Полупиковая электростанция Советский патент 1989 года по МПК F01K23/06 

. 1

Изобретение относится к энергетике, в частности к маневренным электростанциям с газификацией угля и производством метанола.

На чертеже представлена схема предлагаемой полупиковой электростанции.

Полупиковая электростанция содержит установку 1 газификации угля, те лообменную установку 2 неочищенного газа, установку 3 очистки газа, га- зотурбинньш блок 4 и паротурбинный блок 5, установку 6 синтеза метанола, центральную распределительную систему 7 очищенного газа с проточной установкой 8 промежуточного хранения очищенного газа, включенной параллельно трубопроводу 9 очищенного газа. Установка 1 газификации угля

1/Л Лтт/

CUCt v-. -

включает газогенератор 10 угля, бло П разложения воздуха, ресивер 12 кислорода и ресивер 13 азота, включенные соответственно в трубопровод

14отвода кислорода и трубопровод

15отвода азота, воздушные компрессоры 16, подключенные к блоку П разложения воздуха, и газовый компрессор 17, установленный .на трубо-

проводе 14 отвода кислорода, подключенном к газогенератору 10 угля. Теплообменная установка 2 неочищенного газа состоит из/ включеннь:х в трубопровод отвода газов из газогенератора 10 угля двух теплообменников 18 и 19, служащих для производства пара, газо-газового теплообменника 20 для подогрева очищенного газа и охладителя 21 регулирования. Установка 3 очистки газа, включенная в трубопровод отвода газов из газогенератора 10 после установки 2 неочищенного газа, содержит промывател 22, сероводородную абсорбционную установку 23 и установку 24 получения серы. К трубопроводу 9 очищенного газа после газо-газового теплообменника 20 подключен газотурбинный блок 4, включаюгдий камеру 25 сгорани газовую турбину 26 с генератором и- воздушный компрессор 27, подключен- ный к камере сгорания и блоку 11 разложения воздуха параллельно компрессорам 16. В трубопровод отходящих газов газовой турбины 26 включен котел-утилизатор 28, к паропроводу которого подключена паровая

турбина 2У паротурГ,инно1ч- блока 5 с цилиндрами высокого и низкого дан НИИ и с генераторам. Паротурбинный блок 5 содержит также конденсатор конденсатиый насос, емкость пита- тельной воды и насосы 30 питательно воды. Центральная распределительная система 7 содержит трубопровод очищенного газа, параллельно которо подключена проточная установка 8 прмежуточного хранения очищенного газа, а также компрессоры 31, подключенные к установке 6 синтеза метанола, смеситель 32 на трубопроводе 9 очищенного газа перед газо-газовым теплообменником 20 для подмешивания отходящих газов синтеза из установки 6 синтеза метанола и смеситель 3 на трубопроводе очищенного газа пе- ред камерой 25 сгорания, подключенны к трубопроводу 15 отвода азота из блока 11 разложения воздуха. Проточная установка 8 промежуточного хранения очищенного газа содержит реси- вер 34 низкого давления, ресивер 35 высокого давления и-включенный между ними компрессор 36 повышения давления, при этом ресиверы 34 и 35 связаны через клапаны 37 и 38 с трубопроводом 9 очищенного газа. Клапаны 37 и 38 управляются датчиком давления (не изображен). Если давление в трубопроводе 9 снижается ниже ранее настроенного значения, открывается клапан 38, а если повы- шается выше рднее настроенного значения, открывается клапан 37. Установка 6 синтеза метанола состоит из трех параллельно включенных модулей 39, 40 и 41 с реакторами 42 синтеза, отделителями 43 метанола, трубопроводами 44 ре1и{ркуляции и установленными на них циркуляционными компрессорами 45 и водородообогатительными ступенями 46, а также с трубопроводами 47 и 48 отходящих газов синтеза. При этом модуль 39 установки синтеза метанола трубопроводом 47 подключен к трубопроводам 44.рециркуляции модулей 40 и 41 . Модули 39, 40 и 4 подключены реакторами 42 к трубопроводу 9 очищенного газа через компрессоры 31 . Установка работает следующим образом.

При номинальном режиме блок 11

разложения воздуха снабжается сжатым воздухом от компрессора 27, приводимого в действие газовой турбиной

90

26 и от по крайней мере, одного воздушного комлрессира 16 блока разложения воздуха. Кислород блока 11 разложения воздуха через ресивер 12 кислорода и компрессор 17 вдувается в газогенератор 10 угля. В последнем с помощью кислорода и вводимого технологического пара УГОЛЬ газифи1Ц1ру- ется в неочищенный газ. Неочищенный газ, имеющий температуру 800- 1600°С, отдает тепло в теплообменнике 18 теплообменной установки 2 неочищенного газа, в котором производится пар высокого давления для подачи в цилиндр высокого давления паровой турбины 29. В газо-газовом теплообменнике 20 теплом неочищенного газа нагревается очищенный газ, направляемый в камеру 25 сгорания газотурбинного блока 4. Далее тепло отбирается от неочищенного газа в теплообменнике 19, в котором производится пар низкого давления. Этот пар при номинальном режиме частично подается в цилиндр низкого давления паровой турбины 29 а частично применяется в качестве технологического пара в газогенераторе 10 угля, В охладителе 21 регулирования неочищенный газ охлаждается до заранее заданной температуры.

