Парогазовая установка с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания питательной воды Российский патент 2024 года по МПК F02C6/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению и может быть использовано при разработке энергетических ПГУ для производства электрической энергии на тепловых электрических станциях.

Известна парогазовая установка (ПГУ) [патент RU №2121118, МПК F24J 3/08, опубл. 27.10.1998 г.], включающая газотурбинную установку (ГТУ) и паровую турбину, котел-утилизатор с газовым подогревателем конденсата, экономайзером, перегревателем пара низкого давления, испарителем неконтактного типа и испаритель мгновенного вскипания низкого давления.

Данная ПГУ из-за наличия испарителя неконтактного типа имеет недостаточно высокую надежность, сложность эксплуатации, высокую стоимость, а из-за слабого перегрева пара - невысокий КПД.

Более близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является ПГУ с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания высокого и низкого давлений [патент RU №2674822, МПК F02C 6/00, опубл. 13.12.2018 г.], содержащая ступени расширения в ГТУ, ступени расширения высокого и низкого давлений в паровой турбине, перегреватели пара высокого и низкого давлений, экономайзер и газовый подогреватель конденсата в котле-утилизаторе.

В прототипе из-за отвода в водо-водяном теплообменнике части теплоты конденсата, полученного в испарителе мгновенного вскипания низкого давления, снижен КПД установки. Дополнительное уменьшение КПД и снижение надежности работы последних ступеней расширения паровой турбины происходит из-за повышения влажности пара в этих ступенях.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД парогазовой установки за счет использования теплоты, отводимой в водо-водяном теплообменнике, для подогрева пара в подогревателе пара в промежуточной ступени расширения низкого давления паровой турбины.

Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что в парогазовой установке с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания высокого и низкого давлений, содержащей ступени расширения в газотурбинной установке, ступени расширения высокого и низкого давлений в паровой турбине, перегреватели пара высокого и низкого давлений, экономайзер и газовый подогреватель конденсата в котле-утилизаторе, в отличие от прототипа, между выходом конденсата в испарителе мгновенного вскипания низкого давления и газовым подогревателем конденсата в котле-утилизаторе установлен подогреватель пара в промежуточной ступени расширения низкого давления паровой турбины.

На фигуре приведена схема ПГУ с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания питательной воды.

Предлагаемая ПГУ включает энергетическую ГТУ, основными элементами которой являются компрессор 1, камера сгорания 2 и турбина 3. Котел-утилизатор ПГУ включает перегреватель пара высокого давления 4, перегреватель пара низкого давления 5, экономайзер 6 и газовый подогреватель конденсата 7. В состав ПГУ входят испаритель мгновенного вскипания высокого давления 8, испаритель мгновенного вскипания низкого давления 9, ступени расширения высокого давления 10 и низкого давления 11 паровой турбины, деаэратор 12, подогреватель пара 13 в ступенях расширения низкого давления паровой турбины, водо-водяной теплообменник очистки 14, блок химводоочистки 15, конденсатор 16, насос питательной воды 17, конденсатный насос 18, рециркуляционный насос 19, насос блока очистки 20, насос циркуляционной воды 21.

ПГУ работает следующим образом. Атмосферный воздух поступает в компрессор 1 энергетической ГТУ. Топливо подается в камеру сгорания 2. ГТУ вырабатывает часть полезной электроэнергии, снимаемой с шин генератора, подключенного к газовой турбине 3. Выхлопные газы ГТУ направляются в котел-утилизатор, где последовательно передают теплоту пару и воде в перегревателях пара высокого 4 и низкого 5 давлений, экономайзере 6, газовом подогревателе конденсата 7.

Генерация пара в контуре высокого давления осуществляется в испарителе мгновенного вскипания высокого давления 8, а в контуре низкого давления - в испарителе мгновенного вскипания низкого давления 9. Пар из испарителя мгновенного вскипания высокого давления 8, после перегрева в перегревателе высокого давления 4, направляется в ступени расширения высокого давления 10 паровой турбины. Из них отработавший пар поступает в испаритель мгновенного вскипания низкого давления 9, например, через барботажную тарелку, в который поступает также вода из испарителя мгновенного вскипания высокого давления 8. Пар из испарителя мгновенного вскипания низкого давления 9, после перегрева в перегревателе низкого давления 5, направляется в ступени расширения низкого давления 11 паровой турбины. Паровая турбина, состоящая из ступеней расширения высокого давления 10 и низкого давления 11, вырабатывает оставшуюся часть полезной электроэнергии. Вода из испарителя мгновенного вскипания низкого давления 9 направляется в подогреватель пара 13 в ступенях расширения низкого давления 11 паровой турбины, а из него в деаэратор 12 и газовый подогреватель конденсата 7. Часть воды из подогревателя пара 13 направляется в водо-водяной теплообменник очистки 14, из него - в блок химводоочистки 15, а затем с помощью насоса блока очистки 20 - в деаэратор 12. Отработавший пар из ступеней расширения низкого давления 11 паровой турбины поступает в конденсатор 16. Вода из деаэратора 12 и конденсатора 16 откачивается соответственно насосом питательной воды 17 и конденсатным насосом 18. Рециркуляционный насос 19 обеспечивает рециркуляцию воды в контуре газового подогревателя конденсата 7 с целью регулирования температуры конденсата на его входе. Циркуляционная вода через конденсатор 16 прокачивается насосом циркуляционной воды 21.

Повышение КПД ПГУ на 0,95% по сравнению с прототипом подтверждается результатами одного из вариантов расчетов тепловых схем прототипа и предлагаемой ПГУ при аналогичных начальных параметрах газа на входе в котел-утилизатор и одинаковых давлениях питательной воды и пара в конденсаторе, входящих в исходные данные расчетов.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить КПД установки за счет использования теплоты, отводимой в водо-водяном теплообменнике, для подогрева пара в подогревателе пара в промежуточной ступени расширения низкого давления паровой турбины, что увеличивает работу паровой турбины, а также снижения влажности пара в последних ступенях расширения паровой турбины.

Изобретение относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению и может быть использовано при разработке энергетических ПГУ для производства электрической энергии на тепловых электрических станциях. Техническим результатом изобретения является повышение КПД парогазовой установки за счет использования теплоты, отводимой в водо-водяном теплообменнике, для подогрева пара в подогревателе пара в промежуточной ступени расширения низкого давления паровой турбины. Парогазовая установка с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания высокого и низкого давлений содержит ступени расширения в газотурбинной установке, ступени расширения высокого и низкого давлений в паровой турбине, перегреватели пара высокого и низкого давлений, экономайзер и газовый подогреватель конденсата в котле-утилизаторе, при этом между выходом конденсата в испарителе мгновенного вскипания низкого давления и газовым подогревателем конденсата в котле-утилизаторе установлен подогреватель пара в промежуточной ступени расширения низкого давления паровой турбины. 1 ил.

Парогазовая установка с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания высокого и низкого давлений, содержащая ступени расширения в газотурбинной установке, ступени расширения высокого и низкого давлений в паровой турбине, перегреватели пара высокого и низкого давлений, экономайзер и газовый подогреватель конденсата в котле-утилизаторе, отличающаяся тем, что между выходом конденсата в испарителе мгновенного вскипания низкого давления и газовым подогревателем конденсата в котле-утилизаторе установлен подогреватель пара в промежуточной ступени расширения низкого давления паровой турбины.