ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКОЙ Российский патент 2014 года по МПК F01K21/04 

Энергетическая установка с парогазовой установкой относится к области энергетики, а точнее к модернизации конденсационных паротурбинных электростанций.

Известны паротурбинные энергоблоки с промежуточным перегревом пара с докритическими и сверхкритическими начальными параметрами пара. Наряду с высокой мощностью, они имеют сравнительно невысокую тепловую экономичность при КПД 40-41% [Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. Учебник для вузов. М.: Энергия, 1976. Рис. 16-3, стр. 14-15, рис. 13-1].

Одним из направлений повышения экономичности энергетических блоков является применение суперсверхкритических параметров пара (ССКП), позволяющих достичь КПД блоков в 45-46% (Ильин Е.Г., Тишин С.А. «Перспективные технологии и энергоустановки для производства тепловой и электрической энергии. Раздел 6. Опыт использования суперсверхкритических параметров пара». http://www.nst.e-apbe.ru/book/6.1.4.pdf). Еще большая экономичность паротурбинных энергоблоков может быть достигнута при их надстройке парогазовыми установками. (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ. 2002) (патент РФ №2106500, F01K 7/00). Теплота отработавших газов газотурбинных ГТУ используется в котле-утилизаторе для выработки пара, поступающего в паровую турбину.

Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и конденсационной паровой турбиной. Ротор конденсационной паровой турбины соединен валом с ротором компрессора, а ротор газовой турбины соединен валом с ротором электрического генератора. Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора имеет, по сравнению с типовыми парогазовыми установками, повышенную температуру газа на выходе газовой турбины, большую паропроизводительность котла-утилизатора и меньшую удельную стоимость (Зарянкин А.Е., Зарянкин В.А., Сторожук С.К., Арианов С.В. Сравнительный анализ схем ПТУ с газотурбинным и паротурбинным приводами компрессора. Газотурбинные технологии, 2008, № 3., стр.46).

Эта парогазовая установка, принятая за прототип изобретения, не может быть использована для надстройки существующих конденсационных паротурбинных энергоблоков с повышением их мощности и тепловой экономичности.

Целью предлагаемого изобретения является повышение тепловой экономичности и мощности энергетических установок с типовыми паротурбинными энергоблоками за счет их надстройки парогазовыми установками с паровым приводом компрессора без проведения реконструкции паровых котлов, а также основного и вспомогательного энергетического оборудования паротурбинных энергоблоков.

Поставленная цель достигается за счет того, что типовой паротурбинный энергоблок с докритическими или сверхкритическими параметрами пара надстраивают парогазовой установкой с приводом компрессора от конденсационной паровой турбины с суперсверхкритическими начальными параметрами пара.

