Способ работы парогазовой установки электростанции Российский патент 2022 года по МПК F01K23/10 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Известен аналог - способ работы парогазовой установки электростанции (см. патент РФ № 2704364, БИ No 31, 2019), по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, первичный воздух и органическое топливо подают в камеру сгорания газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся в процессе смешения газы направляют в газовую турбину, в газовой турбине осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшие в газовой турбине газы направляют в котел-утилизатор, где в процессе охлаждения газов в теплообменной поверхности генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а уходящие газы по газоходу отводят в вытяжную башню градирни с естественной тягой, в паровой турбине осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, где в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара, циркуляционную воду направляют в градирню с естественной тягой для охлаждения атмосферным воздухом. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при реализации известного способа работы парогазовой установки электростанции, принятого за прототип, относится то, что парогазовая установка электростанции обладает пониженной экономичностью, так как при отрицательных температурах наружного воздуха для защиты вытяжной башни градирни от обледенения необходимо осуществлять подогрев большого количества атмосферного воздуха в рекуперативном теплообменнике и подачу вентилятором этого потока воздуха в верхнюю часть вытяжной башни градирни по ее периметру настилающими струями. Для подогрева и подачи в вытяжную башню градирни большого количества атмосферного воздуха потребуются значительные капитальные и эксплуатационные затраты, что снижает экономичность и надежность парогазовой установки электростанции.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для повышения экономичности и надежности парогазовой установки электростанции предлагается в верхней части вытяжной башни градирни по ее периметру установить дополнительное газораспределительное устройство, состоящее из уменьшающегося по ходу газов поперечного сечения кольцевого коллектора, снабженного сужающими соплами прямоугольной формы, направленными вверх параллельно стенке вытяжной башни градирни, и соединить его трубопроводом с газоходом отвода уходящих газов котла-утилизатора парогазовой установки в вытяжную башню градирни. Посредством дополнительного газораспределительного устройства при отрицательных температурах наружного воздуха в верхнюю часть вытяжной башни градирни по ее периметру настилающими струями следует подавать часть потока уходящих газов котла-утилизатора парогазовой установки при температуре 100–120 °С для отделения потока влажных газов (смеси уходящих газов с влажным воздухом) от холодной стенки и повышения ее температуры. Для энергетических газотурбинных установок, работающих на природном газе, при коэффициенте избытка воздуха α=2,5–4,0 влагосодержание уходящих газов составляет 63,5–43,1 г/кг с.г., температура точки росы равна 44,6–37,9 °С. При этом не требуется подогрев уходящих газов, а температура внутренней поверхности стенки вытяжной башни стальной градирни, имеющей обшивку гофрированными листами из алюминиево-магниевого сплава, при температуре наружного воздуха -30 – -35°С будет всегда положительной и равной 10–14°С, что исключает ее обледенение и повышает экономичность и надежность парогазовой установки электростанции. Так как температура внутренней поверхности стенки вытяжной башни градирни ниже точки росы, то из уходящих газов на ней будет выпадать конденсат водяных паров (обессоленная вода), который под действием силы тяжести вместе с циркуляционной водой будет стекать в водосборный бассейн градирни, что дополнительно повышает экономичность парогазовой установки электростанции, за счет снижения расхода добавочной воды системы оборотного циркуляционного водоснабжения. При этом снижается солесодержание циркуляционной воды за счет восполнения ее потерь обессоленной водой.

Технический результат изобретения - повышение экономичности и надежности парогазовой установки электростанции.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы парогазовой установки электростанции, по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, первичный воздух и органическое топливо подают в камеру сгорания газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся в процессе смешения газы направляют в газовую турбину, в газовой турбине осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшие в газовой турбине газы направляют в котел-утилизатор, где в процессе охлаждения газов в теплообменной поверхности генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а уходящие газы по газоходу отводят в вытяжную башню градирни с естественной тягой, в паровой турбине осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, где в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара, циркуляционную воду направляют в градирню с естественной тягой для охлаждения атмосферным воздухом, особенность способа работы парогазовой установки электростанции заключается в том, что при отрицательных температурах наружного воздуха часть потока уходящих газов котла-утилизатора при температуре 100–120°С по трубопроводу направляют в верхнюю часть вытяжной башни градирни с естественной тягой и посредством дополнительного газораспределительного устройства производят подачу настилающими струями этого потока уходящих газов по периметру верхней части вытяжной башни градирни и осуществляют отделение потока смеси уходящих газов с влажным воздухом от холодной стенки, при этом температуру внутренней поверхности стенки вытяжной башни градирни повышают до положительных значений, что исключает ее обледенение с внутренней стороны, одновременно осуществляют конденсацию водяных паров из уходящих газов на внутренней поверхности стенки вытяжной башни градирни и используют конденсат водяных паров из уходящих газов в качестве добавочной воды системы оборотного циркуляционного водоснабжения, кроме того дополнительное газораспределительное устройство выполняют в форме уменьшающегося по ходу газов поперечного сечения кольцевого коллектора, снабженного сужающими соплами прямоугольной формы, направленными вверх параллельно стенке вытяжной башни градирни.

