Способ работы парогазовой установки электростанции Российский патент 2023 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 № 2777999, Б.И. 23, 2022), по которому во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки подают атмосферный воздух и впрыскивают посредством присоединенных к водораспределительному коллектору форсунок обессоленную воду, образовавшуюся водовоздушную смесь подают в турбокомпрессор, где в процессе сжатия водовоздушной смеси осуществляется испарение воды и образование паровоздушной смеси, паровоздушную смесь и органическое топливо подают в камеру сгорания газотурбинной установки, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретой до высокой температуры газопаровой смеси, образовавшуюся газопаровую смесь направляют в газовую турбину, в газовой турбине совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшую в газовой турбине газопаровую смесь подают в котел-утилизатор, где в процессе охлаждения газопаровой смеси генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а газопаровую смесь отводят в теплообменник–утилизатор теплоты уходящих газов, 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, в теплообменнике–утилизаторе газопаровую смесь охлаждают ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в газопаровой смеси водяных паров, обессоленную воду, выделяющуюся при конденсации водяных паров из газопаровой смеси, через конденсатосборник с гидрозатвором направляют в бак-резервуар, из которого насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали подают во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, подогретую в конденсаторе и в теплообменнике-утилизаторе циркуляционную воду посредством циркуляционного насоса по сливному напорному трубопроводу подают в вытяжную башню градирни, где циркуляционная вода охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн, уходящие газы после теплообменника-утилизатора отводят в атмосферу, в качестве органического топлива используют природный газ. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа работы парогазовой установки электростанции, принятого за прототип, относится то, что при реализации известного способа 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 в известном способе работы парогазовой установки электростанции, по которому во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки подают атмосферный воздух и впрыскивают посредством присоединенных к водораспределительному коллектору форсунок обессоленную воду, образовавшуюся водовоздушную смесь подают в турбокомпрессор, где в процессе сжатия водовоздушной смеси осуществляется испарение воды и образование паровоздушной смеси, паровоздушную смесь и органическое топливо подают в камеру сгорания газотурбинной установки, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретой до высокой температуры газопаровой смеси, образовавшуюся газопаровую смесь направляют в газовую турбину, в газовой турбине совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшую в газовой турбине газопаровую смесь подают в котел-утилизатор, где в процессе охлаждения газопаровой смеси генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а газопаровую смесь отводят в теплообменник–утилизатор теплоты уходящих газов, 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, в теплообменнике–утилизаторе газопаровую смесь охлаждают ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в газопаровой смеси водяных паров, обессоленную воду, выделяющуюся при конденсации водяных паров из газопаровой смеси, через конденсатосборник с гидрозатвором направляют в бак-резервуар, из которого насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали подают во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, подогретую в конденсаторе и в теплообменнике-утилизаторе циркуляционную воду посредством циркуляционного насоса по сливному напорному трубопроводу подают в вытяжную башню градирни, где циркуляционная вода охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн, уходящие газы после теплообменника-утилизатора отводят в атмосферу, в качестве органического топлива используют природный газ. Особенность способа работы парогазовой установки электростанции заключается в том, что осуществляют непрерывный контроль и поддерживают 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, посредством регулятора расхода обессоленной воды, связанного 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 подают атмосферный воздух и впрыскивают обессоленную воду, выделяющуюся 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. Обессоленную воду впрыскивают 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.

Паровоздушную смесь из турбокомпрессора 2 подают в камеру сгорания 3 газотурбинной установки для осуществления процесса горения топлива. Образовавшуюся в результате сгорания органического топлива газопаровую смесь направляют 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.

Отработавшую в газовой турбине 1 газопаровую смесь подают в котел-утилизатор 5, где генерируется водяной пар, который направляют 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 отводят 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 направляют в котел-утилизатор 5.

