Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором с промежуточным пароперегревателем Российский патент 2022 года по МПК F01K21/04 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании высокоэкономичных парогазовых установок на тепловых электростанциях.

Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, применяемая для выработки электроэнергии на ТЭС. В отличие от традиционных схем ПТУ компрессор приводится паровой турбиной, а газовая турбина соединена валом с электрическим генератором (Зарянкин А.Е., Зарянкин В.А., Сторожук С.К., Арианов С.В. Сравнительный анализ схем ПТУ с газотурбинным и паротурбинным приводами компрессора. Газотурбинные технологии, № 8. 2008.). Недостатком ПТУ с паротурбинным приводом компрессора является выработка в ней перегретого пара в котле-утилизаторе, имеющем высокую металлоемкость.

Наиболее близкой по технической сущности к предполагаемому изобретению является парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором (Патент РФ № 2533593). Эта парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора содержит: компрессор, высоконапорный парогенератор, газовую турбину, противодавленческую паровую турбину, конденсационную паровую турбину с конденсатором, электрогенератор, котел-утилизатор с барабаном, вакуумный деаэратор; трубопровод острого пара высокого давления, перепускной паропровод, трубопровод горячей питательной воды, трубопровод кипящей воды, трубопровод насыщения, конденсатопровод; высоконапорный парогенератор выполнен состоящим из двух частей двухкорпусной и однокорпусной частей, его двухкорпусная часть имеет внутренний и наружный корпусы, во внутреннем корпусе последовательно по ходу газов установлены камера неполного сгорания топлива, вторая ступень подогревателя питательной воды, испаритель; в однокорпусной части установлена камера дожигания топлива; пространство между наружным и внутренним корпусами высоконапорного парогенератора служит воздуховодом между компрессором и однокорпусной частью; в котле-утилизаторе, установленном за газовой турбиной, по ходу газов размещены: пароперегреватель, первая ступень подогревателя питательной воды, газоводяной подогреватель; конденсатор конденсационной паровой турбины подключен конденсатопроводом к первому входу вакуумного деаэратора, выход которого через трубопровод питательной воды с питательным насосом связан с входом первой ступени подогревателя питательной воды, выход первой ступени подогревателя питательной воды связан через трубопровод подогретой воды, вторую ступень подогревателя питательной воды и трубопровод горячей питательной воды с первым входом барабана; первый выход барабана связан трубопроводом кипящей воды через испаритель и трубопровод насыщения со вторым входом барабана, второй выход барабана соединен с входом пароперегревателя, выход пароперегревателя который соединен паропроводом острого пара с входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен перепускным паропроводом с входом конденсационной паровой турбины; ротор противодавленческой паровой турбины соединен валом с ротором компрессора, ротор электрогенератора соединен валами с ротором газовой турбины и с ротором конденсационной паровой турбины. Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором, по патенту РФ № 2533593, принята в качестве прототипа к изобретению.

Недостатками прототипа является недостаточно высокая тепловая экономичность ПТУ, мощность конденсационной паровой турбины и повышенная металлоемкость этой установки.

Техническим результатом изобретения является повышение экономичности парогазовой установки и мощности конденсационной паровой турбины.

