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 отработавшего в паровой турбине пара; подогрев конденсата для подготовки питательной воды и подогрев сетевой воды, поступающей от потребителей тепловой энергии; утилизацию тепловой энергии отработавшего в турбине газа в системе регенерации паровой турбины, которая частично байпасируется с заменой парового нагрева воды в отдельных регенеративных теплообменниках на газовый подогрев (RU №2369009 С₂, МКИ F01K 13/00 от 2006.01.27).

Недостатком известного способа работы ТЭС является то, что указанный способ предусматривает подогрев питательной воды в регенеративных подогревателях как при использовании тепловой энергии пара, отбираемого из проточной части паровой турбины, так и тепловой энергии газа, отработанного в газовой турбине. Однако с повышением экономичности интегральной парогазовой установки (ПГУ) реализация известного изобретения не предусматривает возможности глубокой и полной утилизации тепловой энергии уходящих газов из газовой турбины, особенно при увеличении ее мощности и соответственно расхода газа, превышающего нормативную потребность подогревателей питательной воды. Кроме этого, известное изобретение не предусматривает возможности подогрева низкотемпературного (влажного) пара, направляемого в проточную часть паровой турбины, например цилиндра низкого и/или среднего давления. Невозможность повышения степени сухости парового потока на входе в проточную часть снижает эффективность работы лопаточных аппаратов цилиндров низкого и/или среднего давления. Не предусмотрена также возможность использования тепловой энергии газа для перегрева пара промышленного отбора, отбираемого из проточной части паровой турбины.

Причиной, препятствующей получению в прототипе требуемого технического результата заключается в том, что в интегральной схеме ПГУ, особенно с увеличением мощности газовой турбины относительно мощности паровой турбины и соответственно с увеличением расхода газа при замене греющего пара на греющий газ в отдельных регенеративных подогревателях, невозможно осуществить глубокую и полную утилизацию тепловой энергии газа, отработанного в газовой турбине. В изобретении не предусмотрен дополнительный подогрев отработанным газом низкотемпературного (влажного) пара перед проточной частью турбины, дополнительный перегрев пара промышленного отбора, отбираемого из проточной части турбины, подогрев газом питательной и сетевой воды.

Изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности работы тепловой электрической станции за счет глубокой и полной утилизации тепловой энергии газа, отработавшего в газовой турбине, в регенеративных и сетевых газожидкостных подогревателях питательной и сетевой воды; повышения эффективности работы турбины низкого давления за счет предварительного снижения степени влажности пара в ее проточной части при использование подогрева низкотемпературного пара отработавшим в турбине газом; удаления пара для промышленного отбора из проточной части турбины с более низкими термодинамическими параметрами с последующим его перегревом отработавшим газом.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения заключается в том, что в интегральной тепловой схеме ПГУ тепловой электрической станции используют глубокую и полную утилизацию тепловой энергии газов, отработанных в газовой турбине. Процесс утилизации осуществляется в газожидкостном подогревателе и/или деаэраторе-подогревателе питательной воды и в газожидкостном подогревателе сетевой воды. Избыточная тепловая энергия газа используется для дополнительного перегрева промышленного отбора пара, выходящего из проточной части паровой турбины, а также для подогрева низкотемпературного (влажного) пара, поступающего в проточную часть паровой турбины, например цилиндра низкого или среднего давления. С повышением эффективности работы тепловой электрической станции за счет глубокой и полной утилизации тепловой энергии существенно уменьшаются эксплуатационные издержки при работе тепловой электрической станции, повышаются мощность и эффективность паровой турбины, надежность и долговечность облапатывания проточной части паровой турбины в части цилиндров низкого и среднего давления.

Указанный технический результат осуществляется заявляемым способом, включающим использование для выработки электрической энергии интегральной парогазовой установки, включающей выработку механической энергии как паровой, так и газовой турбиной; конденсацию отработавшего в паровой турбине пара; глубокую и полную утилизацию тепловой энергии отработавших газов газовой турбины независимо от соотношения мощностей газовой и паровой турбин; во-первых, за счет подогрева питательной воды после конденсации отработавшего пара в газожидкостном подогревателе и/или деаэраторе-подогревателе, а сетевой воды, поступающей от потребителей тепловой энергии, - в газожидкостном подогревателе; во-вторых, за счет подогрева в парогазовом подогревателе, встроенном в подводящем патрубке турбины, низкотемпературного (влажного) пара, поступающего в проточную часть паровой турбины, например цилиндра низкого или среднего давления; в-третьих, за счет перегрева промышленного пара, выходящего из отбора в проточной части паровой турбины, который осуществляют при регулировании избыточной тепловой энергии отработанного в турбине газа.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что глубокая и полная утилизация тепловой энергии газа, отработавшего в газовой турбине, при использовании интегральной тепловой схемы ПГУ позволяет существенно повысить эффективность работы тепловой электрической станции. При этом процесс утилизации, способствующий повышению эксплуатационной эффективности ТЭС, не ограничивается соотношением мощностей газовой и паровой турбин при использовании интегральной парогазовой установки. Подогрев питательной и сетевой воды в газожидкостном подогревателе и/или деаэраторе-подогревателе уменьшает не только эксплуатационные расходы при работе ТЭС, но также снижает потери тепловой мощности из-за снижения гидравлических сопротивлений в коммуникационных системах и теплообменных аппаратах в связи с их количественным уменьшением. Дополнительный перегрев пара из промышленного отбора позволяет осуществлять отбор пара из проточной части турбины с меньшими термодинамическими параметрами, что способствует дополнительному получению мощности в паровой турбине. Сохранение массового расхода пара с большими параметрами, как известно, повышает полезную механическую энергию паровой турбины и, как следствие, электрическую энергию генератора. Подогрев низкотемпературного (влажного) пара на входе в проточную часть турбины как цилиндра низкого, так и среднего давления за счет тепловой энергии отработавшего в турбине газа способствует повышению степени сухости пара в проточной части низкого или среднего давления и устраняет образование крупнодисперсной влаги в проточной части турбины, что повышает, как известно, не только КПД паровой турбины, но и увеличивает срок ее безаварийной эксплуатации.

