Парогазовая надстройка паротурбинного энергоблока с докритическими параметрами пара
Владельцы патента RU 2525569:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный университет (RU)
Изобретение относится к энергетике. Парогазовая надстройка паротурбинного энергоблока с докритическими параметрами пара, заключающаяся в том, что паротурбинный энергоблок докритических параметров пара, работающий на газе, надстраивают парогазовой установкой с предвключенной паровой турбиной с суперсверхкритическими начальными параметрами пара. Изобретение позволяет повысить тепловую экономичность установки без проведения реконструкции тепловой схемы, парового котла и энергетического оборудования паротурбинного блока. 2 ил.
Парогазовая надстройка паротурбинного энергоблока с докритическими параметрами пара относится к области энергетики.
Перспективным направлением совершенствования паротурбинных энергетических блоков тепловых электростанций является применение на них суперсверхкритических параметров пара (ССКП) (Ильин Е.Г., Тишин С.А. «Перспективные технологии и энергоустановки для производства тепловой и электрической энергии. Раздел 6. Опыт использования суперсверхкритических параметров пара», http://www.nst.e-apbe.ru/book/6.1.4.pdf).
С 1998 г. на ТЭС Норджилланд (Дания) работает энергоблок с суперсверхкритическими параметрами пара (ССКП) t = 582/580/580°С, p = 29,5 МПа, имеющий наибольшую тепловую экономичность среди паротурбинных угольных энергоблоков.
Паротурбинные энергетические блоки ССКП имеют высокую удельную стоимость и для их серийного производства на энергомашиностроительных предприятиях России требуются большие затраты времени и капиталовложений.
В этих условиях представляет интерес надстройка существующих энергоблоков с параметрами t1 = 540/540°C, p = 23,5 МПа, установленных на ТЭС в Европейской части и работающих на газе. В этих условиях представляет интерес надстройка существующих энергоблоков сверхкритических параметров пара p = 23,5 МПа, t = 540/540°C, установленных на ТЭС в Европейской части и работающих на газе, предвключенными паровыми турбинами с суперсверхкритическими параметрами с давлением 29-35 МПа и суперсверхвысокой температурой пара 580-650°C.
Известна паротурбинная энергетическая установка типового энергоблока с паровой турбиной K-200-130, предусматривающая его надстройку предвключенной турбиной с ССКП. Ее анализ проведен в IV главе диссертации Матвеева А.С. «Совершенствование тепловых схем и режимов работы паротурбинных ТЭС на основе численного моделирования» (Томск 2003 г.).
В этой установке пар суперсверхкритических параметров, подаваемый из пароперегревателя Модернизированного парового котла энергоблока, расширяется в предвключенной турбине ССКП, проходит через первый промежуточный пароперегреватель парового котла энергоблока и подается в турбину К-210-130 с параметрами, равными начальным параметрам пара этой турбины. В тепловой схеме реконструированного энергоблока применены дополнительный подогреватель высокого давления и установленный между ним и модернизированным паровым котлом, питательный насос суперсверхкритического давления второго подъема.
Указанная установка принята в качестве прототипа предлагаемого изобретения. В установке-прототипе обеспечивается повышение мощности и экономичности энергоблока с паровой турбиной К-200-130. Тепловая экономичность этой установки повышается незначительно, но при этом усложняется тепловая схема и конструкция энергоблока, требуются значительные затраты на реконструкцию парового котла и тепловой схемы установки.
Целью предлагаемого изобретения является надстройка паротурбинного энергоблока парогазовой установкой с повышением тепловой экономичности установки без проведения реконструкции тепловой схемы, парового котла и энергетического оборудования паротурбинного блока.
Поставленная задача решается за счет того, что паротурбинный энергоблок докритических параметров пара, работающий на газе, надстраивают парогазовой установкой с предвключенной паровой турбиной с суперсверхкритическими параметрами пара.