На чертежах представлено: на фигуре 1 изображена схема парогазовой установки электростанции; на фигуре 2 - сечение А-А на фигуре 1.

Парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины 1, турбокомпрессора 2, камеры сгорания 3 и электрогенератора 4, котел-утилизатор 5, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины 6 с конденсатором 7, электрического генератора 8 и питательного насоса 9, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 10, напорный трубопровод 11 к конденсатору 7 паровой турбины 6 и сливной напорный трубопровод 12 к градирнес естественной тягой, состоящей из вытяжной башни 13 и водосборного бассейна 14, газоход 15, соединяющий котел-утилизатор 5 с основным газораспределительным устройством 16, установленным в вытяжной башне 13, трубопровод 17, соединяющий газоход 15 с дополнительным газораспределительным устройством, установленным в верхней части вытяжной башни 13 по ее периметру и состоящим из уменьшающегося по ходу газов поперечного сечения кольцевого коллектора18, снабженного сужающими соплами 19 прямоугольной формы, направленными вверх параллельно стенке вытяжной башни 13 градирни.

Способ реализуется следующим образом.

Атмосферный воздух подают в турбокомпрессор 2 газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления. Сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, первичный воздух и органическое топливо подают в камеру сгорания 3 газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания. Продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся в процессе смешения газы направляют в газовую турбину 1. В газовой турбине 1 совершается полезная работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора 2 и электрогенератора 4. Отработавшую в газовой турбине 1 газовоздушную смесь подают в котел-утилизатор 5, где генерируется водяной пар высоких параметров, который направляют в паровую турбину 6, а уходящие газы из котла-утилизатора 5 по газоходу 15 подают в основное газораспределительное устройство 16, установленное в вытяжной башне 13 градирни.

В паровой турбине 6 в процессе расширения водяного пара совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 8. Отработавший в паровой турбине 6 водяной пар направляют в конденсатор 7, где водяной пар конденсируется за счет теплообмена с циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 10 по напорному трубопроводу 11 из водосборного бассейна 14 градирни, при этом циркуляционная вода подогревается. Подогретая в конденсаторе 7 циркуляционная вода по сливному напорному трубопроводу 12 подается в вытяжную башню 13 градирни, где охлаждается холодным атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн 14, при этом атмосферный воздух подогревается и насыщается водяными парами. Конденсат отработавшего в паровой турбине 6 водяного пара питательным насосом 9 направляется в котел-утилизатор 5. Уходящие газы после котла-утилизатора 5 по газоходу 15 подаются в основное газораспределительное устройство 16, установленное в вытяжной башне 13 градирни. Посредством основного газораспределительного устройства 16 уходящие газы равномерно перемешиваются с движущимся в вытяжной башне 13 градирни подогретым и увлажненным в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с водой атмосферным воздухом. Образовавшиеся теплые влажные газы (смесь уходящих газов с влажным воздухом) отводятся в атмосферу.

При отрицательных температурах наружного воздуха в верхней части вытяжной башни 13 градирни теплые влажные газы (смесь уходящих газов с влажным воздухом), взаимодействуя с ее холодными стенками охлаждаются ниже точки росы, при этом находящиеся в газах пары воды конденсируются, конденсат намерзает на стенках вытяжной башни 13 градирни, образуются глыбы льда. При положительных температурах окружающей среды глыбы льда отделяются от стенок вытяжной башни 13, падают с высоты и разрушают все элементы градирни, что снижает надежность парогазовой установки электростанции.

Для предотвращения обледенения в верхнюю часть вытяжной башни 13 градирни по трубопроводу 17 в уменьшающийся по ходу газов поперечного сечения кольцевой коллектор 18 дополнительного газораспределительного устройства подают часть потока уходящих газов котла-утилизатора 5 при температуре 100–120 °С. Этот поток уходящих газов посредством прямоугольной формы сужающие сопла 19 настилающими струями выбрасывается вдоль холодной стенки верхней части вытяжной башни 13 градирни и отделяет поток смеси уходящих газов с влажным воздухом от холодной стенки вытяжной башни 13. Для энергетических газотурбинных установок, работающих на природном газе, при коэффициенте избытка воздуха α=2,5–4,0 влагосодержание уходящих газов составляет 63,5–43,1 г/кг с.г., а температура точки росы равна 44,6–37,9°С. При этом температура внутренней поверхности стенки вытяжной башни 13 стальной градирни, имеющей обшивку гофрированными листами из алюминиево-магниевого сплава, при температуре наружного воздуха -30 – -35°С будет всегда положительной и равной 10–14°С, что исключает ее обледенение. Так как температура внутренней поверхности стенки вытяжной башни 13 градирни ниже точки росы, то на ней будет выпадать конденсат водяных паров (обессоленная вода) из уходящих газов котла-утилизатора 5, который под действием силы тяжести вместе с циркуляционной водой будет стекать в водосборный бассейн 14 градирни, что дополнительно повышает экономичность парогазовой установки электростанции, за счет снижения расхода добавочной воды системы оборотного циркуляционного водоснабжения. При этом снижается солесодержание циркуляционной воды за счет восполнения ее потерь обессоленной водой.

