ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЬ С ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКОЙ Российский патент 2006 года по МПК F01K21/04 F02C6/18 

Теплоэлектроцентраль с газотурбинной установкой относится к области энергетики, а точнее к теплоэлектроцентралям с газотурбинной установкой, и может быть применено на тепловых электростанциях.

Известна базовая теплоэлектроцентраль, содержащая котлоагрегат, главный паропровод, теплофикационную паровую турбину с регенеративными и теплофикационными отборами пара, электрогенератор, регенеративные подогреватели низкого и высокого давления, деаэратор высокого давления, питательный насос высокого давления, теплофикационную систему с сетевыми подогревателями, трубопроводами обратной и прямой сетевой воды.

Котельный агрегат связан главным паропроводом высокого давления с теплофикационной паровой турбиной, ротор которой соединен валом с ротором электрогенератора. Регенеративные отборы пара теплофикационной паровой турбин соединены паропроводами с регенеративньми подогревателями, а ее теплофикационные отборы с сетевыми подогревателями теплофикационной системы, подключенными на входе к трубопроводу обратной, а на выходе к трубопроводу прямой сетевой воды теплосети [Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. Учебник для вузов. Изд. 2-5 перераб. и доп., М.: Энергия, 1976., 12-2 б].

Имеется острая необходимость модернизации этих теплоэлектроцентралей с повышением их тепловой экономичности.

Наиболее эффективна их модернизация путем надстройки газотурбинными установками с паровыми котлами-утилизаторами. При этом пар от котлов-утилизаторов подают по паропроводам перегретого пара в главный паропровод теплоэлектроцентрали. Но при использовании большинства ГТУ из-за пониженных температур газа на их выхлопе в котлах-утилизаторах не обеспечивается генерация стандартных для теплоэлектроцентралей параметров пара, поэтому при этом перед котлами-утилизаторами ГТУ устанавливают камеры дожигания топлива (С.Цанев, В.Буров, В.Торжков. Эффективность использования дожигания топлива в схемах ПГУ-КЭС с одноконтурными котлами-утилизаторами. «Газотурбинные технологии» январь-февраль 2003 г., с.2-6).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является парогазовая установка с параллельной схемой работы на докритических параметрах пара (См. журнал Газотурбинные технологии, май-июнь 2003 г., стр.2-4, статья С.Цанева, В.Бурова, М.Соколова «Парогазовые установки с параллельной схемой работы на докритических параметрах пара»).

Данная парогазовая установка предназначена для технического перевооружения действующих паротурбинных установок, в том числе и теплофикационного типа, устанавливаемых на теплоэлектростанциях. Применение их для технического перевооружения существующих низкоэкономичных паротурбинных электростанций актуально как эффективное средство значительного улучшения показателей их тепловой экономичности и экологичности.

В то же время их применение возможно для сочетания газотурбинной установки с котлом-утилизатором и пылеугольной паротурбинной тепловой электростанции.

Указанная установка содержит блок паротурбинной установки (или теплоэлектроцентрали), включающий паровой котел, главный паропровод, паровую турбину (на теплоэлектроцентрали), соединенные паропроводами с сетевыми нагревателями-системы, имеющие теплофикационные отборы пара, электрогенератор, деаэратор высокого давления, питательный насос высокого давления.

Паровой котел связан главным паропроводом высокого давления с парогазовой турбиной, ротор которой соединен валом с ротором электрогенератора. Регенеративные отборы пара соединены паропроводами с регенеративными подогревателями. Блок газотурбинной установки включает саму установку с камерой сгорания и газовую турбину, соединенную валами с электрогенератором.

Блок утилизации тепла газотурбинной установки включает котел-утилизатор с парогенератором высокого давления, вход которого соединен с трубопроводом питательной воды, с блоком базовой паротурбинной установки, а выход с парогенератором высокого давления блока базовой паротурбинной установки.

В данной установке в парогенераторе вырабатывается пар стандартных параметров, подаваемый в главный паропровод базовой паротурбинной установки. При этом в котел-утилизатор подается питательная вода из базовой паротурбинной установки с высоким давлением и температурой, что приводит к повышенным температурам после паровой части котла-утилизатора.

