Способ работы энергетической установки с комбинированным циклом и установка для осуществления такого способа



Способ работы энергетической установки с комбинированным циклом и установка для осуществления такого способа
Способ работы энергетической установки с комбинированным циклом и установка для осуществления такого способа
Способ работы энергетической установки с комбинированным циклом и установка для осуществления такого способа
Способ работы энергетической установки с комбинированным циклом и установка для осуществления такого способа
Способ работы энергетической установки с комбинированным циклом и установка для осуществления такого способа

 


Владельцы патента RU 2552885:

АЛЬСТОМ ТЕКНОЛОДЖИ ЛТД (CH)

Изобретение относится к энергетике. Способ работы газовой турбины, содержащей компрессор, который оборудован поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками и принимает на его входе входящий воздушный поток, который прошел через воздействующую на температуру систему впуска воздуха, камеру сгорания и турбину. В схеме управления замкнутого контура генерируется управляющая переменная, показательная для температуры на выходе турбины, и система впуска воздуха и поворотные регулируемые входные направляющие лопатки управляются согласно указанной управляющей переменной таким образом, что температура на выходе турбины поддерживается на желательном заданном уровне или выше него. Также представлена энергетическая установка для осуществления способа. Изобретение позволяет уменьшить чрезмерный расход срока службы электростанции. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к технологии энергетических установок с комбинированным циклом. Оно относится к способу работы энергетической установки с комбинированным циклом с системой впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе с поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками для регулирования входного массового потока. Оно также относится к энергетической установке с комбинированным циклом, в которой используется такой способ.

Известный уровень техники

При частичной нагрузке температура на выходе турбины или температура выходящих газов газовой турбины сильно уменьшается (см., например, документ EP 0718470 A2). Пароводяной цикл, соединенный с газовой турбиной в комбинированной форме (через парогенератор-рекуператор), не может эффективно работать при низкой температуре. В частности, значительно уменьшается срок службы соответствующей паровой турбины за счет охлаждения при переменном режиме.

Для газовых турбин с последовательным сгоранием специальный принцип работы с низкой нагрузкой предлагает возможность поддерживать работу всей установки с комбинированным циклом в соединении с энергосистемой при очень малой нагрузке (<25%) в соответствии с нормами выбросов с первой камерой сгорания газовой турбины, работающей с минимальными затратами в период низкой потребности в энергии/тарифов на энергию вместо ее выключения, со всеми относящимися к этому преимуществами.

Принцип работы с низкой нагрузкой

Обеспечивает:

- исключение частых стартстопных циклов энергетической установки при небольших потребностях энергии в сети, например, ночью или в выходные дни. Исключение стартстопных циклов приводит к уменьшению накопления напряжения и расхода срока службы основного оборудования установки, даже для оборудования, которое не имеет установленного счетчика срока службы (парогенератор-рекуператор, трубопровод и т.д.); и

- поддерживает работу установки при очень малых нагрузках, допуская очень быструю реакцию на внезапную потребность в энергии или увеличивая искровую маржу (валовая прибыль между стоимостью электроэнергии и затрачиваемого топлива).

Принцип работы с низкой нагрузкой предусматривает использование выключения последующей (второй) камеры сгорания при низких частичных нагрузках при сгорании в предшествующей камере сгорания. Параметры принципа работы с низкой нагрузкой определены параметрами работы газовой турбины, такими как установка поворотных регулируемых входных направляющих лопаток и температура горения.

Однако известные принципы работы с низкой нагрузкой могут все еще приводить к пониженным температурам на выходе и обычно все еще имеют некоторые недостатки:

- длительное время подготовки к работе с низкой нагрузкой, ограничивающее эксплуатационную гибкость, вследствие того факта, что паровая турбина должна постепенно охлаждаться до достаточно низкой температуры;

- влияние на эквивалентные часы эксплуатации паровой турбины из-за снижения температуры пара; и

- скорость нагружения до базовой нагрузки ограничена напряжением паровой турбины.

