высокого давления 4a паром среднего давления MD. При этом пар среднего давления MD в зависимости от давления и от температуры свежего пара или пара высокого давления HD, а также в зависимости от характеристики расширения в части высокого давления 4а имеет температуру Т_р порядка от 350 до 400^oC. Пар низкого давления ND из части среднего давления 4b покидает паровую турбину 4 в зависимости от выбранного давления с температурой T_s порядка от 200 до 250^oC. Таким образом в теплообменнике 70 достигается нагрев пара низкого давления ND примерно на 100^oC. Нагретый таким образом пар низкого давления ND с температурой Т порядка от 300 до 350^oC вместе с вытекающим из барабана низкого давления 28 паром низкого давления ND подводят к части низкого давления 4с паровой турбины 4. Расширенный там пар низкого давления ND подводят для конденсации к конденсатору 16.

Путем включения теплообменника 70 между частью среднего давления 4b и частью низкого давления 4c паровой турбины 4 для перегрева притекающего к части низкого давления 4c пара низкого давления ND посредством вытекающего из части высокого давления 4a паровой турбины 4 пара среднего давления MD достигается особенно высокий общий коэффициент полезного действия установки, который отражается в отбираемой на паротурбинном генераторе 76 мощности на зажимах. При этом пар низкого давления ND из барабана низкого давления 28 можно примешивать не представленным более подробно образом также перед теплообменником 70 к пару низкого давления ND из части среднего давления 4b, причем тогда в теплообменнике 70 нагревают смесь, то есть весь произведенный пар низкого давления ND.

Изобретение относится к энергетике. В газо- и паротурбинной установке (1) с подключенным к газовой турбине (2) на стороне отходящего газа котлом-утилизатором (6), поверхности нагрева которого включены в пароводяной контур (8) паровой турбины (4), которая содержит часть высокого давления (4а) и часть среднего давления (4b), а также часть низкого давления (4с), для достижения возможно высокого коэффициента полезного действия согласно изобретению включен расположенный вне котла-утилизатора (6) теплообменник (70) на первичной стороне между частью высокого давления (4а) и частью среднего давления (4b) и на вторичной стороне между частью среднего давления (4b) и частью низкого давления (4с) паровой турбины (4). В соответствующем способе для эксплуатации подобной установки притекающий к паровой турбине (4) пар низкого давления (ND) нагревают путем косвенного теплообмена с вытекающим из паровой турбины (4) паром среднего давления (MD). Изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия установки за счет дальнейшего повышения использования содержания тепла в отходящем газе газовой турбины. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газо- и паротурбинная установка с включенным после газовой турбины (2) на стороне отходящего газа котлом-утилизатором (6), поверхности нагрева которого включены в пароводяной контур (8) паровой турбины (4), которая содержит часть высокого давления (4а) и часть среднего давления (4b), а также часть низкого давления (4с), отличающаяся тем, что предусмотрен расположенный вне котла-утилизатора (6) теплообменник (70), который на первичной стороне включен между частью высокого давления (4а) и частью среднего давления (4b) паровой турбины (4) и который на вторичной стороне включен между частью среднего давления (4b) и частью низкого давления (4с) паровой турбины (4). 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменник (70) на первичной стороне через, по меньшей мере, одну включенную после части высокого давления (4а) поверхность нагрева промежуточного перегревателя (57, 58) подключен к входу части среднего давления (4b). 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что расположенная в котле-утилизаторе (6) поверхность нагрева испарителя (56) соединена на стороне выхода с выходом (74) на первичной стороне теплообменника (70). 4. Установка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что пароводяной контур (8) выполнен из трех ступеней давления, причем каждая ступень давления содержит поверхность нагрева испарителя (32, 56, 66) и, по меньшей мере, одну поверхность нагрева перегревателя (34, 57, 68), причем между частью высокого давления (4а) и частью среднего давления (4b) паровой турбины (4) включена, по меньшей мере, одна поверхность нагрева промежуточного перегревателя (58). 5. Способ эксплуатации газо- и паротурбинной установки с признаками по любому из пп. 1 - 4, при котором тепло, содержащееся в расширенном рабочем средстве (AG) из газовой турбины (2), используют для производства пара (HD, MD, ND) для паровой турбины (4), включенной в выполненный из трех ступеней давления пароводяной контур (8), причем питательную воду (S), текущую в пароводяном контуре (8), испаряют и перегревают в расположенных в котле-утилизаторе (6) поверхностях нагрева (34, 56, 57, 58, 66, 68), отличающийся тем, что притекающий к части низкого давления (4с) паровой турбины (4) пар низкого давления (ND) нагревают путем косвенного теплообмена с вытекающим из части высокого давления (4а) паровой турбины (4) паром среднего давления (MD). 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что охлажденный при косвенном теплообмене пар среднего давления (MD) перегревают в котле-утилизаторе (6) и затем подводят к паровой турбине (4). 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что произведенный в котле-утилизаторе (6) пар среднего давления (MD) вместе с охлажденным паром среднего давления (MD) перегревают в котле-утилизаторе (6). 8. Способ по любому из пп.5 - 7, отличающийся тем, что произведенный в котле-утилизаторе (6) пар низкого давления (ND) примешивают к нагретому путем косвенного теплообмена пару низкого давления (ND).