Газопаровую смесь после котла-утилизатора 5 направляют 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. Обессоленную воду, выделяющуюся из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы, направляют в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12 отводят в бак-резервуар 19 обессоленной воды. Уходящие газы после теплообменника-утилизатора 10 теплоты уходящих газов через дымовую трубу (не показана) отводят в атмосферу.

Расход обессоленной воды, подаваемой во входной воздуховод 23 турбокомпрессора 2 поддерживают 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 с вновь заданной мощностью газотурбинной установки, определяемой расходами подаваемых в турбокомпрессор 2 воздуха и в камеру сгорания 3 органического топлива.

Таким образом, осуществление непрерывного контроля и поддержания на заданном уровне требуемого расхода обессоленной воды, подаваемой во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки в соответствии с режимом ее работы, посредством регулятора расхода обессоленной воды, связанного 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 повысить 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 способ работы парогазовой установки электростанции, по которому во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки подают атмосферный воздух и впрыскивают посредством присоединенных к водораспределительному коллектору форсунок обессоленную воду, образовавшуюся водовоздушную смесь подают в турбокомпрессор, где в процессе сжатия водовоздушной смеси осуществляется испарение воды и образование паровоздушной смеси, паровоздушную смесь и органическое топливо подают в камеру сгорания газотурбинной установки, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретой до высокой температуры газопаровой смеси, образовавшуюся газопаровую смесь направляют в газовую турбину, в газовой турбине совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшую в газовой турбине газопаровую смесь подают в котел-утилизатор, где в процессе охлаждения газопаровой смеси генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а газопаровую смесь отводят в теплообменник–утилизатор теплоты уходящих газов, 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, в теплообменнике–утилизаторе газопаровую смесь охлаждают ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в газопаровой смеси водяных паров, обессоленную воду, выделяющуюся при конденсации водяных паров из газопаровой смеси, через конденсатосборник с гидрозатвором направляют в бак-резервуар, из которого насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали подают во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, подогретую в конденсаторе и в теплообменнике-утилизаторе циркуляционную воду посредством циркуляционного насоса по сливному напорному трубопроводу подают в вытяжную башню градирни, где циркуляционная вода охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн, уходящие газы после теплообменника-утилизатора отводят в атмосферу, в качестве органического топлива используют природный газ, при этом осуществляют непрерывный контроль и поддерживают 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, посредством регулятора расхода обессоленной воды, связанного 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.

Способ работы парогазовой установки электростанции, по которому во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки подают атмосферный воздух и впрыскивают посредством присоединенных к водораспределительному коллектору форсунок обессоленную воду, образовавшуюся водовоздушную смесь подают в турбокомпрессор, где в процессе сжатия водовоздушной смеси осуществляется испарение воды и образование паровоздушной смеси, паровоздушную смесь и органическое топливо подают в камеру сгорания газотурбинной установки, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретой до высокой температуры газопаровой смеси, образовавшуюся газопаровую смесь направляют в газовую турбину, в газовой турбине совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшую в газовой турбине газопаровую смесь подают в котел-утилизатор, где в процессе охлаждения газопаровой смеси генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а газопаровую смесь отводят в теплообменник–утилизатор теплоты уходящих газов, 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, в теплообменнике–утилизаторе газопаровую смесь охлаждают ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в газопаровой смеси водяных паров, обессоленную воду, выделяющуюся при конденсации водяных паров из газопаровой смеси, через конденсатосборник с гидрозатвором направляют в бак-резервуар, из которого насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали подают во входной воздуховод турбокомпрессора газотурбинной установки, подогретую в конденсаторе и в теплообменнике-утилизаторе циркуляционную воду посредством циркуляционного насоса по сливному напорному трубопроводу подают в вытяжную башню градирни, где циркуляционная вода охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн, уходящие газы после теплообменника-утилизатора отводят в атмосферу, в качестве органического топлива используют природный газ, отличающийся тем, что осуществляют непрерывный контроль и поддерживают 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, посредством регулятора расхода обессоленной воды, связанного 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.