Способ управления газопаротурбинной установкой с частотным преобразователем


 


Владельцы патента RU 2509215:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к энергетике. В способе управления газопаротурбинной установкой, содержащей связанный с пусковым устройством газовой турбины частотный преобразователь и связанный с паровой турбиной генератор, электрическая мощность от генератора при оборотах турбины меньших, чем частота турбины, или в процессе прогрева подается в электрическую сеть общего пользования через частотный преобразователь. Кроме того, предложена газопаротурбинная установка, подходящая для осуществления способа. Изобретение позволяет при низких конструкционных затратах достигнуть высокой эксплуатационной гибкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу управления газопаротурбинной установкой, содержащей частотный преобразователь, связанный с пусковым устройством газовой турбины, и генератор, связанный с паровой турбиной. Изобретение также относится к газопаротурбинной установке.

Газопаротурбинные установки предназначены, главным образом, для выработки электроэнергии. При этом современная газопаротурбинная установка включает в себя обычно от одной до четырех газовых турбин и по меньшей мере одну паровую турбину, причем каждая турбина приводит в действие соответствующий генератор (многовальная установка), либо одна газовая турбина вместе с паровой турбиной на одном общем валу приводят в действие единственный генератор (установка с одним валом). При этом горячие отработавшие газы газовой турбины используются в парогенераторе-утилизаторе для производства водяного пара. Затем пар подается на паровую турбину. Обычно около двух третей электрической мощности приходится на газовую турбину и одна треть - на паровой процесс.

Мощность обычных газопаротурбинных установок находится в диапазоне, например, 80-830 МВт на блок из газовой турбины/паровой турбины, причем энергоустановка может состоять из нескольких блоков. Для сравнения блок АЭС имеет обычно мощность 500-1500 МВт.

Для повышения к.п.д. паровой турбины газопаротурбинной установки она включает обычно несколько ступеней давления, рассчитанных на разные давления пара. Пар, перегретый в парогенераторе-утилизаторе с помощью отработавших газов газовой турбины, после расширения на ступени высокого давления паровой турбины снова возвращается в парогенератор-утилизатор и еще раз перегревается. Этот пар подается затем на последующие ступени давления. Этот так называемый промежуточный перегрев повышает к.п.д. паровой турбины за счет более высокой средней температуры теплоподачи. В остальном это препятствует эрозии последних лопаток на ступени низкого давления паровой турбины вследствие слишком высокой влажности пара.

Теоретически возможно большое число ступеней давления в паровой турбине, однако в этом случае дополнительные инвестиционные затраты слишком велики по сравнению с усовершенствованием теплотехнических характеристик. В настоящее время газопаротурбинная установка с тремя ступенями давления в паровой турбине и одним промежуточным перегревом экономически наиболее оптимальна.

За счет своей гибкости, в частности возможности быстрого пуска, современные газопаротурбинные установки часто используются для удовлетворения кратковременно возникающего, большого спроса на мощность в электросети, так называемого пика нагрузки. Это приводит к довольно частым запускам газопаротурбинных установок. При этом для запуска газовой турбины обычно используется связанный с газовой турбиной генератор в качестве двигателя, причем обороты газовой турбины медленно повышаются в соответствии с определенной для конкретной установки характеристики. Для этого генератор обычно связан с пусковым устройством, которое может преобразовывать сетевой ток в ток произвольной частоты.

В режиме длительной работы турбины газопаротурбинной установки вращаются обычно с частотой сети 50 или 60 Гц. Однако могут быть желательны или необходимы также рабочие режимы, в которых, в частности, паровая турбина вращается с меньшими оборотами, например при отключении со стороны пара ступени высокого давления паровой турбины или в процессе прогрева.

