СПОСОБ РАБОТЫ МАНЕВРЕННОЙ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ ПАРОГАЗОВОЙ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F01K23/10 

Изобретение относится к области энергетики, а точнее к отопительным теплоэлектроцентралям.

Известен способ работы парогазовой теплоэлектроцентрали (ПГУ-ТЭЦ), согласно которому как в неотопительном, так и в отопительном режимах ее работы сжимают атмосферный воздух, сжигают в нем топливо, расширяют продукты сгорания в газовой турбине, используя ее полезную работу для выработки электроэнергии, в выхлопных газах газовой турбины производят дожигание топлива для повышения температуры газов перед котлом-утилизатором и использования их теплоты для выработки перегретого пара высоких параметров и подогрева сетевой воды, расширение пара в противодавленческой теплофикационной паровой турбине с выработкой электроэнергии в электрогенераторе. В отопительный период работы в газах, охлажденных в котле-утилизаторе, сжигают дополнительное топливо и используют теплоту продуктов сгорания для подогрева сетевой воды теплосети и повышения тепловой мощности ПГУ-ТЭЦ (С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремизов. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Изд. МЭИ, 2002. Стр. 423, рис 9.31). Дожигание топлив перед котлом-утилизатором позволяет обеспечить требуемый перегрев пара, увеличить паропроизводительность котла-утилизатора и электрическую мощность ПГУ-ТЭЦ.

Недостаток этого способа связан с тем, что как в неотопительных, так и в отопительных режимах работы ПГУ-ТЭЦ применение дожигания топлива перед котлом-утилизатором приводит к снижению ее тепловой экономичности. В то же время в отопительных режимах ее работы дожигание топлива в газах после котла-утилизатора позволяет повысить тепловую мощность ПГУ-ТЭЦ, но без увеличения мощности паровой турбины и выработки электроэнергии.

Наиболее близким к настоящему изобретению является способ работы маневренной регенеративной ГТУ-ТЭЦ утилизационного типа, согласно которому сжимают атмосферный воздух, сжигают в нем топливо, расширяют продукты сгорания в газовой турбине, ее полезную работу используют для выработки электроэнергии, а тепловую энергию газов, уходящих из газовой турбины, используют для подогрева сетевой воды теплосети. В неотопительный период ее работы теплоту этих газов используют для регенеративного подогрева всего сжатого воздуха перед сжиганием в нем топлива, а в отопительный период, в зависимости от температуры атмосферного воздуха, производят регенеративный подогрев только части сжатого воздуха с перепуском его остальной части непосредственно для сжигания топлива; при заданной температуре атмосферного воздуха прекращают регенеративный подогрев сжатого воздуха, достигая максимальной утилизации теплоты газов, отработавших в газовой турбине, и тепловой мощности ГТУ-ТЭЦ. При дальнейшем понижении температуры воздуха и увеличившейся тепловой нагрузки потребителей повышение температуры сетевой воды производят путем дополнительного сжигания топлива в пиковом водогрейном котле (Статья В.В. Семина, Е.А. Ларина. Моделирование эксплуатационных режимов и определение системной топливной эффективности ГТУ-ТЭЦ «Проблемы электроэнергетики». Сборник научных трудов. СГТУ. С. 126-133. Саратов, 2010 г.).

Положительной стороной описанного способа работы маневренной регенеративной ГТУ-ТЭЦ утилизационного типа, принятого в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является повышение КПД в неотопительный период работы при небольшой тепловой нагрузке горячего водоснабжения потребителей.

Недостатком этого способа, при работе ГТУ-ТЭЦ в отопительных режимах, является недостаточно высокий уровень совместной когенерационной выработки электрической и тепловой энергии, особенно при повышении тепловой нагрузки потребителей и включении дополнительного пикового водогрейного котла.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение экономичности, электрической и тепловой мощности, маневренности и величины когенерационной выработки энергии как в неотопительных, так и в отопительных режимах работы маневренной теплофикационной парогазовой теплоэлектроцентрали.

