Способ работы и устройство маневренной газопаровой теплоэлектроцентрали с паровым приводом компрессора Российский патент 2020 года по МПК F01K21/04 

Маневренная газопаровая теплоэлектроцентраль относится к области энергетики.

Известна газопаровая теплоэлектроцентраль (патент РФ №2272914), содержащая газотурбинную установку с газовой турбиной высокого давления, газопаровой турбиной низкого давления с электрогенератором, противодавленческую паровую турбину с конденсатором и электрогенератором, паровой котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем, экономайзером, газоводяным подогревателем сетевой воды, оросителем, конденсатором-сепаратором, бак сепарированной воды, связанный трубопроводом питательной воды через установки умягчения и деаэрации с экономайзером парового котла-утилизатора; вход противодавленческой паровой турбины связан по перегретому пару с котлом-утилизатором, ее выход связан паропроводом «экологического» и «энергетического» пара с камерой дожигания, установленной между газовой турбиной высокого давления и газопаровой турбиной низкого давления; ротор электрогенератора соединен общим валом с ротором низкого давления и с ротором противодавленческой паровой турбины, газоводяной подогреватель сетевой воды связан с трубопроводами тепловой сети. Подача в газопаровую турбину пара расширенного в паровой турбине, конденсация паровой составляющей газопаровой смеси в котле-утилизаторе способствует повышению электрической и тепловой экономичности теплоэлектроцентрали.

Недостатком этой установки является ее недостаточная мобильность при работе в неотопительные и отопительные периоды годы.

Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, содержащая компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, паровой котел-утилизатор, конденсационную паровую турбину, электрогенератор. Паровой котел-утилизатор содержит пароперегреватель, испаритель, экономайзер. Ротор конденсационной паровой турбины соединен валом с ротором компрессора, ротор газовой турбины соединен с ротором электрического генератора. Выход газовой турбины связан с паровым котлом-утилизатором. Конденсат пара конденсационной паровой турбиной подается по трубопроводу питательной воды в экономайзер котла-утилизатора (Зарянкин А.Е., Зарянкин В.А., Сторожук С.К., Арианов С.В. Сравнительный анализ схем ПГУ с газотурбинным и паротурбинным приводами компрессора. Газотурбинные технологии, №3, 2008, стр. 46). Положительными качествами парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора являются меньшие, по сравнению с традиционными ПГУ, степень повышения давления воздуха в компрессоре и его мощность, повышение температуры газа на выходе газовой турбины и паропроизводительность котла-утилизатора. Но данная установка используется только для производства электроэнергии.

Наиболее близкой по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ работы и устройство теплофикационной парогазовой установки (Патент РФ №2650232), содержащей газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, электрогенераторами, паровой котел-утилизатор, основную и дополнительную противодавленческие паровые турбины, сетевые подогреватели первой и второй ступеней, деаэратор, паропроводы перегретого пара, выхлопные паропроводы противодавленческих паровых турбин, прямой и обратный трубопроводы теплосети; в котле-утилизаторе размещены пароперегреватель, испаритель второй ступени, камера дожигания топлива, испаритель первой ступени, экономайзер, газоводяной подогреватель; пароперегреватель соединен по перегретому пару с входами основной и дополнительной противодавленческих паровых турбин, выход которых связаны по пару, соответственно, с сетевыми подогревателеми первой ступени, и второй ступени, ротор компрессора связан валом с ротором основной паровой турбины, ротор газовой турбины соединен одним валом с электрогенератором, а вторым валом соединен через эластичную расцепную муфту с дополнительной паровой турбиной. Эта теплофикационная парогазовая установка принята в качестве прототипа к изобретению. Ее недостатками являются недостаточные электрическая, тепловая мощность и экономичность.

