ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ С ВСТРОЕННЫМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ НАГРЕВОМ ТОПЛИВНОГО ГАЗА Российский патент 2016 года по МПК F01K7/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к электростанции комбинированного цикла с встроенным предварительным нагревом топливного газа. Изобретение дополнительно относится к способу работы электростанции комбинированного цикла с встроенным предварительным нагревом топливного газа.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Электростанция комбинированного цикла (ССРР) является электростанцией, объединяющей в себе газовую турбину и паровую турбину с высоким тепловым КПД, сконструированную так, чтобы проводить высокотемпературный выхлопной газ от газовой турбины к котлу-утилизатору (HRSG) и образовывать пар посредством тепловой энергии, содержащейся в выхлопном газе. Этот пар обеспечивает выработку энергии посредством паровой турбины и совместно с энергией, вырабатываемой посредством газовой турбины, возможно улучшать тепловой КПД, эквивалентный тепловой энергии, содержащейся в выхлопном газе, по сравнению с независимой выработкой энергии посредством газовой турбины.

Для улучшения теплового КПД CCPP наиболее эффективным является увеличение температуры горячего газа на входе газовой турбины до более высокой температуры. Тем не менее, даже с использованием новейшей технологии материала и сгорания, температуры горячего газа ограничены по причинам, связанным со сроком службы и с выбросами в окружающую среду. Для того чтобы дополнительно увеличить КПД CCPP, предложен предварительный нагрев топливного газа.

В EP0931911 A2 описано извлечение питающей воды высокого давления выше по потоку от барабана высокого давления для предварительного нагрева топливного газа. Затем холодная вода высокого давления охлаждается и выпускается в основной конденсатор.

Использование таких систем предварительного нагрева топливного газа улучшает общий КПД. Тем не менее, оно вызывает значительные потери энергии из-за использования тепла высокой степени из уровня высокого давления.

В DE 10 2007 054 467 A1 описан ступенчатый предварительный нагрев, использующий разные источники тепла из уровней промежуточного давления и низкого давления пароводяного цикла. После извлечения тепла вода, используемая для предварительного нагрева, возвращается в систему низкого давления HRSG. Система, описанная в DE 10 2007 054 467 A1, может привести к улучшенному КПД, но является сложной и дорогой. К тому же, все возвратные потоки идут в систему низкого давления, тем самым приводя к соответствующим потерям.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является предложение CCPP - электростанции комбинированного цикла с предварительным нагревом топливного газа, которая эффективно использует тепло из пароводяного цикла для достижения высокого КПД электростанции и минимальной потери мощности из-за предварительного нагрева топливного газа.

Согласно одному варианту осуществления такая CCPP содержит газовую турбину, пароводяной цикл с паровой турбиной и HRSG (котел-утилизатор) с по меньшей мере двумя уровнями давления. Дополнительно он содержит подогреватель топливного газа для предварительного нагрева топлива газовой турбины с первым теплообменником для предварительного нагрева топливного газа до первой повышенной температуры и второй теплообменник для дополнительного предварительного нагрева топливного газа до второй повышенной температуры. Первый теплообменник использует тепло, извлеченное с уровня более низкого давления пароводяного цикла, и второй теплообменник использует тепло, извлеченное с уровня наивысшего давления пароводяного цикла. Для этого первый теплообменник для предварительного нагрева топлива до первой повышенной температуры соединен с линией питающей воды с уровнем давления HRSG, который ниже наивысшего уровня давления HRSG, для подачи питающей воды в первый теплообменник. Второй теплообменник для дополнительного предварительного нагрева топливного газа до второй повышенной температуры соединен с питающей водой высокого давления с наивысшим уровнем давления HRSG, для подачи питающей воды высокого давления ко второму теплообменнику.

Предложенный предварительный нагрев топлива ведет к заметным преимуществам по сравнению с предшествующим уровнем техники. Во-первых, использование двух источников тепла с разными температурами приводит к увеличению КПД. К тому же, повторное введение возвратной воды в систему питающей воды уменьшает общие потери давления, происходящие со стороны воды из-за предварительного нагрева топлива.

Благодаря использованию двухступенчатых подогревателей может быть уменьшен размер теплообменника, работающего на уровне высокого давления. Первый теплообменник имеет меньшее конструктивное давление, посредством этого уменьшая стоимость.

Поскольку вода, покидающая подогреватель топливного газа, повторно вводится в систему питающей воды, может быть уменьшен размер насоса питающей воды для соответствующего уровня давления, на который возвращается вода.