Для достижения этих результатов в предлагаемом способе работы маневренной регенеративной парогазовой теплоэлектроцентрали сжимают атмосферный воздух, сжигают в нем топливо, расширяют продукты сгорания в газовой турбине и используют ее полезную работу для выработки электроэнергии, тепловую энергию расширенных газов используют для регенеративного подогрева сжатого воздуха и сетевой воды теплосети, при этом в неотопительный период работы регенеративно подогревают весь, а в отопительный период только часть сжатого воздуха, с ее сокращением при уменьшении температуры атмосферного воздуха; регенеративный подогрев прекращают при снижении температуры атмосферного воздуха до заданного значения, причем как в отопительный, так и в неотопительный периоды работы теплоту продуктов сгорания используют для выработки перегретого пара среднего давления, расширяют его в противодавленческой теплофикационной паровой турбине, полезную работу которой используют для выработки электроэнергии, расширенный пар конденсируют, теплоту конденсации пара используют для подогрева сетевой воды теплосети, конденсат деаэрируют, сжимают и используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара; в отопительный период, при снижении температуры атмосферного воздуха до заданной величины, между ступенями испарителя котла-утилизатора сжигают дополнительное топливо, увеличивают выработку перегретого пара, электрическую и тепловую мощность установки, расход дополнительного топлива увеличивают при повышении тепловой нагрузки потребителей.

Предложенный способ работы позволяет повысить маневренность и тепловую экономичность теплоэлектроцентрали, причем:

- применение регенеративного подогрева воздуха при степени регенерации порядка 6-8 и температуре перед газовой турбиной выше 1150°С позволяет обеспечить в пароперегреве котла-утилизатора требуемый температурный напор и вырабатывать перегретый пар средних параметров с температурой 435-440°С и давлением 3,3-3,4 МПа;

- в неотопительный период работы даже при небольших тепловых нагрузках горячего водоснабжения потребителей тепловая экономичность ПГУ-ТЭЦ увеличивается за счет регенеративного подогрева сжатого воздуха;

- в начале отопительного периода при умеренных значениях температуры наружного воздуха (+8 - -5°С) и невысоких тепловых нагрузках потребителей тепловая экономичность ПГУ-ТЭЦ будет также повышаться за счет регенеративного подогрева части сжатого воздуха;

- в отопительный период, при понижении температуры воздуха до заданной величины, дополнительное сжигание топлива между ступенями испарителя позволяет увеличить паропроизводительность котла-утилизатора, электрическую и тепловую мощность и маневренность ПГУ-ТЭЦ, с их повышением при увеличении тепловой нагрузки потребителей.

На фиг. 1 изображена принципиальная тепловая схема ПГУ-ТЭЦ для реализации способа работы маневренной регенеративной парогазовой теплоэлектроцентрали. Она включает электрогенератор 1, компрессор 2, регулирующий орган 3, камеру сгорания 4, газовую турбину 5, байпасный воздуховод 6, паропровод перегретого пара среднего давления 7, теплофикационную противодавленческую паровую турбину 8, электрогенератор 9, регенеративный воздухоподогреватель 10, пароперегреватель 11, испаритель второй ступени 12, камеру дожигания 13, испаритель первой ступени 14, экономайзер второй ступени 15, экономайзер первой ступени 16, газоводяной подогреватель сетевой воды 17, сетевой подогреватель второй ступени 18, сетевой подогреватель первой ступени 19, трубопровод подогретой сетевой воды 20, конденсатопровод 21, деаэратор 22, трубопровод питательной воды 23 с питательным насосом, трубопровод прямой линии теплосети 24, трубопровод обратной линии теплосети 25.

Выход компрессора 2 связан напрямую с камерой сгорания 4 через регулирующий орган 3, а также через него и байпасный воздуховод 6. Газовая турбина 5 и компрессор 2 соединены общим валом с электрогенератором 1, выход газовой турбины 5 связан через регенеративный воздухоподогреватель 10 с пароперегревателем 11 котла-утилизатора, в котором по ходу газов размещены - испаритель второй ступени 12, камера дожигания 13, испаритель первой ступени 14, экономайзер второй ступени 15, экономайзер первой ступени 16, газоводяной подогреватель сетевой воды 17. Пароперегреватель 11 соединен паропроводом перегретого пара 7 с входом теплофикационной противодавленческой паровой турбины 8. Ее теплофикационный отбор связан по пару с сетевым подогревателем второй ступени 18, а выход паровой турбины связан по пару с сетевым подогревателем первой ступени 19. Последний связан конденсатопроводом 21 через экономайзер первой ступени 16, деаэратор 22 и трубопровод питательной воды 23 с питательным насосом, с экономайзером второй ступени 15 котла-утилизатора. Трубопровод обратной линии теплосети 25 связан с трубопроводом прямой линии теплосети 24 через сетевой подогреватель первой ступени 19, сетевой подогреватель второй ступени 18, а также через газоводяной подогреватель сетевой воды 17.