В установке .3 очистки газа неочищенный газ очищается прежде всего в промывателе 22 от частиц пыли и в последующей сероводородной абсорбционной установке 23 от сероводорода. Отходящий газ абсорбционной установки 23, содержапщй сероводород, преобразуется в серу в установке 24 получения серы. Покидающий установку 3 очистки газа очищенный газ подводится по трубопроводу 9 в проточную установку 8 промежуточного хранения очищенного газа и к другим потребителям газа. Компрессорами 31 очищенный газ сжимается до давления синтеза и подается в реакторы 42 синтеза устаг новки 6 синтеза метанола. При номинальном режиме предпочтительным явяется работа лишь одного модуля 39 установки синтеза метанола, который аботает в непрерывном режиме синтеа. Газ синтеза, покидающий реактор синтеза,- освобождается от метанола отделителе 43 метанола. Отходящий аз синтеза из отделителя метанола меет высокую теплоотводную способ- ость, сравниваемую с теплоотводной пособностью очищенного газа. Отхо

дящий газ синтеза может через амес.и- тель 32 вводиться в трубопровод 9 очищенного газа и сжигаться в камере 25 сгорания газотурбинного блока, замещая тем самым часть очищенного газа.

Оба других модуля 40 и 41, снабженных трубопроводами 44 рециркуляции, включаются в работу тогда, когда имеется в наличии избыток очищенного газа в результате, например, уменьшения мощности газотурбинного блока 4 и снижения расхода очищенного газа в камеру 25 сгорания. В модулях 40 и 41 отходящий газ синтеза через трубопроводы 44 рециркуляции и водородообогатительные ступени 46 отводится в реактор 42 синтеза, В водородообогатительных ступенях вновь достигается необходимое для синтеза метанола стехиометричес- кое соотношение Н и СО, равное , двум, благодаря добавлению в газ водорода, Водородообогатительные ступ ни могут быть включены в трубопровог, ды очищенного газа перед реакторами синтеза вместо трубопроводов рециркуляции. Благодаря рециркуляции отходящих газов синтеза окись углерода почти полностью подвергаться реакции. Для сохранения постоянного количества инертных газов в рацирку- лируемом газе небольшие количества отходящего газа синтеза отводятся в дополнительно установленный автономный парогенератор (не изображен). Альтернативно отходящий газ частично может сжигаться в камере сгорания дополнительно установленного газотурбинного блока (не изображен), кото- рьш может производить электроэнергию для покрытия собственной потребности полупиковой электростанции.

Газовая турбина 26 газотурбинного блока 4 приводит в действие электрогенератор и воздушный компрессор 27, который подает сжатый воздух в камеру 25 сгорания и в блок 11 разложения воздуха. Так как производительность воздушного компрессора 27 соответствует расходу воздуха, необходимому для камеры 25 сгорания при полной нагрузке газотурбинного блока то для покрытия общей потребности в кислороде установки 1 газификации угля при полной нагрузке газотурбинного блока и при работе модуля 39 установки 6 синтеза метанола в рабо

0

20

30

25

ту должен быть включен по крайней мере, один воздушный компрессор 16, Воздушные компрессоры 16 подают воздух в блок 11 разложения воздуха также при полном останове газотурбинного блока,

Дпя уменьшения образования групп NOj. при сжигании очищенного газа к нему подмешивают через смеситель 33 азот из блока 11 разложения воздуха. Благодаря этому температура пламени в камере 25 сгорания уменьшается и снижается образование группы NOy, 15 Подмешиваемые количества азота соответствуют приемной способности газовой турбины 26 при данном режиме работы. Излишний, кевоспринимаемый газовой турбиной, азот может накапливаться в ресивере 13 азота. Если к газовой турбине при уменьшенной нагрузке подводится меньше очищенного газа, то в определенных границах может быть подмеЕШно больше азота. Горячие отходящие газы газовой турбины 26 направляются в котел-утилизатор 28, в котором их тепло используется для производства пара. Произведенный в котле-утилизаторе пар и пар из теплообменной установки 2 неочищенного газа подводится к паровой турбине 29. После паровой турбины пар конденсируется в конденсаторе и конденсат перекачивается в емкость питateльнoй воды, откуда насосами 30 питательной воды водается в котел- утилизатор 28 и теплообменники 18