При оборотах меньших, чем частота сети, генератор паровой турбины должен быть развязан от электросети. В соответствии с этим от генератора в этом рабочем режиме не отбирается мощность, вследствие чего действующий на паровую турбину встречный крутящий момент сравнительно мал, и обороты паровой турбины при определенных условиях не могут поддерживаться постоянными. Однако это не означает потерю гибкости в отношении режимов всей газопаротурбинной установки и приходится учитывать возможные неблагоприятные рабочие точки (например, поддерживаемые обороты, лежащие близко к собственным частотам), которые могут привести к ненужным повреждению и старению паровой турбины.

В основе изобретения лежит задача создания способа управления газопаротурбинной установкой описанного выше типа, посредством которого при особенно низких конструкционных затратах можно достичь высокой эксплуатационной гибкости. Кроме того, задачей изобретения также является создание газопаротурбинной установки, подходящей для осуществления такого способа.

В части способа эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что электрическая мощность связанного с паровой турбиной генератора через частотный преобразователь, связанный с пусковым устройством газовой турбины, подается в электрическую сеть общего пользования.

При этом изобретение исходит из того, что особенно высокой функциональной гибкости можно было бы достичь при низких конструкционных затратах на изготовление газопаротурбинной установки, если бы требующийся отбор мощности от паровой турбины удалось бы реализовать максимально простыми техническими средствами. При этом у газопаротурбинных установок возникает предпочтительная ситуация, поскольку предназначенный для пуска газовой турбины двигатель питается через частотный преобразователь. Таким образом, частотный преобразователь в любом случае имеется в газовой турбине. Кроме того, рабочий режим с высокими оборотами паровой турбины обычно требуется только тогда, когда газовая турбина уже работает. Следовательно, частотный преобразователь двигателя для пуска газовой турбины в этих рабочих режимах не требуется и он служит для других применений. Поэтому частотный преобразователь пускового двигателя газовой турбины при указанных рабочих режимах должен использоваться для гибкого подключения генератора паровой турбины к электросети. При этом от генератора паровой турбины через частотный преобразователь отбирается мощность и подается в электрическую сеть общего пользования, так что обороты паровой турбины могут быть стабилизированы.

В одном предпочтительном варианте газопаротурбинная установка выполнена в виде многовальной установки. В частности, в таких многовальных установках, паровая и газовая турбины которых содержат по одному отдельному генератору, а газовая турбина запускается независимо от паровой турбины, имеется отдельный частотный преобразователь, связанный с газовой турбиной.

Предпочтительно подача мощности происходит через частотный преобразователь при оборотах ниже установленных рабочих оборотов паровой турбины. В частности, в рабочих режимах с более низкими оборотами требуется дополнительный отбор мощности для стабилизации именно оборотов. При предусмотренных оборотах, т.е. при оборотах с частотой сети 50 или 60 Гц генератор через связанный с ним трансформатор постоянной частоты подключается к электрической сеть общего пользования, обеспечивая тем самым стабилизацию оборотов.

Предпочтительно паровая турбина выполнена многоступенчатой, и подача мощности происходит через частотный преобразователь во время перекрытия со стороны пара ступени высокого давления паровой турбины или предпочтительно во время разогрева паровой турбины. Эти рабочие режимы являются именно такими рабочими режимами, в которых обороты паровой турбины должны поддерживаться ниже заданных рабочих оборотов, однако, с другой стороны, газовая турбина уже работает, и ее частотный преобразователь больше не используется. Следовательно, в этих рабочих режимах он может использоваться для стабилизации оборотов паровой турбины.

Достигаемые благодаря изобретению преимущества состоят, в частности, в том, что за счет отбора электрической мощности от связанного с паровой турбиной генератора через частотный преобразователь, связанный с пусковым устройством газовой турбины, возможна, в целом, улучшенная гибкость в отношении рабочих параметров и расширения допустимых рабочих и предельных условий функционирования газопаротурбинной установки. Кроме того, существует возможность, в частности, во время процесса прогрева паровой турбины, лучшего соблюдения предельных диапазонов по оборотам или большего удаления от потенциально опасных собственных частот.В частности, в процессе пуска паровой турбины в электрическую сети общего пользования поступает дополнительная ощутимая избыточная мощность. Такие преимущества достигаются также за счет дополнительного частотного преобразователя, подключаемого к паровой турбине. Однако за счет использования частотного преобразователя пускового устройства газовой турбины достигается ресурсосберегающее двойное использование как для газовой, так и для паровой турбины.