Поставленная задача достигается за счет того, что парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором, состоящая из компрессора, высоконапорного парогенератора, газовой турбины, котла-утилизатора, противодавленческой паровой турбины, конденсационной паровой турбины, электрогенератора, деаэратора, трубопровода острого пара высокого давления, перепускного паропровода, трубопровода горячей питательной воды, трубопровода кипящей воды, трубопровода насыщения, конденсатопровода; высоконапорный парогенератор содержит внутренний и внешний корпуса, в его внутреннем корпусе по ходу газов последовательно установлены камера неполного сгорания топлива, вторая ступень подогревателя питательной воды, испаритель, а в концевой части внешнего корпуса установлена камера дожигания топлива, кольцевой зазор между внешним и внутренним корпусами высоконапорного парогенератора служит воздуховодом между компрессором и камерой дожигания топлива; в котле-утилизаторе по ходу газов последовательно установлены пароперегреватель, первая ступень подогревателя питательной воды и газоводяной подогреватель конденсата; конденсатор конденсационной паровой турбины связан конденсатопроводом с конденсатным насосом через газоводяной подогреватель конденсата с входом деаэратора, выход которого соединен трубопроводом питательной воды с питательным насосом с входом первой ступени подогревателя питательной воды, выход которого связан через трубопровод подогретой воды, вторую ступень подогревателя питательной воды и трубопровод горячей питательной воды с первым входом барабана; первый выход которого через трубопровод кипящей воды, испаритель и трубопровод связан с вторым входом барабана, второй выход барабана через пароперегреватель и паропровод острого пара связан с входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен с перепускным паропроводом; ротор противодавленческой паровой турбины соединен валом с ротором компрессора, ротор электрогенератора соединен общими валам и с ротором газовой турбины и с ротором конденсационной паровой турбины, причем она снабжена дополнительным и промежуточным пароперегревателем, деаэратором высокого давления, паропроводом перегретого пара среднего давления и паропроводом отборного пара; пароперегреватель среднего давления установлен после испарителя во внутреннем корпусе высоконапорного парогенератора; перепускной паропровод соединен с входом промежуточного пароперегревателя, выход которого соединен паропроводом перегретого пара среднего давления с входом конденсационной паровой турбины, паропровод перегретого пара среднего давления соединен паропроводом отборного пара с деаэратором высокого давления.

