ГАЗОПАРОВАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЬ Российский патент 2006 года по МПК F01K21/04 

Газопаровая теплоэлектроцентраль относится к области энергетики.

Известна комбинированная газопаровая установка типа "Водолей", содержащая газотурбинную установку с воздушным компрессором, камеру сгорания с устройствами подвода "экологического" и "энергетического" пара, парогазовую турбину, размещенный в ее выхлопном газоходе паровой котел-утилизатор, электрогенератор.

Котел-утилизатор содержит расположенные по ходу парогазовой смеси парогенератор, оросительное устройство, контактный газоохладитель-конденсатор с сепарационным устройством. Оросительное устройство котла-утилизатора связано с трубопроводом подвода охлажденной орошающей воды. Сепарационное устройство по газам связано выхлопным газоходом с атмосферой, а по сепарированной воде - с баком-накопителем сепарированной воды. Последний трубопроводом питательной воды соединен с входным патрубком парогенератора. Парогенератор связан паропроводом с камерой сгорания. Вторым трубопроводом бак-накопитель сепарированной воды соединен трубопроводами через водоохлаждающее устройство с сепарационным устройством газоохладителя-конденсатора. Ротор парогазовой турбины соединен валом с ротором воздушного компрессора и с ротором электрогенератора. [Романов В.И., Кривуца В.А. Комбинированная газопаровая установка мощностью 16-25 МВт с утилизацией тепла отходящих газов и регенерацией воды из парогазового потока. "Теплоэнергетика" №4, 1966, с.27-30].

В газопаровой установке типа "Водолей" вырабатываемый пар используется только для впрыска в камеру сгорания, поэтому эта установка не может быть применена для модернизации существующих паротурбинных теплоэлектроцентралей.

Наиболее близкой по технической сущности является парогазовая теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой ["Парогазовая установка ПГУ-60С. Коммерческое предложение. ФГУП "Салют", 2005 г."], содержащая воздушный компрессор, камеру сгорания высокого давления с устройствами для впрыска "экологического" и "энергетического" пара, парогазовую турбину высокого давления, силовую парогазовую турбину низкого давления, противодавленческую паровую турбину, электрогенератор, паровой котел-утилизатор, бак сепарированной воды, теплонасосную установку, сетевую подогревательную установку. В котле-утилизаторе, установленном в выхлопном газоходе за силовой парогазовой турбиной низкого давления, размещены последовательно по ходу парогазовой смеси поверхности нагрева парогенератора сетевая подогревательная установка, оросительное устройство и газоохладитель-конденсатор с сепарационным устройством.

Сепарационное устройство котла-утилизатора связано по потоку сепарированных газов через выхлопной газоход и дымосос с атмосферой, а по сепарированной воде (конденсату) связано трубопроводом с баком сепарированной воды (емкостью - накопителем конденсата). Входной патрубок парогенератора соединен трубопроводом питательной воды с баком сепарированной воды. Выходной патрубок парогенератора соединен паропроводом с паровпускным органом противодавленческой паровой турбины, выхлоп которой по пару связан паропроводами с устройствами впрыска пара в камеру сгорания высокого давления. Входной патрубок теплонасосной установки подключен по сепарированной воде трубопроводом к баку сепарированной воды, а ее выходной патрубок по сепарированной воде связан трубопроводом с оросительным устройством котла-утилизатора. По нагреваемой сетевой воде теплонасосная установка подключена на входе к трубопроводу обратной и на выходе к трубопроводу прямой сетевой воды закрытой теплофикационной системы.

Описанная контактная парогазовая установка предназначена для создания новых высокоэкономичных теплофикационных энергоблоков. Она не может быть использована для модернизации базовых паротурбинных теплоэлектроцентралей, так как ее парогенератор вырабатывает перегретый пар с параметрами ниже стандартных для типовых теплофикационных турбин. Кроме того, он подключен паропроводом к специальной противодавленческой паровой турбине, выхлоп которой связан паропроводами с устройствами впрыска пара в камеру сгорания высокого давления и системой охлаждения парогазовой турбины. В данной установке также невозможно использование существующих газотурбинных установок с разрезным валом и как следствие этого имеется необходимость в применении специальной парогазовой турбины.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка газопаровой теплоэлектроцентрали, которая обеспечивает повышение ее мощности и экономичности при использовании существующих противодавленчиских паровых турбин со стандартными начальными параметрами пара.

