Способ работы парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы Российский патент 2024 года по МПК F01K23/10 

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

Известен аналог – способ работы парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы (см. патент РФ № 2756880, Б.И. № 28, 2021), по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре первичный воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания 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 по выхлопному газоходу и продукты сгорания из газового тракта работающего под наддувом энергетического котла по байпасному газоходу направляют в камеру смешения, из камеры смешения суммарный поток газов подают в котел-утилизатор, где генерируется перегретый водяной пар высоких или сверхкритических параметров, поток перегретого в котле-утилизаторе водяного пара совместно с потоком генерируемого в энергетическом котле водяного пара высоких или сверхкритических параметров направляют в цилиндр высокого давления паровой турбины конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения суммарного потока водяного пара, отработавший в цилиндре высокого давления водяной пар подают в промежуточный пароперегреватель, где водяной пар вторично перегревают до заданной температуры и направляют последовательно в цилиндр среднего и в цилиндр низкого давления паровой турбины конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар подают в конденсатор, в котором осуществляется процесс конденсации водяного пара за счет подачи в конденсатор циркуляционной воды, образовавшийся в конденсаторе конденсат направляют в деаэратор, из деаэратора воду подают в греющие тракты энергетического котла и котла-утилизатора, отработавшие в энергетическом котле и в котле-утилизаторе газы через дымовую трубу отводят в атмосферу. Данный способ принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы, принятой за прототип, относится то, что не осуществляется непрерывное регулирование и поддерживание на заданном уровне в соответствии с температурой перегретого в энергетическом котле водяного пара температуры генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара, направляемого в паровую турбину. Для стабильной работы паровой турбины парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы температура перегретого водяного пара, направляемого в паровую турбину, должна быть неизменной на всех режимах ее работы. Поэтому температура генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара должна быть равна температуре перегретого водяного пара, направляемого в паровую турбину из энергетического котла. В процессе работы мощность газотурбинной установки может изменяться, при этом будет изменяться расход отработавших в газовой турбине газов, отводимых в камеру смешения. В этом случае температура и расход водяного пара, генерируемого в котле-утилизаторе, также будут изменяться, так как расход продуктов сгорания, направляемых по байпасному газоходу в камеру смешения из газового тракта энергетического котла, по температуре генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара не регулируется. Так, при уменьшении мощности газотурбинной установки расход отработавших в газовой турбине газов, направляемых по выхлопному газоходу в камеру смешения и в котел-утилизатор, будет понижаться, а при увеличении мощности газотурбинной установки – наоборот повышаться. И в первом, и во втором случае температура генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара не будет равняться температуре водяного пара, направляемого в паровую турбину из энергетического котла.

Раскрытие сущности изобретения

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для повышения эффективности парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы целесообразно осуществлять автоматическое регулирование и поддерживать на всех режимах работы газотурбинной установки и работающего под наддувом энергетического котла температуру генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара, равной температуре перегретого водяного пара, направляемого в паровую турбину из энергетического котла. Для этого предлагается в парогазовой установке электростанции с параллельной схемой работы установить регулятор расхода продуктов сгорания, направляемых по байпасному газоходу в камеру смешения из газового тракта энергетического котла, связанный с датчиком температуры генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара, с датчиком температуры перегретого в энергетическом котле водяного пара и регулирующим органом, установленным в байпасном газоходе перед камерой смешения. Таким образом, в процессе работы парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы будет осуществляться непрерывный контроль и поддерживаться на заданном уровне в соответствии с мощностью газотурбинной установки и работающего под наддувом энергетического котла температура генерируемого в котле-утилизаторе перегретого водяного пара, что обусловливает повышение эффективности парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы.