На Фиг. 1 представлена тепловая схема парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора, высоконапорным парогенератором. Она содержит: противодавленческую паровую турбину 1, компрессор 2, камеру неполного сгорания топлива 3, вторую ступень подогревателя питательной воды 4, испаритель 6, внутренний корпус 5 высоконапорного парогенератора, промежуточный пароперегреватель 7; во внутреннем корпусе 5 установлены камера неполного сгорания топлива 3, вторая ступень подогревателя питательной воды 4, испаритель 6; внешний корпус высоконапорного парогенератора 8 с установленной в нем камерой дожигания топлива 9, газовую турбину 10, перепускной паропровод 11, паропровод перегретого пара среднего давления 12, электрогенератор 13, конденсационную паровую турбину 14, паропровод острого пара 15, трубопровод подогретой воды 16, трубопровод горячей питательной воды 17, трубопровод кипящей воды 18, трубопровод насыщения 19, барабан 20, котел-утилизатор 21, в котором установлены пароперегреватель 22 и первая ступень подогревателя питательной воды 23; трубопровод питательной воды 24, питательный насос 25, газоводяной подогреватель 26, деаэратор высокого давления 27, трубопровод отборного пара 28, конденсатор 29. Выход компрессора 2 через камеру неполного сгорания топлива 3, вторую ступень подогревателя питательной воды 4 и испаритель 6 связан с камерой дожигания топлива 9, выход компрессора 2 также связан с камерой дожигания топлива 9 через кольцевой воздушный канал между внешним корпусом высоконапорного парогенератора 8 и его внутренним корпусом 5. Выход высоконапорного парогенератора 8 связан с газовой турбиной 10, ротор которой соединен валом с ротором электрогенератора 13, который также соединен валом с ротором конденсационной паровой турбину 14. Конденсатор 29 связан через конденсатный насос и газоводяной подогреватель 26 с первым входом деаэраторавысокого давления 27. Его паровой вход связан трубопроводом отбора пара 28 с паропроводом перегретого пара среднего давления 12. Выход деаэратора высокого давления 27 связан через питательный насос 25 и трубопровод питательной воды 24 с входом первой ступени подогревателя питательной воды 23. Выход которого связан трубопроводом подогретой воды 16 через вторую ступень подогревателя питательной воды 4 и трубопровод горячей питательной воды 17 с первым входом барабана 20. Его выход трубопроводом кипящей воды 18 через испаритель 6 и трубопровод насыщения 19 связан со вторым входом барабана 20, второй выход которого через пароперегреватель 22 и паропровод острого пара 15 связан с входом противодавленческой паровой турбиной 1. Ее выход через перепускной паропровод 11 промежуточный пароперегреватель 7 и паропровод перегретого пара среднего давления 12 связан с конденсационной паровой турбиной 14, а также связан паропроводом отборного пара. Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, высоконапорным парогенератором и промежуточным пароперегревателем работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимают в компрессоре 2 и подают на вход высоконапорного парогенератора 8, где его разделяют на два потока. Первый поток сжатого воздуха подают во внутренний корпус 5 высоконапорного парогенератора 8, где в его камере неполного сгорания топлива 3 производят частичное сжигание подводимого топлива с повышением температуры образующихся неполных продуктов сгорания, которые охлаждают, передавая их теплоту второй ступени подогревателя питательной воды 4, испарителю 6 и промежуточному пароперегревателю 7. Продукты неполного сгорания, вышедшие из камеры неполного сгорания 3 смешивают со сжатым воздухом, поступающим через полость между наружным и внутренним 5 корпусами высоконапорного парогенератора 8. Частично охлажденные при этом продукты сгорания дополнительно нагревают до требуемой температуры за счет сжигания топлива в камере дожигания топлива 9 и подают в газовую турбину 10. Ее полезную работу, используют для привода электрогенератора 13 и выработки электроэнергии. Продукты сгорания расширенные в газовой турбине 10 подают в котел-утилизатор 21, где их охлаждают, используя теплоту продуктов сгорания в пароперегревателе 22, в первой ступени подогревателя питательной воды 23 и в газоводяном подогревателе 26 и сбрасывают в атмосферу. Конденсат из конденсатора 29 конденсационной паровой турбины 14 подают с помощью конденсатного насоса через газоводяной подогреватель 26 в первый вход деаэратора 27, а в его второй вход подают пар из паровой турбины 14 по трубопроводу отборного пара 28 и в деаэраторе 27 производят деаэрацию конденсата подогретого в газоводяном подогревателе 26. Деаэрированный конденсат подают по трубопроводу питательной воды 24, с помощью питательного насоса 25, в первую ступень подогревателя питательной воды 23. Подогретую в нем питательную воду подают по трубопроводу подогретой воды 16 во вторую ступень подогревателя питательной воды 4, нагревают ее теплом продуктов сгорания камеры неполного сгорания топлива 3 и подают в барабан 20 по трубопроводу горячей питательной воды 17. В барабане разделяют кипящую воду и насыщенный пар. По трубопроводу кипящей воды 18 эту воду подают в испаритель 6, где ее испаряют и по трубопроводу насыщения 19 направляют во второй вход барабана 20. Насыщенный пар из барабана 20 подают в пароперегреватель 22, где производят его перегрев продуктами сгорания во внутреннем 5 корпусе высоконапорного парогенератора 8 и по паропроводу острого пара 15 перегретый пар высокого давления подают в противодавленческую паровую турбину 1. Ее полезную работу используют для привода компрессора 2. Пар, расширенный в противодавленческой паровой турбине 1, подают через перепускной паропровод 11 в промежуточный пароперегреватель 7, где его температуру повышают во внутреннем 5 корпусе высоконапорного парогенератора 8 за счет тепла продуктов сгорания и по паропроводу перегретого пара среднего давления 12 этот пар направляют в конденсационную паровую турбину 14, а также по трубопроводу отборного пара 28 подают в паровой вход деаэратора высокого давления 27. Полезную работу конденсационной паровой турбины 14 используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 13.