Заявляемый способ работы тепловой электрической станции с использованием интегральной схемы ПГУ пояснен чертежом, на котором схематично показана принципиальная тепловая схема ТЭС.

Тепловая схема ТЭС, поясняющая предложенный способ, содержит: компрессор 1; камеру сгорания 2; газовую турбину 3; генератор электрической энергии 4; паровой котел 5; паровую турбину, состоящую из цилиндра высокого давления 6 и цилиндра низкого давления 8; подогревателя низкотемпературного пара 7; генератора электрической энергии 9; конденсатора 10; конденсатного насоса 11; газожидкостного деаэратора-подогревателя питательной воды 12; питательного насоса 13; газожидкостного перегревателя пара промышленного отбора 14; газожидкостного подогревателя сетевой воды 15; сетевого насоса 16 и теплового потребителя 17.

Рассмотрим пример реализации заявляемого способа работы тепловой электрической станции.

Вырабатываемый в котле 5 пар направляют в цилиндр высокого давления 6, затем через подогреватель 7 в цилиндр низкого давления 8. Механическая энергия, вырабатываемая турбиной, передается на вал генератора электрической энергии 9. Пар, отработанный в паровой турбине, конденсируется в конденсаторе 10, откуда получаемый конденсат конденсатным насосом 11 подают в систему питательной воды, предварительно пропустив через газожидкостный деаэратор-подогреватель 12, а затем подготовленную питательную воду с помощью питательного насоса 13 направляют в котел 5. Сетевая вода, возвращенная от источника потребления тепловой энергии 17, сетевым насосом 16 направляется через газожидкостный подогреватель 15 в теплосеть к внешнему потребителю тепловой энергии 17. Из компрессора 1 газотурбинной установки воздух под давлением подается в камеру сгорания 2, в которой происходит процесс горения топлива. Продукты сгорания или высокотемпературный газ направляется в проточную часть газовой турбины 3. В газовой турбине часть потенциальной тепловой энергии газа превращается в механическую энергию, которая с вала турбины 3 передается на ротор генератора электрической энергии 4. Отработанный в газовой турбине газ направляется в газожидкостные подогреватели питательной 12 и сетевой воды 15, в газожидкостный перегреватель пара 14, выходящего из промышленного отбора проточной части паровой турбины и в подогреватель низкотемпературного пара 7, поступающего в проточную часть цилиндра низкого давления. Для осуществления глубокой и полной утилизации тепловой энергии отработанного в турбине 3 газа организуют последовательное и/или параллельное прохождение газового потока через газожидкостные подогреватели: питательной воды, сетевой воды, пара промышленного отбора и низкотемпературного (влажного) пара. Организация по использованию тепловой энергии газа полностью определяется как реальным количеством, так и качеством отработавшего в газовой турбине газа и возможностями максимальной утилизации его тепловой энергии.

Изобретение относится к теплоэнергетики, в частности к выработке электроэнергии и утилизации отработавших в турбине газов. Процесс утилизации осуществляется в газожидкостном подогревателе и/или деаэраторе-подогревателе питательной воды и в газожидкостном подогревателе сетевой воды. Избыточная тепловая энергия газа используется для дополнительного перегрева промышленного отбора пара, выходящего из проточной части паровой турбины, а также для подогрева низкотемпературного (влажного) пара, поступающего в проточную часть паровой турбины, например цилиндра низкого или среднего давления. Изобретение позволяет повысить эффективность работы тепловой электрической станции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы тепловой электрической станции, включающий в себя получение механической энергии от газовой и паровой турбин для выработки электрической энергии в генераторе, конденсацию отработавшего в паровой турбине пара, подогрев конденсата для подготовки питательной воды, утилизацию тепловой энергии газа, отработавшего в газовой турбине, отличающийся тем, что в интегральной парогазовой схеме тепловой электрической станции при любом соотношении вырабатываемых мощностей газовой и паровой турбин используют утилизацию тепловой энергии газа, отработавшего в турбине, которая осуществляется в газопаровом подогревателе, встроенном в подводящем патрубке низкотемпературного (влажного) пара, поступающего в проточную часть паровой турбины как цилиндра низкого, так и среднего давления, в газожидкостном деаэраторе-подогревателе питательной воды и в газожидкостном подогревателе сетевой воды, при этом избыточная тепловая энергия газа используется также для дополнительного подогрева пара промышленного отбора, отбираемого из проточной части паровой турбины.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ направляют для подогрева питательной воды, сетевой воды, промышленного отбора и низкотемпературного (влажного) пара, организуя последовательное прохождение газа через газожидкостный деаэратор-подогреватель питательной воды, подогреватель низкотемпературного (влажного) пара, газожидкостный подогреватель сетевой воды, перегреватель промышленного отбора пара.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что газ направляют для подогрева питательной воды, сетевой воды, промышленного отбора и низкотемпературного (влажного) пара, организуя параллельное прохождение газа через газожидкостный деаэратор-подогреватель питательной воды, газожидкостный подогреватель сетевой воды, перегреватель промышленного отбора пара и подогреватель низкотемпературного (влажного) пара.