СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ Российский патент 2008 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Уровень техники заключается в следующем. Известен способ работы тепловой электрической станции (ТЭС), включающий в себя получение механической энергии посредством паровой и газовой турбин; выработку электрической энергии; конденсацию пара, отработавшего в паровой турбине; подогрев конденсата для подготовки питательной воды; утилизацию тепловой энергии газа, отработавшего в газовой турбине (RU №2369009 С2, МКИ F01K 13/00 от 2006.01.27).

Недостатком известного изобретения является то, что утилизация тепловой энергии газа, отработанного в газовой турбине, осуществляется в ограниченной части регенеративных подогревателей питательной воды. Однако с повышением мощности газовой турбины относительно паровой турбины в интегральной тепловой схеме парогазовой установки (ПГУ) тепловой электрической станции реализация известного изобретения не предусматривает возможности полной и глубокой утилизации тепловой энергии газового потока, выходящего из проточной части газовой турбины. С повышением мощности газовой турбины и соответственно массового расхода газа количество остаточной тепловой энергии может превышать нормативное количество, необходимое для частичного подогрева питательной воды. Кроме этого, известное изобретение не предусматривает возможности использования тепловой энергии газа для подогрева низкотемпературного и влажного пара непосредственно в проточной части паровой турбины, включая каналы турбинных ступеней.

Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого технического результата, заключается в том, что с увеличением мощности газовой турбины относительно мощности паровой турбины в интегральной схеме ПГУ при частичном переводе некоторых регенеративных подогревателей питательной воды с греющего пара на газ, а также при отсутствии возможности подогрева газом сетевой воды и пара промышленного отбора невозможно осуществить полную и глубокую утилизацию тепловой энергии газового потока, покидающего проточную часть газовой турбины. Кроме этого, в известном изобретении непосредственно в проточной части паровой турбины не предусмотрен дополнительный подогрев газом низкотемпературного пара, способствующего образованию крупнодисперсной влаги в проточной части турбины, повышающей эрозионный износ облапатывания сопловых и рабочих аппаратов турбинных ступеней.

Изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности работы тепловой электрической станции независимо от соотношения мощностей газовой и паровой турбин в составе интегральной парогазовой установки за счет: полной и глубокой утилизации тепловой энергии газа, отработавшего в газовой турбине, в проточной части паровой турбины при направлении газового потока в радиальные каналы и/или полости, образованные в сопловых лопатках турбинных ступеней, в газожидкостных подогревателях питательной и сетевой воды, а также пара промышленного отбора; снижения степени влажности пара непосредственно в проточной части турбины для повышения надежности и долговечности облапатывания сопловых и рабочих аппаратов турбинных ступеней при использовании сопловых лопаток в качестве теплообменных элементов.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения заключается в том, что в интегральной парогазовой тепловой схеме ПГУ тепловой электрической станции независимо от соотношения мощностей газовой и паровой турбин используют возможность полной и глубокой утилизации тепловой энергии газов, отработанных в газовой турбине. Процесс утилизации тепловой энергии газа осуществляется, во-первых, непосредственно в проточной части паровой турбины при направлении газового потока в радиальные каналы и/или полости, образованные в сопловых лопатках паротурбинных ступеней цилиндра низкого давления. При этом отработанный в турбине газовый поток с относительно низким теплосодержанием направляют параллельно и одновременно в радиальные каналы и/или полости сопловых лопаток с последующим выходом в окружающую среду, а при относительно высоком теплосодержании газовый поток направляют последовательно от каналов и/или полостей лопаток соплового аппарата последней ступени к сопловым лопаткам предыдущей по ходу пара ступени, с выходом газа в окружающую среду из лопаток соплового аппарата первой ступени. Таким образом, процесс утилизации тепловой энергии отработанного в турбине газа, направляемого непосредственно в конструктивные элементы (сопловые лопатки) турбины, аналогичен процессу работы утилизационного парогенератора или котла. Повышение энтальпии низкотемпературного пара в проточной части паровой турбины исключает возможность образования крупнодисперсной влаги и способствует повышению эффективности работы облапатывания паровой турбины и ее надежности в эксплуатационных условиях, особенно на нерасчетных режимах при снижении, например, начальных параметров пара на входе в турбину. Использование тепловой энергии отработанного газа в подогревателях питательной и сетевой воды, а также пара промышленного отбора вместо тепловой энергии высокотемпературного пара способствует сохранениию расхода пара на протяжении всей проточной части турбины и повышению мощности паровой турбины и соответственно мощности генератора электрической энергии в интегральной схеме ПГУ.