Поставленная задача решается за счет того, что газопаровая теплоэлектроцентраль содержит газопаротурбинный блок с газовой турбиной высокого давления, противодавленческой паровой турбиной, паропроводами "энергетического" и "экологического" пара, блок утилизации тепла парогазовой смеси с паровым котлом-утилизатором, газоводяным подогревателем, газоохладителем - конденсатором, блок использования теплоты сепарированной воды, при этом в газопаротурбинном блоке дополнительно размещены парогазовая турбина низкого давления и камера дожигания, установленная между газовой турбиной высокого давления и парогазовой турбиной низкого давления; выход противодавленческой паровой турбины соединен паропроводом "экологического" пара с выходом газовой турбины высокого давления и паропроводом "энергетического пара" с камерой дожигания.

Размещение дополнительных парогазовой турбины низкого давления и камеры дожигания, установленной между газовой турбиной высокого давления и парогазовой турбиной низкого давления, позволяет повысить электрическую и тепловую мощность за счет повышения температуры газа перед парогазовой турбиной низкого давления.

Соединение выхода противодавленческой паровой турбины паропроводом "экологического" пара с выходом газовой турбины высокого давления позволяет позволяет снизить образование оксидов азота в газах, сбрасываемых в атмосферу.

Соединение выхода противодавленческой паровой турбины паропроводом "энергетического" пара с камерой дожигания позволяет увеличить мощность за счет увеличения расхода парогазовой смеси через парогазовую турбину низкого давления.

Соединение выхода противодавленческой паровой турбины паропроводами с выходом газовой турбины высокого давления и с камерой дожигания позволяет увеличить ее мощность за счет увеличения в ней степени расширения и теплоперепада.

Предлагаемая совокупность признаков нова и позволяет в газопаровой теплоэлектроцентрали использовать существующие противодавленческие паровые турбины и турбокомпрессоры существующих газотурбинных установок с разрезным валом, при этом существенно снизить затраты на создание подобной газопаровой теплоэлектроцентрали.

На чертежах, изображена газопаровая теплоэлектроцентраль, где на фиг.1 показана блок-схема; на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.

Блок-схема на фиг.1 состоит из трех блоков: газопаротурбинного блока 1; блока утилизации тепла парогазовой смеси 2; блока использования теплоты сепарированной воды 3.

На фиг.2 показана принципиальная схема газопаровой теплоэлектроцентрали.

Газопаротурбинный блок 1 включает воздушный компрессор 4, камеру сгорания высокого давления 5, газовую турбину высокого давления 6 (компрессорную турбину), камеру дожигания 7 с впрыскивающим устройством 8, парогазовую турбину низкого давления 9 (свободную силовую турбину), электрогенератор 10, противодавленческую паровую турбину 11, паропровод "энергетического" 12 и "экологического" пара 13, трубопровод перегретого пара 14, трубопровод парогазовой смеси 15.

Блок утилизации тепла парогазовой смеси 2 включает паровой котел-утилизатор 16, содержащий пароперегреватель 17, испаритель 18, водяной экономайзер 19, газоводяной подогреватель 20, оросительное устройство 21, газоохладитель-конденсатор 22 с сепарационным устройством, выхлопной газоход 23 с дымососом, трубопровод сепарированной воды 24, трубопроводы прямой 32 и обратной 33 сетевой воды теплосети.

Блок 3 использования теплоты сепарированной воды включает бак сепарированной воды 25, трубопровод оросительной воды 26, трубопровод питательной воды 27 котла-утилизатора 16 с питательным насосом, фильтр умягчения и деаэратор питательной воды 28, теплонасосную установку 29, трубопроводы 30 и 31 сетевой воды.

Газопаровая теплоэлектроцентраль работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимают компрессором 4 газопаротурбинного блока 1, направляют его в камеру сгорания высокого давления 5 и сжигают в нем топливо.

Продукты сгорания топлива последовательно расширяют в турбинах высокого 6 и низкого давления 9. Газовая турбина высокого давления 6 газопаротурбинного блока 1 работает на продуктах сгорания топлива, выходящих из основной камеры сгорания 5.

Полезную работу газовой турбины высокого давления 6 используют для сжатия воздуха в компрессоре 4. К продуктам сгорания топлива, отработавшим в газовой турбине высокого давления 6, по паропроводу 12, через паропровод 13 из противодавленческой паровой турбины 11 подают "экологический" пар, используя его для впрыска в продукты сгорания, вышедшие из турбины высокого давления 6. В дополнительную камеру дожигания 7 подводят топливо. Во впрыскивающее устройство 8 дополнительной камеры дожигания 7 по паропроводу 12 подают "энергетический" поток пара.

Температуру образовавшейся парогазовой смеси на входе в неохлаждаемую парогазовую турбину 9 устанавливают на уровне 900°С.