Пример осуществления изобретения более подробно поясняется с помощью чертежа, на котором схематично изображена многовальная газопаротурбинная установка.

Установка 1 содержит газовую турбину 2, которая включает в себя компрессор 4 и турбину 6 и посредством вала 8 соединена с генератором 10. Вырабатываемый газовой турбиной 2 ток через трансформатор постоянной частоты 11 передается в электрическую сеть общего пользования. Газовая турбина 2 приводится в действие за счет сжигания топлива В, подаваемого топливоподающим устройством 12 через топливопровод 14. Для повышения к.п.д. газовой турбины 2 топливо В подогревается в топливоподогревателе 16.

Высвобождающаяся в результате сжигания топлива В энергия преобразуется в газовой турбине 2 в механическую энергию и через вал 8 передается на генератор 10, где преобразуется в электрическую энергию. Расширяющийся в турбине 6 дымовой газ G подается затем через трубопровод 18 для отработавшего газа к парогенератору-утилизатору 20, где он за счет довольно высокой температуры, например около 650°С, используется для производства пара. После этого отработавший газ G подается к дымовой трубе (не показана).

В парогенераторе-утилизаторе 20 на поверхностях нагрева 22 вырабатывается перегретый пар высокого давления HD. При этом возможны различные конфигурации поверхностей нагрева 22. Обычно к испарительным поверхностям нагрева из водяного насоса подается вода, которая частично или полностью испаряется в них. Неиспарившаяся вода может быть, при необходимости, отделена затем в водоотделителе от пара, подаваемого к поверхностям нагрева, на которых тепловая энергия пара дополнительно повышается.

К поверхностям нагрева 22 присоединены регулирующие клапаны 24, посредством которых пар высокого давления HD направляется, наконец, в ступень высокого давления 26. Здесь пар расширяется и тем самым тепловая энергия преобразуется в механическую энергию, которая через вал 28 передается на генератор 30, где она преобразуется в электрическую энергию и через трансформатор 31 передается в электрическую сеть общего пользования. Расширившийся пар отводится из ступени высокого давления 26 и через регулятор 32 подается к нагревающим поверхностям 34 пароперегревателя в парогенераторе-утилизаторе 20. При этом в зависимости от режима можно повлиять на путь пара высокого давления: при необходимости, пар высокого давления от поверхностей 22 нагрева может быть направлен мимо ступени высокого давления 26 через клапан 36.

Если выходящий из ступени высокого давления 26 пар слишком горячий или имеет слишком высокое давление для дальнейшего использования, что, в частности, может происходить во время пуска паровой турбины, то часть пара через клапан 8 может отводиться непосредственно в конденсатор 40. В нем пар охлаждается и опять превращается в воду, которая снова может направляться к испарителю, в поверхности нагрева 22 парогенератора-утилизатора 20. При этом, однако, теряется весь запас энергии пара.

На перегревательных поверхностях 34 выходящий из ступени высокого давления 26 пар еще раз перегревается и через дополнительные регулирующие клапаны 42 подается на ступень 44 среднего давления. При этом ступень 44 среднего давления находится на том же валу 28, что и ступень 26 высокого давления. При необходимости, пар через клапан 46 может быть отведен непосредственно в конденсатор 40.

После расширения на ступени 44 среднего давления часть пара подается на ступень 48 низкого давления, которая находится на том же валу 28, что и ступени 44, 26 среднего и высокого давлений. После расширения на ступени 48 низкого давления пар по отводящим трубопроводам 50 подается в конденсатор 40, где он охлаждается и опять превращается в воду, которая снова может подаваться на поверхности 22 нагрева парогенератора-утилизатора 20.