Посредством использования двухступенчатого подогревателя топлива топливо может быть экономично предварительно нагрето до более высоких температур. Топливный газ может быть предварительно нагрет до температуры в диапазоне, например, 270-350°C. В частности, он может быть предварительно нагрет до температуры в диапазоне, например, 290-310°C

Использование воды для предварительного нагрева с точки зрения термодинамики является более эффективным, чем использование пара. К тому же, это позволяет использовать меньшие теплообменники.

В варианте осуществления CCPP первый теплообменник присоединен к линии питающей воды низкого давления или к линии питающей воды среднего давления HRSG для предварительного нагрева топливного газа до первой повышенной температуры. Второй теплообменник присоединен к выходу экономайзера HRSG с использованием питающей воды высокого давления для предварительного нагрева топливного газа до второй повышенной температуры. Первый теплообменник, например, может быть присоединен к трубопроводу питающей воды низкого давления или к трубопроводу питающей воды среднего давления ниже по потоку от экономайзера. Он также может быть присоединен, например, к линиям питающей воды в средней части экономайзера.

В этом контексте выражение «линия питающей воды» может быть использовано для линий подачи питающей воды в барабаны HRSG. Для каждого уровня давления HRSG обычно содержит линию подачи питающей воды с экономайзером для предварительного нагрева питающей воды, барабан, испаритель и перегреватель.

Согласно дополнительному варианту осуществления CCPP вспомогательный насос присоединен к выходу воды из второго теплообменника для повторной подкачки питающей воды, покидающей второй теплообменник, до входного давления экономайзера высокого давления.

В качестве альтернативы или в комбинации выход воды второго теплообменника может быть присоединен к линии питающей воды уровня более низкого давления HRSG или к барабану уровня более низкого давления HRSG. Для HRSG с тремя уровнями давления, то есть с уровнями низкого, среднего и высокого давления, выход воды второго теплообменника, например, может быть присоединен к линии питающей воды среднего давления или к линии питающей воды низкого давления.

Согласно еще одному варианту осуществления CCPP вспомогательный насос присоединен к выходу воды первого теплообменника для повторной подкачки питающей воды, покидающей первый теплообменник, до уровня давления питающей воды, используемой для первого теплообменника.

В качестве альтернативы или в комбинации выход воды первого теплообменника присоединен к линии питающей воды с более низким давлением питающей воды или к барабану со следующим уровнем более низкого давления.

Для HRSG с тремя уровнями давления первый теплообменник может быть присоединен к линии питающей воды среднего давления, например ниже по потоку от экономайзера. Выход первого теплообменника может быть присоединен к вспомогательному насосу, который повторно подкачивает питательную воду, покидающую первый теплообменник, до уровня давления питающей воды среднего давления для подачи возвратной воды обратно в экономайзер среднего давления.

Выход воды первого теплообменника также может быть присоединен к линии питающей воды или к барабану следующего уровня более низкого давления, то есть к линии питающей воды или барабану низкого давления.

Согласно одному варианту осуществления пароводяной цикл содержит уровень низкого давления, уровень среднего давления и уровень высокого давления. В этой электростанции первый теплообменник для предварительного нагрева топливного газа присоединен к выходу экономайзера низкого давления или к выходу экономайзера среднего давления и второй теплообменник для предварительного нагрева топливного газа присоединен к выходу экономайзера высокого давления.

Обычный диапазон давления для уровня высокого давления составляет 130-250 бар, предпочтительно 150-220 бар при работе с основной нагрузкой. Для уровня среднего давления обычный диапазон давления составляет 30-100 бар, предпочтительно 50-80 бар при работе с основной нагрузкой.

Согласно дополнительному варианту осуществления CCPP с HRSG, имеющим три уровня давления, первый теплообменник для предварительного нагрева топливного газа до первой повышенной температуры присоединен к экономайзеру низкого давления или к экономайзеру среднего давления, и второй теплообменник для дополнительного предварительного нагрева топливного газа до второй повышенной температуры присоединен к экономайзеру высокого давления.

В качестве альтернативы или в комбинации выход второго теплообменника может быть присоединен к входу барабана промежуточного давления или к входу барабана низкого давления.

Согласно дополнительному варианту осуществления электростанции комбинированного цикла с HRSG, имеющим три уровня давления, выход второго теплообменника может быть присоединен к входу экономайзера высокого давления или к средней части экономайзера высокого давления. Обычно вспомогательный насос может быть использован для повторной подкачки воды, покидающей второй теплообменник, для подачи ее обратно в экономайзер высокого давления.