Парогазовая надстройка паротурбинного энергоблока с докритическими параметрами пара, содержащего паротурбинный энергоблок, снабженный паровым котлом, паропроводом острого пара, холодным и горячим паропроводами промперегрева, конденсационной паровой турбиной, деаэратором высокого давления, питательным насосом высокого давления, регенеративными подогревателями высокого и низкого давления, электрогенератором; предвключенную паровую турбину суперсверхкритических параметров пара с электрогенератором; выход предвключенной паровой турбины суперсверхкритических параметров пара соединен паропроводом острого пара с входом конденсационной паровой турбины паротурбинного энергоблока с докритическими параметрами пара, причем она дополнительно снабжена газотурбинной установкой, содержащей компрессоры низкого и высокого давления, газовые турбины высокого и низкого давления, промежуточный воздухоохладитель, камеры сгорания высокого и низкого давления, электрогенератор; пароперегревателем суперсверхвысокой температуры, котлом-утилизатором, содержащим парогенератор суперсверхкритического давления с газоводяным подогревателем деаэрированной воды и газоводяным подогревателем питательной воды паротурбинного энергоблока; вакуумным деаэратором, бустерным питательным насосом, питательным насосом суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом, паропроводом суперсверхкритических параметров; промежуточный воздухоохладитель установлен в газоходе между компрессорами низкого и высокого давления газотурбинной установки, пароперегреватель суперсверхвысокой температуры размещен в газоходе между газовой турбиной высокого давления и камерой сгорания низкого давления; парогенератор суперсверхкритического давления котла-утилизатора соединен паропроводом суперсверхкритических параметров через пароперегреватель суперсверхвысокой температуры с входом предвключенной паровой турбины суперсверхкритических параметров, выход которой связан паропроводом острого пара с конденсационной паровой турбиной паротурбинного энергоблока; выход газовой турбины низкого давления соединен газоходом с входом котла-утилизатора, в котором по ходу газов размещены - парогенератор суперсверхкритического давления, газоводяной подогреватель питательной воды паротурбинного энергоблока и газоводяной подогреватель деаэрированной воды; выхлопной газоход котла-утилизатора связан с атмосферой; вход конденсационной паровой турбины турбопривода питательного насоса суперсверхкритического давления соединен паропроводом перегретого пара с горячим паропроводом промперегрева паротурбинного энергоблока, а конденсатор паровой турбины паротурбинного энергоблока связан трубопроводом конденсата через промежуточный воздухоохладитель с первым входом вакуумного деаэратора, второй вход которого соединен трубопроводом греющей воды с деаэратором высокого давления; выход вакуумного деаэратора соединен трубопроводом деаэрированной воды через бустерный насос с входом питательного насоса суперсверхкритического давления, выход которого связан трубопроводом питательной воды суперсверхкритического давления с входом парогенератора суперсверхкритического давления; питательный насос высокого давления паротурбинного энергоблока связан питательным трубопроводом через газоводяной подогреватель питательной воды с паровым котлом.
Предлагаемое изобретение имеет ряд новых признаков по сравнению с прототипом:
- паротурбинный энергоблок надстраивают парогазовой установкой, содержащей газотурбинную установку с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым подводом тепла, пароперегревателем с суперсверхвысокой температурой пара, котлом-утилизатором с парогенератором суперсверхкритического давления, причем пароперегреватель с суперсверхкритической температурой пара размещен в газоходе между газовой турбиной высокого давления и камерой сгорания низкого давления, что позволяет повысить тепловую экономичность и электрическую мощность установки;
- применение в парогазовой надстройке вакуумного деаэратора, бустерного питательного насоса и питательного насоса суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом, а также газоводяного подогревателя питательной воды паротурбинного энергоблока позволяет снизить температуру уходящих газов и повысить КПД котла-утилизатора;
- охлаждение воздуха в промежуточном воздухоохладителе конденсатом пара конденсационного турбопривода с подогревом конденсата перед вакуумным деаэратором позволяет повысить тепловую экономичность установки;
- размещение пароперегревателя суперсверхвысокой температуры в газоходе низкого давления газотурбинной установки позволяет уменьшить его металлоемкость и снизить стоимость за счет экономии дорогой высоколегированной стали;
- не требуется реконструировать энергетическое оборудование паротурбинного энергоблока 13 МПа, что позволяет снизить капиталовложения в установку.