Задачей предлагаемого технического решения является модернизация базовой теплоэлектроцентрали с газотурбинной установкой, позволяющей повысить КПД этой теплоэлектроцентрали и уменьшить затраты на ее модернизацию, повысить КПД котла-утилизатора.

Поставленная цель достигается за счет того, что теплоэлектроцентраль с газотурбинной установкой содержит блок базовой теплоэлектроцентрали, включающий паровые котлы, паропровод высокого давления, теплофикационные паровые турбины, электрогенератор, регенеративные подогреватели низкого давления, деаэратор высокого давления, теплофикационную систему с трубопроводами обратной и прямой сетевой воды; газотурбинный блок, включающий воздушный компрессор, камеру сгорания высокого давления, газовую турбину высокого давления, камеру сгорания низкого давления, силовую газовую турбину низкого давления с выхлопным газоходом, электрогенератор; блок утилизации тепла газотурбинной установки, включающий паровой котел-утилизатор, с пароперегревателем, испарителем и водяным экономайзером и газоводяным подогревателем; газотурбинный блок связан выхлопным газоходом с блоком утилизации тепла отработавших продуктов сгорания, паровой котел-утилизатор которого соединен с блоком теплоэлектроцентрали паропроводом перегретого пара и трубопроводом питательной воды, а газоводяной подогреватель связан с блоком теплоэлектроцентрали трубопроводами охлажденной и подогретой сетевой воды, при этом блок базовой теплоэлектроцентрали дополнительно снабжен вакуумным деаэратором, подключенным на входе по нагреваемой среде трубопроводом основного конденсата к трубопроводу первого по ходу основного конденсата регенеративного подогревателя низкого давления теплоэлектроцентрали и по греющей среде к выходному трубопроводу питательной воды деаэратора высокого давления; на выходе вакуумный деаэратор подключен трубопроводом деаэрированной питательной воды через питательный насос к входу водяного экономайзера парового котла-утилизатора блока утилизации тепла газотурбинной установки.

Использование дополнительного вакуумного деаэратора питательной воды парового котла-утилизатора блока утилизации тепла газотурбинной установки позволяет снизить температуру питательной воды на входе в паровой котел-утилизатор, уменьшить температуру продуктов сгорания на выходе из парового котла-утилизатора и повысить его коэффициент полезного действия.

Уменьшение температуры газа на выходе из парового котла-утилизатора при заданной температуре уходящих газов из блока утилизации тепла газотурбинной установки позволяет снизить тепловую мощность газоводяного подогревателя и уменьшить вытеснение нагрузки теплофикационных отборов паровых турбин базовой теплоэлектроцентрали, повысить электрическую мощность и тепловую экономичность модернизируемой теплоэлектроцентрали.

На чертежах на фиг.1 показана блок-схема теплоэлектроцентрали с газотурбинной установкой, на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.

Блок-схема на фиг.1 состоит из трех блоков: базовая теплоэлектроцентраль 1; блок газотурбинной установки 2; блок утилизации тепла газотурбинной установки 3.

На чертеже фиг.2 показана принципиальная схема теплоэлектроцентрали.

Базовая теплоэлектроцентраль 1 включает главный паропровод 17, теплофикационную паровую турбину 18, электрогенератор 19, паровой котел 20, деаэратор высокого давления 21, регенеративные подогреватели низкого давления 22, трубопровод прямой 23 и трубопровод 24 обратной сетевой воды, трубопровод основного конденсата 25, вакуумный деаэратор 26, трубопровод подогретого конденсата 27, питательный насос 28, трубопровод питательной воды 29, трубопроводы охлажденной 30 и подогретой 31 сетевой воды.

Блок газотурбинной установки 2 включает воздушный компрессор 4, камеру сгорания высокого давления 5, газовую турбину высокого давления 6 (компрессорную турбину), камеру дожигания 7, газовую турбину низкого давления 8 (свободную силовую турбину), электрогенератор 9, выхлопной газопровод 10.

Блок утилизации тепла газотурбинной установки 3 включает котел-утилизатор 11, содержащий пароперегреватель 12, испаритель и водяной экономайзер 14, газоводяной подогреватель 15; паропровод высокого давления 13, выхлопной газоход 16.