Согласно дополнительному варианту осуществления электростанции комбинированного цикла она содержит расширитель, присоединенный к выходу воды второго теплообменника. В расширителе давление понижается посредством расширения воды, входящей в расширитель, и посредством этого высвобождения пара. Расширенный пар может быть использован в паровой турбине для производства энергии, и остаточная вода возвращается в систему питающей воды HRSG на подходящем уровне давления. Для этого выход воды расширителя может быть присоединен к системе питающей воды пароводяного цикла, и причем выход пара из расширителя может быть присоединен к паровой турбине через трубопровод пара. Использование расширителя может рассматриваться, если вода, покидающая второй теплообменник, не подкачивается повторно, а возвращается в систему питающей воды на уровне более низкого давления. Если давление воды, покидающей второй теплообменник, гораздо выше, чем уровень давления системы питающей воды, в которую она добавляется, и ее температура все еще выше температуры кипения при давлении системы питающей воды, использование расширителя может быть преимущественным. Остаточное тепло в возвратной воде может быть использовано для производства энергии и вода доступна под требуемым давлением.

Например, расширитель может быть присоединен к межступенчатой подаче пара среднего давления или низкого давления паровой турбины.

Предварительный нагрев топлива может быть выполнен и использован для предварительного нагрева топливного газа газовой турбины CCPP. Необязательно HRSG может содержать дожигатель. Необязательный отдельный предварительный нагрев топливного газа может быть выполнен для предварительного нагрева топлива дожигателя или может быть предусмотрен один предварительный нагрев топливного газа, который имеет достаточную производительность для предварительного нагрева топлива для газовой турбины и дожигателя. Предварительный нагрев топливного газа для дожигателя может увеличить полный КПД электростанции, работающей с дожигателем, но приводит к дополнительным расходам и усложнению электростанции. Его применение должно быть аккуратно оценено на основании ожидаемого времени и режима работы с дожигателем.

Обычно линия питающей воды ответвляется к подогревателю топлива от системы питающей воды HRSG, после ее нагрева в экономайзере, в линии от экономайзера к барабану соответствующего уровня давления. В зависимости от требований к теплу и уровня температуры питающей воды линия от системы питающей воды в теплообменник для предварительного нагрева топливного газа может быть ответвлена в средней части экономайзера или даже выше по потоку от экономайзера.

Кроме CCPP предметом настоящего изобретения является способ работы такой CCPP. Такой способ может быть использован для работы CCPP, содержащей газовую турбину, паровую турбину, пароводяной цикл с HRSG по меньшей мере с двумя уровнями давления и подогреватель топливного газа для предварительного нагрева топлива газовой турбины. Согласно предложенному способу топливо предварительно нагревается до первой повышенной температуры с использованием питающей воды из уровня давления HRSG, который ниже наивысшего уровня давления HRSG, в первом теплообменнике. После прохождения через первый теплообменник топливо дополнительно предварительно нагревается до второй повышенной температуры во втором теплообменнике с использованием питающей воды высокого давления с наивысшим уровнем давления HRSG. Линия питающей воды высокого давления ответвляется от системы питающей воды HRSG и подается во второй теплообменник.

Согласно одному варианту осуществления способа HRSG работает с тремя уровнями давления. Питающая вода низкого давления или питающая вода среднего давления подается в первый теплообменник для предварительного нагрева топливного газа до первой повышенной температуры, и питающая вода высокого давления нагревается в экономайзере высокого давления, и по меньшей мере часть нагретой питающей воды высокого давления подается во второй теплообменник для предварительного нагрева топливного газа до второй повышенной температуры.

Согласно дополнительному варианту осуществления способа вода, покидающая второй теплообменник, возвращается в систему питающей воды уровня более низкого давления. Во время работы с небольшой нагрузкой газовой турбины регулирующий клапан питающей воды среднего давления, который управляет потоком питающей воды от экономайзера к барабану на соответствующем уровне давления HRSG, закрыт. Вода, текущая через экономайзер, может быть подана в первый теплообменник. В это же время, второй регулирующий клапан теплообменника, который управляет потоком воды через второй теплообменник, используется для управления уровнем воды барабана, в который возвращается возвратная вода высокого давления. В этом режиме работы температура топливного газа после второго теплообменника не может быть отрегулирована до конструкционного уровня и является результатом доступного тепла, обеспечиваемого результирующим потоком воды. Получающееся в результате этого управление температурой также называется скользящим управлением температурой.

Во время работы при высокой частичной нагрузке или основной нагрузке газовой турбины регулирующий клапан питающей воды среднего давления по меньшей мере частично открыт и используется для управления уровнем воды барабана. Второй регулирующий клапан теплообменника может быть использован для управления температурой, до которой предварительно нагревается топливный газ, посредством управления потоком питающей воды через второй теплообменник.