и 19,

При уменьшении мощности газотурбинного блока 4 остающемуся постоянным количеству газа из установки 1 гази- фикации угля противостоит уменьшенный расход газа в камеру 25 сгорания. Это ведет к повьшшнию давления в трубопроводе 9 очищенного газа вьшJe ранее заданного давления и к срабатыванию клапана 37 проточной установки 8 промежуточного хранения очищенного газа. Через клапан 37 заполняется прежде всего ресивер 34 низкого давления, а затем через компрессор 36 повьш1ения давления заполняется также ресивер 35 высокого давления. Одновременно повышается производительность работающего модуля 39 установки 6 синтеза метанола. Если этого недостаточно для достижения равновесия между выходом и отбором газа, то вводят в работу модули 40 и 41. Дпя этого отходящий

35

40

50

55

7

газ синтеза блока 39 через трубопровод 48, водородообогатителыгую ступень 46 и компрессор 45 подается в реактор 42 синтеза одного из работающих модулей. При этом происходит подогрев реактора синтеза отходяпщм газом синтеза дополнительно к подогреву через приданные отдельные модулям теплообменники (не изображены), Благодаря этому дополнительному подогреву модули 40 и 41 могут ускоренно вводиться в работу, при этом вводится в работу столько модулей, сколько необходимо для обеспечения равновесия между производством и отбором газа из установки 10 газификации угля

При полностью отключенном газотурбинном блоке 4 в работу включены все блоки установки 6 синтеза метанола, которые полностью воспринимают очищенный газ, отходящий из установки 1 газификации угля. Это в зависимости от мощности установки 6 синтеза метанола может быть количество газа, которое отходит от установки 1 газификации угля при нормальной или несколько сниженной нагрузке. При отключенном газотурбинном блоке 4 блок 11 разложения воздуха может снабжаться сжатым воздухом через воздушные компрессоры 16. Энергия привода для воздушных компрессоров 16, а также компрессоров 17, 31 и 45 обеспечивается работой паровой .турбины, получающей пар из теплообменников 18 и 19 таплообменной установки 2 неочищенного газа. При полностью отключенном газотурбинном блоке 4 весь отходящий газ синтеза модуля 39 установки синтеза метанола подается в трубопроводы 44 рециркуляции модулей 40 и 41 ..

Если газотурбинный блок 4 опять вводится в действие, то неизменному выходу очищенного газа противостоит возросшее его потребление. Это ведет к снижению давления в трубопроводе 9 очищенного газа ниже заданного давления. При этом открывается клапан 38 проточной установки 8 промежуточного хранения очищенного газа. Теперь очищенный газ перетекает из ресивера 35 высокого давления в трубопровод 9 до достижения заданного давления. Одновременно равновесие между выходом очищенного газа и потребностью в нем достигается благодаря отключению отдельных модулей 40 и 41

15

Q

524908

установки 6 синтеза метанола. При включении газотурбинного блока 4 в работу опять имеется в распоряжении сжатый воздух из воздушного компрессора 27 газовой турбины 26, который, пока газовая турбина не работает с полной нагрузкой, не полностью используется в камере 25 сгорания. Излишнее количество воздуха может подводиться к блоку 11 разложения воздуха так, что производительность воздушных компрессоров.16 может быть уменьшена. Одновременно благодаря работе газо-газового теплообменника 20 уменьшается выход пара из теплообменника, но пар производится в котле-утилизаторе 28, При этом увеличиваются обшда выход пара, а также

20 производство электроэнергии паровой турбины. Давление в установке 1 газификации угля соответствует давлению, требуемому для работы камеры 25 сгорания. Это давления значительно мень25 ше давления, необходимого для работы реакторов 42 синтеза метанола, поэтому для подключения к трубопроводу 9 необходимы компрессоры 31. Можно допустить использование компрессоров

30 31 меньшей мощности, однако в этом случае предусматривается установка -. турбодетандера в трубопроводе 9 очищенного газа перед камерой 25 сгорания. В этом турбодетандере регенерируется часть энергии, которую потребляют включенные перед газогенератором компрессоры.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить маневренность полупиковой электростанции путем накопления газа в период снижения нагрузки газотурбинного блока в проточной установке промежуточного хранения очищенного газа, а также отключения части модулей установки синтеза метанола и использование газа из установки хранения и включения в работу модулей установки синтеза метанола в период повьш1ения нагрузки газотурбинного блока; использования тепла неочищенного газа в теплообменниках для производства пара при отключенном газогазовом теплообменнике; рециркуляции отходящих газов синтеза метанола через водородообогатительную установку в реактор синтеза; подмешивания отходящих газов синтеза через смеситель к очищенному газу, подаваемому в камеру сгорания газо Г урбинного блока в

35

40

45

50

55

период повышения его нагрузки; использования отходяпщх газов синтеза метанола в дополнительна установленных автономньпс паротурбинном и газотурбинном блоках; использования охладителя для регулирования температуры Очищенного газа; подачи сжатого воз- :духа в установку газификации угля как |компрессором газотурбинного блока, так и компрессорами блока разложе- |ния лоздуха; также путем накопления кислорода и азота из блока разложения воздуха в ресиверах и использования 1его при различных режимах работы (Оборудования электростанции.

I

|Формула изобретения

I 1.Полупиковая электростанция, содержащая газотурбинный и паротурбинный блоки, первый из которых снабжен камерой сгорания и воздушным компрессором а второй - парогенератором, подключенным к выходу газовой |ны газотурбинного блока, встроенную |установку газификации угля с газо- |генератором и блоком разложения воз- |духа, снабженным по меньшей мере од- |ним воздушным компрессором и трубо- |Проводами отвода кислорода в газоге :нератор и азота, теплообменную установку неочищенного газа с узлом генерации пара и газо-газовым теплообмен- Уником, подключенным по очищенному |газу к камере сгорания газотурбинно- |го блока, установку очистки газа, |к выходу которой трубопроводами отво- ;да очищенного газа параллельно подключены газо-газовый теплообменник и установка синтеза метанола с реактором синтеза и трубопроводом отходящих газов синтеза, сообщенная выходными трубопроводами с потребителями метанола, отличающая ся тем, что, с целью повышения маневренности, электростанция снабжена лро- точной установкой промежуточного хранения очищенного газа, подключенной параллельно трубопроводу отвода очищенного газа на газо-газовый теплообменник, а установка синтеза метанола выполнена в виде параллельно подключенных модулей.

кя

452490 )

щенные между собой через компрессор повышения давления.

3.Электростанция по п,1, о т л и

чающаяся тем, что узлом генерации пара теплообменной установки неочищенного газа имеет два теплообменника, между которыми размещен газо-газовый теплообменник.

4.Электростанция по п.1, о т л и- чающая ся тем, что по меньшей мере один из модулей установки синтеза метанола содержит трубопровод рециркуляции с размещенными на нем циркуляционным компрессором и водородо- обогатительной ступенью, подключенный к реактору синтеза и трубопроводу отходящих газов синтеза.

5.Электростанция по п.2, отли- чающаяся тем, что по меньшей мере один модуль установки синтеза метанола подключен через дополнительно установленный смеситель к трубопроводу очищенного газа перед газо- газовым теплообменником.

6 .Электростанция по п.5, о т л и- чающаяся тем, что трубопровод отходящих газов синтеза по меньшей мере одного модуля установки синтеза метанола подключен к трубопроводу рециркуляции по меньшей мере одного из Оставигихся модулей.

7. Электростанция по п. 1 или 4, отличающаяся тем, что трубо- проводы отходящих газов синтеза модулей установки синтеза метанола подключены к дополнительно установлен- ному автономному парогенератору и/или парогенератору дополнительно установ- ленного автономного паротурбинного блока.

8.Электростанция по п.1 или 4, отличающаяся тем, что трубопроводы отходящих газов синтеза модулей установки синтеза метанола подключены к камере сгорания дополнительно установленного автономного га-г зотурбинного блока.

9.Электростанция поп.З, отличающаяся тем, что теплообмен- ная установка неочищенного газа дополнительно содержит газоводяной охладитель, размещенный за последним теплообменником узла генерации

Изобретение относится к энергетике и позволяет повысить маневренность электростанции. Электростанция содержит установку (У) 1 газификации угля, теплообменную У 2 .неочищенного газа содержащую, тепло-; обменники (то) 18 и 19 с размещенным между ними газо-газовым ТО 20 и охладитель 21. У 3 очистки газа, газотурбинный и паротурбинный блоки 4 и 5. У 6 синтеза метанола, выпол

по п.1, о т л и - gg пара,

10 чаю мере разло

ч а ю щ а я с Я тем, что проточная установка промежуточного хранения очищенного газа содержит ресиверы низкого и высокого давления, сообпара,

лельно воздушному компрессору газо-12.Электростанция по п.I, о т л итурбинного блока.чающаяся тем, что она снабже-

на ресивером азота, установленным

11.Электростанция по п,1, о т л и- на трубопроводе отвода азота .блока чающаяся тем что она снаб- , разложения воздуха и подключенным к жена ресивером кислорода, установленным трубопроводу очищенного газа перед на трубопроводе отвода кислорода бло- камерой сгорания газотурбинного блока разложения воздуха,ка.