Конденсат направляется из ступени 44 среднего давления в парогенератор-утилизатор 20, где он испаряется и нагревается на поверхностях 52 нагрева. Затем этот пар направляется через паровой барабан 54 в топливоподогреватель 16 и используется в нем для подогрева топлива В, в результате чего к.п.д. газовой турбины 2, в целом, повышается за счет повышения температуры топлива В и тем самым газовой смеси в камере сгорания газовой турбины 2.

Для пуска газовая турбина 2 связана с пусковым устройством 58. Оно включает в себя генератор 10, используемый в качестве двигателя, и частотный преобразователь 60, который подключается через выключатель 62 и может регулировать частоту оборотов газовой турбины 2 с помощью электроэнергии из электросети и генератора 10 до любых оборотов.

В случае газопаротурбинной установки 1 речь идет о многовальной установке; поскольку пар для паровой турбины вырабатывается с помощью отработавшего газа G газовой турбины 2, паровая турбина включается только тогда, когда газовая турбина 2 уже запущена. Следовательно, частотный преобразователь 60 пускового устройства 58 больше не требуется для газовой турбины 2. При условии последовательного использования этого факта газопаротурбинная установка 1 рассчитана на особенно высокую эксплуатационную гибкость при особенно низких конструкционных затратах благодаря тому, что частотный преобразователь 60 выполняет двойную функцию. Он соединен с генератором 30 паровой турбины линией 64 с выключателем 66. Таким образом, в режиме работы установки, когда требуется меньшая часть оборотов паровой турбины, чем установленная рабочая частота, например при прогреве, генератор (30) отключают от электросети и к нему подключают частотный преобразователь (60), при этом электрическую мощность генератора (30) подают в электросеть через частотный преобразователь (60). Таким образом возможно стабилизировать обороты паровой турбины. Следовательно, простыми техническими средствами достигается значительное повышение эксплуатационной надежности газопаротурбинной установки 1.

1. Способ управления газопаротурбинной установкой (1), содержащей частотный преобразователь (60), связанный с пусковым устройством (58) газовой турбины (2), и генератор (30), связанный с паровой турбиной, характеризующийся тем, что частотный преобразователь (60) для пуска газовой турбины (2) подключают к пусковому устройству (58), при этом частотный преобразователь (60) преобразует ток из электросети в ток соответствующей частоты, а когда газовая турбина запущена, генератор (30) преобразует механическую энергию паровой турбины и через трансформатор передает ее в электрическую сеть, отличающийся тем, что паровая турбина выполнена многоступенчатой, и при оборотах турбины меньших, чем частота турбины, или в процессе прогрева, перекрывают со стороны пара ступень высокого давления, генератор (30) отключают от электросети и к нему подключают частотный преобразователь (60), при этом электрическую мощность генератора (30) подают в электросеть через частотный преобразователь (60).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газопаротурбинная установка (1) выполнена в виде многовальной установки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к судостроению, преимущественно атомному подводному. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для мощных и сверхмощных приводов газовых компрессоров для приводов насосов и других типов приводов сверхмощного оборудования.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к турбинным двигателям, и может быть использовано в двигателях, насосах, компрессорах или энергетических установках.

Изобретение относится к турбостроению, в той его части, которая занимается конструированием высокоскоростных турбомашин. .

Изобретение относится к турбостроению, более конкретно к холодильной (в частности криогенной) или компрессорной технике, и касается малогабаритных высокоскоростных турбомашин, таких как турбодетандер или турбокомпрессор.

Изобретение относится к энергетике, а более конкретно к тепловым двигателям: поршневым, паровым и газотурбинным силовым установкам с использованием в них углеводородного топлива и концентрированных водных растворов сильных электролитов в качестве водородокислородного топлива.