Согласно другому варианту осуществления способа вода, выпускаемая из второго теплообменника, повторно подкачивается посредством вспомогательного насоса до входного давления экономайзера высокого давления. В качестве альтернативы, вода, выпускаемая из второго теплообменника, подается в трубопровод питающей воды или в барабан уровня более низкого давления HRSG.

Способ может быть использован для предварительного нагрева топлива газовой турбины. В качестве дополнения или в комбинации он может быть использован для предварительного нагрева топливного газа дожигателя HRSG.

Обычно двухступенчатый предварительный нагрев топлива используется для топливного газа; тем не менее, он также может быть использован для жидкого топлива.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение, его природа, а также его преимущества будут более подробно описаны далее с помощью прилагаемых схематичных чертежей, в которых:

На фиг. 1 схематично показана CCPP с газовой турбиной, HRSG с дожигателем и предварительным нагревом топливного газа.

На фиг. 2 схематично показан HRSG с тремя уровнями давления и подогревателем топливного газа.

На фиг. 3 схематично показан HRSG с двумя уровнями давления и подогревателем топливного газа.

На фиг. 4 схематично показан HRSG с тремя уровнями давления, подогревателем топливного газа и вспомогательным насосом для повторной подкачки возвратной воды из второго теплообменника подогревателя топливного газа до уровня давления питающей воды высокого давления HRSG.

На фиг. 5 схематично показан HRSG с тремя уровнями давления, подогревателем топливного газа и выпуском воды на выходе первого и второго теплообменников в соответствующий следующий уровень пониженного давления питающей воды HRSG.

На фиг. 6 схематично показан HRSG с тремя уровнями давления, подогревателем топливного газа и расширителем для образования пара из возвратной воды второго теплообменника.

На фиг. 7 схематично показан HRSG с тремя уровнями давления, прямоточным парогенератором высокого давления и подогревателем топливного газа.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Электростанция для выполнения предложенного способа содержит обычную CCPP и подогреватель 2 топлива. Необязательно HRSG может быть оснащен дожигателем 10.

На фиг. 1 показана типичная система с предварительным нагревом топливного газа. Газовая турбина 6, которая приводит первый генератор 25, питается газом 3 на входе в компрессор, и топливом 17. Газ 3 на входе в компрессор накачивается в компрессоре 1, и топливо 17 нагревается в подогревателе 2 для подачи предварительно нагретого топлива 18. Сжатый газ используется для сжигания предварительно нагретого топлива 18 в камере 4 сгорания, и горячие газы под давлением расширяются в турбине 7. Основными продуктами газовой турбины 6 являются электрическая энергия и горячие дымовые газы 8.

Горячие дымовые газы 8 газовой турбины проходят через HRSG 9, который образует пар для паровой турбины 13. В HRSG 9 или в трубопровод дымового газа от газовой турбины 6 к HRSG 9 может быть необязательно встроен дожигатель 10. Дожигатель 10 питается топливом 11. Необязательно в дожигатель 10 может быть подано предварительно нагретое топливо 18.

Паровая турбина 13 либо имеет одновальную конфигурацию с газовой турбиной 6 и первым генератором 25 (не показано), либо имеет многовальную конфигурацию для приведения в действие второго генератора 26. Пар, покидающий паровую турбину 13, конденсируется в конденсаторе 14. Конденсат собирается в баке 15 питающей воды, повторно подкачивается посредством насоса 12 питающей воды и возвращается в HRSG 9. На фиг. 1 показаны только один насос 12 питающей воды, одна линия для питающей воды 16 и одна паровая турбина 13.

Паровой цикл упрощен и показан схематично без разных уровней давления пара, насосов питающей воды и так далее. В зависимости от конструкции HRSG 9 питающая вода накачивается до двух, трех или более уровней давления. Соответственно, количество насосов питающей воды, линий подачи питающей воды и паровых турбин увеличивается до двух, трех или более. Примеры с двумя и тремя уровнями давления более подробно показаны на последующих чертежах.

На фиг. 2-6 показаны различные иллюстративные варианты осуществления HRSG 9 с подогревателем 2 топлива. Для упрощения на чертежах не показаны никакие последующие дожигатели и паровые турбины с разными уровнями давления и дополнительные линии подачи опущены.