На чертежах, на фиг.1, приведена принципиальная схема парогазовой надстройки конденсационного паротурбинного энергоблока 13 МПа, а на фиг. 2 показана ее блок-схема.
На фиг. 1 показаны: 1 - конденсационный паротурбинный энергоблок 13 МПа, 2 - газотурбинный блок, 3 - блок утилизации тепла газотурбинной установки.
Конденсационный паротурбинный энергоблок 1 включает предвключенную турбину ССКП 14, электрогенератор 15; паровой котел с промежуточным пароперегревателем 22, паропровод острого пара 16, конденсационную паровую турбину 17, электрогенератор 18, горячую нитку промперегрева 23, регенеративные подогреватели высокого давления 25, трубопровод питательной воды 29, деаэратор высокого давления 30, питательный насос высокого давления 31, вакуумный деаэратор 33, трубопровод деаэрированной воды 36 с бустерным насосом.
Газотурбинный блок 2 включает компрессор низкого давления 4, промежуточный воздухоохладитель 5, компрессор высокого давления 6, камеру сгорания высокого давления 7, газовую турбину высокого давления 8, пароперегреватель суперсверхвысокой температуры 9, камеру сгорания низкого давления 10, газовую турбину низкого давления 11, электрогенератор 12, паропровод пара суперсверхвысокой температуры 13.
Блок утилизации тепла газотурбинной установки 3 включает паропровод суперсверхкритического давления 19, газоход 20, котел-утилизатор 21, паропровод 24 конденсационного турбопривода, парогенератор суперсверхкритического давления 27, газоводяной подогреватель питательной воды 28 паротурбинного энергоблока 1, газоводяной подогреватель деаэрированной воды 32, питательный насос суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом 34, выхлопной газопровод 35, трубопровод конденсата 37 конденсационного турбопривода питательного насоса суперсверхкритического давления, трубопровод подогретого конденсата 38.
Паровой котел 22 блока 1 через паропровод острого пара 16 связан с конденсационной паровой турбиной 17, соединенной общим валом с электрогенератором 18. Конденсатор турбины 17 связан трубопроводом через регенеративные подогреватели низкого давления с деаэратором высокого давления 30. Последний через питательный насос высокого давления 31 соединен трубопроводом питательной воды 29 через регенеративные подогреватели высокого давления 25 с паровым котлом 22, а также через газоводяной подогреватель питательной воды 28, размещенный в котле 1 утилизаторе 21 и трубопровод 26 соединен с входом парового котла 22. Деаэратор высокого давления 30 соединен трубопроводом греющей воды с первым входом вакуумного деаэратора 33. Второй вход вакуумного деаэратора 33 соединен трубопроводом подогретого конденсата 38 через промежуточный воздухоохладитель 5 и трубопровод конденсата 37 с конденсатором турбины конденсационного турбопривода 34.
Выходной патрубок вакуумного деаэратора 33 связан трубопроводом деаэрированного конденсата 36 с бустерным насосом через газоводяной подогреватель конденсата 32 и питательный насос суперсверхкритического давления 34 с конденсационным турбоприводом с парогенератором суперсверхкритического давления 27 котла-утилизатора 21. Его выход соединен паропроводом суперсверхкритических параметров 19 с входом пароперегревателя суперсверхвысокой температуры 9. Выход последнего соединен паропроводом суперсверхритической температуры 13 с входом предвключенной турбины ССКП 14, имеющей общий вал с электрогенератором 15. Выход этой турбины связан паропроводом острого пара 16 блока 1 с конденсационной паровой турбиной 17 .