Следующие технические условия должны устранить эти недостатки:

- отсутствие времени для подготовки: оператор может активизировать режим по принципу работы с низкой нагрузкой в любое требуемое время;

- отсутствие влияния на эквивалентные часы эксплуатации паровой турбины из-за меньшего снижения температуры пара;

- быстрое нагружение/снижение нагрузки.

Использование рециркуляции газа на выходе компрессора, а также использование системы кондиционирования воздуха для регулирования температуры на входе газовой турбины для противообледенительного действия известно, например, из документа EP 2180165 A2.

Другой документ (JP 4684968 B2) описывает высоковлажную газотурбинную установку, которая имеет высокую отдачу и эффективность при работе с неноминальной нагрузкой, и соответствующий способ работы. Высоковлажная газотурбинная установка содержит турбину, компрессор, увлажнительную колонну для увлажнения сжатого воздуха, регенеративный теплообменник для нагревания увлажненного воздуха выходящим газом, камеру сгорания, работающую с горячим воздухом и топливом и генерирующую газообразные продукты сгорания, входные направляющие лопатки компрессора, регулирующие расход воздуха для горения, датчик давления на выходе компрессора, датчик температуры выходящих газов, датчик количества подаваемой воды, определяющий величину подачи в увлажнительную колонну; и управляющее устройство, вычисляющее заданное значение температуры на выходе на основе выходного давления, определенного датчиком давления на выходе компрессора, и количества поданной воды, определенного датчиком количества подаваемой воды, так, чтобы раскрыв входных направляющих лопаток компрессора регулировался таким образом, чтобы температура выходящих газов была близка к расчетному заданному значению с использованием функции, определяющей заданное значение температуры на выходе при работе с частичной нагрузкой давлением на выходе компрессора.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является получение способа работы энергетической установки с комбинированным циклом.

Другой целью настоящего изобретения является получение энергетической установки с комбинированным циклом для использования согласно способу, соответствующему изобретению.

Одним объектом настоящего изобретения является предложение способа работы энергетической установки с комбинированным циклом, который допускает работу при малой частичной нагрузке. Способ предложен для энергетической установки с комбинированным циклом, содержащей газовую турбину с системой впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для регулирования температуры входящего воздуха, компрессор, расположенный по ходу потока после системы впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для увеличения давления воздуха, и который оборудован поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками для регулирования входного массового потока, по меньшей мере, одну камеру сгорания, расположенную по ходу потока после компрессора, для сгорания топлива со сжатым воздухом от компрессора и, по меньшей мере, одну турбину, расположенную по ходу потока после камеры сгорания, для расширения горячих газообразных продуктов сгорания, таким образом генерирующую механическую энергию. Энергетическая установка с комбинированным циклом также содержит парогенератор-рекуператор, расположенный по ходу потока после газовой турбины, для генерирования острого пара, паровую турбину для расширения острого пара, таким образом, генерирующую механическую энергию, и систему управления. В соответствии с предложенным способом управляющая переменная, показательная для температуры острого пара, генерируется в схеме управления с замкнутым контуром и системой впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, и/или поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками управляют согласно указанной управляющей переменной таким образом, что температура острого пара поддерживается на уровне или выше желательной заданной температуры пара.

Согласно варианту осуществления описанного способа температуру острого пара измеряют непосредственно, и измеренную температуру используют в качестве управляющей переменной.

Согласно другому варианту осуществления способа температуру (TAT2) на выходе турбины используют в качестве переменной, показательной для температуры острого пара, и температуру на выходе турбины используют в качестве управляющей переменной.

Согласно одному другому варианту осуществления этого способа температуру на выходе турбины измеряют непосредственно.

Согласно другому варианту осуществления способа температуру на выходе турбины вычисляют на основе текущего вычисления теплового баланса, и она используется в качестве переменной, показательной для температуры острого пара.

Согласно другому варианту осуществления способа на выходе газовой турбины измеряют выбросы, в частности выбросы окислов азота, и используют в качестве управляющей переменной.

Согласно одному другому варианту осуществления способа температуру измеряют в других частях газовой турбины, в частности, у лопаток последней ступени турбины, и эту измеренную температуру используют в качестве управляющей переменной.

Согласно другому варианту осуществления способа входящий воздух нагревают в системе впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, пока температура острого пара не будет на уровне или выше заданной температуры пара. Для осуществления этого способа система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, приспособлена для нагревания входящего воздуха.

В частности, сжатый воздух от задней ступени компрессора используется для нагревания входящего воздуха в системе впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе. Задняя ступень представляет собой любую ступень, расположенную по ходу потока после первой ступени компрессора. Часто ступени второй половины компрессора упоминаются как задние ступени. Более конкретно последние две или три ступени компрессора могут упоминаться как задняя ступень.

Согласно другому варианту осуществления способа часть газообразных продуктов сгорания рециркулирует и смешивается с входящим воздухом в системе впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для нагревания входящего воздуха. Для рециркуляции газообразных продуктов сгорания энергетическая установка с комбинированным циклом обычно также содержит разделитель газообразных продуктов сгорания, расположенный по ходу потока после парогенератора-рекуператора и разделяющий газообразные продукты сгорания на поток газообразных продуктов сгорания для выпуска в окружающую среду или последующей обработки и на один поток газообразных продуктов сгорания для рециркуляции, управляющее устройство для регулирования массового расхода рециркулирующих газообразных продуктов сгорания и вторичный охладитель для регулирования температуры рециркулирующих газообразных продуктов сгорания перед их смешиванием со свежим окружающим воздухом в системе впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе.

В другом варианте осуществления способа массовый расход охлаждающего воздуха газовой турбины уменьшают для увеличения температуры на выходе турбины и, таким образом, температуры острого пара. В качестве альтернативы или в комбинации температуру вторичного охлаждения охладителя воздуха увеличивают для увеличения температуры острого пара.

Согласно другому варианту осуществления способа система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, приспособлена для охлаждения входящего воздуха. Снижение температуры впуска может расширить оперативность при высокой температуре окружающей среды. Кроме того, в зависимости от конструкции и рабочих условий нагрузка холодной или горячей энергетической установки с комбинированным циклом должна быть остановлена в так называемых точках приостановки процесса, когда газовая турбина работает в течение некоторого времени, пока критические узлы турбины не достигнут пороговых величин температуры. После того как эти пороговые значения достигнуты, газовая турбина может быть дополнительно нагружена. Посредством снижения температуры впуска мощность газовой турбины при пороговом значении может быть увеличена. Благодаря получению пониженной температуры пара при охлаждении на входе можно даже продолжать нагрузку без задержки при пороговом значении. После достижения целевой нагрузки или базовой нагрузки паровая турбина постепенно нагревается, и со временем возможно уменьшение охлаждения на входе, пока, в конечном счете, охлаждение на входе не может быть полностью выключено.

Согласно другому варианту осуществления способа система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, содержит систему кондиционирования воздуха для входящего воздуха.

Согласно другому варианту осуществления способа в систему впуска воздуха, воздействующую на температуру на входе, вводят воду. Для этого способа система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, содержит систему впрыска воды.

Согласно другому варианту осуществления способа газовая турбина работает с последовательным сгоранием и содержит две камеры сгорания и две турбины. В частности, в ходе работы, когда температура входящего воздуха увеличена в системе впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, вторая камера сгорания не работает.

Помимо способа целью изобретения является получение энергетической установки с комбинированным циклом, которая предназначена для осуществления такого способа.

Описанная энергетическая установка с комбинированным циклом содержит газовую турбину с системой впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для регулирования температуры входящего воздуха, компрессор, расположенный по ходу потока после системы впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для увеличения давления воздуха и снабженный поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками для регулирования входного массового потока, по меньшей мере, одну камеру сгорания, расположенную по ходу потока после компрессора, для сгорания топлива со сжатым воздухом от компрессора и, по меньшей мере, одну турбину, расположенную по ходу потока после камеры сгорания для расширения горячих газообразных продуктов сгорания, таким образом, генерируя механическую энергию. Она также содержит парогенератор-рекуператор, расположенный по ходу потока после газовой турбины, для генерирования острого пара, паровую турбину для расширения острого пара, таким образом генерируя механическую энергию, и систему управления. Система управления отличается тем, что она содержит схему управления замкнутого контура, которая конфигурирована для генерирования управляющей переменной, показательной для температуры острого пара и для управления системой впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, и/или поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками согласно указанной управляющей переменной, таким образом что в ходе работы энергетической установки с комбинированным циклом температура острого пара поддерживается на уровне или выше желательной заданной температуры пара. Для поддержания температуры острого пара при заданной температуре пара или выше нее поворотная регулируемая входная направляющая лопатка закрыта, при этом закрывание поворотной регулируемой входной направляющей лопатки является функцией девиации к целевой температуре. Кроме того, для увеличения температуры пара температура на входе может быть повышена, и для уменьшения температуры пара температура на входе может быть понижена системой впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе.

Контроллер установки имеет первый выход, соединенный с указанной системой впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, и второй выход, соединенный с указанными поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками.

Согласно варианту выполнения описанной газовой турбины указанное средство генерирования управляющей переменной содержит датчик температуры, предназначенный специально для непосредственного измерения температуры на выходе турбины.

Согласно другому варианту выполнения описанной газовой турбины система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, приспособлена для нагревания входящего воздуха. В частности, сжатый воздух от задней ступени компрессора возвращается в систему впуска воздуха, воздействующую на температуру на входе, через контрольный клапан, который соединен с контроллером.

Согласно другому варианту выполнения описанной газовой турбины система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, приспособлена для охлаждения входящего воздуха. Согласно другому варианту выполнения описанной газовой турбины система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, приспособлена для впрыска воды в поток входящего воздуха.

Согласно одному другому варианту выполнения описанной газовой турбины система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, содержит систему кондиционирования воздуха для входящего воздуха, которая соединена с контроллером.

Согласно другому варианту выполнения описанной газовой турбины газовая турбина предназначена для последовательного сгорания и содержит две камеры сгорания и две турбины.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики и преимущества будут более очевидными из описания предпочтительных, но не исключительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 - принципиальная схема энергетической установки с комбинированным циклом с газовой турбиной согласно варианту осуществления изобретения с системой впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для нагревания входящего воздуха;

фиг.2 - подобно фиг.1, принципиальная схема энергетической установки с комбинированным циклом с газовой турбиной согласно другому варианту осуществления изобретения с системой впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для нагревающего кондиционирования входящего воздуха;

фиг.3 - подобно фиг.1 и 2, принципиальная схема энергетической установки с комбинированным циклом с газовой турбиной согласно другому варианту выполнения с системой впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для впрыска воды во входящий воздух для образования тумана или сильного тумана; и

фиг.4 - подобно фиг.1-3, принципиальная схема энергетической установки с комбинированным циклом с газовой турбиной согласно другому варианту осуществления изобретения с рециркуляцией газообразных продуктов сгорания во входящий воздух для нагревающего кондиционирования входящего воздуха; и

фиг.5 - примерная схема для эффекта управления согласно описанному способу и газовой турбине.

Подробное описание примерных вариантов

осуществления изобретения

Согласно изобретению энергетическая установка с комбинированным циклом имеет контроллер управления с замкнутым циклом, который регулирует величину охлаждения входящего воздуха или нагревания входящего воздуха или который регулирует угол поворотной входной направляющей лопатки так, чтобы температура острого пара или определенная температура на выходе турбины поддерживались на уровне желательного заданного значения.

В варианте осуществления изобретения датчик температуры выходящих газов в выходном диффузоре турбины считывает температуру выходящих газов. В схеме управления замкнутого контура используются входное устройство газовой турбины (такое как охладитель, предварительный подогреватель воздуха и/или противообледенительная система) и привод угла поворотной входной направляющей лопатки для поддержания определенной температуры выходящих газов на заданном желательном уровне. Описанный способ может использоваться с газотурбинной установкой или с энергетической установкой с комбинированным циклом.