Задачей предлагаемого технического решения является устранение недостатков прототипа и разработка способа работы и устройства маневренной теплоэлектроцентрали с паровым приводом компрессора, обладающей высокой мобильностью, повышенной электрической и тепловой мощностью при ее работе в неотопительный и в отопительный периоды года,.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе работы маневренной газопаровой теплоэлектроцентрали, содержащей газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, паровой котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителями первой и второй ступеней, камерой дожигания топлива, экономайзером, газоводяным подогревателем сетевой воды; основную и дополнительную противодавленческие паровые турбины, электрогенератор, сетевой подогреватель, деаэратор; трубопроводы перегретого пара,, прямой и обратный трубопроводы теплосети; атмосферный воздух при работе теплоэлектроцентрали как в не отопительном, так и в отопительном режимах сжимают в компрессоре приводимом от основной противодавленческой паровой турбины, в камере сгорания сжигают топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, полезную работу которой используют для выработки электроэнергии, теплоту продуктов сгорания используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара и подогрева сетевой воды в газоводяном подогревателе, перегретый пар подают в основную паровую турбину, ее работу используют для привода компрессора, сетевую воду подают по трубопроводу обратной линии теплосети в сетевой и газоводяной подогреватели; подогретую сетевую воду отводят к потребителям по прямому трубопроводу теплосети; в отопительных режимах работы в камере дожигания сжигают дополнительное топливо, увеличивают выработку перегретого пара, включают эластичную расцепную муфту, соединяют общий вал газовой турбины и электрогенератора с валом дополнительной паровой турбины, открывают запорную регулирующую задвижку на паропроводе перегретого пара и полают этот пар в дополнительную паровую турбину, расширенный пар направляют в сетевой подогреватель, его используют для подогрева сетевой воды, ее также подогревают в газоводяном подогревателе котла-утилизатора; конденсат пара сетевого подогревателя деаэрируют и используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара, причем в теплоэлектроцентрали дополнительно применены газопаровая турбина, энергетическая противодавленческая паровая турбина, градирня, химводоочистка, трубопроводы конденсата пара, котел-утилизатор дополнительно снабжен оросителем и конденсатором-сепаратором паровой составляющей газопаровой смеси, камеру дожигания связывают с дополнительным воздушным вентилятором; как в неотопительном, так и в отопительном режимах работы теплоэлектроцентрали сжатие атмосферного воздуха производят последовательно в компрессорах низкого и высокого давления, пар, расширенный в основной паровой турбине подают в камеру сгорания и сжигают в ней топливо, полученную газопаровую смесь расширяют в газопаровой турбине, ее теплоту используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара и для подогрева сетевой воды теплосети в газоводяном подогревателе, в ороситель впрыскивают охлаждающую воду, в конденсаторе-сепараторе конденсируют паровую составляющую газопаровой смеси, отсепарированный конденсат направляют в градирню, где охлаждают за счет теплообмена с атмосферным воздухом; большую часть охлажденного конденсата впрыскивают в ороситель, а его меньшую часть деаэрируют, очищают в химводоочистке и подают в котел-утилизатор для выработки перегретого пара, в отопительных режимах в камеру дожигани подают вентилятором воздух, сжигают дополнительное количество топлива, увеличивают выработку перегретого пара в котле-утилизаторе и тепловую нагрузку газоводяного подогревателя, включают эластичную расцепную муфту, соединяют вал электрогенератора с валом энергетической паровой турбины и подают перегретый пар, работу этой паровой турбины используют для увеличения выработки электроэнергии, теплоту расширенного в ней пара используют в сетевом подогревателе для подогрева сетевой воды, конденсат этого пара деаэрируют и подают в котел-утилизатор для выработки перегретого пара, а устройство маневренной газопарной теплоэлектроцентрали для реализации способа ее работы, содержит газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, паровой котел-утилизатор, основную и дополнительную противодавленческие паровые турбины, электрогенератор, сетевой подогреватель, деаэратор, входные и выходные паропроводы паровых турбин, прямой и обратный трубопроводы теплосети, выход компрессора связан через камеру сгорания с входом газовой турбины, ее выход связан по продуктам сгорания с котлом-утилизатором, в котором по ходу газов размещены пароперегреватель, испаритель второй ступени, камера дожигания топлива, испаритель первой ступени, экономайзер, газоволяной подогреватель; пароперегреватель соединен паропроводами перегретого пара с регулирующими клапанами с основной и дополнительной паровыми турбинами, выход дополнительной паровой турбины соединен с сетевым подогревателем, обратный трубопровод теплосети связан с прямым трубопроводом теплосети через сетевой подогреватель и газоводяной подогреватель, вход деаэратора связан по конденсату пара с сетевым подогревателем, а его выход связан трубопроводом питательной воды с входом экономайзера; компрессор связан валом с основной паровой турбиной, газовая турбина соединена одним валом с электрогенератором, а вторым валом через эластичную расцепную муфту с дополнительной паровой турбиной, в теплоэлектроцентрали дополнительно применены газопаровая турбина, компрессоры низкого и высокого давления, градирня, в котле-утилизаторе дополнительно установлены экономайзеры первой и второй ступени, ороситель, конденсатор-сепаратор паровой составляющей газопаровой смеси, камера дожигания связана с дополнительным вентилятором; выхлопной паропровод основной паровой турбины соединен с камерой сгорания, выход конденсатора-сепаратора соединен по конденсату с входом градирни, выход которой связан первым трубопроводом охлажденной воды с оросителем, а вторым трубопроводом охлажденной воды связан через химводоочистку и первую сткпень экономайзера с входом деаэратора, выход которого связан через трубопровод питательной воды с экономайзером второй ступени, компрессор высокого давления соединен валом с газопаровой турбиной, вал электрогенератора связан через эластичную расцепную муфту с валом энергетической паровой турбины.

Применение компрессора низкого давления приводимого от основной паровой турбины, привод компрессора высокого давления от газопаровой турбины, позволяет в неотопительных режимах работы уменьшить расход перегретого пара и мощность основной паровой турбины, уменьшить паропроизводительность котла-утилизатора, обеспечить тепловую нагрузку сетевого подогревателя и газоводяного подогревателя необходимые для покрытия тепловой нагрузки горячего водоснабжения внешних потребителей. В отопительных режимах работы маневренной газопаровой теплоэлектроцентрали дожигание топлива а камере дожигания обеспечивает повышение паропроизводительности котла-утилизатора, увеличение электрической мощности энергетической паротурбинной установки и увеличение тепловой мощности установки за счет включения в работу сетевого подогревателя второй ступени.

На фиг. 1 изображена тепловая схема маневренной газопаровой теплоэлектроцентрали. Здесь: 1 - основная противодавленческая паровая турбина, 2 - паропровод вспрыска перегретого пара, 3 - компрессор низкого давления, 4 - компрессор высокого давления, 5 - камера сгорания, 6 - газопаровая турбина, 7 - электрогенератор, 8 - энергетическая противодавленческая паровая турбина, 9 - паропровод перегретого пара основной паровой турбины, 10 - котел-утилизатор, 11 - паропровод перегретого пара дополнительной паровой турбины, 12 - сетевой подогреватель, 13 - камера дожигания с вентилятором, 14 - градирня, 15 - газоводяной подогреватель, 16 - экономайзер первой ступени. 17 - ороситель, 18 - первый трубопровод охлажденной воды, 19 - конденсатор-сепаратор, 20 -химводоочистка, 21 - трубопровод питательной воды, 22 -прямой и обратный трубопроводы сетевой воды теплосети, 23 - экономайзер второй ступени.

Пароперегреватель котла-утилизатора 10 связан паропроводом 9 перегретого пара основной паровой турбины с основной противодавленческой паровой турбиной 1, а также паропроводом 11 перегретого пара дополнительной паровой турбины с дополнительной паровой турбины 8. Выхлоп основной паровой турбины 1 связан паропроводом вспрыска перегретого пара 2 с камерами сгорания 5, ее выход связан по потоку газопаровой смеси с входом газопаровой турбины 6. Компрессор низкого давления 3 связан по сжатому воздуху с входом компрессора высокого давления 4. Его выход соединен с камерой сгорания 5. Компрессор низкого давления 3 связан валом с основной противодавленческой паровой турбиной 1. Ротор газопаровой турбины 6 соединен первым валом с ротором компрессора высокого давления 4, а вторым валом с электрогенератором 7 связанным через эластичную расцепную муфту с ротором энергетической противодавленческой паровой турбины 8. Ее выхлоп соединен с входом сетевого подогревателя 12, выход которого по конденсату пара связан с входом деаэратора. Выход деаэратора связан трубопроводом питательной воды 21 с экономайзером первой ступени 16 котла-утилизатора 10. В ороситель 17 подают охлажденную воду из градирни 14 по первому трубопроводу охлажденной воды 18. Конденсатор-сепаратор 19 связан с входом градирни 14. Ее выход вторым трубопроводом охлажденной воды связан через химводоочистку 20, экономайзер первой ступени 16, деаэратор и трубопровод питательной воды 21 с экономайзером второй ступени 23. Обратный трубопровод сетевой воды теплосети связан с прямым трубопроводом теплосети 22 через газоводяной подогреватель 15.

Маневренная газопаровая теплоэлектроцентраль с паровым приводом компрессора работает следующим образом. В неотопительном режиме атмосферный воздух сжимают в компрессоре низкого давления 3, приводимым от основной противодавленческой паровой турбины 1. Воздух, сжатый в компрессоре низкого давления 3 далее сжимают в компрессоре высокого давления 4 и подают в камеру сгорания 5, где сжигают топливо. Продукты сгорания смешивают с перегретым паром подводимым по паропроводу впрыска перегретого пара 2 из основной паровой турбины 1. Полученную газопаровую смесь расширяют в газопаровой турбине 6 и используют ее полезную работу для привода компрессора высокого давления 4 и выработки электроэнергии в электрогенераторе 7.Газопаровую смесь, расширенную в газопаровой турбине 6, направляют в котел-утилизатор 10 и используют ее теплоту котле-утилизаторе для выработки перегретого пара высокого давления в котле-утилизаторе 10. Газопаровую смесь подают в ороситель 17 по первому трубопроводу охлажденной воды 18 охлажденную воду из градирни 14 и конденсируют паровую составляющую газопаровой смеси в конденсаторе-сепараторе 19, отделяют в нем конденсат и направляют его в градирню 14. Большую часть охлажденной в ней воды используют для подачи в ороситель 17, а ее меньшую часть очищают от солей в химводоочистке 20, деаэрируют в деаэраторе и по трубопроводу питательной воды 21 подают в экономайзер второй ступени 23 котла-утилизатора 10 для выработки перегретого пара высокого давления. В отопительных режимах ее работы в камеру дожигания 13 подают вентилятором воздух, сжигают в ней топливо и увеличивают выработку перегретого пара высокого давления в котле-утилизаторе 10. Открывают регулирующий клапан на паропроводе дополнительной паровой турбины 11, включают эластичную расцепную муфту, установленную на валу между электрогенератором 7 и дополнительной паровой турбиной 8 и по паропроводу 11 подают перегретый пар на эту паровую турбину 8. Ее полезную работу используют для выработки электроэнергии. Теплоту расширенного в ней пара используют для подогрева сетевой воды в сетевом подогревателе 12 подводимой по трубопроводу обратной сетевой воды 22. Конденсат пара деаэрируют в деаэраторе. Из деаэратора в экономайзер второй ступени подают питательную воду по трубопроводу питательной воды 21. Теплоту газопаровой смеси используют в котле-утилизаторе для подогрева сетевой воды в газоводяном подогревателе 15. Как и в неотопительном режиме работы, полученный в конденсаторе-сепараторе 19 конденсат пара и направляют в градирню 14. Большую часть охлажденной в ней воды подают в ороситель 17, а ее меньшую часть очищают о солей в химводоочистке 30, деаэрируют в деаэраторе и по трубопроводу питательной воды 21 подают в экономайзер второй ступени 23 котла-утилизатора 10.

Изобретение относится к области энергетики. Маневренная теплоэлектроцентраль, содержащая компрессоры низкого и высокого давления, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, основную и дополнительную противодавленческие паровые турбины, паровой котел-утилизатор, первый и второй сетевые подогреватель, деаэратор, паропроводы перегретого пара, прямой и обратный трубопроводы теплосети; котел-утилизатор содержит: пароперегреватель, испарители первой и второй ступени, камеру дожигания топлива, экономайзер, газоводяной подогреватель, пароперегреватель соединен паропроводами с основной и дополнительной паровыми турбинами; их выхлопы соединены, соответственно, с сетевыми подогревателями первой и второй ступени; сетевые подогреватели соединены через деаэратор с экономайзером, компрессор низкого давления связан валом с основной противодавленческой паровой турбиной, дополнительная паровая турбина связана валом с эластичной расцепной муфтой с компрессором низкого давления, регулирующая задвижка на паропроводе перегретого пара к основной паровой турбине открыта как в неотопительном, так и в отопительном режимах работы теплоэлектроцентрали, в отопительном режиме открыта регулирующая задвижка на паропроводе перегретого пара к дополнительной паровой турбине; в не отопительном режиме сетевую воду теплосети нагревают в сетевом подогревателе первой ступени и в газоводяном подогревателе, в отопительных режимах включают эластичную расцепную муфту, сжигают топливо в камере дожигания, открывают регулирующую задвижку на паропроводе перегретого пара к дополнительной паровой турбине, сетевую воду теплосети нагревают в сетевых подогревателях первой и второй ступени и в газоводяном подогревателе. Теплоэлектроцентраль обладает высокой маневренностью при работе в не отопительном и отопительном режимах. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы маневренной газопаровой теплоэлектроцентрали, содержащей газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, паровой котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителями первой и второй ступеней, камерой дожигания топлива, экономайзером, газоводяным подогревателем сетевой воды; основную и дополнительную противодавленческие паровые турбины, электрогенератор, сетевой подогреватель, деаэратор; трубопроводы перегретого пара, прямой и обратный трубопроводы теплосети; атмосферный воздух при работе теплоэлектроцентрали как в не отопительном, так и в отопительном режимах сжимают в компрессоре приводимом от основной противодавленческой паровой турбины, в камере сгорания сжигают топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, полезную работу которой используют для выработки электроэнергии, теплоту продуктов сгорания используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара и подогрева сетевой воды в газоводяном подогревателе, перегретый пар подают в основную паровую турбину, ее работу используют для привода компрессора, сетевую воду подают по трубопроводу обратной линии теплосети в сетевой и газоводяной подогреватели; подогретую сетевую воду отводят к потребителям по прямому трубопроводу теплосети; в отопительных режимах работы в камере дожигания сжигают дополнительное топливо, увеличивают выработку перегретого пара, включают эластичную расцепную муфту, соединяют общий вал газовой турбины и электрогенератора с валом дополнительной паровой турбины, открывают запорную регулирующую задвижку на паропроводе перегретого пара и полают этот пар в дополнительную паровую турбину, расширенный пар направляют в сетевой подогреватель, его используют для подогрева сетевой воды, ее также подогревают в газоводяном подогревателе котла-утилизатора; конденсат пара сетевого подогревателя деаэрируют и используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара, отличающийся тем, что в теплоэлектроцентрали дополнительно применены газопаровая турбина, энергетическая противодавленческая паровая турбина, градирня, химводоочистка, трубопроводы конденсата пара, котел-утилизатор дополнительно снабжен оросителем и конденсатором-сепаратором паровой составляющей газопаровой смеси, камеру дожигания связывают с дополнительным воздушным вентилятором; как в неотопительном, так и в отопительном режимах работы теплоэлектроцентрали сжатие атмосферного воздуха производят последовательно в компрессорах низкого и высокого давления, пар, расширенный в основной паровой турбине подают в камеру сгорания и сжигают в ней топливо, полученную газопаровую смесь расширяют в газопаровой турбине, ее теплоту используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара и для подогрева сетевой воды теплосети в газоводяном подогревателе, в ороситель впрыскивают охлаждающую воду, в конденсаторе-сепараторе конденсируют паровую составляющую газопаровой смеси, отсепарированный конденсат направляют в градирню, где охлаждают за счет теплообмена с атмосферным воздухом; большую часть охлажденного конденсата впрыскивают в ороситель, а его меньшую часть деаэрируют, очищают в химводоочистке и подают в котел-утилизатор для выработки перегретого пара, в отопительных режимах в камеру дожигания подают вентилятором воздух, сжигают дополнительное количество топлива, увеличивают выработку перегретого пара в котле-утилизаторе и тепловую нагрузку газоводяного подогревателя, включают эластичную расцепную муфту, соединяют вал электрогенератора с валом энергетической паровой турбины и подают перегретый пар, работу этой паровой турбины используют для увеличения выработки электроэнергии, теплоту расширенного в ней пара используют в сетевом подогревателе для подогрева сетевой воды, конденсат этого пара деаэрируют и подают в котел-утилизатор для выработки перегретого пара.