Полезную работу парогазовой турбины 9 и противодавленческой паровой турбины 11 используют для привода электрогенератора 10 и выработки электроэнергии.

Парогазовую смесь, вышедшую из парогазовой турбины 9, по трубопроводу парогазовой смеси 15 подают в котел-утилизатор 16 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси. Теплоту парогазовой смеси утилизируют в котле-утилизаторе 16 для выработки перегретого пара высокого давления. Питательную воду подают в экономайзер 19 котла-утилизатора 16. В испарительной поверхности 18 генерируют насыщенный пар. После перегрева в пароперегревателе 17 перегретый пар высокого давления со стандартными начальными параметрами подводят по паропроводу 14 к противодавленческой паровой турбине 11 газопаротурбинного блока 1. Парогазовую смесь после водяного экономайзера 19 охлаждают в газоводяном подогревателе 20, нагревая в нем сетевую воду теплосети, подводимую в него по трубопроводу 31 обратной линии теплосети и отводимую по трубопроводу 32 прямой линии теплосети.

В парогазовую смесь, охлажденную в газоводяном подогревателе 20 котла-утилизатора 15, через оросительное устройство 21 впрыскивают охлаждающую воду с температурой 20-30°С, подводимую из блока 3 использования теплоты сепарированной воды по трубопроводу оросительной воды 26. За счет этого в газоохладителе-конденсаторе 22 конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси. В сепарационном устройстве газоохладителя-конденсатора 23 сепарируют смесь конденсата парогазовой смеси и оросительной воды от продуктов сгорания топлива. Продукты сгорания по выхлопному газоходу 23 с дымососом сбрасывают в атмосферу.

Сепарированную в сепарационном устройстве газоохладителя - конденсатора 22 воду по трубопроводу 24 подают в бак сепарированной воды 25. Меньшую часть сепарированной воды по трубопроводу питательной воды 27 после ее умягчения и деаэрации в установке 28 подают питательным насосом на вход в водяной экономайзер 19 котла-утилизатора 16 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси.

Большую часть сепарированной воды подают на вход в теплонасосную установку 29, в которой ее охлаждают, нагревая в ней сетевую воду. Сетевую воду по трубопроводу 30 подводят в теплонасосную установку 29 из трубопровода обратной линии теплосети 33 и отводят ее по трубопроводу 31 сетевой воды в прямую линию теплосети 32 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси.

Охлажденную в теплонасосной установке 29 большую часть сепарированной воды по трубопроводу оросительной воды 26 подают в оросительное устройство 21 для впрыска в парогазовую смесь, выходящую из газоводяного подогревателя 20 котла-утилизатора 16 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси.

Газопаровая теплоэлектроцентраль относится к области энергетики. Газопаровая теплоэлектроцентраль содержит газопаротурбинный блок с газовой турбиной высокого давления, противодавленческой паровой турбиной, паропроводами "энергетического" и "экологического" пара, блок утилизации тепла парогазовой смеси с паровым котлом-утилизатором, газоводяным подогревателем, газоохладителем - конденсатором, блок использования теплоты сепарированной воды, при этом в газопаротурбинном блоке дополнительно размещены парогазовая турбина низкого давления и камера дожигания, установленная между газовой турбиной высокого давления и парогазовой турбиной низкого давления; выход противодавленческой паровой турбины соединен паропроводом "экологического" пара с выходом газовой турбины высокого давления и с камерой дожигания. Изобретение позволяет осуществить разработку газопаровой теплоэлектроцентрали, которая обеспечивает повышение ее мощности и экономичности при использовании существующих противодавленческих паровых турбин со стандартными начальными параметрами пара. 2 ил.

Газопаровая теплоэлектроцентраль, содержащая газопаротурбинный блок с газовой турбиной высокого давления, соединенный с камерой дожигания и парогазовой турбиной низкого давления, противодавленческой паровой турбиной, выход которой соединен паропроводом «экологического» пара с выходом газовой турбины высокого давления, блок утилизации тепла парогазовой смеси с паровым котлом - утилизатором, газоводяным подогревателем, газоохладителем - конденсатором, блок использования теплоты сепарированной воды, отличающаяся тем, что газопаротурбинный блок содержит паропровод «энергетического» пара, а блок использования теплоты сепарированной воды содержит бак сепарированной воды и теплонасосную установку, причем паропровод «энергетического» пара подсоединен к выходу противодавленческой паровой турбины и к камере дожигания, а бак сепарированной воды подключен к паровому котлу - утилизатору и соединен с теплонасосной установкой, нагревающей сетевую воду.