Энергетическая установка с парогазовой установкой, содержащая: газотурбинную установку с компрессором низкого давления, промежуточным воздухоохладителем, компрессором высокого давления, камерой сгорания высокого давления, газовой турбиной высокого давления, камерой сгорания низкого давления, газовой турбиной низкого давления, электрогенератором; котел-утилизатор с парогенератором, конденсационную паровую турбину; выхлоп газовой турбины низкого давления соединен газоходом с входом котла-утилизатора, пароперегреватель связан паропроводом с входом конденсационной паровой турбины, роторы газовой турбины высокого и низкого давления связаны общим валом с ротором электрогенератора, роторы компрессора низкого и высокого давления связаны общим валом с ротором конденсационной паровой турбины; причем котел-утилизатор парогазовой установки и конденсационная паровая турбина газотурбинного блока выполнены с суперсверхкритическим давлением питательной воды и генерируемого пара; в энергетической установке применен конденсационный паротурбинный энергоблок, содержащий паровой котел с промежуточным пароперегревателем, конденсационную паровую турбину, деаэратор высокого давления, питательный насос, регенеративные подогреватели низкого и высокого давления, электрогенератор, конденсационный паротурбинный энергоблок дополнительно снабжен вакуумным деаэратором; парогазовая установка дополнительно снабжена промежуточным воздухоохладителем, пароперегревателем суперсверхкритических параметров пара, бустерным питательным насосом, питательным насосом суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом; в котле-утилизаторе дополнительно установлены газоводяной подогреватель питательной воды паротурбинного энергоблока и газоводяной подогреватель деаэрированной воды; пароперегреватель парового котла связан паропроводом с входом конденсационной паровой турбины паротурбинного энергоблока, конденсатор которой соединен трубопроводом с газоводяным подогревателем питательной воды; пароперегреватель суперсверхкритических параметров пара размещен в газоходе низкого давления газотурбинной установки между газовой турбиной высокого давления и камерой сгорания низкого давления, промежуточный воздухоохладитель размещен в воздуховоде между компрессорами низкого и высокого давления; выход котла-утилизатора связан паропроводом суперсверхкритического давления через пароперегреватель суперсверхкритических параметров пара и паропровод суперсверхкритического давления с входом конденсационной паровой турбины с суперсверхкритическими начальными параметрами пара, конденсатор которой связан трубопроводами конденсата через промежуточный воздухоохладитель с первым входом дополнительного вакуумного деаэратора, питательный насос суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом связан с входом газоводяного подогревателя питательной воды котла-утилизатора; вход конденсационной паровой турбины турбопривода питательного насоса суперсверхкритического давления связан паропроводом с горячим трубопроводом промперегрева паротурбинного энергоблока, конденсатор которой соединен конденсатопроводом со вторым входом дополнительного вакуумного деаэратора, при этом его третий вход соединен трубопроводом с деаэратором высокого давления паротурбинного энергоблока; выход дополнительного вакуумного деаэратора соединен трубопроводом деаэрированной воды через бустерный насос с входом газоводяного подогревателя, выход которого связан трубопроводом питательной воды с входом питательного насоса суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом; питательный насос паротурбинного энергоблока через газоводяной подогреватель питательной воды паротурбинного энергоблока соединен с входом парового котла.

Предлагаемое изобретение имеет ряд новых признаков по сравнению с прототипом:

-конденсационная паровая турбина парогазовой установки имеет суперсверхкритические параметры пара, что позволяет увеличить расход воздуха через компрессоры, электрическую мощность газовой турбины, расход газов через котел-утилизатор, повысить электрическую мощность конденсационной паровой турбины паротурбинного энергоблока за счет вытеснения регенеративных отборов пара на подогреватели высокого давления;

-применение двухступенчатого сжатия и двухступенчатого подвода тепла в газотурбинной установке и суперсверхкритических параметров в парогазовой установке позволяет повысить тепловую экономичность и электрическую мощность установки;

-применение газоводяного подогревателя питательной воды паротурбинного энергоблока позволяет снизить температуру уходящих газов и повысить КПД котла-утилизатора;

-размещение пароперегревателя суперсверхкритических параметров пара в газоходе низкого давления газотурбинной установки позволяет уменьшить его металлоемкость и снизить стоимость за счет экономии дорогой высоколегированной стали;

-предлагаемая энергетическая установка, включающая парогазовую установку, может применяться для надстройки паротурбинных энергоблоков как докритических, так и сверхкритических параметров пара, при этом не требуется реконструкция их тепловой схемы, что позволяет снизить капиталовложения в надстройку.

На фиг.1, приведена принципиальная схема энергетической установки с парогазовой установкой, а на фиг. 2 показана ее блок-схема.

На фиг. 1 показаны: 1- паротурбинный энергоблок, 2 - газотурбинный блок, 3 - блок утилизации тепла газотурбинной установки.

Паротурбинный энергоблок 1 включает: главный паропровод 16, конденсационную паровую турбину 17, электрогенератор 18, паровой котел с промежуточным пароперегревателем 19, горячий паропровод промперегрева 20, регенеративные подогреватели высокого давления 21, регенеративные подогреватели низкого давления 22, деаэратор высокого давления 23, питательный насос 24, трубопроводы питательной воды 25, трубопровод греющей воды 26, вакуумный деаэратор 27, трубопровод подогретого конденсата 28, трубопровод конденсата 29, трубопровод деаэрированной воды 30, трубопровод рециркуляции 31.

