Парогазовая установка электростанции Российский патент 2023 года по МПК F01K23/10 F01K25/06 

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

Известен аналог – парогазовая установка электростанции (см. патент РФ № 2777999, БИ 23, 2022), содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник - утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины, трубопровод подачи циркуляционной воды к теплообменнику - утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, бак-резервуар обессоленной воды, напорный водопровод, выполненный из нержавеющей стали и соединяющий нагнетательный патрубок насоса с водораспределительным коллектором, входной воздуховод турбокомпрессора, форсунки, присоединенные к водораспределительному коллектору.

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 эффективностью работы, так как не осуществляется непрерывное регулирование расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки. В процессе работы электрическая мощность парогазовой установки электростанции может изменяться по причине изменения нагрузки потребителя. Так, при уменьшении нагрузки потребителя следует снижать электрическую мощность парогазовой установки электростанции путем уменьшения расходов воздуха и органического топлива, подаваемых соответственно в турбокомпрессор и в камеру сгорания газотурбинной установки, а при повышении нагрузки потребителя мощность парогазовой установки следует увеличивать путем повышения расходов воздуха и органического топлива, подаваемых соответственно в турбокомпрессор и в камеру сгорания газотурбинной установки. В первом случае расход обессоленной воды, подаваемой во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, следует уменьшать, а во втором - повышать в соответствии с изменением расхода подаваемого в турбокомпрессор воздуха. Таким образом, отсутствие непрерывного регулирования расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, снижает эффективность работы парогазовой установки электростанции.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения эффективности работы парогазовой установки электростанции целесообразно осуществлять непрерывный контроль и поддерживать на заданном уровне в соответствии с режимом работы парогазовой установки электростанции расход обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки в количестве 0,01 – 0,015 кг на 1 кг подаваемого в турбокомпрессор воздуха. Для этого предлагается установить в парогазовой установке электростанции регулятор расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, связанный с датчиком расхода воздуха в турбокомпрессор газотурбинной установки и регулирующим органом, установленным на напорном водопроводе из нержавеющей стали перед насосом подачи обессоленной воды во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки.

Технический результат – повышение эффективности работы парогазовой установки электростанции.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная парогазовая установка электростанции, содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник - утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины, трубопровод подачи циркуляционной воды к теплообменнику - утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, бак-резервуар обессоленной воды, напорный водопровод, выполненный из нержавеющей стали и соединяющий нагнетательный патрубок насоса с водораспределительным коллектором, входной воздуховод турбокомпрессора, форсунки, присоединенные к водораспределительному коллектору, особенность парогазовой установки электростанции заключается в том, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена регулятором расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, связанным с датчиком расхода воздуха в турбокомпрессор газотурбинной установки и регулирующим органом, установленным на напорном водопроводе из нержавеющей стали перед насосом подачи обессоленной воды во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки.

На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции, реализующая предлагаемый способ.

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, теплообменник-утилизатор 10 теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником 11 с гидрозатвором 12, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 13, напорный трубопровод 14 к конденсатору 7 паровой турбины 6, трубопровод 15 к теплообменнику-утилизатору 10 теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод 16 к градирне, состоящей из вытяжной башни 17 и водосборного бассейна 18, бак-резервуар 19 обессоленной воды, напорный водопровод 20, выполненный из нержавеющей стали и соединяющий нагнетательный патрубок насоса 21 с водораспределительным коллектором 22, входной воздуховод 23 турбокомпрессора 2, форсунки 24, присоединенные к водораспределительному коллектору 22, регулятор 25 расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара 19 насосом 21 по напорному водопроводу 20 из нержавеющей стали во входной воздуховод 23 турбокомпрессора 2, связанный с датчиком 26 расхода воздуха в турбокомпрессор 2 газотурбинной установки и регулирующим органом 27, установленным на напорном водопроводе 20 из нержавеющей стали перед насосом 21.

Способ работы парогазовой установки электростанции реализуется следующим образом.

Во входной воздуховод 23 турбокомпрессора 2 подается атмосферный воздух и впрыскивается обессоленная вода, выделяющаяся из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы в теплообменнике-утилизаторе 10 теплоты уходящих газов, в количестве 0,01-0,015 кг на 1 кг подаваемого в турбокомпрессор воздуха. Обессоленная вода впрыскивается во входной воздуховод 23 турбокомпрессора посредством форсунок 24, присоединенных к водораспределительному коллектору 22. Происходит распыление обессоленной воды и образование водовоздушной смеси. При сжатии в турбокомпрессоре 2 смеси воздуха и обессоленной воды температура смеси повышается, при этом вода испаряется в первых ступенях турбокомпрессора 2, образуется паровоздушная смесь, что приводит к снижению потребляемой турбокомпрессором 2 мощности за счет испарительного охлаждения воздуха в процессе сжатия. Уменьшение потребляемой турбокомпрессором 2 мощности обусловливает повышение вырабатываемой газовой турбиной 1 полезной мощности, что повышает экономичность парогазовой установки электростанции.

Паровоздушная смесь из турбокомпрессора 2 подается в камеру сгорания 3 газотурбинной установки для осуществления процесса горения топлива. Образовавшаяся в результате сгорания органического топлива газопаровая смесь направляется в газовую турбину 1. В газовой турбине 1 совершается работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора 2 и электрогенератора 4. При этом возрастает удельная мощность газовой турбины 1 за счет наличия в продуктах сгорания водяных паров, то есть образования газопаровой смеси в камере сгорания 3 газотурбинной установки, что приводит к повышению располагаемого теплоперепада в газовой турбине 1.

Отработавшая в газовой турбине 1 газопаровая смесь подается в котел-утилизатор 5, где генерируется водяной пар, который направляется в паровую турбину 6. При этом за счет лучших теплофизических свойств газопаровой смеси по сравнению с теплофизическими свойствами продуктов сгорания органического топлива обусловливается повышение тепловой мощности (паропроизводительности) котла утилизатора 5.

В паровой турбине 6 в процессе расширения пара совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 8. Отработавший в паровой турбине 6 водяной пар отводится в конденсатор 7, в котором водяной пар конденсируется за счет теплообмена с циркуляционной водой, подаваемой по напорному трубопроводу 14 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни.

Подогретую в конденсаторе 7 циркуляционную воду по сливному напорному трубопроводу 16 подают в вытяжную башню 17 градирни, где циркуляционная вода охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн 18. Конденсат отработавшего в паровой турбине водяного пара питательным насосом 9 направляется в котел-утилизатор 5.

Газопаровая смесь после котла-утилизатора 5 направляется в теплообменник-утилизатор 10 теплоты уходящих газов, где газопаровая смесь охлаждается ниже точки росы в процессе теплообмена с циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 13 по трубопроводу 15. При этом водяной пар, содержащийся в газопаровой смеси в перегретом состоянии, конденсируется. Обессоленная вода, выделяющаяся из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы, направляется в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12 отводится в бак-резервуар 19 обессоленной воды. Уходящие газы после теплообменника-утилизатора 10 теплоты уходящих газов через дымовую трубу (не показана) отводятся в атмосферу.

Расход обессоленной воды, подаваемой во входной воздуховод 23 турбокомпрессора 2, поддерживается на заданном уровне в количестве 0,01 – 0,015 кг на 1 кг подаваемого в турбокомпрессор 2 воздуха в зависимости от мощности газотурбинной установки, определяемой расходами подаваемых в турбокомпрессор 2 воздуха и в камеру сгорания 3 органического топлива. В процессе работы парогазовой установки осуществляется непрерывное измерение расхода воздуха, подаваемого в турбокомпрессор 2 газотурбинной установки, датчиком 26. Сигнал от датчика 26 поступает на вход регулятора 25 расхода обессоленной воды, выход которого соединен с регулирующим органом 27 расхода обессоленной воды, установленным на напорном водопроводе 20 из нержавеющей стали перед насосом 21.

При возникновении ситуации, когда расход воздуха, подаваемого в турбокомпрессор 2, и мощность газотурбинной установки отклоняются от заданного первоначального значения, то по сигналу от датчика 26 регулятором 25 вырабатывается командный сигнал на изменение расхода обессоленной воды, подаваемой насосом 21 по напорному водопроводу 20 из нержавеющей стали во входной воздуховод 23 турбокомпрессора 2. Командный сигнал, вырабатываемый регулятором 25, воздействует на регулирующий орган 27, которым осуществляется изменение расхода обессоленной воды, подаваемой насосом 21 по напорному водопроводу 20 из нержавеющей стали во входной воздуховод 23 турбокомпрессора 2. Новое значение расхода обессоленной воды должно поддерживаться в соответствии со вновь заданной мощностью газотурбинной установки, определяемой расходами подаваемых в турбокомпрессор 2 воздуха и в камеру сгорания 3 органического топлива.

Таким образом, снабжение парогазовой установки электростанции регулятором расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, связанным с датчиком расхода воздуха в турбокомпрессор газотурбинной установки и регулирующим органом, установленным на напорном водопроводе из нержавеющей стали перед насосом подачи обессоленной воды во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки позволяет осуществлять непрерывный контроль и поддерживать на заданном уровне требуемый расход обессоленной воды, подаваемой во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки в соответствии с режимом ее работы, что повышает эффективность работы парогазовой установки электростанции.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Технический результат – повышение эффективности работы парогазовой установки электростанции. Предлагается парогазовая установка электростанции, содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник - утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины, трубопровод подачи циркуляционной воды к теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, бак-резервуар обессоленной воды, напорный водопровод, выполненный из нержавеющей стали и соединяющий нагнетательный патрубок насоса с водораспределительным коллектором, входной воздуховод турбокомпрессора, форсунки, присоединенные к водораспределительному коллектору. При этом парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена регулятором расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, связанным с датчиком расхода воздуха в турбокомпрессор газотурбинной установки и регулирующим органом, установленным на напорном водопроводе из нержавеющей стали перед насосом подачи обессоленной воды во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки. 1 ил.

Парогазовая установка электростанции, содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник - утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины, трубопровод подачи циркуляционной воды к теплообменнику - утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, бак-резервуар обессоленной воды, напорный водопровод, выполненный из нержавеющей стали и соединяющий нагнетательный патрубок насоса с водораспределительным коллектором, входной воздуховод турбокомпрессора, форсунки, присоединенные к водораспределительному коллектору, отличающаяся тем, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена регулятором расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, связанный с датчиком расхода воздуха в турбокомпрессор газотурбинной установки и регулирующим органом, установленным на напорном водопроводе из нержавеющей стали перед насосом подачи обессоленной воды во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки.