Маневренная теплоэлектроцентраль с паровым приводом компрессора Российский патент 2020 года по МПК F01K23/10 

Изобретение относится к энергетике и может быть применено в электроснабжении потребителей.

Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, содержащая компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, паровой котел-утилизатор, конденсационную паровую турбину. Паровой котел-утилизатор содержит пароперегреватель, испаритель, экономайзер. Ротор конденсационной паровой турбины соединен валом с ротором компрессора, ротор газовой турбины соединен валом с ротором электрического генератора. Выход компрессора через камеру сгорания связан с входом газовой турбины. 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 ИГУ 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 и мощность компрессора, повышенная температура газа на выходе газовой турбины.

Наиболее близкой по технической сущности к предполагаемому изобретению является теплофикационная парогазовая установка (Патент РФ №2650232), содержащая: газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, паровой котел-утилизатор, основную и дополнительную противодавленческие паровые турбины, электрогенератор, сетевые подогреватели первой и второй ступеней, эластичную расцепную муфту, деаэратор; основной и дополнительный паропроводы перегретого пара, первый выхлопной паропровод, второй выхлопной паропровод, прямой и обратный трубопроводы теплосети; в котле-утилизаторе размещены пароперегреватель, испаритель второй ступени, камера дожигания топлива, испаритель первой ступени, экономайзер, газоводяной подогреватель; пароперегреватель соединен паропроводами с входом основной и дополнительной противодавленческих паровых турбин, выход которых соединен, соответственно, первым выхлопным паропроводом с сетевым подогревателем первой ступени, и вторым выхлопным паропроводом с сетевым подогревателем второй ступени, обратный трубопровод теплосети связан через сетевые подогреватели первой и второй ступени и газоводяной подогреватель с прямым трубопроводом теплосети, вход деаэратора связан по конденсату с сетевым подогревателем первой ступени, выход деаэратора связан трубопроводом питательной воды с питательным насосом с входом экономайзера; компрессор связан валом с основной паровой турбиной, газовая турбина соединена одним валом с электрогенератором, а вторым валом соединена через эластичную расцепную муфту с дополнительной паровой турбиной. Эта теплофикационная парогазовая установка принята в качестве прототипа к изобретению. Ее недостатками являются недостаточно высокие электрическая и тепловая мощность, тепловая экономичность.

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

Поставленная задача решается за счет того, что маневренная теплоэлектроцентраль с паровым приводом компрессора, содержащая: газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, паровой котел-утилизатор, основную и дополнительную противодавленческие паровые турбины, электрогенератор, сетевые подогреватели первой и второй ступеней, эластичную расцепную муфту, деаэратор, паровой котел-утилизатор содержит пароперегреватель, испаритель второй ступени, камеру дожигания топлива, испаритель первой ступени, газоводяной подогреватель; входные и выходные паропроводы противодавленческих паровых турбин, прямой и обратный трубопроводы теплосети; выход компрессора связан через камеру сгорания с входом газовой турбины, выход которой связан по газам с входом котла-утилизатора; пароперегреватель соединен паропроводами перегретого пара с основной и дополнительной паровыми турбинами, выход основной паровой турбины соединен по пару с сетевым подогревателем первой ступени, а выход дополнительной паровой турбины соединен по пару с сетевым подогревателем второй ступени, обратный трубопровод теплосети связан с прямым трубопроводом теплосети через сетевые подогреватели первой и второй ступеней, а также через газоводяной подогреватель, сетевой подогреватель первой ступени связан по конденсату пара с входом деаэратора, его выход связан трубопроводом питательной воды с входом экономайзера; компрессор связан валом с основной паровой турбиной, газовая турбина соединена валом с электрогенератором, а вторым валом через эластичную расцепную муфту, с дополнительной паровой турбиной, причем в маневренной теплоэлектроцентрали применены последовательно включенные по воздуху дополнительный компрессор низкого давления и компрессор высокого давления, паропроводы перегретого пара к основной и дополнительной противодавленческим паровым турбинам снабжены регулирующими задвижками, компрессор низкого давления через компрессор высокого давления связан по сжатому воздуху с камерой сгорания, компрессор низкого давления связан валом с основной противодавленческой паровой турбиной, дополнительная противодавленческая паровая турбина связана валом через эластичную расцепную муфту с компрессором высокого; при работе теплоэлектроцентрали как в неотопительном, так и в отопительном режимах открыта регулирующая задвижка на паропроводе перегретого пара к основной противодавленческой паровой турбине, а в отопительном режиме работы теплоэлектроцентрали открыта регулирующая задвижка на паропроводе перегретого пара к дополнительной противодавленческой паровой турбине.