Предлагаемое изобретение позволяет:

- повысить тепловую экономичность парогазовой установки за счет перегрева пара среднего давления в дополнительном пароперегревателе среднего давления, увеличить электрическую мощность конденсационной паровой турбины и парогазовой установки;

- снизить металлоемкость теплообменных поверхностей парогазовой установки за счет размещения пароперегревателя среднего давления во внутреннем корпусе высоконапорного парогенератора;

- увеличить соотношение мощностей паровой конденсационной турбины и газовой турбины;

- улучшить деаэрацию питательной воды за счет применения деаэратора высокого давления.

Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, высоконапорным парогенератором состоит из компрессора, высоконапорного парогенератора с внешним и внутренним корпусами, газовой турбины, котла-утилизатора, противодавленческой и конденсационной паровых турбин, электрогенератора, деаэратора высокого давления. Внутренний корпус содержит: камеру неполного сгорания топлива, вторую ступень подогревателя питательной воды, испаритель, промежуточный пароперегреватель. Во внешнем корпусе установлена камера дожигания топлива. Выход компрессора связан с входом внутреннего корпуса, а также связан с камерой дожигания через кольцевой зазор между внешним и внутренним корпусами. В котле-утилизаторе установлены пароперегреватель, первая ступень подогревателя питательной воды, газоводяной подогреватель конденсата. Пароперегреватель соединен с входом противодавленческой турбины, ее выход через перепускной паропровод, промежуточный пароперегреватель и паропровод перегретого пара среднего давления соединен с конденсационной паровой турбиной. Паропровод перегретого пара среднего давления соединен паропроводом отборного пара с деаэратором высокого давления. Изобретение направлено на повышение тепловой экономичности и электрической мощности парогазовой установки, а также на снижение ее металлоемкости. 1 ил.

Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором, состоящая из компрессора, высоконапорного парогенератора, газовой турбины, котла-утилизатора, противодавленческой паровой турбины, конденсационной паровой турбины, электрогенератора, деаэратора, трубопровода острого пара высокого давления, перепускного паропровода, трубопровода горячей питательной воды, трубопровода кипящей воды, трубопровода насыщения, конденсатопровода; высоконапорный парогенератор содержит внутренний и внешний корпуса, в его внутреннем корпусе по ходу газов последовательно установлены камера неполного сгорания топлива, вторая ступень подогревателя питательной воды, испаритель, в концевой части внешнего корпуса установлена камера дожигания топлива, кольцевой зазор между внешним и внутренним корпусами высоконапорного парогенератора служит воздуховодом между компрессором и камерой дожигания топлива; в котле-утилизаторе по ходу газов последовательно установлены пароперегреватель, первая ступень подогревателя питательной воды, газоводяной подогреватель конденсата; конденсатор конденсационной паровой турбины связан конденсатопроводом с конденсатным насосом через газоводяной подогреватель конденсата с входом деаэратора, выход которого соединен трубопроводом питательной воды с питательным насосом с входом первой ступени подогревателя питательной воды, выход которого связан через трубопровод подогретой воды, вторую ступень подогревателя питательной воды и трубопровод горячей питательной воды с первым входом барабана; первый выход которого через трубопровод кипящей воды, испаритель и трубопровод связан с вторым входом барабана, второй выход барабана через пароперегреватель и паропровод острого пара связан с входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен с перепускным паропроводом; ротор противодавленческой паровой турбины соединен валом с ротором компрессора, ротор электрогенератора соединен общими валами с ротором газовой турбины и с ротором конденсационной паровой турбины, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным пароперегревателем среднего давления, деаэратором высокого давления с паровым входом, дополнительными паропроводом перегретого пара среднего давления и паропроводом отборного пара; пароперегреватель среднего давления установлен после испарителя во внутреннем корпусе высоконапорного парогенератора; перепускной паропровод соединен с входом дополнительного пароперегревателя среднего давления, выход которого соединен паропроводом перегретого пара среднего давления с входом конденсационной паровой турбины, паропровод перегретого пара среднего давления соединен паропроводом отборного пара с деаэратором высокого давления.