Предлагаемый способ работы маневренной регенеративной теплофикационной парогазовой установки осуществляют следующим образом. При ее работе в неотопительном режиме атмосферный воздух сжимают в компрессоре 2 и при закрытом регулирующем органе 3 направляют его через регенеративный воздухоподогреватель 10 и байпасный воздуховод 6 в камеру сгорания 4 и сжигают в ней топливо. При этом в регенеративном воздухоподогревателе 10 сжатый воздух нагревают теплом продуктов сгорания, расширенных в газовой турбине 5, полезную работу которой используют для привода компрессора 2 и выработки электроэнергии в электрогенераторе 1. Теплоту газов, вышедших из регенеративного воздухоподогревателя 10, используют для выработки перегретого пара среднего давления в поверхностях нагрева котла-утилизатора-пароперегревателе 11, второй 12 и первой 14 ступенях испарителя, в экономайзере второй ступени 15 и экономайзере первой ступени 16, а также для нагрева сетевой воды теплосети в газоводяном подогревателе сетевой воды 17. Перегретый пар из пароперегревателя 11 подают по паропроводу перегретого пара 7 в противодавленческую теплофикационную паровую турбину 8. Пар из ее теплофикационного отбора направляют в сетевой подогреватель второй ступени 18, а из выхода этой турбины подают в сетевой подогреватель первой ступени 19. Теплотой конденсации пара в сетевом подогревателе первой ступени 19 и в сетевом подогревателе второй ступени 18 нагревают сетевую воду теплосети, подаваемую в них из трубопровода обратной линии теплосети 25 и отводимую в трубопровод прямой линии теплосети 24 по трубопроводу подогретой сетевой воды 20. Подогрев сетевой воды теплосети производится также и в газоводяном подогревателе сетевой воды 17 теплом газов, охлажденных в котле-утилизаторе. Конденсат пара из сетевого подогревателя первой ступени 19 подают по конденсатопроводу 21 через экономайзер первой ступени 16 котла-утилизатора, деаэратор 22, где производится его деаэрация, и трубопровод питательной воды 23, с питательным насосом, в экономайзер второй ступени 15 котла-утилизатора для выработки в нем перегретого пара среднего давления.

При работе маневренной ПГУ-ТЭЦ в отопительном режиме, при снижении температуры атмосферного воздуха, в регенеративном воздухоподогревателе 10 подогревают только часть воздуха, сжатого в компрессоре 2, а остальную его часть подают в камеру сгорания 4. Теплоту газов после регенеративного воздухоподогревателя 10, так же как и в неотопительном режиме работы, используют для выработки перегретого пара среднего давления в поверхностях нагрева котла-утилизатора-пароперегревателе 11, второй 12 и первой 14 ступенях испарителя, в экономайзере второй ступени 15 и экономайзере первой ступени 16, а также для нагрева сетевой воды теплосети в газоводяном подогревателе сетевой воды 17. Перегретый пар из пароперегревателя 11 подают по паропроводу перегретого пара 7 в противодавленческую теплофикационную паровую турбину 8. Пар из ее теплофикационного отбора направляют в сетевой подогреватель второй ступени 18, а из противодавления этой турбины подают в сетевой подогреватель первой ступени 19. Теплотой конденсации пара в сетевом подогревателе первой ступени 19 и в сетевом подогревателе второй ступени 18 нагревают сетевую воду теплосети, подаваемую в них из трубопровода обратной линии теплосети 25 и отводимую в трубопровод прямой линии теплосети 24 по трубопроводу подогретой сетевой воды 20. Подогрев сетевой воды теплосети производится при этом также и в газоводяном подогревателе сетевой воды 17 теплом газов, охлажденных в котле-утилизаторе. Конденсат пара из сетевого подогревателя первой ступени 19 подают по конденсатопроводу 21 через экономайзер первой ступени 16 котла-утилизатора, деаэратор 22, где производится его деаэрация, и трубопровод питательной воды 23 с питательным насосом в экономайзер второй ступени 15 котла-утилизатора для выработки в нем перегретого пара среднего давления. Но при понижении температуры атмосферного воздуха до заданной величины прекращают регенеративный подогрев сжатого воздуха и производят сжигание дополнительного количества топлива в камере дожигания 13, расположенной в газоходе котла-утилизатора между второй 12 и первой 14 ступенями испарителя котла-утилизатора, при этом увеличивают выработку перегретого пара, электрическую мощность электрогенератора противодавленческой теплофикационной паровой турбины 8 и тепловую мощность сетевого подогревателя первой ступени 19 и сетевого подогревателя второй ступени 18, расход дополнительного топлива в камере дожигания 13.