В варианте осуществления на Фиг. 2 показан HRSG с тремя уровнями давления (низкого, среднего и высокого давления) и подогревателем 2 топлива. Горячие дымовые газы из газовой турбины 6 текут через HRSG 9. На схеме горячие дымовые газы проходят через испаритель 22 высокого давления, экономайзер 30 высокого давления, испаритель 23 среднего давления, экономайзер 31 среднего давления и испаритель 24 низкого давления, экономайзер 32 низкого давления. Выше по потоку от каждого испарителя 22, 23, 24 на пути потока горячего дымового газа 8 обычно расположен перегреватель. После извлечения полезного тепла из дымового газа он покидает HRGS 9 как дымовой газ 19 к дымовой трубе.

Питающая вода высокого давления подается к экономайзеру 30 высокого давления через трубопровод 43 питающей воды высокого давления, питающая вода среднего давления подается к экономайзеру 31 среднего давления через трубопровод 44 питающей воды среднего давления и питающая вода низкого давления подается к экономайзеру 32 низкого давления через трубопровод 45 питающей воды низкого давления. Поток питающей воды низкого давления к барабану 29 низкого давления регулируется посредством регулирующего клапана 35 питающей воды низкого давления. Поток питающей воды среднего давления к барабану 28 среднего давления регулируется посредством регулирующего клапана 34 питающей воды среднего давления и поток питающей воды высокого давления к барабану 27 высокого давления регулируется посредством регулирующего клапана 33 питающей воды высокого давления.

Вода из барабана 29 низкого давления испаряется в испарителе 24 низкого давления и возвращается в виде пара в барабан 29 низкого давления. Вода из барабана 28 среднего давления испаряется в испарителе 23 среднего давления и возвращается в виде пара в барабан 28 среднего давления, и вода из барабана 27 высокого давления испаряется в испарителе 22 высокого давления и возвращается в виде пара в барабан 27 высокого давления. Пар из каждого соответствующего барабана 27, 28, 29 подается к соответствующим перегревателям (не показаны) и далее - к паровой турбине 13, в указанном порядке к соответствующим паровым турбинам низкого, среднего и высокого давления.

Для предварительного нагрева топлива питающая вода 38 среднего давления ответвляется от трубопровода питающей воды среднего давления после ее нагрева в экономайзере 31 среднего давления и подается в первый теплообменник 20 подогревателя 2 топлива для предварительного нагрева холодного топлива 17 до первого уровня температуры. Возвратная вода 39 среднего давления, покидающая первый теплообменник 20, выпускается в бак 15 питающей воды. Давление в первом теплообменнике 20 может поддерживаться, например, посредством устья или регулирующего клапана у выхода в бак 15 питающей воды.

Питающая вода 36 высокого давления ответвляется от трубопровода питающей воды высокого давления после ее нагрева в экономайзере 30 высокого давления. Ответвленная питающая вода 36 высокого давления подается во второй теплообменник 21 подогревателя 2 топлива для дальнейшего предварительного нагрева топлива до второго уровня температуры. Возвратная вода 37 высокого давления, покидающая второй теплообменник 21, подается в барабан 28 среднего давления, таким образом, дополнительно используя свой высокий уровень давления и остаточное тепло в пароводяном цикле. Отдачу тепла во втором теплообменнике 21 можно регулировать посредством регулирования потока воды через второй теплообменник 21. В показанном примере поток воды регулируется посредством второго регулирующего клапана 40 теплообменника.

На фиг. 3 схематично показано упрощение HRSG 9 с подогревателем 2 топлива, основанным на фиг. 2. В этом примере HRSG 9 имеет только два уровня давления. По причинам стоимости и упрощения электростанции один уровень давления опущен. На основании Фиг. 2 опущен уровень низкого давления. Уровень среднего давления также может быть назван уровнем низкого давления; тем не менее, в этом примере названия остаются неизменными. На основании Фиг. 2 просто опущены экономайзер 32 низкого давления с трубопроводом 45 питающей воды низкого давления, регулирующий клапан 35 питающей воды низкого давления, а также барабан 29 низкого давления и испаритель 24 низкого давления. Дымовой газ 19 к дымовой трубе выпускается из HRSG 9 ниже по потоку от экономайзера 31 среднего давления 31.

На фиг. 4 схематично показан другой пример HRSG 9 с тремя уровнями давления. Этот пример является модификацией, основанной на системе с Фиг. 2. Вместо подачи возвратной воды 37 высокого давления 37, покидающей второй теплообменник 21, к барабану 28 среднего давления, она повторно подкачивается посредством вспомогательного насоса 48 и возвращается в линию 43 питающей воды высокого давления выше по потоку от экономайзера 30 высокого давления. Посредством этого может быть уменьшен поток питающей воды высокого давления, идущий от насоса питающей воды высокого давления, и могут быть эффективно использованы уровень высокого давления и остаточное тепло возвратной воды из второго теплообменника 21. Также в этом примере отдачей тепла во втором теплообменнике 21 можно управлять посредством управления потоком воды через второй теплообменник 21. В показанном примере поток воды управляется посредством управления вспомогательным насосом 48, например, с помощью привода с переменной скоростью.