Изобретение относится к экспериментальным установкам для исследования энергетических характеристик отсеков тур4- бин с отбором пара. .

Изобретение относится к способу регулируемой регенерации энергии реакции окисления, при которой образуется газовый поток, каковую реакцию осуществляют в реакторе окисления непрерывного действия, в который подают газообразный окислитель. Способ включает: (a) нагревание газового потока до температуры по меньшей мере 800°C; (b) направление газового потока на ступень турбины внутреннего сгорания с открытым циклом, в которой имеется турбинное колесо, соединенное с компрессором, каковой компрессор сжимает газообразный окислитель, подаваемый в реактор; (c) регулирование давления на ступени турбины; (d) поддержание давления на ступени турбины в диапазоне больше минимальной величины, соответствующей энергетической потребности компрессора на сжатие газообразного окислителя, подаваемого в реактор окисления, и меньше максимальной величины, определяемой пределами газовой турбины по мощности или давлению, путем добавления газа в газовый поток; (e) обеспечение расширительного устройства или вспомогательного компрессора после компрессора газовой турбины по технологическому потоку на входе газообразного окислителя в реактор окисления. Также изобретение относится к способу окисления прекурсора с получением ароматической карбоновой кислоты или ее сложного эфира. Использование настоящего изобретения позволяет турбине эффективно функционировать. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к турбомашинам и, в частности, к деталям упомянутых турбомашин, которые подвержены высоким температурам. Способ осаждения керамического слоя, образующего термобарьерное покрытие, на металлическую подложку (1), который включает осаждение указанного керамического слоя со столбчатой структурой, при этом указанное осаждение осуществляют через перфорированную отверстиями (11) решетку (10), расположенную параллельно поверхности подложки (1), так чтобы сформировать, по меньшей мере, два керамических столбика (5), отделенных друг от друга промежутком (6). После указанных операций осуществляют последующий этап осаждения керамического изотропного слоя (7) в каждом из промежутков (6). Указанное термобарьерное покрытие осаждают на лопатку турбины для турбомашины. Обеспечивается термический барьер, который обладает низкой теплопроводностью, хорошей стойкостью к эрозии и хорошей приспособленностью к термомеханическим напряжениям. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области транспорта газа по магистральным газопроводам, к способам управления компрессорной станцией с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, снабженной по меньшей мере одной энергетической газотурбинной установкой с силовой газовой турбиной и электрогенератором, электрически связанным через выключатели с понижающими трансформаторами внешней электрической сети и с электродвигателями газоперекачивающих агрегатов, питаемыми из внешней электрической сети или от электрогенератора энергетической газотурбинной установки. Способ включает частотное регулирование электродвигателей газоперекачивающих агрегатов при запуске неработающих газоперекачивающих агрегатов и при изменении расхода газа через магистральный газопровод путем изменения оборотов электрогенератора энергетической газотурбинной установки, а при значительном уменьшении расхода газа через магистральный газопровод - остановку электродвигателей части газоперекачивающих агрегатов и подачу избыточной электрической энергии, вырабатываемой электрогенератором энергетической газотурбинной установки, во внешнюю высоковольтную электрическую сеть. Повышение экономичности процесса перекачки газа при снижении расхода в магистральном газопроводе обеспечивается за счет того, что используют энергетическую газотурбинную установку, имеющую дополнительную систему регулирования, состоящую из двух взаимосвязанных ступеней, первую из которых включают при номинальной нагрузке энергетической газотурбинной установки и обеспечивают поддержание постоянного числа оборотов ее силовой газовой турбины и частоты электрического тока электрогенератора, синхронизированного с внешней электрической сетью, а вторую ступень включают при уменьшении расхода газа, компримируемого газоперекачивающими агрегатами, после чего регулируют мощность и число оборотов силовой газовой турбины и электрогенератора энергетической газотурбинной установки, при этом производят частотное регулирование оборотов и мощности электродвигателя газоперекачивающего агрегата. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх