СПОСОБ РАБОТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ Российский патент 2023 года по МПК F02C6/00 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на теплоэлектроцентралях.

Известен способ работы турбодетандерного агрегата на тепловых электрических станциях с использованием потенциальной энергии сжатого природного газа для выработки электроэнергии. (Е.А. Жигулина, Н.В. Калинин, В.Г. Хромченков. Эффективность подогрева природного газа при использовании детандергенераторных агрегатов на тепловых электрических станциях http://www.combienergy.ru/stat/1215-Effektivnost-podogreva-prirodnogo-gaza-pri-ispolzovanii). Согласно этому способу природный газ подают на газораспределительную станцию ТЭС с давлением 1,0-0,6 МПа, подогревают до 80-100°С, расширяют в турбодетандерном агрегате с понижением давления до 0,13-0,15 МПа и температуры в 3-5°С. Расширенный газ дополнительно подогревают и подают в горелки котельных агрегатов ТЭС. Подогрев природного газа перед турбодетандером производят за счет тепла пара отбираемого из отборов паровых турбин ТЭС. Конденсат этого пара возвращают на ТЭС.

Недостатками этого способа является небольшая электрическая мощность турбодетандерной установки.

Известен способ работы и устройство маневренной газопаровой теплоэлектроцентали с паровым приводом компрессора (Патент РФ №2728312). Теплоэлектроцентраль содержит газотурбинную установку с компрессорами низкого и высокого давления, камерой сгорания противодавленческую паровую турбину, камеру сгорания, газопаровую турбину, электрогенератор, паровой котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем, экономайзером, газоводяным подогревателем сетевой воды теплосети, оросителем, конденсатором-сепаратором. Вход противодавленческой паровой турбины соединен паропроводом высокого давления с пароперегревателем котла-утилизатора, а ее выход соединен с камерой сгорания газотурбинной установки. В камеру сгорания подают топливо и пар расширенный в противодавленческой паровой турбине. Полученную газопаровую смесь расширяют в газопаровой турбине, теплоту газопаровой смеси используют для выработки перегретого пара и подогрева сетевой воды теплосети. В газопаровую смесь впрыскивают охлаждающую воду и конденсируют в конденсаторе-сепараторе паровую составляющую газопаровой смеси, отсепарированные конденсат и охлаждающую воду направляют в водяной воздушный охладитель(градирню) и охлаждают атмосферным воздухом. Меньшую часть отсепарированных конденсата и охлаждающей воды умягчают в химводоочистке и подают в котел-утилизатор для выработки перегретого пара высокого давления. Положительным качествами способа является расширение в газовой турбине газопаровой смеси и конденсация в паровой составляющей газопаровой смеси, что способствует повышению электрической мощности газовой турбины, сбрасыванию в атмосферу охлажденных продуктов сгорания, повышению экологичности установки использованию отсепарированного конденсата для выработки перегретого пара высокого давления. Недостатком этого способа является усложнение конструкции и увеличение стоимости установки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ работы регенеративной газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции (Патент РФ №2656769), содержащей газопровод высокого давления, турбодетандер, газопровод пониженного давления, газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, регенеративным воздухоподогревателем, газовой турбиной, электрогенератором, газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины, трубопроводы горячего и охлажденного теплоносителя(воды), дожимной компрессор топливного газа; газопровод высокого давления соединен через теплообменник подогрева газа высокого давления с входом турбодетандера, выход турбодетандера связан через теплообменник подогрева газа пониженного давления с газопроводом пониженного давления, теплообменники подогрева газа высокого и пониженного давления связаны с трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя с газоводяным теплообменником утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины, турбодетандер соединен валом с компрессором, газовая турбина соединена валом с электрогенератором, вход дожимного компрессора топливного газа связан с газопроводом высокого давления, а его выход связан с камерой сгорания; согласно этому способу атмосферный воздух сжимают в компрессоре, подогревают в регенеративном воздухоподогревателе теплом продуктов сгорания расширенных в газовой турбине и подают в камеру сгорания, куда также подают природный газ из дожимного компрессора топливного газа, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, в газоводяном теплообменнике утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины нагревают теплоноситель, его тепло используют для подогрева газа высокого и пониженного давления, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии. Полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора; небольшую часть газа из газопровода высокого давления 1,0-0.6 МПа сжимают в дожимном газовом компрессоре и с давлением 2,5-3 МПа подают в камеру сгорания, большую часть газа высокого давления подогревают теплом горячего теплоносителя в теплообменнике подогрева газа высокого давления, расширяют а турбодетандере до давления 0.13-0,15 МПа и температуры 3-5°С, затем этот газ подогревают теплом горячего теплоносителя в теплообменнике пониженного давления и по газопроводу пониженного давления подают в котельные агрегаты тепловой электрической станции.

