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

Способ работы теплоэлектроцентрали с закрытой 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 закрытой теплофикационной системой [Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. Учебник для вузов. Изд.2-5 перераб. и доп., М., Энергия, 1976., 12-2б.], согласно которому в котлоагрегате паротурбинной теплоэлектроцентрали с закрытой 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 телофикационных отборов осуществляют подогрев сетевой воды теплосети замкнутой теплофикационной системы, паром регенеративных отборов производят подогрев и деаэрацию питательной воды котлоагрегата.

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

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

Поставленная задача решается за счет того, что в способе работы теплоэлектроцентрали с закрытой 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 закрытой теплофикационной системы, за счет утилизации теплоты, отработавшей в дополнительной парогазотурбинной установке, генерируют пар высокого и дополнительный пар низкого давлений; 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 охлажденную оросительную воду подают для конденсации пара в парогазовой смеси; меньшую часть сепарированной воды используют в качестве питательной воды для генерации пара низкого давления, теплотой большей части сепарированной воды производят подогрев части сетевой воды из закрытой теплофикационной системы теплоэлектроцентрали.

Генерация пара высокого давления и его расширение в теплофикационной паровой турбине базовой теплоэлектроцентрали с закрытой 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 модернизируемой базовой теплоэлектроцентрали для подогрева сетевой воды теплосети закрытой теплофикационной системы 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.

В парогазотурбинной установке предлагаемой теплоэлектроцентрали можно использовать турбокомпрессоры существующих газотурбинных установок с разрезным валом, что позволяет существенно снизить затраты на создание подобных установок.

Установление температуры парогазовой смеси перед свободной силовой парогазовой турбиной низкого давления преимущественно близкой к 900°С, предельно допустимой начальной температуре 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 сокращается паропроизводительность и расход топлива на котельные агрегаты, повышается тепловая экономичность модернизируемой паротурбинной теплоэлектроцентрали.

На фиг.1 показана блок-схема модернизированной теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой, на фиг.2 приведена принципиальная схема.

Блок-схема на фиг.1 состоит из четырех блоков: базовой теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой 1; блока парогазотурбинной установки 2; блока утилизации тепла парогазовой смеси 3; блока использования сепарированной воды 4.

На фиг.2 показана принципиальная схема модернизированной теплоэлектроцентрали для осуществления предлагаемого способа.

Базовая теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой 1 включает: питательный насос высокого давления 31, трубопроводы питательной воды высокого давления 8, регенеративные подогреватели высокого давления 32, котлоагрегат 33, главный паропровод 34, теплофикационную паровую турбину 35, паропровод 36, деаэратор высокого давления 37, закрытую теплофикационную систему 38, сетевой подогреватель 39, трубопроводы прямой 40 и обратной 41 сетевой воды.

Блок парогазотурбинной установки 2 включает: воздушный компрессор 14, камеру сгорания высокого давления 15, газовую турбину высокого давления 16 (компрессорную турбину), камеру дожигания 17, парогазовую турбину низкого давления 18 (свободную силовую турбину), электрогенератор 19, трубопровод парогазовой смеси 6.

Блок утилизации тепла парогазовой смеси 3 включает: паровой котел - утилизатор двух давлений пара 20, содержащий парогенератор высокого давления 21, паропровод высокого давления 7, парогенератор низкого давления 22, паропровод низкого давления 5, оросительное устройство 23, газоохладитель-конденсатор 24, выхлопной газоход 25 с дымососом.

Блок использования сепарированной воды 4 включает: трубопровод сепарированной воды 13, бак сепарированной воды 26, фильтр умягчения питательной воды низкого давления 27, деаэратор 28, трубопровод питательной воды низкого давления 11 с питательным насосом, трубопровод с насосом сепарированной воды 29, теплонасосную установку 30, трубопровод оросительной воды 12, трубопроводы охлажденной 9 и подогретой 10 сетевой воды.

Предлагаемый способ работы теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой осуществляют следующим образом.

Перегретый пар высокого давления вырабатывают в котлоагрегате 33 базовой теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой 1, по главному паропроводу 34 подводят его 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 закрытой 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 24 конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси. В сепарационном устройстве газоохладитедя-конденсатора 24 сепарируют конденсат парогазовой смеси и оросительную воду от продуктов сгорания топлива. Продукты сгорания по 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 которой 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 охлажденной сетевой воды 9 и отводимой из него по трубопроводу подогретой сетевой воды 10 блока 4. 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 закрытой теплофикационной системой имеет преимущества как перед известными аналогами, так и перед прототипом и обеспечивает модернизацию базовых теплоэлектроцентралей с закрытой теплофикационной системой.

Способ работы теплоэлектроцентрали с закрытой 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 дополнительный пар низкого давлений. 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 и 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 охлажденную оросительную воду подают для конденсации пара в парогазовой смеси. Меньшую часть сепарированной воды используют в качестве питательной воды для генерации пара низкого давления. Теплотой большей части сепарированной воды производят подогрев части сетевой воды из закрытой теплофикационной системы теплоэлектроцентрали. Изобретение обеспечит эффективную модернизацию теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой с повышением мощности и экономичности. 2 ил.

Способ работы теплоэлектроцентрали с закрытой 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 закрытой теплофикационной системы, отличающийся тем, что путем утилизации теплоты, отработавшей в дополнительной парогазотурбинной установке, генерируют пар высокого и дополнительный пар низкого давлений, 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 охлажденную оросительную воду подают для конденсации пара в парогазовой смеси, меньшую часть сепарированной воды используют в качестве питательной воды для генерации пара низкого давления, теплотой большей части сепарированной воды производят подогрев части сетевой воды из закрытой теплофикационной системы теплоэлектроцентрали.