Способ работы газопаровой теплоэлектроцентрали

Изобретение относится к области энергетики. Способ работы газопаровой теплоэлектроцентрали заключается в том, что атмосферный воздух сжимают в компрессоре и сжигают в нем топливо, полезную работу турбины высокого давления используют для сжатия воздуха, а турбины низкого давления для привода электрогенератора и выработки электроэнергии; теплоту отработавшей парогазовой смеси утилизируют для генерации перегретого пара, перегретый пар расширяют в противодавленческой паровой турбине, полезную работу которой используют для выработки электроэнергии, при этом расширенный в противодавленческой паровой турбине "экологический" пар подводят к продуктам сгорания, вышедшим из газовой турбины высокого давления, а "энергетический" пар подают в зону горения топлива дополнительной камеры сгорания. Изобретение позволяет обеспечить повышение мощности и экономичности газопаровой теплоэлектроцентрали и использовать при ее создании существующие газовые и паровые турбины со стандартными параметрами пара. 2 ил.

 

Способ работы газопаровой теплоэлектроцентрали относится к области энергетики.

Известен способ работы газопаровой установки "Водолей", согласно которому, атмосферный воздух сжимают в компрессоре, сжигают в нем топливо, в продукты сгорания подают "экологический" и "энергетический" потоки пара. Парогазовую смесь последовательно расширяют в турбинах высокого и низкого давления, полезную работу турбины высокого давления используют для сжатия воздуха в компрессоре, турбины низкого давления - для привода электрогенератора и выработки электроэнергии. (Каталог газотурбинного оборудования "Газотурбинные технологии", 2003 - 2004 гг. стр.173, 174, рис.16).

Теплоту парогазовой смеси после парогазовой турбины низкого давления утилизируют для генерации перегретого пара, который используют для впрыска в сжатый воздух после компрессора и в зону горения топлива. За счет "экологического" впрыска пара в сжатый воздух сокращают образование в продуктах сгорания оксидов азота, "энергетический" впрыск пара обеспечивает увеличение мощности парогазовых турбин высокого и низкого давлений. В парогазовую смесь, охлажденную при генерации пара, впрыскивают охлаждающую воду с температурой 20-30°С и конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси, сепарируют смесь конденсата пара и оросительной воды и отделяют конденсат пара, продукты сгорания топлива отводят в атмосферу.

Сепарированную воду разделяют на два потока, меньший поток используют в качестве питательной воды для генерации пара при утилизации теплоты отработавшей в турбинах парогазовой смеси, больший поток охлаждают в теплообменной установке и подают его для впрыска в парогазовую смесь. Теплоту большего потока сепарированной воды отводят в систему охлаждения, а также могут использовать для подогрева подпиточной воды или сетевой воды теплосети.

Наиболее близким по технической сущности является способ работы газопаровой теплоэлектроцентрали контактного типа с впрыском пара в камеру сгорания и теплонасосной установкой (Каталог газотурбинного оборудования "Газотурбинные технологии", 2003-2004 г.г. стр.173, 174, рис.17., Парогазовая установка ПГУ-60С. Коммерческое предложение. ФГУП "Салют", 2005 г.").

Согласно этому способу атмосферный воздух сжимают в компрессоре и сжигают в нем топливо, в продукты сгорания топлива подают "экологический" и "энергетический" потоки пара. Полученную при этом парогазовую смесь последовательно расширяют в турбинах высокого и низкого давления, полезную работу турбины высокого давления используют для сжатия воздуха в компрессоре, турбины низкого давления - для привода электрогенератора и выработки электроэнергии.

Теплоту парогазовой смеси после парогазовой турбины низкого давления утилизируют для генерации перегретого пара. Полученный перегретый пар расширяют в противодавленческой паровой турбине, полезную работу которой используют для выработки электроэнергии. Отработавший пар используют для "экологического" впрыска в сжатый воздух после компрессора и "энергетического" впрыска в зону горения топлива, В охлажденную при генерации пара парогазовую смесь впрыскивают оросительную воду с температурой 20-30°С и конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси, сепарируют образовавшуюся смесь конденсата пара и оросительной воды и отделяют ее от продуктов сгорания топлива с последующим сбросом последних в атмосферу.

Сепарированную воду разделяют на два потока, меньший поток используют в качестве питательной воды для генерации пара, а теплоту большего потока используют в теплонасосной установке для нагрева сетевой воды теплофикационной системы. Охлажденный при этом больший поток сепарированной воды подают в качестве оросительной воды для впрыска в частично охлажденную при генерации пара парогазовую смесь.

При описанном способе работы газопаровой теплоэлектроцентрали обеспечивают повышение тепловой экономичности теплоэлектроцентрали, за счет утилизации теплоты паровой составляющей парогазовой смеси и ее использования для подогрева сетевой воды теплосети, увеличивают удельную полезную работу и мощность газовой части газопаровой теплоэлектроцентрали, обеспечивают низкую концентрацию содержания в уходящих газах вредных веществ.

Перегретый пар, генерируемый при утилизации теплоты отработавшей парогазовой смеси, используется для расширения в противодавленческой паровой турбине с его последующим впрыском в камеру сгорания высокого давления парогазовой турбины.

В описанном способе впрыск пара производится перед парогазовой турбиной высокого давления, кроме того, из-за пониженных параметров (6-7 МПа, 450-500°С) и повышенного давления пара подаваемого на впрыск (2-3 МПа) применяемая противодавленческая паротурбинная установка будет иметь нестандартные параметры и небольшую электрическую мощность. В результате чего этот способ не позволяет использовать существующие газовые и паровые турбины при создании газопаровой теплоэлектроцентрали контактного типа.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа работы газопаровой теплоэлектроцентрали, позволяющего обеспечить повышение ее мощности и экономичности и использовать при ее создании существующие газовые и паровые турбины со стандартными параметрами пара.

Поставленная задача решается за счет способа работы газопаровой теплоэлектроцентрали, согласно которому атмосферный воздух сжимают в компрессоре и сжигают в нем топливо, полезную работу турбины высокого давления используют для сжатия воздуха, а турбины низкого давления для привода электрогенератора и выработки электроэнергии; теплоту отработавшей парогазовой смеси утилизируют для генерации перегретого пара, перегретый пар расширяют в противодавленческой паровой турбине, полезную работу которой используют для выработки электроэнергии, при этом расширенный в противодавленческой паровой турбине "экологический" пар подводят к продуктам сгорания, вышедшим из газовой турбины высокого давления, а "энергетический" пар подают в зону горения топлива дополнительной камеры сгорания.

Применение в газопаровой теплоэлектроцентрали дополнительного подвода топлива между газовыми турбинами высокого и низкого давления и впрыск в продукты сгорания "энергетического" пара, расширившегося в противодавленческой паровой турбине, позволяет повысить электрическую и тепловую мощность газопаровой теплоэлектроцентрали.

Подача в продукты сгорания, вышедшие из турбины высокого давления, "экологического" пара, расширившегося в противодавленческой паровой турбине, позволяет снизить образование оксидов азота в газах сбрасываемых в атмосферу.

Повышение температуры и расхода парогазовой смеси отработавшей в парогазовой турбине низкого давления позволяет при утилизации тепла парогазовой смеси генерировать пар высокого давления стандартных параметров, увеличить мощность противодавленческой паровой турбины, а также мощность и экономичность газопаровой теплоэлектроцентрали.

Предлагаемая совокупность признаков нова и позволяет в газопаровой теплоэлектроцентрали использовать существующие противодавленческие паровые турбины и турбокомпрессоры существующих газотурбинных установок с разрезным валом, при этом существенно снизить затраты на создание подобной газопаровой теплоэлектроцентрали.

На чертежах поясняется предлагаемый способ работы газопаровой теплоэлектроцентрали: на фиг.1 показана блок-схема, на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.

Блок-схема на фиг.1 состоит из трех блоков: газопаротурбинного блока 1; блока утилизации тепла парогазовой смеси 2; блока использования теплоты сепарированной воды 3.

На фиг.2 показана принципиальная схема газопаровой теплоэлектроцентрали для осуществления предлагаемого способа.

Газопаротурбинный блок 1 включает: воздушный компрессор 4, камеру сгорания высокого давления 5, газовую турбину высокого давления 6 (компрессорную турбину), камеру дожигания 7 с впрыскивающим устройством 8, парогазовую турбину низкого давления 9 (свободную силовую турбину), электрогенератор 10, противодавленческую паровую турбину 11, паропровод "энергетического" 12 и "экологического" пара 13, трубопровод перегретого пара 14, трубопровод парогазовой смеси 15.

Блок утилизации тепла парогазовой смеси 2 включает: паровой котел - утилизатор 16, содержащий пароперегреватель 17, испаритель 18, водяной экономайзер 19, газоводяной подогреватель 20, оросительное устройство 21, газоохладитель-конденсатор 22 с сепарационным устройством, выхлопной газоход 23 с дымососом, трубопровод сепарированной воды 24, трубопроводы прямой 32 и обратной 33 сетевой воды теплосети.

Блок 3 использования теплоты сепарированной воды включает: бак сепарированной воды 25, трубопровод оросительной воды 26, трубопровод питательной воды 27 котла-утилизатора 16 с питательным насосом, фильтр умягчения и деаэратор питательной воды 28, теплонасосную установку 29, трубопроводы 30 и 31 сетевой воды.

Предлагаемый способ работы газопаровой теплоэлектроцентрали осуществляют следующим образом. Атмосферный воздух сжимают компрессором 4 газопаротурбинного блока 1, направляют его в камеру сгорания высокого давления 5 и сжигают в нем топливо.

Продукты сгорания топлива последовательно расширяют в турбинах высокого 6 и низкого давления 9. Газовая турбина высокого давления 6 газопаротурбинного блока 1 работает на продуктах сгорания топлива выходящих из основной камеры сгорания 5.

Полезную работу газовой турбины высокого давления 6 используют для сжатия воздуха в компрессоре 4. К продуктам сгорания топлива отработавшим в газовой турбине высокого давления 6 по паропроводу 13 из противодавленческой паровой турбины 11 подают "экологический" пар, используя его для впрыска в продукты сгорания, вышедшие из турбины высокого давления 6. В дополнительную камеру дожигания 7 подводят топливо. Во впрыскивающее устройство 8 дополнительной камеры дожигания 7 по паропроводу 12 подают "энергетический" поток пара.

Температуру образовавшейся парогазовой смеси на входе в неохлаждаемую парогазовую турбину 9 устанавливают на уровне 900°С.

Полезную работу парогазовой турбины 9 и противодавленческой паровой турбины 11 используют для привода электрогенератора 10 и выработки электроэнергии.

Парогазовую смесь, вышедшую из парогазовой турбины 9 по трубопроводу парогазовой смеси 15, подают в котел-утилизатор 16 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси. Теплоту парогазовой смеси утилизируют в котле-утилизаторе 16 для выработки перегретого пара высокого давления. Питательную воду подают в экономайзер 19, котла - утилизатора 16. В испарительной поверхности 18 генерируют насыщенный пар. После перегрева в пароперегревателе 17 перегретый пар высокого давления со стандартными начальными параметрами подводят по паропроводу 14 к противодавленческой паровой турбине 11 газопаротурбинного блока 1. Парогазовую смесь после водяного экономайзера 19 охлаждают в газоводяном подогревателе 20, нагревая в нем сетевую воду теплосети, подводимую в него по трубопроводу 31 обратной линии теплосети и отводимую по трубопроводу 32 прямой линии теплосети.

В парогазовую смесь, охлажденную в газоводяном подогревателе 20 котла-утилизатора 16, через оросительное устройство 21 впрыскивают охлаждающую воду с температурой 20-30°С, подводимую из блока 3 использования теплоты сепарированной воды по трубопроводу оросительной воды 26. За счет этого в газоохладителе-конденсаторе 22 конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси. В сепарационном устройстве газоохладителя-конденсатора 23 сепарируют смесь конденсата парогазовой смеси и оросительной воды от продуктов сгорания топлива. Продукты сгорания по выхлопному газоходу 23 с дымососом сбрасывают в атмосферу.

Сепарированную в сепарационном устройстве газоохладителя-конденсатора 22 воду по трубопроводу 24 подают в бак сепарированной воды 25. Меньшую часть сепарированной воды по трубопроводу питательной воды 27 после ее умягчения и деаэрации в установке 28 подают питательным насосом на вход в водяной экономайзер 19 котла-утилизатора 16 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси.

Большую часть сепарированной воды подают на вход в теплонасосную установку 29, в которой ее охлаждают, нагревая в ней сетевую воду. Сетевую воду по трубопроводу 30 подводят в теплонасосную установку 29 из трубопровода обратной линии теплосети 33 и отводят ее по трубопроводу 31 сетевой воды в прямую линию теплосети 32 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси.

Охлажденную в теплонасосной установке 29 большую часть сепарированной воды по трубопроводу оросительной воды 26 подают в оросительное устройство 21 для впрыска в парогазовую смесь, выходящую из газоводяного подогревателя 20 котла-утилизатора 16 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси.

Способ работы газопаровой теплоэлектроцентрали, согласно которому атмосферный воздух сжимают в компрессоре и сжигают в нем топливо в камере сгорания, полезную работу турбины высокого давления используют для сжатия воздуха, а турбины низкого давления - для привода электрогенератора и выработки электроэнергии; теплоту отработавшей парогазовой смеси утилизируют для генерации перегретого пара и нагрева сетевой воды, перегретый пар расширяют в противодавленческой паровой турбине, полезную работу которой используют для выработки электроэнергии, расширенный в противодавленческой паровой турбине «экологический» пар подводят к продуктам сгорания, вышедшим из газовой турбины высокого давления, отличающийся тем, что «энергетический» пар подают в зону горения топлива той же камеры сгорания, а нагрев сетевой воды осуществляют дополнительно через теплонасосную установку.