Таким образом, в заявленном техническом решении при отрицательных температурах наружного воздуха в верхнюю часть вытяжной башни градирни по ее периметру посредством дополнительного газораспределительного устройства, выполненного в форме уменьшающегося по ходу газов поперечного сечения кольцевого коллектора, снабженного сужающими соплами прямоугольной формы, направленными вверх параллельно стенке вытяжной башни градирни, настилающими струями подается часть потока уходящих газов котла-утилизатора что позволяет отделить поток теплых и влажных газов от холодной стенки вытяжной башни, повысить температуру внутренней поверхности стенки вытяжной башни, исключить ее обледенение и повысить экономичность и надежность парогазовой установки электростанции.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Технический результат - повышение эффективности работы парогазовой установки электростанции. Предлагается способ работы парогазовой установки электростанции, по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, первичный воздух и органическое топливо подают в камеру сгорания газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания смешивают со вторичным воздухом, образовавшиеся в процессе смешения газы направляют в газовую турбину, в газовой турбине осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшие в газовой турбине газы направляют в котел-утилизатор, где в процессе охлаждения газов в теплообменной поверхности генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а уходящие газы по газоходу отводят в вытяжную башню градирни с естественной тягой, в паровой турбине осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, где в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара, циркуляционную воду направляют в градирню с естественной тягой для охлаждения атмосферным воздухом, при отрицательных температурах наружного воздуха часть потока уходящих газов котла-утилизатора при температуре 100–120°С по трубопроводу направляют в верхнюю часть вытяжной башни градирни с естественной тягой и посредством дополнительного газораспределительного устройства производят подачу настилающими струями этого потока уходящих газов по периметру верхней части вытяжной башни градирни и осуществляют отделение потока смеси уходящих газов с влажным воздухом от холодной стенки, при этом температуру внутренней поверхности стенки вытяжной башни градирни повышают до положительных значений, что исключает ее обледенение с внутренней стороны, одновременно осуществляют конденсацию водяных паров из уходящих газов на внутренней поверхности стенки вытяжной башни градирни и используют конденсат водяных паров из уходящих газов в качестве добавочной воды системы оборотного циркуляционного водоснабжения, кроме того, дополнительное газораспределительное устройство выполняют в форме уменьшающегося по ходу газов поперечного сечения кольцевого коллектора, снабженного сужающими соплами прямоугольной формы, направленными вверх параллельно стенке вытяжной башни градирни. 2 ил.

Способ работы парогазовой установки электростанции, по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, первичный воздух и органическое топливо подают в камеру сгорания газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания смешивают со вторичным воздухом, образовавшиеся в процессе смешения газы направляют в газовую турбину, в газовой турбине осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшие в газовой турбине газы направляют в котел-утилизатор, где в процессе охлаждения газов в теплообменной поверхности генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а уходящие газы по газоходу отводят в вытяжную башню градирни с естественной тягой, в паровой турбине осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, где в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара, циркуляционную воду направляют в градирню с естественной тягой для охлаждения атмосферным воздухом, отличающийся тем, что при отрицательных температурах наружного воздуха часть потока уходящих газов котла-утилизатора при температуре 100–120°С по трубопроводу направляют в верхнюю часть вытяжной башни градирни с естественной тягой и посредством дополнительного газораспределительного устройства производят подачу настилающими струями этого потока уходящих газов по периметру верхней части вытяжной башни градирни и осуществляют отделение потока смеси уходящих газов с влажным воздухом от холодной стенки, при этом температуру внутренней поверхности стенки вытяжной башни градирни повышают до положительных значений, что исключает ее обледенение с внутренней стороны, одновременно осуществляют конденсацию водяных паров из уходящих газов на внутренней поверхности стенки вытяжной башни градирни и используют конденсат водяных паров из уходящих газов в качестве добавочной воды системы оборотного циркуляционного водоснабжения, кроме того, дополнительное газораспределительное устройство выполняют в форме уменьшающегося по ходу газов поперечного сечения кольцевого коллектора, снабженного сужающими соплами прямоугольной формы, направленными вверх параллельно стенке вытяжной башни градирни.