Указанный технический результат осуществляется заявляемым способом, включающим выработку электрической энергии на тепловой станции при использовании интегральной тепловой схемы парогазовой установки при использовании паровой и газовой турбины а также генераторов электрической энергии; конденсацию отработанного в паровой турбине пара; подогрев питательной воды после конденсации пара; использование, независимо от соотношения мощностей газовой и паровой турбин, тепловой энергии газа, отработавшего в газовой турбине, за счет полной и глубокой ее утилизации при, во-первых, использовании подогрева низкотемпературного парового потока непосредственно в проточной части паровой турбины при направлении отработанного в турбине газового потока через радиальные каналы и/или полости конструктивных элементов проточной части - сопловых лопаток паротурбинных ступеней с последующим удалением низкопотенциального газа в окружающую среду. При этом в проточной части паровой турбины пар подогревается как при параллельном и одновременном, так и последовательном от ступени к ступени прохождении газа через радиальные каналы и/или полости в лопатках сопловых аппаратов паровых турбин. Избыточная тепловая энергия газа, отработавшего в газовой турбине, также утилизируется в газожидкостных подогревателях питательной и сетевой воды, а также в подогревателе промышленного отбора пара.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом заключается в том, что полная и глубокая утилизация тепловой энергии газа отработавшего в газовой турбине ПГУ позволяет существенно повысить эффективность работы ТЭС. При этом процесс полной и глубокой утилизации, то есть процесс снижения теплосодержания газа до минимально возможного состояния, способствует повышению эксплуатационной эффективности ТЭС. Подогрев низкотемпературного пара непосредственно в проточной части паровой турбины за счет организации параллельного или последовательного движения отработанного газа через радиальные каналы и/или полости сопловых лопаток турбинных ступеней вызывает повышение степени сухости пара и препятствует образованию крупнодисперсной влаги на поверхностях облапатывания и в ядре парового потока. Снижение содержания влаги в проточной части паровой турбины и ее полное устранение, как известно, не только повышает КПД турбины, но и увеличивает срок ее безаварийной эксплуатации, так как предотвращается эрозионный износ поверхности рабочих лопаток. Использование тепловой энергии отработавшего газа взамен тепловой энергии высокотемпературного пара в подогревателях питательной и сетевой воды, а также в подогревателе промышленного отбора пара способствует полной и глубокой утилизации избыточной тепловой энергии газа. Замена греющего пара отработанным газом в подогревателях питательной и сетевой воды, а также в подогревателях промышленного отбора пара позволяет повысить эффективность ТЭС за счет сохранения расхода пара в проточной части паровой турбины и соответственно увеличить мощность генератора электрической энергии.

Заявляемый способ работы тепловой электрической станции с подтверждением возможности получения искомого технического решения пояснен чертежом, где схематично показана принципиальная интегральная схема парогазовой установки тепловой электрической станции.

Тепловая электрическая станция, представляющая предложенный способ, содержит: компрессор 1 для сжатия воздуха; камеру сгорания 2, газовую турбину 3; генератор электрической энергии 4, потребляющий механическую энергию газовой турбины; распределитель 5 подводящего и распределяющего отработанный в турбине газовый поток по каналам сопловых лопаток турбинных ступеней паровой турбины цилиндра низкого давления 6; генератор электрической энергии 7, потребляющий механическую энергию паровой турбины; конденсатор 8 для конденсации отработанного пара в паровой турбине; конденсатный насос 9; деаэратор-подогреватель 10 питательной воды; насос 11 для подвода сетевой воды от потребителя 12 тепловой энергии в газожидкостный подогреватель 13; питательный насос 14 для нагнетания питательной воды в котел 15; цилиндра высокого давления 16 паровой турбины; парогазовый подогреватель 17 для подогрева пара, поступающего из промышленного отбора, расположенного в корпусе проточной части паровой турбины.

Пример реализации заявляемого способа работы тепловой электрической станции.

В компрессор 1 газотурбинной установки поступает воздух, который сжимается до необходимого давления и направляется в камеру сгорания 2, в которой происходит процесс горения органического топлива. Образованный в камере сгорания 2 высокотемпературный газ направляется в проточную часть газовой турбины 3. Механическая энергия, образованная на валу турбины 3 при взаимодействии газового потока с лопаточным аппаратом, передается на вал электрического генератора 4. Газ, отработанный в газовой турбине 3, направляется для использования остаточной тепловой энергии в паротурбинную установку: во-первых, отработанный в турбине 3 газ через распределитель 5 поступает в подогреватель низкотемпературного пара, расположенного в проточной части паровой турбины и состоящего из полых сопловых лопаток турбинных ступеней; во-вторых, часть отработанного газа направляется в газоводяной деаэратор-подогреватель 10 питательной воды и в газоводяной подогреватель 15 сетевой воды, а также в газопаровой подогреватель 17 промышленного отбора пара. Вырабатываемый в котле 15 пар направляется в проточную часть цилиндра высокого давления 16, а затем через промежуточный патрубок в проточную часть цилиндра низкого давления 6. Вырабатываемая механическая энергия паровой турбины превращается в электрическую в генераторе 7. Отработанный в паровой турбине пар конденсируется в конденсаторе 8 и конденсатным насосом 9 направляется в газоводяной деаэратор-подогреватель 10, откуда питательным насосом 14 питательную воду нагнетают в котел 15.

Изобретение относится к теплоэнергетики, в частности к парогазовым установкам. В предложенной в парогазовой установке тепловой электрической станции используют возможность утилизации тепловой энергии газов, отработанных в газовой турбине. Процесс утилизации тепловой энергии газа осуществляется непосредственно в проточной части паровой турбины при направлении газового потока в радиальные каналы и/или полости, образованные в сопловых лопатках паротурбинных ступеней цилиндра низкого давления. Отработанный газ, направленный для утилизации непосредственно в конструктивные элементы (сопловые аппараты) турбины, работает в режиме утилизационного парогенератора. Повышение параметров низкотемпературного пара в проточной части паровой турбины исключает возможность образования крупнодисперсной влаги и способствует повышению эффективности работы паровой турбины и ее надежности в эксплуатационных условиях, особенно на нерасчетных режимах при снижении начальных параметров пара на входе в турбину. Использование тепловой энергии отработанного газа в подогревателях питательной, сетевой воды и пара промышленного отбора вместо энергии высокотемпературного пара способствует повышению мощности паровой турбины и соответственно генератора электрической энергии в интегральной схеме парогазовой установки тепловой электрической станции. Изобретение позволяет повысить эффективность работы тепловой электрической станции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы тепловой электрической станции, включающий в себя выработку электрической энергии, утилизацию тепловой энергии газа, отработавшего в газовой турбине, отличающийся тем, что в интегральной парогазовой тепловой схеме тепловой электрической станции независимо от соотношения мощностей газовой и паровой турбин, процесс утилизации тепловой энергии газа осуществляют направлением газового потока в пароподогреватель, расположенный непосредственно в проточной части паровой турбины и образованный сопловыми с радиальными каналами и/или полостями лопатками паротурбинных ступеней, в газожидкостные подогреватели питательной и сетевой воды и в подогреватель пара промышленного отбора с последующим удалением низкотемпературного газа в окружающую среду.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанный в турбине газовый поток с относительно низким теплосодержанием направляют параллельно и одновременно в радиальные каналы и/или полости сопловых лопаток паротурбинных ступеней с последующим выходом газа в окружающую среду.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанный в турбине газовый поток при относительно высоком теплосодержании направляют последовательно из каналов и/или полостей лопаток соплового аппарата последней ступени к сопловым лопаткам предыдущей по ходу пара ступени с выходом низкопотенциального газа в окружающую среду из лопаток соплового аппарата первой ступени.