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. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. С. 278, рис. 8.8), по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, в камеру сгорания газотурбинной установки подают органическое топливо и первичный воздух, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания органического топлива перемешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся 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 генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а уходящие газы отводят в атмосферу, 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, образовавшийся в конденсаторе конденсат конденсатным насосом подают в газовый подогреватель конденсата, где подогревают и отводят в деаэратор питательной воды, питательную воду насосом направляют в водяной экономайзер высокого давления, где подогревают и подают в барабан, подключенный к поверхности испарителя высокого давления, образовавшийся в барабане сухой насыщенный пар направляют в теплообменную поверхность пароперегревателя высокого давления, где перегревают и подают в паровую турбину. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что при реализации известного способа парогазовая установка электростанции, обладает пониженной эффективностью работы, так как в цилиндр высокого давления паровой турбины подается поток водяного пара высоких параметров, а в цилиндр низкого давления – суммарный поток водяного пара, отработавшего в цилиндре высокого давления и сгенерированного в контуре низкого давления котла-утилизатора, что обусловливает создание специальной конструкции паровой турбины с уменьшенным расходом водяного пара в цилиндр высокого давления и с повышенным – в цилиндр низкого давления. При этом отсутствие промежуточного перегрева водяного пара, частично отработавшего в паровой турбине, приводит при высоких начальных параметрах водяного пара к повышению влажности водяного пара в последних ступенях паровой турбины и обусловливает установку сепаратора влаги, что снижает надежность и КПД паровой турбины. Кроме того, наличие двух контуров генерации водяного пара с двумя питательными насосами и барабанами высокого и низкого давления усложняет конструкцию котла-утилизатора и повышает затраты на строительство и эксплуатацию парогазовой установки электростанции.

Сущность изобретения заключается в следующем. С целью повышения эффективности работы парогазовой установки электростанции целесообразно котел-утилизатор выполнить одноконтурным по генерации водяного пара и разместить в нем после водяного экономайзера высокого давления последовательно по ходу газов теплообменные поверхности двухступенчатого промежуточного пароперегревателя, а паровую турбину выполнить трехцилиндровой, состоящей из цилиндров высокого, среднего и низкого давления. Отработавший в цилиндре высокого давления паровой турбины поток водяного пара необходимо направлять в первую ступень промежуточного пароперегревателя, где осуществлять его перегрев. Перегретый в первой ступени промежуточного пароперегревателя поток водяного пара следует подавать в цилиндр среднего давления паровой турбины, после расширения в котором поток водяного пара необходимо направлять во вторую ступень промежуточного пароперегревателя, где вторично осуществлять его перегрев. Вторично перегретый во второй ступени промежуточного пароперегревателя поток водяного пара необходимо подавать в цилиндр низкого давления паровой турбины, в котором будет завершаться процесс расширения водяного пара, генерируемого в испарителе высокого давления котла-утилизатора. Осуществление двукратного промежуточного перегрева водяного пара, частично отработавшего в паровой турбине, позволяет повысить начальные параметры водяного пара и его работоспособность и отказаться от использования сепаратора влаги вследствие снижения влажности водяного пара в последних ступенях паровой турбины, что повышает мощность, КПД и надежность паровой турбины. Высокое давление перегретого водяного пара, генерируемого в котле-утилизаторе, создается насосом питательной воды. При этом в тепловой схеме отсутствует контур низкого давления генерации водяного пара, что упрощает конструкцию котла-утилизатора, снижает затраты на строительство и эксплуатацию парогазовой установки электростанции. Кроме того, в хвостовой части котла-утилизатора после теплообменной поверхности газового подогревателя конденсата по ходу газов целесообразно установить теплообменную поверхность подогревателя сетевой воды, что обеспечит снижение температуры уходящих газов и повышение КПД котла-утилизатора.