На фиг. 5 схематично показан другой пример с модификацией, основанной на Фиг. 2. В этом примере возвратная вода 39 среднего давления, покидающая первый теплообменник 20, не выпускается в бак 15 питающей воды. Здесь возвратная вода 39 среднего давления подается в барабан 29 низкого давления, таким образом, используя свой уровень давления и остаточное тепло. Отдачей тепла в первом теплообменнике 20 можно управлять посредством управления потоком воды через первый теплообменник 20. В показанном примере поток воды управляется посредством первого регулирующего клапана 41 теплообменника.

На фиг. 6 схематично показан еще один пример HRSG 9 с тремя уровнями давления и подогревателем 2 топлива. На ней показана модификация, основанная на примере с Фиг. 2. Вместо подачи возвратной воды 37 высокого давления, покидающей второй теплообменник 21, в барабан 28 среднего давления, она выпускается в расширитель 42 для образования пара из возвратной воды 37 второго теплообменника 21. Пар может быть подан через трубопровод пара из расширителя 46 к паровой турбине 13. Остальная вода может быть подана обратно в линию 44 питающей воды среднего давления. Для управления вторым теплообменником 21 второй регулирующий клапан 40 теплообменника 40 расположен выше по потоку от расширителя 42.

На фиг. 7 схематично показан другой пример HRSG 9 с тремя уровнями давления и с подогревателем 2 топлива. На ней показана модификация, основанная на примере с Фиг. 2. Парогенератор высокого уровня давления не содержит испаритель, котел и перегреватель. Вместо этого, он содержит прямоточный парогенератор 49 на высоком уровне давления.

Прямоточный парогенератор также может быть использован для среднего и низкого уровня давления и для любой комбинации уровней давления.

Все объясненные преимущества не ограничены конкретными комбинациями и также могут быть использованы в других комбинациях или отдельно без отхода от объема изобретения. Необязательно допустимы другие возможности, например возвратная вода из первого теплообменника может также быть подана к расширителю для производства пара низкого давления для паровой турбины низкого давления.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 - Компрессор

2 - Подогреватель топлива

3 - Газ на входе в компрессор

4 - Камера сгорания

5 - Топливный газ для GT

6 - Газовая турбина (Gas turbine (GT))

7 - Турбина

8 - Горячий дымовой газ из газовой турбины

9 - Котел-утилизатор (Heat recovery steam generator (HRSG))