Но как и в рассмотренном аналоге, недостатком этого способа является недостаточная тепловая экономичность, электрическая мощность и выработка электроэнергии регенеративной газотурбодетандерной установкой.

Техническим результатом предлагаемого способа является увеличение электрической мощности, тепловой экономичности и экологичности с увеличением выработки электроэнегии газотурбодетандерной энергетической установки теплоэлектроцентрали. Поставленная задача решается за счет того, что в способе работы газотурбодетандерной энергетической установки теплоэлектроцентрали, содержащей: газотурбинную установку с турбо детандером, компрессором, регенеративным воздухоподогревателем, камерой сгорания, газопаровой турбиной, электрогенератором; газопровод высокого давления 0,8-1,2 МПа, газоводяной утилизационный теплообменник, подогреватель газа высокого давления, теплообменник подогрева газа пониженного давления, дожимной газовый компрессор; способ работы газотурбодетандерной энергетической установки теплоэлектроцентрали осуществляют следующим образом: атмосферный воздух сжимают в компрессоре, нагревают в регенеративном воздухоподогревателе, в камеру сгорания подают сжатый воздух и газ из дожимного газового компрессора с давлением 2-2,5 МПа, продукты сгорания расширяют в газовой турбине; большую часть газа высокого давления подогревают теплом теплоносителя до 150-160°С, расширяют в турбодетандере до давления 0,12-0,125 МПа, подогревают теплоносителем до 40-50°С и подают в горелки котельных агрегатов теплоэлектроцентрали; полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора, работу газовой турбины используют для привода электрогенератора, подогрев газа высокого давления перед турбодетандером и расширенного в нем газа производят в газоводяном утилизационном теплообменнике теплом продуктов сгорания расширенных в газовой турбине, причем в газотурбодетандерной энергетической установке дополнительно применяют турбодетандер низкого давления, теплообменник подогрева газа низкого давления, теплообменник подогрева сетевой воды теплосети, трубопроводы сетевой воды теплосети, ороситель, конденсатор-сепаратор, градирню, трубопровод воды; дожимной газовый компрессор соединен валом через турбодетандеры высокого и низкого давления с компрессором, полезную работу турбодетандеров высокого и низкого давления используют для привода дожимного газового компрессора и компрессора газотурбодетандерной энергетической установки; в камеру сгорания подают пар с давлением 1,3-1,5 МПа из промышленного отбора паровой турбины теплоэлектроцентрали, газопаровую смесь из камеры сгорания расширяют в газопаровой турбине, теплоту расширенной газопаровой смеси используют для подогрева теплоносителя (воды) в газоводяном утилизационном теплообменнике и для подогрева сетевой воды теплосети в подогревателе сетевой воды теплосети; в газопаровую смесь частично охлажденную в регенеративном воздухоподогревателе, газоводяном утилизационном теплообменнике и в подогревателе сетевой воды теплосети; впрыскивают через ороситель большую часть воды, охлажденной в градирне, ее используют для контактной конденсации пара содержащегося в газопаровой смеси и сепарации конденсата пара и охлаждающей воды, отсепарированную смесь конденсата и охлаждающей воды охлаждают воздухом в градирне; большую часть охлажденной смеси подают в ороситель, а ее меньшую часть подают по трубопроводу воды в теплоэлектроцентраль, где ее очищают от солей и используют для выработки пара высокого давления 13 МПа в котельных агрегатах с его последующим расширением в паровой турбине с промышленным отбором пара до 1,3-1,5 МПа и подачей в камеру сгорания газотурбодетандерной энергетической установки.

Новые технические решения в предлагаемом способе работы позволяют увеличить ее электрическую мощность, экономичность и экологичность газотурбодетандерной энергетической установки, а также обеспечить дополнительную выработку электроэнергии паровой турбиной с промышленным отбором пара теплоэлектроцентрали.

Схема устройства для реализации способа изображена на фиг. 1

Устройство включает: 1 - газопровод высокого давления 0,8-1,2 МПа, 2 - подогреватель газа высокого давления, 3 - подогреватель газа низкого давления, 4 - дожимной газовый компрессор, 5 - турбодетандер высокого давления, 6 - турбодетандер низкого давления, 7 - компрессор, 8 - регенеративный воздухоподогреватель, 9 - газопаровая турбина, 10 - электрогенератор, 11 - камера сгорания, 12 - трубопровод горячего теплоносителя, 13 - паропровод, 14 - теплообменник подогрева газа пониженного давления, 15 - газоводяной утилизационный теплообменник, 16 - теплообменник подогрева сетевой воды, 17 - трубопроводы сетевой воды теплосети, 18 - теплоэлектроцентраль с турбиной с промышленным отбором пара, 19 - ороситель, 20 - градирня, 21 - конденсатор-сепаратор, 22 - трубопровод воды, 23 - трубопровод охлажденного теплоносителя, 24 - газопровод топливного газа.