Выход компрессора низкого давления 4 блока 2 через промежуточный воздухоохладитель 5 и компрессор высокого давления 6 связан с входом камеры сгорания высокого давления 7. Ее выход через газовую турбину высокого давления 8 и пароперегреватель суперсверхвысокой температуры 9, камеру сгорания низкого давления 10 и газовую турбину низкого давления 11 связан газоходом 20 с котлом-утилизатором 21. Ротор газовой турбины низкого давления 11 соединен валом с ротором электрогенератора 12. Выход котла-утилизатора 21 связан газоходом 35 с атмосферой.
Конденсатор конденсационного турбопривода питательного насоса суперсверхвысокого давления 34 связан конденсатопроводом 37 через промежуточный воздухоохладитель 5 и трубопровод подогретого конденсата 38 со вторым входом вакуумного деаэратора 33.
Парогазовая надстройка паротурбинного энергоблока докритических параметров работает следующим образом. Воздух, сжатый в компрессоре низкого давления 4, охлаждают в промежуточном воздухоохладителе 5, используя его теплоту для подогрева конденсата конденсационного турбопривода питательного насоса суперсверхвысокого давления 34, подводимого в воздухоохладитель 5 по конденсатопроводу 37 и отводимого по трубопроводу подогретого конденсата 38. Воздух после воздухоохладителя 5 сжимается в компрессоре высокого давления 6 и в камере сгорания 7 в нем сжигают топливо. Продукты сгорания расширяются в газовой турбине высокого давления 8, охлаждаются в пароперегревателе суперсверхкритической температуры 9, перегревая пар, подводимый по паропроводу суперсверхкритических параметров 19 из парогенератора суперсверхкритического давления 27. Перегретый пар по паропроводу суперсверхвысокой температуры 13 подводят к предвключенной паровой турбине ССКП 14, полезная работа которой используется для выработки электроэнергии в электрогенераторе 15. Частично охлажденные в пароперегревателе суперсверхкритической температуры 9 продукты сгорания повышают свою температуру за счет сжигания топлива в камере сгорания низкого давления 10, расширяются в газовой турбине низкого давления 11, используя ее полезную работу для выработки электроэнергии в электрогенераторе 12. Продукты сгорания топлива после газовой турбины низкого давления 11 поступают по газоходу 20 на вход котла-утилизатора 21, где их теплота утилизируется для генерации пара в парогенераторе 27 ССКП, для нагрева питательной воды энергоблока 1 в газоводяном подогревателе питательной воды 28 и для нагрева питательной воды в газоводяном подогревателе деаэрированной воды 32 для парогенератора 27 ССКП. Охлажденные продукты сгорания по газоходу 35 сбрасываются в атмосферу.
После расширения в предвключенной паровой турбине ССКП 14 пар с параметрами, соответствующими начальным параметрам энергетического блока 1, подводится по паропроводу острого пара 16 к конденсационной паровой турбине 17, расширяется в цилиндре высокого давления, дополнительно перегревается в промежуточном пароперегревателе парового котла 22 и по горячей нитке промперегрева 23 направляется для расширения в часть среднего и низкого давления этой турбины. Полезная работа турбины 17 используется в электрогенераторе 18 для выработки электроэнергии. Конденсат пара конденсационной паровой турбины 17 через регенеративные подогреватели низкого давления подается в деаэратор высокого давления 30, где деаэрируется. Из горячей нитки промперегрева 23 перегретый пар по паропроводу 24 конденсационного турбопривода подается на конденсационную паровую турбину турбопривода 34 питательного насоса суперсверхкритического давления и расширяется в ней с использованием полезной работы для привода питательного насоса суперсверхкритического давления. Конденсат из ее конденсатора по конденсатопроводу 37 подается в промежуточный воздухоохладитель 5, подогревается в нем и по трубопроводу подогретого конденсата 38 поступает во второй вход вакуумного деаэратора 33. Из деаэратора высокого давления 30 питательная вода подается питательным насосом высокого давления 31 по трубопроводу питательной воды 28 через подогреватели высокого давления 25 в паровой котел 22, ее часть через газоводяной подогреватель питательной воды 28, размещенный в котле-утилизаторе 21, и трубопровод 26 поступает на вход парового котла 22. Из деаэратора высокого давления 30 греющая вода подается в первый вход вакуумного деаэратора 33, а в его второй вход по трубопроводу подогретого конденсата 38 подводится подогретый в промежуточном воздухоохладителе 5 конденсат турбины конденсационного турбопривода питательного насоса суперсверхкритического давления 34. Деаэрированная вода из выходного патрубка вакуумного деаэратора 33 подается по трубопроводу деаэрированного конденсата 36 с бустерным насосом через газоводяной подогреватель конденсата 32 и питательный насос суперсверхкритического давления 34 с конденсационным турбоприводом в парогенератор суперсверхкритического давления 27. Пар из которого по паропроводу суперсверхкритического давления 19 поступает на вход пароперегревателя суперсверхкритической температуры 9 и далее по паропроводу суперсверхвысокой температуры 13 подается на вход предвключенной турбины ССКП 14.