Технический результат – повышение эффективности парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы, по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре первичный воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания 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 по выхлопному газоходу и продукты сгорания из газового тракта работающего под наддувом энергетического котла по байпасному газоходу направляют в камеру смешения, из камеры смешения суммарный поток газов подают в котел-утилизатор, где генерируется перегретый водяной пар высоких или сверхкритических параметров, поток перегретого в котле-утилизаторе водяного пара совместно с потоком генерируемого в энергетическом котле водяного пара высоких или сверхкритических параметров направляют в цилиндр высокого давления паровой турбины конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения суммарного потока водяного пара, отработавший в цилиндре высокого давления водяной пар подают в промежуточный пароперегреватель, где водяной пар вторично перегревают до заданной температуры и направляют последовательно в цилиндр среднего и в цилиндр низкого давления паровой турбины конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар подают в конденсатор, в котором осуществляется процесс конденсации водяного пара за счет подачи в конденсатор циркуляционной воды, образовавшийся в конденсаторе конденсат направляют в деаэратор, из деаэратора воду подают в греющие тракты энергетического котла и котла-утилизатора, отработавшие в энергетическом котле и в котле-утилизаторе газы через дымовую трубу отводят в атмосферу, особенность заключается в том, что осуществляют непрерывный контроль и поддерживают на заданном уровне в соответствии с режимами работы газотурбинной установки и работающего под наддувом энергетического котла температуру генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара, равной температуре перегретого водяного пара, направляемого в паровую турбину из энергетического котла, посредством регулятора расхода продуктов сгорания, связанного с датчиком температуры генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара, с датчиком температуры перегретого в энергетическом котле водяного пара и регулирующим органом, установленным в байпасном газоходе перед камерой смешения.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлена парогазовая установка электростанции с параллельной схемой работы.

Парогазовая установка электростанции с параллельной схемой работы содержит газотурбинную установку, состоящую из турбокомпрессора 1, камеры сгорания 2, газовой турбины 3 и электрогенератора 4, камеру смешения 5, установленную в выхлопном газоходе 6 отвода газов газотурбинной установки в котел-утилизатор 7, регулирующий орган 8, установленный в байпасном газоходе 9, соединяющем камеру смешения 5 с энергетическим котлом 10, работающим под наддувом, главный паропровод 11, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины 12 с конденсатором 13, конденсатного насоса 14, деаэратора 15 и питательного насоса 16, электрический генератор 17, питательный электронасос 18, дымовую трубу 19, регулятор 20 расхода продуктов сгорания, направляемых из газового тракта энергетического котла 10 по байпасному газоходу 9 в камеру смешения 5, связанный с датчиком 21 температуры генерируемого в котле-утилизаторе 7 водяного пара, датчиком 22 температуры перегретого в основном пароперегревателе энергетического котла 10 водяного пара и регулирующим органом 8, установленным в байпасном газоходе 9 перед камерой смешения 5.

Осуществление изобретения

Способ реализуется следующим образом.

В турбокомпрессор 1 газотурбинной установки подают атмосферный воздух, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре 1 воздух разделяют на первичный и вторичный. В камеру сгорания 2 газотурбинной установки подают органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре 1 первичный воздух. В камере сгорания 2 осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания. Продукты сгорания органического топлива смешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся газы направляют в газовую турбину 3. В газовой турбине 3 осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора 1 и электрогенератора 4.

Отработавшие в газовой турбине 3 газы при температуре 450–550°С подают в камеру смешения 5, установленную в выхлопном газоходе 6 отвода газов газотурбинной установки в котел-утилизатор 7. Одновременно в камеру смешения 5, по байпасному газоходу 9 поступают продукты сгорания при температуре 700–750°С из газового тракта энергетического котла 10, работающего под наддувом. В камере смешения 5 осуществляется смешивание продуктов сгорания энергетического котла 10, имеющих более высокую температуру, с газами, отработавшими в газотурбинной установке и имеющими пониженную температуру. После смешивания температура суммарного потока газов, поступающего в котел-утилизатор 7, повысится до 585–625°С, что позволит в котле-утилизаторе 7 генерировать перегретый водяной пар такой же температуры (560–600°С), как и в энергетическом котле 10. Давление перегретого водяного пара, генерируемого в котле-утилизаторе 7 создается питательным электронасосом 18.

Поток перегретого водяного пара высоких или сверхкритических параметров из котла-утилизатора 7 подают в главный паропровод 11, смешивают с потоком водяного пара высоких или сверхкритических параметров, генерируемого в энергетическом котле 10, суммарный поток водяного пара направляют в цилиндр высокого давления паровой турбины 12 конденсационного типа.

В цилиндре высокого давления паровой турбины 12 конденсационного типа осуществляется процесс расширения суммарного потока водяного пара, после чего отработавший водяной пар с пониженными значениями температуры и давления подают в расположенный в энергетическом котле 10 промежуточный пароперегреватель (ПП). В промежуточном пароперегревателе водяной пар вторично перегревают до заданной температуры. Затем вторично перегретый водяной пар направляют последовательно в цилиндр среднего и в цилиндр низкого давления паровой турбины 12 конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 17. Отработавший в паровой турбине 12 конденсационного типа водяной пар подают в конденсатор 13, в котором осуществляют процесс конденсации водяного пара за счет подачи в конденсатор 13 циркуляционной воды. Образовавшийся в конденсаторе 13 конденсат конденсатным насосом 14 направляют в деаэратор 15. Из деаэратора 15 вода питательным насосом 16 подается в греющий тракт энергетического котла 10, а питательным электронасосом 18 в греющий тракт котла-утилизатора 7. Отработавшие в энергетическом котле 10 и в котле-утилизаторе 7 газы отводятся в атмосферу через дымовую трубу 19.

Температуру генерируемого в котле-утилизаторе 7 водяного пара поддерживают на заданном уровне, равном температуре перегретого в основном пароперегревателе (ПЕ) работающего под наддувом энергетического котла 10 водяного пара, направляемого в паровую турбину 12 конденсационного типа. В процессе работы парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы осуществляется непрерывное измерение температуры перегретого в основном пароперегревателе энергетического котла 10 водяного пара датчиком 22. Сигнал от датчика 22 температуры перегретого в основном пароперегревателе энергетического котла 10 водяного пара поступает на вход регулятора 20 расхода продуктов сгорания, направляемых из газового тракта энергетического котла 10 в камеру смешения 5. Одновременно на вход регулятора 20 расхода продуктов сгорания поступает сигнал от датчика 21 температуры генерируемого в котле-утилизаторе 7 водяного пара. Регулятор 20 расхода продуктов сгорания имеет один выход, который соединен с регулирующим органом 8, установленным в байпасном газоходе 9 перед камерой смешения 5. При возникновении ситуации, когда температура генерируемого в котле-утилизаторе 7 водяного пара отклоняется от заданного первоначального значения, равного температуре перегретого в основном пароперегревателе энергетического котла 10 водяного пара, непрерывное измерение которой осуществляется датчиком 22, то по сигналу от датчика 21 регулятором 20 вырабатывается командный сигнал на изменение расхода продуктов сгорания, подаваемых по байпасному газоходу 9 из энергетического котла 10 в камеру смешения 5. Изменением расхода продуктов сгорания, подаваемых по байпасному газоходу 9 из энергетического котла 10 в камеру смешения 5, достигается требуемое значение температуры перегретого водяного пара, генерируемого в котле-утилизаторе 7, значение которой непрерывно измеряется датчиком 21.

Вначале, когда энергетический котел 10 и газотурбинная установка работают на номинальных режимах в камеру смешения 5 поступает заданное количество продуктов сгорания, подаваемых по байпасному газоходу 9 из газового тракта энергетического котла 10, при температуре 700–750°С и отработавших в газовой турбине 3 газов при температуре 450–550°С. В этом случае в котле-утилизаторе 7 будет генерироваться перегретый водяной пар при температуре перегрева 560–600°С, как и в энергетическом котле 10. Требуемое значение температуры перегрева 560–600°С генерируемого в котле-утилизаторе 7 водяного пара непрерывно измеряется датчиком 21.

При понижении нагрузки газотурбинной установки расход отработавших в газовой турбине 3 газов, поступающих в камеру смешения 5 снизится. В этом случае температура газов, поступающих в котел-утилизатор 7 из камеры смешения 5 снизится, так как расход продуктов сгорания, подаваемых по байпасному газоходу 9 из газового тракта энергетического котла 10 при температуре 700–750°С, остается неизменным. При возникновении ситуации, когда нагрузка энергетического котла 10 станет ниже номинальной, расход продуктов сгорания, подаваемых по байпасному газоходу 9 из газового тракта энергетического котла 10, уменьшится, что приведет к снижению температуры газов, направляемых из камеры смешения 5 в котел-утилизатор 7, и в нем будет генерироваться перегретый водяной пар пониженной температуры, значение которой непрерывно измеряется датчиком 21. Температура перегретого водяного пара, направляемого при температуре 560–600°С, в цилиндр высокого давления паровой турбины 12 конденсационного типа из энергетического котла 10 остается постоянной на всех режимах его работы.

В обоих этих случаях по сигналу от датчика 21 регулятором 20 вырабатывается командный сигнал на увеличение расхода продуктов сгорания, подаваемых по байпасному газоходу 9 из газового тракта энергетического котла 10. Командный сигнал, вырабатываемый регулятором 20 на увеличение расхода продуктов сгорания, воздействует на регулирующий орган 8, которым осуществляется увеличение расхода продуктов сгорания, подаваемых в камеру смешения 5. Этим добиваются требуемого значения температуры генерируемого в котле-утилизаторе 7 перегретого водяного пара, значение которой непрерывно измеряется датчиком 21.

Таким образом, снабжение парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы регулятором расхода продуктов сгорания, направляемых по байпасному газоходу в камеру смешения из газового тракта энергетического котла, связанным с датчиком температуры генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара, с датчиком температуры перегретого в энергетическом котле водяного пара и регулирующим органом, установленным в байпасном газоходе перед камерой смешения, позволяет осуществлять непрерывный контроль и поддерживать на заданном уровне в соответствии с мощностью газотурбинной установки и энергетического котла температуру генерируемого в котле-утилизаторе перегретого водяного пара.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Технический результат – повышение эффективности парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы. Предлагается способ работы парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы, по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре первичный воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания перемешивают со 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 по выхлопному газоходу и продукты сгорания из газового тракта работающего под наддувом энергетического котла по байпасному газоходу направляют в камеру смешения, из камеры смешения суммарный поток газов подают в котел-утилизатор, где генерируется перегретый водяной пар высоких или сверхкритических параметров, поток перегретого в котле-утилизаторе водяного пара совместно с потоком генерируемого в энергетическом котле водяного пара высоких или сверхкритических параметров направляют в цилиндр высокого давления паровой турбины конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения суммарного потока водяного пара, отработавший в цилиндре высокого давления водяной пар подают в промежуточный пароперегреватель, где водяной пар вторично перегревают до заданной температуры и направляют последовательно в цилиндр среднего и в цилиндр низкого давления паровой турбины конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар подают в конденсатор, в котором осуществляется процесс конденсации водяного пара за счет подачи в конденсатор циркуляционной воды, образовавшийся в конденсаторе конденсат направляют в деаэратор, из деаэратора воду подают в греющие тракты энергетического котла и котла-утилизатора, отработавшие в энергетическом котле и в котле-утилизаторе газы через дымовую трубу отводят в атмосферу, при этом осуществляют непрерывный контроль и поддерживают на заданном уровне в соответствии с режимами работы газотурбинной установки и работающего под наддувом энергетического котла температуру генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара равной температуре перегретого водяного пара, направляемого в паровую турбину из энергетического котла, посредством регулятора расхода продуктов сгорания, связанного с датчиком температуры генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара, с датчиком температуры перегретого в энергетическом котле водяного пара и регулирующим органом, установленным в байпасном газоходе перед камерой смешения. 1 ил.

Способ работы парогазовой установки электростанции с параллельной схемой работы, по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре первичный воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания перемешивают со 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 по выхлопному газоходу и продукты сгорания из газового тракта работающего под наддувом энергетического котла по байпасному газоходу направляют в камеру смешения, из камеры смешения суммарный поток газов подают в котел-утилизатор, где генерируется перегретый водяной пар высоких или сверхкритических параметров, поток перегретого в котле-утилизаторе водяного пара совместно с потоком генерируемого в энергетическом котле водяного пара высоких или сверхкритических параметров направляют в цилиндр высокого давления паровой турбины конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения суммарного потока водяного пара, отработавший в цилиндре высокого давления водяной пар подают в промежуточный пароперегреватель, где водяной пар вторично перегревают до заданной температуры и направляют последовательно в цилиндр среднего и в цилиндр низкого давления паровой турбины конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар подают в конденсатор, в котором осуществляется процесс конденсации водяного пара за счет подачи в конденсатор циркуляционной воды, образовавшийся в конденсаторе конденсат направляют в деаэратор, из деаэратора воду подают в греющие тракты энергетического котла и котла-утилизатора, отработавшие в энергетическом котле и в котле-утилизаторе газы через дымовую трубу отводят в атмосферу, отличающийся тем, что осуществляют непрерывный контроль и поддерживают на заданном уровне в соответствии с режимами работы газотурбинной установки и работающего под наддувом энергетического котла температуру генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара равной температуре перегретого водяного пара, направляемого в паровую турбину из энергетического котла, посредством регулятора расхода продуктов сгорания, связанного с датчиком температуры генерируемого в котле-утилизаторе водяного пара, с датчиком температуры перегретого в энергетическом котле водяного пара и регулирующим органом, установленным в байпасном газоходе перед камерой смешения.