Предлагаемый способ работы газотурбодетандерной энергетической установки теплоэлектроцентрали осуществляют следующим образом.

Большую часть природного газа из газопровода высокого давления 1 с давлением 0,8-1,2 МПа подогревают в подогревателе газа высокого давления 2 и подают в турбодетандер высокого давления 5, расширяют до 0,4 -0,6 МПа и подают в турбодетандернизкого давления 7, расширяют в нем до пониженного давления 0,12-0,125 МПа, подогревают теплоносителем до 40-50°С в теплообменнике пониженного давления 13 до 40-50°С и подают к горелкам котельных агрегатов теплоэлектроцентрали 18. Атмосферный воздух сжимают в компрессоре 7 и через регенеративный воздухоподогреватель 8 подают в камеру сгорания 11, в нее также подают топливный газ сжатый в дожимном газовом компрессоре 4 и пар с давлением 1,3-1,5 МПа из промышленного отбора паровой турбины теплоэлектроцентрали 18. Полученную газопаровую смесь расширяют в газопаровой турбине 9, ее теплоту используют в регенеративном воздухоподогревателе 8 для подогрева воздуха сжатого в компрессоре 7, для подогрева теплоносителя (воды) в газоводяном утилизационном теплообменнике 15 и для подогрева сетевой воды теплосети в теплообменнике 15. Воду нагретую в газоводяном утилизационном теплообменнике 15, подают по трубопроводу горячего теплоносителя 12 в подогревателе газа высокого давления 2 где ее теплоту используют для подогрева газа высокого давления до 120-130°С. Этот газ затем расширяют в турбодетандере высокого давления до 0,5-0,6 МПа, подогревают до 70-80°С в подогревателе газа низкого давления 3, расширяют в турбодетандере низкого давления 6 до давления 0,12-0,125 МПа, подогревают в теплообменнике пониженного давления 14 до 40-50°С теплом теплоносителя охлажденного в подогревателе газа низкого давления 3. Подогретый газ пониженного давления подают к горелкам котельных агрегатов теплоэлектроцентрали 18. Теплом расширенной газопаровой смеси нагревают в газоводяном утилизационном теплообменнике 15 теплоноситель до 130-140°С и сетевую воду теплосети в теплообменнике 16 подаваемую в него по трубопроводам 17. В охлажденную в этих теплообменниках газопаровую смесь через ороситель 19 впрыскивают воду охлажденную в градирне 20, ее используют в конденсаторе-сепараторе 21 для контактной конденсации и сепарации паровой составляющей газопаровой смеси и охлаждающей воды. Смесь отсепарированного конденсата и охлаждающей воды направляют в градирню 20 и охлаждают атмосферным воздухом. Большую часть этой смеси впрыскивают в ороситель 19, а ее меньшую часть подают по трубопроводу 22 в теплоэлектроцентраль 18, где ее умягчают в химводоочистке и используют для выработки перегретого пара с давлением 13 МПа, который расширяют в паровой турбине с промышленным отбором пара до 1,3-1,5 МПа и по паропроводу 13 подают в камеру сгорания 11, куда подают из дожимного газового компрессора 4 топливный газ по газопроводу топливного газа 24 с давлением 2-2,5 МПа.