Парогазовая надстройка паротурбинного энергоблока с докритическими параметрами пара, содержащего паротурбинный энергоблок, снабженный паровым котлом, паропроводом острого пара, холодным и горячим паропроводами промперегрева, конденсационной паровой турбиной, деаэратором высокого давления, питательным насосом высокого давления, регенеративными подогревателями высокого и низкого давления, электрогенератором; предвключенную паровую турбину суперсверхкритических параметров пара с электрогенератором; выход предвключенной паровой турбины суперсверхкритических параметров пара соединен паропроводом острого пара с входом конденсационной паровой турбины паротурбинного энергоблока с докритическими параметрами пара, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена газотурбинной установкой, содержащей компрессоры низкого и высокого давления, газовые турбины высокого и низкого давления, промежуточный воздухоохладитель, камеры сгорания высокого и низкого давления, электрогенератор; пароперегревателем суперсверхкритической температуры, котлом-утилизатором, содержащим парогенератор суперсверхкритического давления с газоводяным подогревателем деаэрированной воды и газоводяным подогревателем питательной воды паротурбинного энергоблока; вакуумным деаэратором, бустерным питательным насосом, питательным насосом суперсверхкритического давления с конденсационным турбоприводом, паропроводом суперсверхкритических параметров; промежуточный воздухоохладитель установлен в газоходе между компрессорами низкого и высокого давления газотурбинной установки, пароперегреватель суперсверхкритической температуры размещен в газоходе между газовой турбиной высокого давления и камерой сгорания низкого давления; парогенератор суперсверхкритического давления котла-утилизатора соединен паропроводом суперсверхкритических параметров через пароперегреватель суперсверхвысокой температуры с входом предвключенной паровой турбины суперсверхкритических параметров, выход которой связан паропроводом острого пара с конденсационной паровой турбиной паротурбинного энергоблока; выход газовой турбины низкого давления соединен газоходом с входом котла-утилизатора, в котором по ходу газов размещены - парогенератор суперсверхкритического давления, газоводяной подогреватель питательной воды паротурбинного энергоблока и газоводяной подогреватель деаэрированной воды; выхлопной газоход котла-утилизатора связан с атмосферой; вход конденсационной паровой турбины турбопривода питательного насоса суперсверхкритического давления соединен паропроводом перегретого пара с горячим паропроводом промперегрева паротурбинного энергоблока, а конденсатор паровой турбины паротурбинного энергоблока связан трубопроводом конденсата через промежуточный воздухоохладитель с первым входом вакуумного деаэратора, второй вход которого соединен трубопроводом греющей воды с деаэратором высокого давления; выход вакуумного деаэратора соединен трубопроводом деаэрированной воды через бустерный насос с входом питательного насоса суперсверхкритического давления, выход которого связан трубопроводом питательной воды суперсверхкритического давления с входом парогенератора суперсверхкритического давления; питательный насос высокого давления паротурбинного энергоблока связан питательным трубопроводом через газоводяной подогреватель питательной воды с паровым котлом.