Теплоэлектроцентраль с газотурбинной установкой выполнена следующим образом.

Паровой котел 20 базовой теплоэлектроцентрали 1 соединен главным паропроводом 17 с теплофикационной паровой турбиной 18, соединенной валом с электрогенератором 19. Вход регенеративных подогревателей низкого давления 22 соединен трубопроводом основного конденсата 25 с вакуумным деаэратором 26, который трубопроводом подогретого конденсата 27 соединен с деаэратором высокого давления 21. Выход вакуумного деаэратор 26 соединен трубопроводом питательной воды 29 через питательный насос 28 с входом водяного экономайзера 14 котла-утилизатора 11 блока утилизации тепла газотурбинной установки 3, трубопровод 24 обратной сетевой воды трубопроводом охлажденной сетевой воды 30 соединен с входом газоводяного подогревателя 15, а его выход трубопроводом подогретой сетевой воды 31 с связан трубопроводом прямой сетевой воды 23 базовой теплоэлектроцентрали 1.

Воздушный компрессор 4 соединен воздуховодом через камеру сгорания высокого давления 4 с газовой турбиной высокого давления 6, последний через камеру дожигания 7 связан газоходом с силовой газовой турбиной 8, выхлоп которой связан выхлопным газоходом 10 с котлом-утилизатором 11 блока 3 утилизации тепла газотурбинной установки. Ротор воздушного компрессора 4 соединен валом с ротором газовой турбины высокого давления 6, ротор силовой газовой турбины 8 связан с ротором электрогенератора 9.

В котле-утилизаторе 11 блока 3 утилизации тепла газотурбинной установки по ходу газа размещены пароперегреватель 12, испаритель и водяной экономайзер парового котла высокого давления и газоводяной подогреватель 15. Выхлопной газоход котла-утилизатора 11 связан выхлопным газоходом 16 с атмосферой. Выход пароперегревателя 12 парового котла-утилизатора соединен паропроводом высокого давления 13 с главным паропроводом 17, а вход его водяного экономайзера 14 связан трубопроводом питательной воды 29 через питательный насос 28 с вакуумным деаэратором 26 базовой теплоэлектроцентрали 1.

Теплоэлектроцентраль с газотурбинной установкой работает следующим образом.

Перегретый пар высокого давления вырабатывают в паровом котле 20 базовой теплоэлектроцентрали 1, по главному паропроводу 17 подводят его к теплофикационной паровой турбине 18 и расширяют его, полезную работу паровой турбины 18 используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 19. Пар из регенеративных отборов этой паровой турбины используют для подогрева питательной воды в регенеративных подогревателях низкого давления 22. Паром из теплофикационных отборов паровой турбины 18 производят подогрев сетевой воды, подводимой в базовую теплоэлектроцентраль 1 по трубопроводу 24 обратной сетевой воды и отводимой из нее по трубопроводу 23 прямой сетевой воды.

По трубопроводу основного конденсата 25 часть основного конденсата от первого по ходу основного конденсата регенеративного подогревателя низкого давления 22 направляют в вакуумный деаэратор 26 для его подогрева и деаэрации. В вакуумный деаэратор 26 по трубопроводу 27 из выходного трубопровода питательной воды деаэратора высокого давления 21 подают в качестве греющей среды также часть деаэрированной питательной воды из основного паротурбинного контура базовой теплоэлектроцентрали. Деаэрированную и подогретую в вакуумном деаэраторе 26 питательную воду по трубопроводу питательной воды 29 через питательный насос 28 подают в водяной экономайзер 14 котла-утилизатора 11 блока 3 утилизации тепла газотурбинной установки. Из трубопровода 24 обратной сетевой воды по трубопроводу 30 охлажденную сетевую воду подают на газоводяной подогреватель 15 блока 3 утилизации тепла газотурбинной установки и после подогрева в нем по трубопроводу 31 подогретой сетевой воды подают ее в трубопровод 23 прямой сетевой воды блока 1 базовой теплоэлектроцентрали.

