Парогазовая установка для комбинированного производства тепловой и электрической энергии

Изобретение относится к теплоэнергетике. Парогазовая установка для комбинированного производства тепловой и электрической энергии, состоящая из газотурбинной установки (ГТУ), соединенной с паровым котлом-утилизатором, и дополнительного парового котла-утилизатора, связанных с паровой теплофикационной турбиной, теплообменник конденсатора которой и пиковый бойлер, пар на который поступает от котлов-утилизаторов через редукционно-охладительную установку, включены в линию подогрева сетевой воды, поступающей к потребителю, и суховоздушной градирни с сетевым насосом рециркуляции, снабжена второй ГТУ, соединенной с дополнительным паровым котлом-утилизатором и дополнительным бойлером, причем дополнительный бойлер подсоединен по пару к отбору теплофикационной турбины, а по воде включен между теплообменником конденсатора и пиковым бойлером, к выходу которого подключена суховоздушная градирня с насосом рециркуляции. Изобретение позволяет повысить мощность тепловой и электрической нагрузки при одновременном расширении маневренности ПГУ при изменении электрической и тепловой нагрузки, обеспечивает независимый подогрев сетевой воды и минимизацию общей площади установки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения и теплоснабжения прилегающего энергорайона.

Надвигающийся энергетический кризис заставляет искать новые нетрадиционные пути обеспечения потребителей тепло- и энергоснабжения. Одним из таких путей является комбинирование парогазовых и паровых установок.

Известна парогазовая установка (ПГУ) для комбинированного производства тепловой и электрической энергии по патенту US 5457951, содержащая газотурбинную установку (ГТУ), котел-утилизатор, от которого пар поступает в паровую турбину, вырабатывающую электрическую энергию, два параллельно включенных конденсатора, один из которых подключен к градирне, а второй - к линии снабжения потребителя низкопотенциальным теплом. В этой установке теплота уходящих газов используется для подогрева воды и образования водяного пара в котле-утилизаторе, что позволяет получить дополнительную электрическую мощность и тем самым повысить КПД всей комбинированной ПГУ.

Недостатком известной установки является отсутствие отпуска тепла внешнему потребителю, что приводит к необходимости его производства на месте потребления.

Известна ПГУ в составе парогазовой ТЭЦ, в которой использован комбинированный цикл работы газотурбинной установки и паротурбинной установки, содержащей паровую турбину с двумя теплофикационными регулируемыми отборами пара для подогрева сетевой воды системы теплоснабжения в сетевых подогревателях (Д.П.Гохштейн и др. «Проблема повышения к.п.д. паротурбинных электростанций», М-Л, Госэнергоиздат, 1960, с.174, рис.9-28).

Известная установка характеризуется недостаточной мощностью тепловой нагрузки.

Из известных установок наиболее близкой является парогазовая установка для комбинированного производства тепловой и электрической энергии, состоящая из газотурбинной установки (ГТУ), соединенной с паровым котлом-утилизатором, и дополнительного парового котла-утилизатора, связанных с паровой теплофикационной турбиной, теплообменник конденсатора которой и пиковый бойлер, пар на который поступает от котлов-утилизаторов через редукционно-охладительную установку, включены в линию подогрева сетевой воды, поступающей к потребителю, и суховоздушной градирни с насосом рециркуляции (патент GB 2152592, фиг.2).

Согласно описанию работы известной установки, во время сезона интенсивного потребления теплоты конденсатор подключается к потребителю, при этом градирня может быть полностью или частично отключена от конденсатора, и, кроме того, нагрев воды осуществляется в бойлере. Снижение степени расширения в турбине при интенсивном потреблении теплоты компенсируется дополнительными источниками нагрева, соединенными с утилизаторами, и за счет этого выработка электрической энергии турбиной не снижается. Следует отметить, что в известной установке имеются два источника теплоты, одним из которых является ГТУ, соединенная с паровым котлом-утилизатором, а другим источником теплоты служат тепловые отходы или тепло дополнительного котла-утилизатора.

Недостатком известной установки является недостаточная мощность тепловой и электрической нагрузки и ограниченная маневренность ПГУ при изменении электрической и тепловой нагрузки.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении мощности тепловой и электрической нагрузки при одновременном расширении маневренности ПГУ при изменении электрической и тепловой нагрузки.

Техническим результатом, на достижение которого также направлено настоящее изобретение, является обеспечение независимого подогрева сетевой воды.

Техническим результатом, на достижение которого также направлено настоящее изобретение, является минимизация общей площади установки.

Указанный технический результат достигается тем, что парогазовая установка для комбинированного производства тепловой и электрической энергии, состоящая из газотурбинной установки (ГТУ), соединенной с паровым котлом-утилизатором, и дополнительного парового котла-утилизатора, связанных с паровой теплофикационной турбиной, теплообменник конденсатора которой и пиковый бойлер, пар на который поступает от котлов-утилизаторов через редукционно-охладительную установку, включены в линию подогрева сетевой воды, поступающей к потребителю, и суховоздушной градирни с сетевым насосом рециркуляции, снабжена второй ГТУ, соединенной с дополнительным паровым котлом-утилизатором, и дополнительным бойлером, причем дополнительный бойлер подсоединен по пару к отбору теплофикационной турбины, а по воде включен между теплообменником конденсатора и пиковым бойлером, к выходу которого подключена суховоздушная градирня с насосом рециркуляции.

Указанный технический результат достигается также тем, что парогазовая установка для комбинированного производства тепловой и электрической энергии снабжена теплофикационным водогрейным котлом.

Указанный технический результат достигается также тем, что тепломеханическая часть парогазовой установки для комбинированного производства тепловой и электрической энергии размещается в главном здании, на крыше которого располагается суховоздушная вентиляторная градирня, теплофикационный водогрейный котел выполнен в виде котла башенного типа, а котлы-утилизаторы выполнены в вертикальном исполнении.

На чертеже представлена принципиальная схема парогазовой установки для комбинированного производства тепловой и электрической энергии.

Парогазовая установка для комбинированного производства тепловой и электрической энергии состоит из газотурбинной установки (ГТУ) 1, соединенной с паровым котлом-утилизатором 2, и дополнительного парового котла-утилизатора 3, связанных с паровой теплофикационной турбиной 4 с теплообменником конденсатора 5. Парогазовая установка содержит пиковый бойлер 6, пар к которому поступает от котлов-утилизаторов 2 и 3 через соответствующие редукционно-охладительные установки 7. В линию подогрева сетевой воды 8 (обратная линия) включены теплообменник конденсатора 5, дополнительный бойлер 9 и пиковый бойлер 6, соединенный с сетевым насосом 10, создающим располагаемый напор воды, поступающей к потребителю. К выходу пикового бойлера подключена суховоздушная градирня 11 с сетевым насосом рециркуляции 12, соединенным со входом воды в теплообменник конденсатора 5. Парогазовая установка содержит вторую ГТУ 13, соединенную с дополнительным паровым котлом-утилизатором 3. Дополнительный бойлер 9 подсоединен по пару к отбору теплофикационной турбины 4, а по конденсату - с конденсатором 5. Пиковый бойлер 6 и конденсатор 5 по конденсату через насосы связаны с деаэратором 14, связанным с котлами-утилизаторами 2 и 3. Дополнительный бойлер 9 по нагреваемой воде подсоединен между конденсатором 5 и пиковым бойлером 6.

Парогазовая установка может содержать теплофикационный водогрейный котел (ТВК) 15 с насосом рециркуляции ТВК 16, сетевым насосом переходного и пикового режима 17 и запорно-регулирующей аппаратурой, с помощью которой он может подключаться к обратной линии.

Тепломеханическая часть парогазовой установки может размещаться в главном здании, на крыше которого располагается суховоздушная вентиляторная градирня, теплофикационный водогрейный котел может быть выполнен в виде котла башенного типа, а котлы-утилизаторы могут быть выполнены в вертикальном исполнении.

Работа парогазовой установки для комбинированного производства тепловой и электрической энергии осуществляется следующим образом.

Две однотипные газотурбинные установки 1 и 13 обеспечивают повышенную электрическую мощность установки. Отходящие газы газотурбинных установок 1 и 13 обеспечивают выработку пара в паровых котлах-утилизаторах 2 и 3, пар от которых поступает на теплофикационную паровую турбину 4 с регулируемым отбором. Отработанный пар за турбиной с давлением 0,08 МПа поступает в теплообменник конденсатора 5. Пар от котлов-утилизаторов 2 и 3 поступает через соответствующие редукционно-охладительные установки 7 на пиковый бойлер 6. Пар из отбора паровой турбины 4 с давлением 0,25 МПа поступает на дополнительный бойлер 9. Конденсат из дополнительного бойлера через конденсатор, а также конденсат из пикового бойлера насосами подаются в деаэратор 14. Питательная вода из деаэратора с помощью питательных насосов низкого и высокого давлений поступает в паровые котлы-утилизаторы. Сетевая вода из обратной линии с помощью сетевого насоса 1-ой ступени, подобранного из расчета сопротивления группы подогревателей (5, 9 и 6) и внутристанционной сети, поступает к сетевому насосу, создающему располагаемый напор на выходе из установки. Подогрев воды последовательно в теплообменнике конденсатора 5, дополнительном бойлере 9 и пиковом бойлере 6 позволяет существенно повысить тепловую мощность установки.

В случае избытка теплоты, полученной при производстве электрической энергии, часть сетевой воды прокачивается сетевым насосом рециркуляции 12 через суховоздушную градирню 11 в обратную линию перед конденсатором.

При необходимости догрева (в случае недостаточности теплоты) часть сетевой воды проходит через теплофикационный водогрейный котел 15 (ТВК). Существуют варианты работы ТВК, минуя подогреватели. В этом случае часть воды с помощью насосов переходного и пикового режимов 17 подается на ТВК из обратной линии, а после него потоки объединяются сетевым насосом 10.

Таким образом, достигается возможность снижать электрическую мощность без ущерба для теплоснабжения до величин в диапазоне 50-100% с учетом собственных нужд:

- газовые турбины от 100 до 50%, что обусловлено исключительно экологическими требованиями;

- паровая турбина до состояния поддержания синхронизации (нагрузка 0,5-1,0 МВт).

Для обеспечения соотношения электро- и теплопотребления теплофикационный водогрейный котел подбирается из расчета тепловой мощности, превышающей теплопроизводительность паровой турбины приблизительно в 2 (два) раза. В этом случае тепловая нагрузка может регулироваться в диапазоне от 20 до 100%, что обеспечивает горячее водоснабжение города, собственные нужды парогазовой установки для комбинированного производства тепловой и электрической энергии и потери в сетях в летний период. Из этого же условия общая электрическая мощность установки определяется подбором теплофикационных водогрейных котлов.

В целях минимизации площади, занимаемой установкой, устанавливается один ТВК башенного типа и применяются котлы-утилизаторы в вертикальном исполнении.

Для снижения времени охлаждения сетевой воды (непроизводительного использования отработанного пара) при включении (выключении) ТВК в работу, начиная с 25-30% нагрузки, при наличии свободных площадей желательна установка 2-х ТВК в параллель, что даст возможность вдвое уменьшить этот период.

Для снижения общего шумового фона тепломеханическая часть установки размещается в главном здании, на крыше которого в целях минимизации общей площади, занимаемой станцией, располагается суховоздушная вентиляторная градирня.

1. Парогазовая установка для комбинированного производства тепловой и электрической энергии, состоящая из газотурбинной установки (ГТУ), соединенной с паровым котлом-утилизатором, и дополнительного парового котла-утилизатора, связанных с паровой теплофикационной турбиной, теплообменник конденсатора которой и пиковый бойлер, пар на который поступает от котлов-утилизаторов через редукционно-охладительную установку, включены в линию подогрева сетевой воды, поступающей к потребителю, и суховоздушной градирни с сетевым насосом рециркуляции, отличающаяся тем, что она снабжена второй ГТУ, соединенной с дополнительным паровым котлом-утилизатором, и дополнительным бойлером, причем дополнительный бойлер подсоединен по пару к отбору теплофикационной турбины, а по воде включен между теплообменником конденсатора и пиковым бойлером, к выходу которого подключена суховоздушная градирня с насосом рециркуляции.

2. Парогазовая установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена теплофикационным водогрейным котлом.

3. Парогазовая установка по п.1, отличающаяся тем, что тепломеханическая часть установки размещается в главном здании, на крыше которого располагается суховоздушная вентиляторная градирня, теплофикационный водогрейный котел выполнен в виде котла башенного типа, а котлы-утилизаторы выполнены в вертикальном исполнении.