Газотурбинный блок 2 включает: конденсационную паровую турбину суперсверхкритических параметров пара 4, компрессор низкого давления 5, промежуточный воздухоохладитель 6, компрессор высокого давления 7, камеру сгорания высокого давления 8, газовую турбину высокого давления 9, пароперегреватель суперсверхкритических параметров пара 10, паропровод суперсверхкритического давления 11, газоход низкого давления 12, камеру сгорания низкого давления 13, газовую турбину низкого давления 14, электрогенератор 15.

Блок утилизации тепла газотурбинной установки 3 включает: газоход 32, котел-утилизатор 33, паропровод турбопривода 34, трубопровод подогретой питательной воды 35, паропровод суперсверхкритического давления 36, парогенератор суперсверхкритического давления 37, газоводяной подогреватель питательной воды паротурбинного энергоблока 38, питательный насос суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом 39, газоводяной подогреватель деаэрированной воды 40, бустерный насос 41, трубопровод конденсата 42, выхлопной газопровод 43.

Паровой котел с промежуточным пароперегревателем 19 паротурбинного энергоблока 1 подключен паропроводом острого пара к конденсационной паровой турбине 17, соединенной общим валом с электрогенератором 18. Конденсатор турбины 17 связан трубопроводом через регенеративные подогреватели низкого давления 22 с деаэратором высокого давления 23. Последний через питательный насос высокого давления 24 соединен первым трубопроводом питательной воды 25 через подогреватели высокого давления 21 с паровым котлом 19, а вторым трубопроводом питательной воды 25 соединен через газоводяной подогреватель питательной воды 38 паротурбинного энергоблока и трубопровод подогретой питательной воды 35 с входом парового котла 19. Деаэратор высокого давления 23 соединен трубопроводом греющей воды 26 с первым входом вакуумного деаэратора 27. Второй вход которого, соединен трубопроводом подогретого конденсата 28 через промежуточный воздухоохладитель 6, размещенный в воздуховоде между компрессорами низкого и высокого давления, с конденсатором конденсационной турбины суперсверхкритических параметров пара 4. Третий вход вакуумного деаэратора 27 соединен конденсатопроводом 29 с конденсатором турбины турбопривода питательного насоса суперсверхкритического давления 39. Выход вакуумного деаэратора 27 связан трубопроводом деаэрированной воды 30 через бустерный насос 41, газоводяной подогреватель деаэрированной воды 40 и питательный насос суперсверхкритического давления 39 с конденсационным турбоприводом с входом парогенератора суперсверхкритического давления 37 котла - утилизатора 33, а также через трубопровод рециркуляции 31 и трубопровод конденсата 29 с третьим входом вакуумного деаэратора 27. Выход парогенератора суперсверхкритического давления 37 соединен паропроводом суперсверхкритического давления 36 с входом пароперегревателя суперсверхкритических параметров пара 10. Выход последнего соединен паропроводом суперсверхкритического давления 11 с входом конденсационной паровой турбины суперсверхкритических параметров пара 4, имеющей общий вал с компрессорами низкого 5 и высокого давления 7. Выход компрессора низкого давления 5 через промежуточный воздухоохладитель 6 и компрессор высокого давления 7 связан с камерой сгорания высокого давления 8. Последняя через газовую турбину высокого давления 9, пароперегреватель суперсверхкритических параметров пара 10, газоход низкого давления 12, камеру сгорания низкого давления 13, газовую турбину низкого давления 14 связан газоходом 32 с котлом-утилизатором 33. Роторы газовых турбин высокого 9 и низкого давления 14 соединены общим валом с ротором электрогенератора 15. Выход котла-утилизатора 33 связан выхлопным газопроводом 43 с атмосферой.

Энергетическая установка с парогазовой установкой, надстраивающей паротурбинный энергоблок, работает следующим образом.