Применение компрессора низкого давления с его приводом от основной паровой турбины, позволяет в неотопительных режимах работы теплоэлектроцентрали уменьшить паропроизводительность котла-утилизатора, снизить тепловую мощность теплоэлектроцентрали до требуемого уровня тепловых нагрузок потребителей. В отопительных режимах работы привод компрессора высокого давления от дополнительной паровой турбины через включенную эластичную расцепную муфту и дожигание топлива в камере дожигания котла-утилизатора позволяют увеличить паропроизводительность котла-утилизатора, электрическую и тепловую мощность и маневренность теплоэлектроцентрали

На Фиг. 1 изображена тепловая схема маневренной теплоэлектроцентрали с паровым приводом компрессора. Здесь: 1 - основная противодавленческая паровая турбина, 2 - компрессор низкого давления, 3 - дополнительная противодавленческая паровая турбина, 4 - эластичная расцепная муфта (ЭРМ), 5 - компрессор высокого давления, 6 - камера сгорания, 7 - газовая турбина, 8 - электрогенератор, 9 - паропроводы подвода пара к паровым турбинам 1 и 3, 10 - регулирующие задвижки, 11 - паропровод перегретого пара. 12 - котел-утилизатор, 13 - пароперегреватель, 14 - сетевой подогреватель первой ступени, 15 - сетевой подогреватель второй ступени, 16 - испаритель второй ступени, 17 - камера дожигания топлива, 18 - испаритель первой ступени, 19 - деаэратор, 20 - экономайзер, 21 = газоводяной подогреватель, 22 - трубопровод прямой линии теплосети, 23 - трубопровод обратной линии теплосети.

Пароперегреватель 13 связан паропроводом перегретого пара 11 через регулирующие задвижки 10 с основной противодавленческой паровой турбиной 1, а также с дополнительной противодавленческой паровой турбиной 3. Основная противодавленческая паровая турбина 1 связана валом с компрессором низкого давления 2. Выхлоп основной паровой турбины 1 связан паропроводом с сетевым подогревателем первой ступени 14. Дополнительная паровая турбина 3 связана валом через эластичную расцепную муфту 4 с компрессором высокого давления 5. Выхлоп дополнительной паровой турбины 3 связан паропроводом с сетевым подогревателем второй ступени 15. Выход компрессором низкого давления 2 связан по воздуху через компрессор высокого давления 5 с камерой сгорания бис газовой турбиной 7, связанной валом с электрогенератором 8. Выход газовой турбины 7 связан по продуктам сгорания с поверхностями нагрева котла-утилизатора 12 -пароперегревателем 13,испарителем второй ступени 16, камера дожигания топлива 17, испарителе первой ступени 18, экономайзером 20, газоводяным подогревателем 21. Сетевой подогреватель первой ступени 14 связан по конденсату пара с входом деаэратора 19, выход которого связан трубопроводом питательной воды с питательным насосом с экономайзером 20.Трубопровод обратной линии теплосети 23 связан через сетевой подогреватель первой ступени 14 и сетевой подогреватель второй ступени 15,а также через газоводяной подогреватель 21 с трубопроводом прямой линии теплосети 22.

