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 №2373403, Б.И. 32, 2009), 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, 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, уходящие газы после котла-утилизатора направляют в теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, где охлаждают ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом по напорному трубопроводу, при этом водяные пары, содержащиеся в уходящих газах в перегретом состоянии, конденсируются, конденсат водяных паров, выделяющийся из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы, направляют в бак-резервуар обессоленной воды, а уходящие газы после теплообменника-утилизатора теплоты уходящих газов отводят в атмосферу, циркуляционную воду после конденсатора паровой турбины и теплообменника-утилизатора теплоты уходящих газов направляют в градирню с естественной тягой для охлаждения атмосферным воздухом. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной парогазовой установки электростанции, принятой за прототип, относится то, что известная парогазовая установка электростанции обладает пониженной надежностью и экономичностью, так как в турбокомпрессор газотурбинной установки подается насыщенный водяными парами в вытяжной башне градирни и содержащий капельную влагу (капельки воды) атмосферный воздух. Капельки воды попадают в цикловой воздух вследствие ее механического уноса в процессе тепломассообмена при противоточном движении теплоносителей (циркуляционной воды и воздуха) в вытяжной башне градирни. Циркуляционная вода содержит механические примеси и виде химические соединения металлов. В процессе работы газотурбинной установки цикловой воздух в турбокомпрессоре сжимается и нагревается, при этом капельки воды вследствие нагрева будут испаряться, а содержащиеся в них механические примеси и химические соединения металлов будут откладываться на лопатках турбокомпрессора, стенках камеры сгорания, и на лопатках газовой турбины, что снижает их надежность. Кроме того, загрязнение элементов газотурбинной установки приведет к снижению ее КПД и экономичности вследствие уменьшения внутреннего относительного КПД турбокомпрессора и газовой турбины. Таким образом, подача в турбокомпрессор газотурбинной установки атмосферного воздуха, содержащего капельки загрязненной циркуляционной воды, значительно снижает надежность и экономичность ее работы.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для повышения надежности и экономичности парогазовой установки электростанции предлагается выхлопной патрубок паровой турбины соединить посредством водораспределительного коллектора и выполненного из нержавеющей стали водопровода с нагнетательным патрубком насоса для подачи конденсата водяных паров (обессоленной воды) при температуре 30–35°С, выделяющегося из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы в теплообменнике–утилизаторе теплоты уходящих газов. Причем для распыления обессоленной воды и образования пароводяной смеси впрыск обессоленной воды в выхлопной патрубок паровой турбины целесообразно осуществлять посредством форсунок, присоединенных к водораспределительному коллектору. Подача обессоленной воды при более низкой температуре 30–35°С в поток отработавшего в турбине водяного пара, имеющего более высокую температуру 32,9–39,0°С (при давлении 0,005–0,007 МПа), позволяет снизить потери энергии в холодном источнике – конденсаторе паровой турбины вследствие конденсации части потока отработавшего в турбине пара на входе в конденсатор. При этом расход циркуляционной воды через конденсатор паровой турбины снизится, а обессоленная вода будет использоваться одновременно в качестве добавочной воды цикла парогазовой установки электростанции, что дополнительно повышаетее экономичность.

Технический результат - повышение надежности и экономичности 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, 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, уходящие газы после котла-утилизатора направляют в теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, где охлаждают ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом по напорному трубопроводу, при этом водяные пары, содержащиеся в уходящих газах в перегретом состоянии, конденсируются, конденсат водяных паров, выделяющийся из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы, направляют в бак-резервуар обессоленной воды, а уходящие газы после теплообменника-утилизатора теплоты уходящих газов отводят в атмосферу, циркуляционную воду после конденсатора паровой турбины и теплообменника-утилизатора теплоты уходящих газов направляют в градирню с естественной тягой для охлаждения атмосферным воздухом, особенность способа работы парогазовой установки электростанции заключается в том, что парогазовую установку электростанции снабжают выполненным из нержавеющей стали водопроводом, соединяющим посредством водораспределительного коллектора и форсунок выхлопной патрубок паровой турбины с баком-резервуаром обессоленной воды, и осуществляют подачу конденсата водяных паров, выделяющегося из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы в теплообменнике-утилизаторе теплоты уходящих газов, из бака-резервуара по водопроводу из нержавеющей стали в поток движущегося в выхлопном патрубке отработавшего в паровой турбине водяного пара, при этом впрыск конденсата водяных паров при температуре 30–35°С в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара, имеющего температуру 32,9–39,0°С при давлении 0,005–0,007 МПа, осуществляют посредством форсунок, присоединенных к водораспределительному коллектору.

На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции.

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 выхлопным патрубком 7 и конденсатором 8, электрического генератора 9 и питательного насоса 10, теплообменник – утилизатор 11 теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником 12 с гидрозатвором 13, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 14, напорный трубопровод 15 к конденсатору 8 паровой турбины 6, трубопровод 16 к теплообменнику–утилизатору 11теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод 17 к градирне, состоящей из вытяжной башни 18 и водосборного бассейна 19, выполненные из нержавеющей стали бак-резервуар 20 обессоленной воды и водопровод 21, соединяющий нагнетательный патрубок насоса 22 посредством водораспределительного коллектора 23 и форсунок 24 с выхлопным патрубком 7 паровой турбины 6.

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. Отработавшие в газовой турбине 1 газы подают в котел-утилизатор 5, где генерируется водяной пар высоких параметров, который направляют в паровую турбину 6.