Воздух, сжатый в компрессоре низкого давления 5, охлаждают в промежуточном воздухоохладителе 6, используя его теплоту для подогрева конденсата пара конденсационной паровой турбины суперсверхкритических параметров пара 4, подводимого в промежуточный воздухоохладитель 6 по трубопроводу конденсата 42 и отводимого в вакуумный деаэратор 27 по трубопроводу подогретого конденсата 28. Воздух, охлажденный в промежуточном воздухоохладителе 6, сжимается в компрессоре высокого давления 7, в камере сгорания высокого давления 8 в нем сжигается топливо. Продукты сгорания расширяются в газовой турбине высокого давления 9, охлаждаются в пароперегревателе суперсверхкритических параметров пара 10, перегревая пар, подводимый по паропроводу суперсверхкритического давления 36 из парогенератора суперсверхкритического давления 37 котла-утилизатора 33. Перегретый пар по паропроводу суперсверхкритического давления 11 подводится к конденсационной паровой турбине суперсверхкритических параметров пара 4, полезная работа которой используется для привода компрессоров низкого 5 и высокого давления 7. Продукты сгорания, после газовой турбины 9, частично охлаждаются в пароперегревателе суперсверхкритических параметров 10, по газопроводу низкого давления 12 проходят через камеру сгорания низкого давления 13, где производится повышение их температуры за счет сжигания топлива, затем они расширяются в газовой турбине низкого давления 14 и, по газоходу 32, направляются в котел-утилизатор 33. Полезная работа газовой турбины высокого давления 9 и газовой турбины низкого давления 14 используется для выработки электроэнергии в электрогенераторе 15. В котле-утилизаторе 33 теплота газов используется для генерации пара в парогенераторе суперсверхкритического давления 37, для нагрева питательной воды в газоводяном подогревателе питательной воды паротурбинного энергоблока 38, а также для нагрева питательной воды в газоводяном подогревателе деаэрированной воды 40. Охлажденные продукты сгорания по газоходу 43 сбрасываются в атмосферу. Перегретый пар из парового котла 19 паротурбинного энергоблока по главному паропроводу 16 подводится к конденсационной паровой турбине 17. Конденсат отработанного пара конденсационной паровой турбины 17 через регенеративные подогреватели низкого давления 22 подается в деаэратор высокого давления 23, где деаэрируется. Полезная работа конденсационной паровой турбины 17 используется для выработки электроэнергии в электрогенераторе 18. Часть перегретого пара после промежуточного пароперегревателя парового котла 19 по паропроводу турбопривода 34 подается на вход конденсационной паровой турбины турбопривода питательного насоса суперсверхкритического давления 39. Полезную работу этой турбины используют для привода питательного насоса суперсверхкритического давления 39. Конденсат пара из ее конденсатора подается по конденсатопроводу 29 во второй вход вакуумного деаэратора 27. В первый вход вакуумного деаэратора 27 из деаэратора высокого давления 23 подается греющая вода по трубопроводу греющей воды 26. В третий вход вакуумного деаэратора 27 по трубопроводу подогретого конденсата 28, предварительно подогретого в промежуточном воздухоохладителе 6, подается конденсат конденсационной паровой турбины суперсверхкритических параметров пара 4. Питательная вода из деаэратора высокого давления 23 паротурбинного энергоблока 1 подается питательным насосом 24 по первому трубопроводу питательной воды 25 через регенеративные подогреватели высокого давления 21 в паровой котел 19. Питательная вода, подаваемая по второму трубопроводу питательной воды 25 в газоводяной подогреватель питательной воды 38 паротурбинного энергоблока, подогревается в нем теплотой продуктов сгорания газовой турбины и по трубопроводу подогретой питательной воды 35 направляется в паровой котел 19. Деаэрированная вода из выходного патрубка вакуумного деаэратора 27 по трубопроводу деаэрированного конденсата 30 через бустерный насос 41, газоводяной подогреватель деаэрированной воды 40 и питательный насос суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом 39 подается в парогенератор суперсверхкритического давления 37. Образуемый в нем пар по паропроводу суперсверхкритического давления 36 поступает в пароперегреватель суперсверхкритических параметров пара 10 и далее по паропроводу суперсверхкритического давления 11 поступает в конденсационную паровую турбину суперсверхкритических параметров пара 4.