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 атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, в камеру сгорания газотурбинной установки подают органическое топливо и первичный воздух, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания органического топлива перемешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся 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 генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а уходящие газы отводят в атмосферу, 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, образовавшийся в конденсаторе конденсат конденсатным насосом подают в газовый подогреватель конденсата, где подогревают и отводят в деаэратор питательной воды, питательную воду насосом направляют в водяной экономайзер высокого давления, где подогревают и подают в барабан, подключенный к поверхности испарителя высокого давления, образовавшийся в барабане сухой насыщенный пар направляют в теплообменную поверхность пароперегревателя высокого давления, где перегревают и подают в паровую турбину, особенность заключается в том, что осуществляют перегрев отработавшего в цилиндре высокого давления паровой турбины водяного пара в первой ступени промежуточного пароперегревателя, расположенной в одноконтурном котле-утилизаторе по генерации водяного пара после водяного экономайзера высокого давления по ходу газов, и вторичный перегрев отработавшего в цилиндре среднего давления паровой турбины водяного пара во второй ступени промежуточного пароперегревателя, расположенной в одноконтурном котле-утилизаторе после первой ступени промежуточного пароперегревателя по ходу газов, при этом вторично перегретый во второй ступени промежуточного пароперегревателя поток водяного пара подают в цилиндр низкого давления паровой турбины, в котором завершается процесс расширения водяного пара, генерируемого в испарителе высокого давления.

На Фиг. 1 представлена схема парогазовой установки электростанции, поясняющая предлагаемый способ.

Парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из турбокомпрессора 1, камеры сгорания 2, газовой турбины 3 и электрогенератора 4, котел-утилизатор, в котором последовательно по ходу газов установлены пароперегреватель 5 высокого давления, испаритель 6 высокого давления, подключенный к барабану 7, водяной экономайзер 8 высокого давления, первая ступень промежуточного пароперегревателя 9, вторая ступень промежуточного пароперегревателя 10, газовый подогреватель конденсата 11 и подогреватель сетевой воды 12, паротурбинную установку, включающую трехцилиндровую паровую турбину, состоящую из цилиндра высокого давления 13, цилиндра среднего давления 14 и цилиндра низкого давления 15, конденсатор 16, конденсатный насос 17 и электрический генератор 18, деаэратор питательной воды 19, насос питательной воды 20 и насос рециркуляции 21 конденсата.

Способ реализуется следующим образом.

В турбокомпрессор 1 газотурбинной установки подают атмосферный воздух, где осуществляется процесс сжатия воздуха до необходимого давления, после чего сжатый воздух направляют в камеру сгорания 2, куда также подают органическое топливо. В камере сгорания 2 осуществляется процессе горения органического топлива с образованием продуктов сгорания. Продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся газы направляют в газовую турбину 3, где осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора 1 и электрогенератора 4. Отработавшие в газовой турбине 3 газы отводят в котел-утилизатор, в котором последовательно проходят установленные в нем теплообменные поверхности: пароперегревателя 5, испарителя 6 и водяного экономайзера 8 высокого давления, первую ступень промежуточного пароперегревателя 9 и вторую ступень промежуточного пароперегревателя 10, газового подогревателя конденсата 11 и газового подогревателя сетевой воды 12, охлаждаются и через дымовую трубу (не показана) отводятся в атмосферу.

Из деаэратора питательной воды 19 питательную воду насосом питательной воды 20 подают в водяной экономайзер 8 высокого давления, подогревают и направляют в барабан 7 испарителя 6 высокого давления. В испарителе 6 высокого давления осуществляется процесс генерации насыщенного водяного пара, который отделяется от воды в барабане 7, с образованием сухого насыщенного водяного пара. Сухой насыщенный водяной пар из барабана 7 направляют в пароперегреватель 5 высокого давления, где перегревают и подают в цилиндр высокого давления 13 паровой турбины. Отработавший в цилиндре высокого давления 13 водяной пар отводят в первую ступень промежуточного пароперегревателя 9, перегревают и направляют в цилиндр среднего давления 14 паровой турбины. Отработавший в цилиндре среднего давления 14 водяной пар отводят во вторую ступень промежуточного пароперегревателя 10, вторично перегревают и направляют в цилиндр низкого давления 15 паровой турбины, где завершается процесс расширения водяного пара. Полезная работа паросилового цикла, совершаемая водяным паром в процессе расширения в паровой турбине, затрачивается на привод электрического генератора 18. При этом работа, совершаемая водяным паром в паровой турбине, будет больше по сравнению со случаем, когда отсутствует промежуточный перегрев водяного пара, за счет повышения располагаемого теплоперепада вследствие повышения температуры рабочего тела.

Отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор 16, где в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляется конденсация водяного пара. Образовавшийся в конденсаторе 16 конденсат конденсатным насосом 17 подают в газовый подогреватель конденсата 11, подогревают и направляют в деаэратор питательной воды 19. Повышение температуры конденсата на входе в газовый подогреватель конденсата 11 производят путем его частичной рециркуляции, осуществляемой насосом рециркуляции 21.

Таким образом, устройство котла-утилизатора одноконтурным по генерации водяного пара и осуществление двукратного промежуточного перегрева водяного пара, частично отработавшего в паровой турбине, за счет установки в котле-утилизаторе после водяного экономайзера высокого давления последовательно по ходу газов теплообменных поверхностей двухступенчатого промежуточного пароперегревателя и выполнение паровой турбины трехцилиндровой позволяет повысить начальные параметры водяного пара и его работоспособность вследствие снижения влажности водяного пара в последних ступенях паровой турбины, что повышает мощность, КПД и надежность паровой турбины. При этом в тепловой схеме отсутствует контур низкого давления генерации водяного пара, что упрощает конструкцию котла-утилизатора и снижает затраты на строительство и эксплуатацию 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, в камеру сгорания газотурбинной установки подают органическое топливо и первичный воздух, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания органического топлива перемешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся 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 генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а уходящие газы отводят в атмосферу, 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, образовавшийся в конденсаторе конденсат конденсатным насосом подают в газовый подогреватель конденсата, где подогревают и отводят в деаэратор питательной воды, питательную воду насосом направляют в водяной экономайзер высокого давления, где подогревают и подают в барабан, подключенный к поверхности испарителя высокого давления, образовавшийся в барабане сухой насыщенный пар направляют в теплообменную поверхность пароперегревателя высокого давления, где перегревают и подают в паровую турбину, при этом осуществляют перегрев отработавшего в цилиндре высокого давления паровой турбины водяного пара в первой ступени промежуточного пароперегревателя, расположенной в одноконтурном котле-утилизаторе по генерации водяного пара после водяного экономайзера высокого давления по ходу газов, и вторичный перегрев отработавшего в цилиндре среднего давления паровой турбины водяного пара во второй ступени промежуточного пароперегревателя, расположенной в одноконтурном котле-утилизаторе после первой ступени промежуточного пароперегревателя по ходу газов, при этом вторично перегретый во второй ступени промежуточного пароперегревателя поток водяного пара подают в цилиндр низкого давления паровой турбины, в котором завершается процесс расширения водяного пара, генерируемого в испарителе высокого давления. 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, в камеру сгорания газотурбинной установки подают органическое топливо и первичный воздух, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания органического топлива перемешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся 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 генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а уходящие газы отводят в атмосферу, 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, образовавшийся в конденсаторе конденсат конденсатным насосом подают в газовый подогреватель конденсата, где подогревают и отводят в деаэратор питательной воды, питательную воду насосом направляют в водяной экономайзер высокого давления, где подогревают и подают в барабан, подключенный к поверхности испарителя высокого давления, образовавшийся в барабане сухой насыщенный пар направляют в теплообменную поверхность пароперегревателя высокого давления, где перегревают и подают в паровую турбину, отличающийся тем, что осуществляют перегрев отработавшего в цилиндре высокого давления паровой турбины водяного пара в первой ступени промежуточного пароперегревателя, расположенной в одноконтурном котле-утилизаторе по генерации водяного пара после водяного экономайзера высокого давления по ходу газов, и вторичный перегрев отработавшего в цилиндре среднего давления паровой турбины водяного пара во второй ступени промежуточного пароперегревателя, расположенной в одноконтурном котле-утилизаторе после первой ступени промежуточного пароперегревателя по ходу газов, при этом вторично перегретый во второй ступени промежуточного пароперегревателя поток водяного пара подают в цилиндр низкого давления паровой турбины, в котором завершается процесс расширения водяного пара, генерируемого в испарителе высокого давления.