2. Устройство маневренной газопаровой теплоэлектроцентрали для реализации способа ее работы, содержащей газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, паровой котел-утилизатор, основную и дополнительную противодавленческие паровые турбины, электрогенератор, сетевой подогреватель, деаэратор, входные и выходные паропроводы паровых турбин, прямой и обратный трубопроводы теплосети, выход компрессора связан через камеру сгорания с входом газовой турбины, ее выход связан по продуктам сгорания с котлом-утилизатором, в котором по ходу газов размещены пароперегреватель, испаритель второй ступени, камера дожигания топлива, испаритель первой ступени, экономайзер, газоводяной подогреватель; пароперегреватель соединен паропроводами перегретого пара с регулирующими клапанами с основной и дополнительной паровыми турбинами, выход дополнительной паровой турбины соединен с сетевым подогревателем, обратный трубопровод теплосети связан с прямым трубопроводом теплосети через сетевой подогреватель и газоводяной подогреватель, вход деаэратора связан по конденсату пара с сетевым подогревателем, а его выход связан трубопроводом питательной воды с входом экономайзера; компрессор связан валом с основной паровой турбиной, газовая турбина соединена одним валом с электрогенератором, а вторым валом через эластичную расцепную муфту с дополнительной паровой турбиной, отличающееся тем, что в теплоэлектроцентрали дополнительно применены газопаровая турбина, компрессоры низкого и высокого давления, градирня, в котле-утилизаторе дополнительно установлены экономайзеры первой и второй ступени, ороситель, конденсатор-сепаратор паровой составляющей газопаровой смеси, камера дожигания связана с дополнительным вентилятором; выхлопной паропровод основной паровой турбины соединен с камерой сгорания, выход конденсатора-сепаратора соединен по конденсату с входом градирни, выход которой связан первым трубопроводом охлажденной воды с оросителем, а вторым трубопроводом охлажденной воды связан через химводоочистку и первую ступень экономайзера с входом деаэратора, выход которого связан через трубопровод питательной воды с экономайзером второй ступени, компрессор высокого давления соединен валом с газопаровой турбиной, вал электрогенератора связан через эластичную расцепную муфту с валом энергетической паровой турбины.