Способ работы энергетической газотурбодетандерной установки теплолектроцентрали, содержащей турбодетандеры высокого и низкого давления, компрессор, регенеративный воздухоподогреватель, камеру сгорания, газопаровую турбину, электрогенератор; газопровод высокого давления 0,8-1,2 МПа, газопровод пониженного давления 0,12-0,125 МПа, подогреватели газа высокого и пониженного давления, газоводяной утилизационный теплообменник, дожимной газовый компрессор, трубопроводы теплоносителя (воды), ороситель, контактный конденсатор с сепаратором, трубопроводы сетевой воды теплосети, конденсатопровод, воздушный водоохладитель (градирню). Согласно этому способу, газ высокого давления подогревают теплом теплоносителя до 120-130°С, расширяют в турбодетандере высокого давления до давления 0,5-0,6 МПа, подогревают до 100-110°С, расширяют в турбодетандере низкого давления до 0,12-0,125 МПа, подогревают теплоносителем до 40-50°С и подают в горелки котельных агрегатов ТЭЦ. Теплоноситель нагревают в газоводяном утилизационном теплообменнике теплом газопаровой смеси, расширенной в газопаровой турбине, ее теплоту используют также для подогрева сетевой воды теплосети. В камеру сгорания газопаровой турбины подают сжатый воздух, топливный газ из дожимного газового компрессора и пар с давлением 1,3-1,5 МПа из промышленного отбора паровой турбины ТЭЦ. Полезную работу турбодетандеров используют для привода дожимного газового компрессора и компрессора, а полезную работу газопаровой турбины и дополнительную работу паровой турбины используют для выработки электроэнергии. В газопаровую смесь, расширенную в газопаровой турбине и частично охлажденную при подогреве теплоносителя и сетевой воды теплосети, впрыскивают охлаждающую воду из градирни и производят контактную конденсацию пара, содержащегося в газопаровой смеси, и сепарацию смеси конденсата и охлаждающей воды. Отсепарированную смесь охлаждают в градирне. Ее большую часть впрыскивают в газопаровую смесь, а меньшую часть подают в химводоочистку ТЭЦ и используют для дополнительной выработки пара с давлением 13 МПа в турбине с промышленным отбором пара, который подают в камеру сгорания энергетической газотурбодетандерной установки. За счет этого увеличивается выработка электроэнергии в этой установке и в паровой турбине с промышленным отбором пара. 1 ил.

Способ работы газотурбодетандерной энергетической установки теплоэлектроцентрали, содержащей: газотурбинную установку с турбодетандером, компрессором, регенеративным воздухоподогревателем, камерой сгорания, газопаровой турбиной, электрогенератором; газопровод высокого давления 0,8-1,2 МПа, газоводяной утилизационный теплообменник, подогреватель газа высокого давления, теплообменник подогрева газа пониженного давления, дожимной газовый компрессор; способ работы газотурбодетандерной энергетической установки теплоэлектроцентрали осуществляют следующим образом: атмосферный воздух сжимают в компрессоре, нагревают в регенеративном воздухоподогревателе, в камеру сгорания подают сжатый воздух и газ из дожимного газового компрессора с давлением 2-2,5 МПа, продукты сгорания расширяют в газовой турбине; большую часть газа высокого давления подогревают теплом теплоносителя до 150-160°С, расширяют в турбодетандере до давления 0,12-0,125 МПа, подогревают теплоносителем до 40-50°С и подают в горелки котельных агрегатов теплоэлектроцентрали; полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора, работу газовой турбины используют для привода электрогенератора, подогрев газа высокого давления перед турбодетандером и расширенного в нем газа производят в газоводяном утилизационном теплообменнике теплом продуктов сгорания, расширенных в газовой турбине, отличающийся тем, что в газотурбодетандерной энергетической установке дополнительно применяют турбодетандер низкого давления, теплообменник подогрева газа низкого давления, теплообменник подогрева сетевой воды теплосети, трубопроводы сетевой воды теплосети, ороситель, конденсатор-сепаратор, градирню, трубопровод воды; дожимной газовый компрессор соединен валом через турбодетандеры высокого и низкого давления с компрессором, полезную работу турбодетандеров высокого и низкого давления используют для привода дожимного газового компрессора и компрессора газотурбодетандерной энергетической установки; в камеру сгорания подают пар с давлением 1,3-1,5 МПа из промышленного отбора паровой турбины теплоэлектроцентрали, газопаровую смесь из камеры сгорания расширяют в газопаровой турбине, теплоту расширенной газопаровой смеси используют для подогрева теплоносителя (воды) в газоводяном утилизационном теплообменнике и для подогрева сетевой воды теплосети в подогревателе сетевой воды теплосети; в газопаровую смесь, частично охлажденную в регенеративном воздухоподогревателе, газоводяном утилизационном теплообменнике и в подогревателе сетевой воды теплосети, впрыскивают через ороситель большую часть воды, охлажденной в градирне, ее используют для контактной конденсации пара, содержащегося в газопаровой смеси, и сепарации конденсата пара и охлаждающей воды, отсепарированную смесь конденсата и охлаждающей воды охлаждают воздухом в градирне; большую часть охлажденной смеси подают в ороситель, а ее меньшую часть подают по трубопроводу воды в теплоэлектроцентраль, где ее очищают от солей и используют для выработки пара высокого давления 13 МПа в котельных агрегатах с его последующим расширением в паровой турбине с промышленным отбором пара до 1,3-1,5 МПа и подачей в камеру сгорания газотурбодетандерной энергетической установки.