В паровой турбине 6 в процессе расширения водяного пара совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 9. Отработавший в паровой турбине 6 водяной пар по выхлопному патрубку 7направляют в конденсатор 8. В конденсаторе 8 в процессе теплообмена с циркуляционной водой, подаваемой по напорному трубопроводу 15 циркуляционным насосом 14 из водосборного бассейна 19 градирни, отработавший в паровой турбине 6 водяной пар конденсируется. Конденсат отработавшего в турбине 6 водяного пара из конденсатора 8 питательным насосом 10 подают в котел-утилизатор 5.

Отработавшие в котле-утилизаторе 5 уходящие газы направляют в теплообменник-утилизатор 11 теплоты уходящих газов, где охлаждают ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 14 по трубопроводу 16. При этом водяной пар, содержащийся в уходящих газах в перегретом состоянии, при температуре 30–35°С конденсируется, образуется конденсат (обессоленная вода). Обессоленную воду, выделяющуюся из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы в теплообменнике-утилизаторе 11, отводят в конденсатосборник 12 и через гидрозатвор 13 направляют в бак-резервуар 20, который выполняется из нержавеющей стали для сохранения чистоты обессоленной воды. Из бака-резервуара 20 обессоленную воду насосом 22 по водопроводу 21 из нержавеющей стали подают через водораспределительный коллектор 23 посредством форсунок 24 в поток отработавшего в паровой турбине 6 водяного пара, движущегося в выхлопном патрубке 7. Подача обессоленной воды при более низкой температуре 30–35°С в поток отработавшего в паровой турбине 6 водяного пара, имеющего более высокую температуру 32,9–39,0°С (при давлении 0,005–0,007 МПа), позволяет снизить потери энергии в холодном источнике – конденсаторе 8 паровой турбины 6 вследствие смешения потоков обессоленной воды и отработавшего в паровой турбине 6 водяного пара, достижения отработавшим в паровой турбине 6 водяным паром температуры насыщения на входе в конденсатор. При этом расход циркуляционной воды через конденсатор 8 паровой турбины 6 снизится, так как часть отработавшего в паровой турбине 6 водяного пара будет конденсироваться в выхлопном патрубке 7. Кроме того, обессоленная вода будет использоваться одновременно в качестве добавочной воды цикла парогазовой установки электростанции, что дополнительно повышает ее экономичность.

Циркуляционную воду после конденсатора 8 паровой турбины и теплообменника-утилизатора 11 теплоты уходящих газов циркуляционным насосом 14 по сливному напорному трубопроводу 17 направляют в вытяжную башню 18 градирни с естественной тягой для охлаждения атмосферным воздухом.

Таким образом, подача конденсата водяных паров, выделяющегося из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы в теплообменнике–утилизаторе теплоты уходящих газов, в поток движущегося в выхлопном патрубке отработавшего в паровой турбине водяного пара, позволяет снизить потери энергии в холодном источнике и повысить надежность и экономичность парогазовой установки электростанции.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Технический результат - повышение надежности и экономичности 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 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, 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, уходящие газы после котла-утилизатора направляют в теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, где охлаждают ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом по напорному трубопроводу, при этом водяные пары, содержащиеся в уходящих газах в перегретом состоянии, конденсируются, конденсат водяных паров, выделяющийся из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы, направляют в бак-резервуар обессоленной воды, а уходящие газы после теплообменника-утилизатора теплоты уходящих газов отводят в атмосферу, циркуляционную воду после конденсатора паровой турбины и теплообменника-утилизатора теплоты уходящих газов направляют в градирню с естественной тягой для охлаждения атмосферным воздухом, конденсат водяных паров, выделяющийся из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы в теплообменнике-утилизаторе теплоты уходящих газов, из бака-резервуара по водопроводу из нержавеющей стали подают в поток движущегося в выхлопном патрубке отработавшего в паровой турбине водяного пара, при этом впрыск конденсата водяных паров при температуре 30–35°С в поток отработавшего в турбине водяного пара, имеющего температуру 32,9–39,0°С при давлении 0,005–0,007 МПа, осуществляют посредством форсунок, присоединенных к водораспределительному коллектору. 1 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 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, 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, уходящие газы после котла-утилизатора направляют в теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, где охлаждают ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом по трубопроводу, при этом водяные пары, содержащиеся в уходящих газах в перегретом состоянии, конденсируются, конденсат водяных паров, выделяющийся из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы, направляют в бак-резервуар обессоленной воды, а уходящие газы после теплообменника-утилизатора теплоты уходящих газов отводят в атмосферу, циркуляционную воду после конденсатора паровой турбины и теплообменника-утилизатора теплоты уходящих газов направляют в градирню с естественной тягой для охлаждения атмосферным воздухом, отличающийся тем, что парогазовую установку электростанции снабжают выполненным из нержавеющей стали водопроводом, соединяющим посредством водораспределительного коллектора и форсунок выхлопной патрубок паровой турбины с баком-резервуаром обессоленной воды, и осуществляют подачу конденсата водяных паров, выделяющегося из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы в теплообменнике-утилизаторе теплоты уходящих газов, из бака-резервуара по водопроводу из нержавеющей стали в поток движущегося в выхлопном патрубке отработавшего в паровой турбине водяного пара, при этом впрыск конденсата водяных паров при температуре 30-35°С в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара, имеющего температуру 32,9-39,0°С при давлении 0,005-0,007 МПа, осуществляют посредством форсунок, присоединенных к водораспределительному коллектору.