Атмосферный воздух сжимают компрессором 4 газотурбинного блока 2, направляют его в камеру сгорания высокого давления 5 и сжигают в нем подводимое топливо. Продукты сгорания топлива расширяют в газовой турбине высокого давления 6. В камере дожигания 7 сжигают дополнительное топливо и повышают температуру газа перед силовой турбиной низкого давления 8. Полезную работу газовой турбины высокого давления 6 используют для сжатия воздуха в компрессоре 4. Полезную работу силовой газовой турбины низкого давления 8 используют для привода электрогенератора 19 и выработки электроэнергии. Отработавшие продукты сгорания силовой турбины 8 по выхлопному газоходу 10 подают в котел-утилизатор 11 блока 3 утилизации теплоты газотурбинной установки.

Теплоту отработавших продуктов сгорания утилизируют в котле-утилизаторе 11. Из пароперегревателя 12 пар по паропроводу высокого давления 13 подают в главный паропровод 17 базовой теплоэлектроцентрали

В водяной экономайзер 14 котла-утилизатора 11 по трубопроводу питательной воды 29 через питательный насос 28 подают деаэрированную питательную воду из вакуумного деаэратора 26 блока базовой теплоэлектроцентрали 1. Газы, вышедшие из парового котла-утилизатора, дополнительно охлаждают в газоводяном подогревателе 15 и по выхлопному газоходу 16 сбрасывают в атмосферу.

Предлагаемая компоновка теплоэлектроцентрали с газотурбинной установкой имеет преимущества как перед известными аналогами, так и перед прототипом и обеспечивает эффективную модернизацию базовых теплоэлектроцентралей при умеренных капиталовложениях.

Изобретение относится к области энергетики, а точнее к теплоэлектроцентралям с газотурбинной установкой, и может быть применено на тепловых электростанциях. Теплоэлектроцентраль с газотурбинной установкой содержит блок базовой теплоэлектроцентрали, при этом блок базовой теплоэлектроцентрали дополнительно снабжен вакуумным деаэратором, подключенным на входе по нагреваемой среде трубопроводом основного конденсата к трубопроводу первого по ходу основного конденсата регенеративного подогревателя низкого давления теплоэлектроцентрали и по греющей среде к выходному трубопроводу питательной воды деаэратора высокого давления; на выходе вакуумный деаэратор подключен трубопроводом деаэрированной питательной воды через питательный насос к входу водяного экономайзера парового котла-утилизатора блока утилизации тепла газотурбинной установки. Изобретение позволяет повысить КПД теплоэлектроцентрали и уменьшить затраты на ее модернизацию, повысить КПД котла-утилизатора. 2 ил.

Теплоэлектроцентраль с газотурбинной установкой содержит блок базовой теплоэлектроцентрали, включающий паровые котлы, паропровод высокого давления, теплофикационные паровые турбины, электрогенератор, регенеративные подогреватели низкого давления, деаэратор высокого давления, теплофикационную систему с трубопроводами обратной и прямой сетевой воды; газотурбинный блок, включающий воздушный компрессор, камеру сгорания высокого давления, газовую турбину высокого давления, камеру сгорания низкого давления, силовую газовую турбину низкого давления с выхлопным газоходом, электрогенератор, блок утилизации тепла газотурбинной установки, включающий паровой котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем и водяным экономайзером и газоводяным подогревателем; газотурбинный блок связан выхлопным газоходом с блоком утилизации тепла отработавших продуктов сгорания, паровой котел-утилизатор которого соединен с блоком теплоэлектроцентрали паропроводом перегретого пара и трубопроводом питательной воды, а газоводяной подогреватель связан с блоком теплоэлектроцентрали трубопроводами охлажденной и подогретой сетевой воды, при этом блок базовой теплоэлектроцентрали дополнительно снабжен вакуумным деаэратором, подключенным на входе по нагреваемой среде трубопроводом основного конденсата к трубопроводу первого по ходу основного конденсата регенеративного подогревателя низкого давления теплоэлектроцентрали и по греющей среде к выходному трубопроводу питательной воды деаэратора высокого давления; на выходе вакуумный деаэратор подключен трубопроводом деаэрированной питательной воды через питательный насос к входу водяного экономайзера парового котла-утилизатора блока утилизации тепла газотурбинной установки.