Изобретение относится к энергетике. Энергетическая установка, включающая парогазовую установку, может применяться для надстройки паротурбинных энергоблоков, причем надстраивают парогазовой установкой с приводом компрессора от конденсационной паровой турбины с суперсверхкритическими начальными параметрами пара. Изобретение позволяет повысить тепловую экономичность и мощность энергетических установок с типовыми паротурбинными энергоблоками. 2 ил.

Энергетическая установка с парогазовой установкой, содержащая: газотурбинную установку с компрессором низкого давления, промежуточным воздухоохладителем, компрессором высокого давления, камерой сгорания высокого давления, газовой турбиной высокого давления, камерой сгорания низкого давления, газовой турбиной низкого давления, электрогенератором; котел-утилизатор с парогенератором, конденсационную паровую турбину; выхлоп газовой турбины низкого давления соединен газоходом с входом котла-утилизатора, пароперегреватель связан паропроводом с входом конденсационной паровой турбины, роторы газовой турбины высокого и низкого давления связаны общим валом с ротором электрогенератора, роторы компрессора низкого и высокого давления связаны общим валом с ротором конденсационной паровой турбины; отличающаяся тем, что котел-утилизатор парогазовой установки и конденсационная паровая турбина газотурбинного блока выполнены с суперсверхкритическим давлением питательной воды и генерируемого пара; в энергетической установке применен конденсационный паротурбинный энергоблок, содержащий паровой котел с промежуточным пароперегревателем, конденсационную паровую турбину, деаэратор высокого давления, питательный насос, регенеративные подогреватели низкого и высокого давления, электрогенератор, конденсационный паротурбинный энергоблок дополнительно снабжен вакуумным деаэратором; парогазовая установка дополнительно снабжена промежуточным воздухоохладителем, пароперегревателем суперсверхкритических параметров пара, бустерным питательным насосом, питательным насосом суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом; в котле-утилизаторе дополнительно установлены газоводяной подогреватель питательной воды паротурбинного энергоблока и газоводяной подогреватель деаэрированной воды; пароперегреватель парового котла связан паропроводом с входом конденсационной паровой турбины паротурбинного энергоблока, конденсатор которой соединен трубопроводом с газоводяным подогревателем питательной воды; пароперегреватель суперсверхкритических параметров пара размещен в газоходе низкого давления газотурбинной установки между газовой турбиной высокого давления и камерой сгорания низкого давления, промежуточный воздухоохладитель размещен в воздуховоде между компрессорами низкого и высокого давления; выход котла-утилизатора связан паропроводом суперсверхкритического давления через пароперегреватель суперсверхкритических параметров пара и паропровод суперсверхкритического давления с входом конденсационной паровой турбины с суперсверхкритическими начальными параметрами пара, ее конденсатор связан трубопроводами конденсата через промежуточный воздухоохладитель с первым входом дополнительного вакуумного деаэратора, питательный насос суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом связан с входом газоводяного подогревателя питательной воды котла-утилизатора; вход конденсационной паровой турбины турбопривода питательного насоса суперсверхкритического давления связан паропроводом с горячим трубопроводом промперегрева паротурбинного энергоблока, ее конденсатор соединен конденсатопроводом со вторым входом дополнительного вакуумного деаэратора, при этом его третий вход соединен трубопроводом с деаэратором высокого давления паротурбинного энергоблока; выход дополнительного вакуумного деаэратора соединен трубопроводом деаэрированной воды через бустерный насос с входом газоводяного подогревателя, выход которого связан трубопроводом питательной воды с входом питательного насоса суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом; питательный насос паротурбинного энергоблока через газоводяной подогреватель питательной воды паротурбинного энергоблока соединен с входом парового котла.