10 - Дожигатель

11 - Топливо для дожигателя

12 - Насос питающей воды

13 - Паровая турбина

14 - Конденсатор

15 - Бак питающей воды

16 - Питающая вода

17 - Холодный топливный газ

18 - Предварительно нагретый топливный газ

19 - Дымовой газ к дымовой трубе

20 - Первый теплообменник

21 - Второй теплообменник

22 - Испаритель высокого давления

23 - Испаритель среднего давления

24 - Испаритель низкого давления

25 - Первый генератор

26 - Второй генератор

27 - Барабан высокого давления

28 - Барабан среднего давления

29 - Барабан низкого давления

30 - Экономайзер высокого давления

31 - Экономайзер среднего давления

32 - Экономайзер низкого давления

33 - Регулирующий клапан питающей воды высокого давления

34 - Регулирующий клапан питающей воды среднего давления

35 - Регулирующий клапан питающей воды низкого давления

36 - Питающая вода высокого давления

37 - Возвратная вода высокого давления

38 - Питающая вода среднего давления

39 - Возвратная вода среднего давления

40 - Второй регулирующий клапан теплообменника

41 - Первый регулирующий клапан теплообменника

42 - Расширитель возвратной воды высокого давления

43 - Трубопровод питающей воды высокого давления

44 - Трубопровод питающей воды среднего давления

45 - Трубопровод питающей воды низкого давления

46 - Трубопровод пара из расширителя

47 - Межступенчатая подача пара

48 - Вспомогательный насос

49 - Прямоточный парогенератор

Изобретение относится к электростанции комбинированного цикла с предварительным нагревом топливного газа и способу выработки энергии с использованием упомянутой электростанции. Упомянутая электростанция содержит газовую турбину (6), пароводяной цикл с паровой турбиной (13), котел-утилизатор (9) с по меньшей мере двумя уровнями давления и подогреватель (2) топлива для предварительного нагрева топлива (18) газовой турбины (6). Пароводяной цикл содержит уровень низкого давления, уровень среднего давления и уровень высокого давления. Первый теплообменник (20) подогревателя топлива для предварительного нагрева топливного газа (17) присоединен к выходу экономайзера (32) низкого давления или к выходу экономайзера (31) среднего давления. Подогреватель (2) топлива содержит первый теплообменник (20) для предварительного нагрева топливного газа (17) до первой повышенной температуры, который соединен с линией (38) питающей воды, в которой давление, обеспечиваемое котлом-утилизатором (9), ниже наивысшего уровня давления котла-утилизатора, для подачи питающей воды в первый теплообменник (20), и второй теплообменник (21) для дополнительного нагрева топливного газа (18) до второй повышенной температуры, который соединен с линией питающей воды (36) высокого давления, в которой обеспечивается наивысший уровень давления котла-утилизатора (9), для подачи питающей воды высокого давления ко второму теплообменнику (21). Выход второго теплообменника (21) присоединен к одному из: к входу барабана (28) промежуточного давления, или входу барабана (29) низкого давления (29), или входу экономайзера (30) высокого давления, или к средней части экономайзера (30) высокого давления. Электростанция содержит расширитель (42), присоединенный к выходу воды второго теплообменника (21), причем выход воды расширителя (42) присоединен к системе питающей воды пароводяного цикла и выход пара из расширителя (42) присоединен к паровой турбине (13) через линию (46) пара из расширителя. Обеспечивается эффективное использование тепла из пароводяного цикла и достигается высокий КПД электростанции с минимальными потерями мощности. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Электростанция комбинированного цикла с предварительным нагревом топливного газа, содержащая газовую турбину (6), пароводяной цикл с паровой турбиной (13), котел-утилизатор (9) с по меньшей мере двумя уровнями давления и подогреватель (2) топлива для предварительного нагрева топлива (18) газовой турбины (6), причем пароводяной цикл содержит уровень низкого давления, уровень среднего давления и уровень высокого давления, отличающаяся тем, что подогреватель (2) топлива содержит первый теплообменник (20) для предварительного нагрева топливного газа (17) до первой повышенной температуры, который соединен с линией (38) питающей воды, в которой давление, обеспечиваемое котлом-утилизатором (9), ниже наивысшего уровня давления котла-утилизатора, для подачи питающей воды в первый теплообменник (20), при этом первый теплообменник (20) для предварительного нагрева топливного газа (17) присоединен к выходу экономайзера (32) низкого давления или выходу экономайзера (31) среднего давления, и второй теплообменник (21) для дополнительного нагрева топливного газа (18) до второй повышенной температуры, который соединен с линией питающей воды (36) высокого давления, в которой обеспечивается наивысший уровень давления котла-утилизатора (9), для подачи питающей воды высокого давления ко второму теплообменнику (21), при этом выход второго теплообменника (21) присоединен к одному из: к входу барабана (28) промежуточного давления, или входу барабана (29) низкого давления (29), или входу экономайзера (30) высокого давления, или к средней части экономайзера (30) высокого давления, при этом электростанция содержит расширитель (42), присоединенный к выходу воды второго теплообменника (21), причем выход воды расширителя (42) присоединен к системе питающей воды пароводяного цикла и выход пара из расширителя (42) присоединен к паровой турбине (13) через линию (46) пара из расширителя.

2. Электростанция комбинированного цикла по п. 1, отличающаяся тем, что первый теплообменник (20) присоединен к линии (45) питающей воды низкого давления или к линии (44) питающей воды среднего давления котла-утилизатора (9) для предварительного нагрева топливного газа (17) до первой повышенной температуры, причем второй теплообменник (21) присоединен к выходу экономайзера (30) высокого давления котла-утилизатора (9) с использованием питающей воды (36) высокого давления для предварительного нагрева топливного газа (18) до второй повышенной температуры.

3. Электростанция комбинированного цикла по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что вспомогательный насос (48) присоединен к выходу воды из второго теплообменника (21) для повторной подкачки питающей воды (36), покидающей второй теплообменник (21), до входного давления экономайзера (30) высокого давления или выход воды второго теплообменника (21) присоединен к линии (44, 45) питающей воды уровня более низкого давления HRSG или к барабану (28, 29) уровня более низкого давления котла-утилизатора (9).