Изобретение относится к энергетике. В способе работы маневренной регенеративной парогазовой теплоэлектроцентрали и устройстве для его реализации теплоту газов, расширенных в газовой турбине, используют для регенеративного подогрева сжатого воздуха и сетевой воды теплосети. При этом в неотопительный период работы производят регенеративный подогрев всего, а в отопительный период только части сжатого воздуха, уменьшающейся при снижении температуры воздуха. Регенеративный подогрев прекращают при снижении температуры воздуха до заданного значения. Теплоту продуктов сгорания используют для выработки перегретого пара среднего давления и подогрева сетевой воды теплосети, перегретый пар расширяют в противодавленческой теплофикационной паровой турбине, ее полезную работу используют для выработки электроэнергии, расширенный пар конденсируют, теплоту конденсации пара используют для подогрева сетевой воды теплосети, конденсат деаэрируют, сжимают и используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара; в отопительный период, при снижении температуры атмосферного воздуха до заданной, между ступенями испарителя котла-утилизатора сжигают дополнительное топливо, увеличивают выработку перегретого пара, электрическую и тепловую мощность установки, расход дополнительного топлива увеличивают при повышении тепловой нагрузки потребителей. Изобретение позволяет повысить экономичность, электрическую и тепловую мощность, маневренность и величину когенерационной выработки энергии. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы маневренной регенеративной теплофикационной парогазовой теплоэлектроцентрали, согласно которому сжимают атмосферный воздух, сжигают в нем топливо, расширяют продукты сгорания в газовой турбине и используют полезную работу для выработки электроэнергии, тепловую энергию расширенных газов используют для регенеративного подогрева сжатого воздуха и сетевой воды теплосети, при этом в неотопительный период работы регенеративно подогревают весь, а в отопительный период только часть сжатого воздуха, с ее сокращением при уменьшении температуры атмосферного воздуха; регенеративный подогрев прекращают при снижении температуры атмосферного воздуха до заданного значения, отличающийся тем, что как в отопительный, так и в неотопительный периоды работы теплоту продуктов сгорания используют для выработки перегретого пара среднего давления, расширяют его в противодавленческой теплофикационной паровой турбине, полезную работу которой используют для выработки электроэнергии, расширенный пар конденсируют, теплоту конденсации пара используют для подогрева сетевой воды теплосети, конденсат деаэрируют, сжимают и используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара; в отопительный период, при снижении температуры атмосферного воздуха до заданной величины, между ступенями испарителя котла-утилизатора сжигают дополнительное топливо, увеличивают выработку перегретого пара, электрическую мощность электрогенератора и тепловую мощность установки, расход дополнительного топлива увеличивают при повышении тепловой нагрузки потребителей.

2. Установка маневренной регенеративной теплофикационной парогазовой теплоэлектроцентрали, включающая газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, регенеративным воздухоподогревателем, электрогенератором, газоводяной подогреватель сетевой воды; выход компрессора соединен через камеру сгорания с газовой турбиной, связанной общим валом через компрессор с электрогенератором, выход газовой турбины связан с входом регенеративного воздухоподогревателя, его выход связан с атмосферой через газоводяной подогреватель сетевой воды, отличающаяся тем, что выход компрессора связан с камерой сгорания также через регулирующий орган и байпасный воздуховод, выход регенеративного воздухоподогревателя связан с пароперегревателем котла-утилизатора, в котором по ходу газов размещены - испаритель второй ступени, камера дожигания, испаритель первой ступени, экономайзер второй ступени, экономайзер первой ступени; пароперегреватель соединен паропроводом перегретого пара с входом теплофикационной противодавленческой паровой турбины, теплофикационной отбор которой связан по пару с сетевым подогревателем второй ступени, а выход паровой турбины связан с сетевым подогревателем первой ступени, соединенным конденсатопроводом через экономайзер первой ступени, деаэратор и трубопровод питательной воды, с питательным насосом, с экономайзером второй ступени, трубопровод обратной линии теплосети связан с трубопроводом прямой линии теплосети через сетевой подогреватель первой ступени, сетевой подогреватель второй ступени, а также через газоводяной подогреватель сетевой воды.