Маневренная теплоэлектроцентраль с паровым приводом компрессора работает следующим образом. В неотопительном режиме работы атмосферный воздух сжимают в компрессоре низкого давления 2 приводимым от основной противодавленческой паровой турбины 1. Воздух, сжатый в компрессоре низкого давления 2 сжимают в компрессоре высокого давления 5 и подают в камеру сгорания 6, где сжигают топливо. Продукты сгорания расширяют в газовой турбине 7. Ее полезную работу используют для привода компрессора высокого давления 5 и выработки электроэнергии в электрогенераторе 8. Продукты сгорания расширенные в газовой турбине 7 направляют в котел-утилизатор 12 где их теплоту используют для выработки перегретого пара высокого давления в экономайзере 20, испарителе первой ступени 18, испарителе второй ступени 16, и пароперегревателе 13, а также для подогрева сетевой воды теплосети в газоводяном подогревателе 21. Конденсат пара из сетевого подогревателя первой ступени 14 деаэрируют в деаэраторе 19, питательную воду подают в экономайзер 20 с помощью питательного насоса. В отопительных режимах работы теплоэлектроцентрали в камере дожигания 17 сжигают топливо и увеличивают паропроизводительность котла утилизатора 12. Открывают регулирующую задвижку 10 на паропроводе подвода пара к дополнительной паровой турбине 3 включают эластичную расцепную муфту 4 на валу соединяющего эту паровую турбину 3 с компрессором высокого давления 5 и подают перегретый пар из пароперегревателя 13 на дополнительную паровую турбину 3. Ее полезную работу используют для привода компрессора высокого давления 5 и увеличения выработки электроэнергии электрогенератором 8. Теплоту расширенного в ней пара используют для подогрева сетевой воды в сетевом подогревателе второй ступени 15. Образующийся в нем конденсат пара подают через сетевой подогреватель первой ступени 14 в деаэратор 19. Питательную воду из него подают питательным насосом в экономайзер 20.

При понижении температуры наружного воздуха в камере дожигания 17 сжигают дополнительное количество топлива, повышают паропроизводительность котла утилизатора 12 и увеличивают расход пара на дополнительную паровую турбину 3, обеспечивая повышение электрической мощности электрогенератора 8 и тепловой мощности сетевого подогревателя второй ступени 15. Из обратного трубопровода сетевой воды теплосети 23 подают сетевую воду через сетевые подогреватели первой 14 и второй ступени 15, а также через газоводяной подогреватель 21 в трубопровод прямой сетевой воды 22.

Маневренная теплоэлектроцентраль содержит 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 неотопительном 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 неотопительном и отопительном режимах. 1 ил.

Маневренная теплоэлектроцентраль с паровым приводом компрессора, содержащая: газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, паровой котел-утилизатор, основную и дополнительную противодавленческие паровые турбины, электрогенератор, сетевые подогреватели первой и второй ступеней, эластичную расцепную муфту, деаэратор; паровой котел-утилизатор содержит пароперегреватель, испаритель второй ступени, камеру дожигания топлива, испаритель первой ступени, газоводяной подогреватель; входные и выходные паропроводы противодавленческих паровых турбин, прямой и обратный трубопроводы теплосети; выход компрессора связан через камеру сгорания с входом газовой турбины, выход которой связан по газам с входом котла-утилизатора; пароперегреватель соединен паропроводами перегретого пара с основной и дополнительной паровыми турбинами, выход основной паровой турбины соединен по пару с сетевым подогревателем первой ступени, а выход дополнительной паровой турбины соединен по пару с сетевым подогревателем второй ступени, обратный трубопровод теплосети связан с прямым трубопроводом теплосети через сетевые подогреватели первой и второй ступеней, а также через газоводяной подогреватель, сетевой подогреватель первой ступени связан по конденсату пара с входом деаэратора, его выход связан трубопроводом питательной воды с входом экономайзера; компрессор связан валом с основной паровой турбиной, газовая турбина соединена валом с электрогенератором, а вторым валом через эластичную расцепную муфту, с дополнительной паровой турбиной, отличающаяся тем, что в маневренной теплоэлектроцентрали применены последовательно включенные по воздуху дополнительный компрессор низкого давления и компрессор высокого давления, паропроводы перегретого пара к основной и дополнительной противодавленческим паровым турбинам снабжены регулирующими задвижками, компрессор низкого давления через компрессор высокого давления связан по сжатому воздуху с камерой сгорания, компрессор низкого давления связан валом с основной противодавленческой паровой турбиной, дополнительная противодавленческая паровая турбина связана валом через эластичную расцепную муфту с компрессором высокого давления; при работе теплоэлектроцентрали как в неотопительном, так и в отопительном режимах открыта регулирующая задвижка на паропроводе перегретого пара к основной противодавленческой паровой турбине, а в отопительном режиме работы теплоэлектроцентрали открыта регулирующая задвижка на паропроводе перегретого пара к дополнительной противодавленческой паровой турбине.