СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ С ОТКРЫТОЙ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 2005 года по МПК F01K23/10 F01K17/02 F02C6/18 

Способ работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой относится к области энергетики, а точнее к способам работы парогазовой теплоэлектроцентрали.

Известен способ работы контактной парогазовой теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой [Парогазовая установка ПГУ-60С. Коммерческое предложение. ФГУП "Салют", 2005 г.]. Согласно этому способу атмосферный воздух сжимают в компрессоре и сжигают в нем топливо, в продукты сгорания топлива подают "экологический" и "энергетический" потоки пара. Полученную при этом парогазовую смесь последовательно расширяют в газовых турбинах высокого и низкого давления, полезную работу турбины высокого давления используют для сжатия воздуха в компрессоре, а полезную работу турбины низкого давления - для привода электрогенератора и выработки электроэнергии.

Теплоту парогазовой смеси после парогазовой турбины низкого давления утилизируют для генерации пара с последующим его частичным расширением в противодавленческой турбине и впрыском в зону горения топлива. В охлажденную при генерации пара парогазовую смесь впрыскивают оросительную воду с температурой 20-30°С и конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси, сепарируют образовавшуюся смесь конденсата пара и оросительной воды и отделяют ее от продуктов сгорания топлива с последующим сбросом последних в атмосферу.

Сепарированную воду разделяют на два потока, меньший поток используют в качестве питательной воды для генерации пара, а теплоту большего потока используют в теплонасосной установке для нагрева сетевой воды закрытой теплофикационной системы. Охлажденный при этом больший поток сепарированной воды подают в качестве оросительной воды для впрыска в частично охлажденную при генерации пара парогазовую смесь.

При описанном способе работы контактной парогазовой теплоэлектроцентрали обеспечивают повышение тепловой экономичности, за счет утилизации теплоты паровой составляющей парогазовой смеси и ее использования для подогрева сетевой воды увеличивают удельную полезную работу и мощность газовой части контактной парогазовой теплоэлектроцентрали, обеспечивают низкую концентрацию содержания в уходящих газах вредных веществ.

При этом генерируемый пар имеет нестандартные параметры и используется, после его предварительного расширения в противодавленческой турбине, для впрыска в камеру сгорания высокого давления, кроме этого, в описанном способе теплота сепарированной воды не используется для подогрева сетевой воды в базовых паротурбинных теплоэлектроцентралях, в результате чего этот способ не может быть использован для модернизации базовых паротурбинных теплоэлектроцентралей с закрытой теплофикационной системой.

Наиболее близким по технической сущности является способ работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой [Шарапов В.И. Подготовка подпиточной воды систем теплоснабжения с применением вакуумных деаэраторов. М.: Энергоатомиздат, 1996. - 176 с.: ил, стр.119, рис.8.2], согласно которому в котлоагрегате паротурбинной теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой вырабатывают перегретый пар высокого давления, расширяют его в теплофикационной паровой турбине, полезную работу которой используют для привода электрогенератора и выработки электроэнергии, паром ее теплофикационных отборов осуществляют подогрев сетевой воды теплосети, паром регенеративных отборов производят подогрев и деаэрацию питательной воды котлоагрегата, умягчают и деаэрируют подпиточную воду и подают ее в обратную линию теплосети открытой теплофикационной системы.

Паротурбинные теплоэлектроцентрали, работающие по данному способу, имеют сравнительно невысокую экономичность. Поэтому имеется острая необходимость модернизации базовых теплоэлектроцентралей с открытой теплофикационной системой с повышением их тепловой и экономической эффективности, но описанный способ не позволяет это сделать.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой, позволяющего обеспечить их эффективную модернизацию с повышением мощности и экономичности.