4. Электростанция комбинированного цикла по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что вспомогательный насос присоединен к выходу воды первого теплообменника (20) для повторной подкачки питающей воды, покидающей первый теплообменник (20), до уровня давления питающей воды, используемой для первого теплообменника (21), или выход воды первого теплообменника (20) присоединен к линии (45) питающей воды с более низким давлением питающей воды или к барабану (29) с более низким уровнем давления подачи.

5. Электростанция комбинированного цикла по п. 1, отличающаяся тем, что второй теплообменник (21) для дополнительного предварительного нагрева топливного газа (18) до второй повышенной температуры присоединен к экономайзеру (30) высокого давления.

6. Электростанция комбинированного цикла по п. 1, отличающаяся тем, что выход пара из расширителя (42) присоединен к межступенчатой линии подачи пара среднего давления или к межступенчатой линии подачи пара низкого давления паровой турбины (13).

7. Способ выработки энергии с использованием электростанции комбинированного цикла по п. 1, содержащей газовую турбину (6), пароводяной цикл с паровой турбиной (13), котел утилизатор (HRSG) (9) с по меньшей мере двумя уровнями давления и подогреватель (2) топлива для предварительного нагрева топлива (18), при этом пароводяной цикл содержит уровень низкого давления, уровень среднего давления и уровень высокого давления, а первый теплообменник (20) подогревателя топлива для предварительного нагрева топливного газа (17) присоединен к выходу экономайзера (32) низкого давления или к выходу экономайзера (31) среднего давления, при этом выход второго теплообменника (21) для нагрева топливного газа (18) присоединен к одному из: к входу барабана (28) промежуточного давления, или к входу барабана (29) низкого давления (29), или входу экономайзера (30) высокого давления, или к средней части экономайзера (30) высокого давления, при этом электростанция содержит расширитель (42), присоединенный к выходу воды второго теплообменника (21), причем выход воды расширителя (42) присоединен к системе питающей воды пароводяного цикла и выход пара из расширителя (42) присоединен к паровой турбине (13) через линию (46) пара из расширителя, характеризующийся тем, что топливо (17) для газовой турбины (6) предварительно нагревают до первой повышенной температуры с использованием питающей воды с первым уровнем давления HRSG (9), который ниже наивысшего уровня давления котла-утилизатора (9), в первом теплообменнике (20), при этом топливо (18) нагревают до второй повышенной температуры во втором теплообменнике (21) с использованием питающей воды (36) высокого давления с наивысшим уровнем давления HRSG (9).

8. Способ выработки энергии с использованием электростанции комбинированного цикла по п. 7, отличающийся тем, что используют котел-утилизатор (9), работающий с тремя уровнями давления, и питающую воду (45) низкого давления или питающую воду (38, 44) среднего давления подают в первый теплообменник (20) для предварительного нагрева топливного газа (17) до первой повышенной температуры, при этом питающую воду высокого давления нагревают в экономайзере (30) высокого давления и по меньшей мере часть нагретой питающей воды (36) высокого давления подают во второй теплообменник (21) для предварительного нагрева топливного газа (18) до второй повышенной температуры.

9. Способ выработки энергии с использованием электростанции комбинированного цикла по п. 7 или 8, отличающийся тем, что воду, выходящую из второго теплообменника (21), возвращают в систему питающей воды уровня более низкого давления, при этом во время работы с низкой нагрузкой газовой турбины (6) регулирующий клапан (34, 35) питающей воды низкого давления или среднего давления закрывают и второй регулирующий клапан (40) теплообменника, который управляет потоком воды через второй теплообменник (21), используют для управления уровнем воды барабана (28, 29), в который возвращается возвратная вода (37) высокого давления, выходящая из второго теплообменника (21).

10. Способ выработки энергии с использованием электростанции комбинированного цикла по п. 7 или 8, отличающийся тем, что во время работы при высокой частичной нагрузке или основной нагрузке газовой турбины (6) регулирующий клапан (34, 35) питающей воды низкого давления или среднего давления используют для управления уровнем воды барабана (28, 29) уровня низкого или среднего давления котла-утилизатора (9) и второй регулирующий клапан (40) теплообменника используют для управления температурой, до которой предварительно нагревают топливный газ (18), посредством управления потоком питающей воды через второй теплообменник (21).

11. Способ выработки энергии с использованием электростанции комбинированного цикла по п. 7 или 8, отличающийся тем, что воду, выпускаемую из второго теплообменника (21), повторно подкачивают посредством вспомогательного насоса (48) до входного давления экономайзера (30) высокого давления, или воду, выпускаемую из второго теплообменника (21), подают в линию (44, 45) питающей воды или в барабан (28, 29) уровня более низкого давления котла-утилизатора (9).