Поставленная задача решается способом работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой, согласно которому в котлоагрегате вырабатывают перегретый пар высокого давления, расширяют его в теплофикационной паровой турбине, полезную работу которой используют для привода электрогенератора и выработки электроэнергии, паром ее теплофикационных отборов осуществляют подогрев сетевой воды теплосети открытой теплофикационной системы, при этом путем утилизации теплоты отработавшей в дополнительной парогазотурбинной установке генерируют пар высокого и, дополнительно, пар низкого давления; пар высокого давления подают и расширяют в теплофикационной паровой турбине; пар низкого давления подают в дополнительную камеру сгорания низкого давления парогазотурбинной установки, туда же подводят дополнительное топливо, устанавливают температуру парогазовой смеси преимущественно на уровне, близком к 900°С, и расширяют ее в парогазовой турбине низкого давления; питательную воду для генерации пара высокого давления подают из деаэратора высокого давления теплоэлектроцентрали; в парогазовую смесь, охлажденную при генерации пара низкого давления, впрыскивают оросительную воду, конденсируют паровую составляющую этой парогазовой смеси, сепарируют образовавшийся конденсат и отводят его в бак сепарированной воды, из которого меньшую часть сепарированной воды используют в качестве питательной воды для генерации пара низкого давления, теплотой большей части сепарированной воды производят подогрев умягченной подпиточной воды, деаэрируют ее и подают в теплосеть открытой теплофикационной системы теплоэлектроцентрали; охлажденную при этом оросительную воду подают для конденсации пара в парогазовой смеси.

Генерация пара высокого давления и его расширение в теплофикационной паровой турбине базовой теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой позволяет модернизировать эту теплоэлектроцентраль с повышением ее мощности и экономичности.

Дополнительная генерация пара низкого давления позволяет использовать его для впрыска в дополнительную камеру сгорания низкого давления парогазотурбинной установки.

Конденсация паровой составляющей парогазовой смеси позволяет использовать меньшую часть сепарированной воды после ее умягчения и деаэрации в качестве питательной воды для генерации пара низкого давления.

Использование теплоты большей части сепарированной воды для подогрева подпиточной воды теплосети открытой теплофикационной системы модернизируемой базовой теплоэлектроцентрали позволяет дополнительно повысить ее экономичность.

Использование для генерации пара высокого давления питательной воды подготовленной в базовой паротурбинной теплоэлектроцентрали позволяет сократить затраты на подготовку качественной питательной воды.

Использование для генерации пара низкого давления умягченной и деаэрированной сепарированной воды позволяет удешевить установку для подготовки питательной воды низкого давления.

Установление температуры парогазовой смеси перед свободной силовой парогазовой турбиной низкого давления, преимущественно близкой к 900°С, предельно допустимой начальной температуры для неохлаждаемой газовой турбины позволяет снизить затраты за счет отказа от применения системы охлаждения.

При этом температура парогазовой смеси за силовой парогазовой турбиной низкого давления перед котлом-утилизатором обеспечивает возможность генерации в нем перегретого пара высокого давления с параметрами, стандартными для существующих теплофикационных паровых турбин.

Это позволяет расширять генерируемый пар высокого давления в типовых теплофикационных паровых турбинах модернизируемой теплоэлектроцентрали, в которые также подают и расширяют в них пар высокого давления, вырабатываемый котельными агрегатами этой паротурбинной теплоэлектроцентрали.

При сохранении неизменной мощности теплофикационных паровых турбин при этом сокращаются паропроизводительность и расход топлива на котельные агрегаты, повышается тепловая экономичность модернизируемой паротурбинной теплоэлектроцентрали.

На чертежах, поясняющих предлагаемый способ, на фиг.1 показана блок-схема модернизированной теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой, на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.

Блок-схема на фиг.1 состоит из четырех блоков:

базовая теплоэлектроцентраль с открытой теплофикационной системой 1; блок парогазотурбинной установки 2; блок утилизации тепла парогазовой смеси 3; блок использования сепарированной воды 4.

На фиг.2 показана принципиальная схема модернизированной теплоэлектроцентрали.

Теплоэлектроцентраль с открытой теплофикационной системой согласно предлагаемому способу работает следующим образом.

Перегретый пар высокого давления вырабатывают в котлоагрегате 33 базовой теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой 1, по главному паропроводу 34 подводят к теплофикационной паровой турбине 35 и расширяют его, полезную работу паровой турбины 35 используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 19. Пар из регенеративных отборов этой паровой турбины используют для подогрева питательной воды в регенеративных подогревателях питательной воды 33. Паром из паропровода 36 в сетевом подогревателе 39 производят подогрев сетевой воды открытой теплофикационной системы 38.

В деаэраторе высокого давления 37 деаэрируют питательную воду и подают питательным насосом высокого давления 31 ее часть через регенеративные подогреватели высокого давления 32 в котельный агрегат 33. Остальную часть питательной воды подают по трубопроводу питательной воды высокого давления 8 на вход в парогенератор высокого давления 21 котла-утилизатора 20. Из выхода этого парогенератора 21 перегретый пар по паропроводу высокого давления 7 подают в главный паропровод 34 базовой теплоэлектроцентрали 1.

Атмосферный воздух сжимают компрессором 14 парогазотурбинной установки 2, направляют его в камеру сгорания высокого давления 15 и сжигают в нем подводимое топливо. Продукты сгорания топлива последовательно расширяют в турбинах высокого 16 и низкого давления 18. Газовая турбина высокого давления 16 парогазотурбинной установки 2 работает на продуктах сгорания топлива, выходящих из основной камеры сгорания 15, а силовая парогазовая турбина низкого давления 18 работает на парогазовой смеси.

Полезную работу газовой турбины высокого давления 16 используют для сжатия воздуха в компрессоре 14. К продуктам сгорания топлива, отработавшим в газовой турбине высокого давления 16, в камеру дожигания 17 подводят дополнительное тепло топлива. Сюда же по паропроводу низкого давления 5 подают пар низкого давления. Газовая турбина высокого давления 16 в предлагаемом способе работает на продуктах сгорания топлива, а силовая парогазовая турбина низкого давления 18 работает на парогазовой смеси. Полезную работу силовой парогазовой турбины низкого давления 18 используют для привода электрогенератора 19 и выработки электроэнергии. Температуру парогазовой смеси перед свободной силовой турбиной устанавливают близкой к 900°С - предельно допустимой для неохлаждаемой газовой турбины. Парогазовую смесь, вышедшую из силовой турбины 18, по трубопроводу парогазовой смеси 6 подают в котел-утилизатор 20 блока утилизации теплоты парогазовой смеси 3.

Теплоту парогазовой смеси утилизируют для выработки перегретого пара высокого давления в парогенераторе высокого давления 21 и пара низкого давления в парогенераторе низкого давления 22.

Пар высокого давления по паропроводу высокого давления 7 подают в главный паропровод 34 базовой теплоэлектроцентрали. Пар низкого давления направляют по паропроводу низкого давления 5 в дополнительную камеру дожигания 17 блока парогазовой установки 2.

В парогазовую смесь, частично охлажденную при выработке пара высокого и низкого давления, впрыскивают в оросительном устройстве 23 оросительную воду с температурой 20-30°С, подводимую в него по трубопроводу оросительной воды 12 из блока использования теплоты сепарированной воды 4.

За счет этого в газоохладителе-конденсаторе 24конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси. В сепарационном устройстве газоохладителя-конденсатора 24 сепарируют конденсат парогазовой смеси и оросительную воду от продуктов сгорания топлива. Продукты сгоранияпо выхлопному газоходу 25 с дымососом сбрасывают в атмосферу.

Меньшую часть сепарированной воды в блоке 4 умягчают в фильтре умягчения питательной воды низкого давления 27, деаэрируют в деаэраторе 28 и по трубопроводу 11 через питательный насос низкого давления подводят ее на вход в парогенератор низкого давления 22 котла-утилизатора 20. Большую ее часть, насосом сепарированной воды 29 подают по трубопроводу на вход в теплонасосную установку 30, в котором ее охлаждают, используют теплоту большей части сепарированной воды для подогрева подпиточной воды теплосети открытой теплофикационной системы модернизируемой базовой теплоэлектроцентрали 1, которую подводят в теплонасосную установку 30 по трубопроводу умягченной подпиточной воды 9 из базовой теплоэлектроцентрали 1 и отводят из него по трубопроводу подогретой подпиточной воды 10 с деаэратором в трубопровод обратной сетевой воды 41 базовой теплоэлектроцентрали 1. Охлажденную сепарированную воду по трубопроводу оросительной воды 12 подают в оросительное устройство 23 для впрыска в парогазовую смесь котла-утилизатора 20.

Предлагаемый способ работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой имеет преимущества как перед известными аналогами, так и перед прототипом, и обеспечивает модернизацию базовых теплоэлектроцентралей с открытой теплофикационной системой.

Способ работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой включает выработку в котлоагрегате перегретого пара высокого давления и его расширение в теплофикационной паровой турбине. Путем утилизации теплоты, отработавшей в дополнительной парогазотурбинной установке, генерируют пар высокого и дополнительно пар низкого давления. Пар высокого давления подают и расширяют в теплофикационной паровой турбине. Пар низкого давления подают в дополнительную камеру сгорания низкого давления парогазотурбинной установки, туда же подводят дополнительное топливо, устанавливают температуру парогазовой смеси преимущественно на уровне, близком к 900°С, и расширяют ее в парогазовой турбине низкого давления. Питательную воду для генерации пара высокого давления подают из деаэратора высокого давления теплоэлектроцентрали. В парогазовую смесь, охлажденную при генерации пара низкого давления, впрыскивают оросительную воду, конденсируют паровую составляющую этой парогазовой смеси, сепарируют образовавшийся конденсат и отводят его в бак сепарированной воды. Меньшую часть сепарированной воды используют в качестве питательной воды для генерации пара низкого давления. Теплотой большей части сепарированной воды производят подогрев умягченной подпиточной воды, деаэрируют ее и подают в теплосеть открытой теплофикационной системы теплоэлектроцентрали. Охлажденную при этом оросительную воду подают для конденсации пара в парогазовой смеси. Изобретение обеспечит эффективную модернизацию теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой с повышением мощности и экономичности. 2 ил.

Способ работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой, согласно которому в котлоагрегате вырабатывают перегретый пар высокого давления, расширяют его в теплофикационной паровой турбине, полезную работу которой используют для привода электрогенератора и выработки электроэнергии, паром ее теплофикационных отборов осуществляют подогрев сетевой воды теплосети открытой теплофикационной системы, отличающийся тем, что путем утилизации теплоты, отработавшей в дополнительной парогазотурбинной установке, генерируют пар высокого и дополнительно пар низкого давления, пар высокого давления подают и расширяют в теплофикационной паровой турбине, пар низкого давления подают в дополнительную камеру сгорания низкого давления парогазотурбинной установки, туда же подводят дополнительное топливо, устанавливают температуру парогазовой смеси преимущественно на уровне, близком к 900°С, и расширяют ее в парогазовой турбине низкого давления, питательную воду для генерации пара высокого давления подают из деаэратора высокого давления теплоэлектроцентрали, в парогазовую смесь, охлажденную при генерации пара низкого давления, впрыскивают оросительную воду, конденсируют паровую составляющую этой парогазовой смеси, сепарируют образовавшийся конденсат и отводят его в бак сепарированной воды, из которого меньшую часть сепарированной воды используют в качестве питательной воды для генерации пара низкого давления, теплотой большей части сепарированной воды производят подогрев умягченной подпиточной воды, деаэрируют ее и подают в теплосеть открытой теплофикационной системы теплоэлектроцентрали, охлажденную при этом оросительную воду подают для конденсации пара в парогазовой смеси.