Преимущество

Температура выходящих газов газовой турбины может корректироваться до требуемого значения в ходе работы газовой турбины. Следовательно, энергия выходящих газов газовой турбины может поддерживаться на таком уровне, что базовые циклы энергетической установки с комбинированным циклом или теплоэлектростанции могут продолжаться без чрезмерного расхода срока службы вследствие кратковременных изменений рабочих условий. Предпочтительно она может продолжать работу в расчетных (или близких к расчетным) условиях.

На фиг.1 показана принципиальная схема энергетической установки 10a с комбинированным циклом с газовой турбиной 11 согласно варианту осуществления изобретения с системой 12a впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для нагревания входящего воздуха. Газовая турбина 11 содержит систему 12a впуска воздуха, воздействующую на температуру на входе, которая принимает воздух 12 на ее входе, компрессор 14 с поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками 13, (первую) камеру 15 сгорания, (первую) турбину 16 и пароводяной цикл 17 с парогенератором рекуперации тепла (парогенератором-рекуператором) 18, паровую турбину 19, конденсатор 20 и питательный водяной насос 21.

Отработанные газы турбины 16 проходят парогенератор рекуперации тепла для генерирования необходимого пара для водного/парового цикла 17. Температура выходящих газов в этом варианте осуществления изобретения непосредственно измеряется при помощи датчика 30 температуры на выходе турбины 16. Дополнительно температура острого пара измеряется при помощи датчика 38 температуры пара. Измеренная температура выходящих газов и/или величина температуры острого пара используется в качестве входной переменной для средства 22 управления, которое управляет работой системы 12a впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, и/или поворотных регулируемых входных направляющих лопаток 13.

Система 12a впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, принимает горячий сжатый воздух, поступающий из задней ступени компрессора 14. Этот сжатый горячий воздух поступает в систему 12a впуска воздуха, воздействующую на температуру на входе, через отсечный клапан 23, контрольный клапан 24, отверстие 25 и глушитель 26. Контрольный клапан 24 соединен с управляющим выходом средства 22 управления.

Как показано на фиг.1 (и фиг.2, 3 и 4) пунктиром, в газовой турбине 11 может осуществляться последовательное сгорание с использованием второй камеры 15' сгорания и второй турбины 16', за которыми следует пароводяной цикл.

На фиг.2 показан другой вариант осуществления изобретения с другой системой 12b впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, которая содержит систему 27 кондиционирования воздуха для воздействия на температуру входящего воздуха 12 перед входом в компрессор 14. В этом случае поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками 13 и системой кондиционирования воздуха 27 управляет контроллер 22. Тепло, требуемое или выпускаемое системой 27 кондиционирования воздуха, может подаваться или использоваться. Например, источник тепла или сток теплового потока могут быть обеспечены пароводяным циклом установки. Исходящее тепло может использоваться, например, для подогрева воды. В качестве источника тепла может использоваться низкопотенциальное тепло.

На фиг.3 показан другой вариант осуществления изобретения с другой системой 12c впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, который содержит средство 28 для впрыска воды во входящий воздух. Количеством впрыскиваемой воды управляют при помощи контрольного клапана 29, соединенного с выходом управления контроллера 22. Однако возможны другие средства управления для впрыска воды.

Впрыск воды может осуществляться при помощи системы образования тумана или высокого тумана, например, системы, содержащей насосы высокого давления и форсунки.

В качестве альтернативы система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, может содержать систему охлаждения или испарительную систему охлаждения.

На фиг.4 показан другой вариант осуществления изобретения с другой системой 12d впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, которая содержит средства для введения рециркулирующих газообразных продуктов 34 сгорания во входящий воздух для нагревающего кондиционирования входящего воздуха. Рециркулирующие газообразные продукты сгорания ответвляются от потока газообразных продуктов сгорания, исходящего из парогенератора-рекуператора 18 в разделителе 36 газообразных продуктов сгорания. Массовый расход рециркулирующих газообразных продуктов 34 сгорания регулируется демпфером или клапаном 37 регулирования рециркуляции потока. Для компенсации потерь давления системы рециркуляции в выхлопных каналах может быть расположен вентилятор 33 или вентилятор переменной скорости. В этом примере рециркулирующие газообразные продукты сгорания могут быть вновь охлаждены во вторичном охладителе 33 газообразных продуктов сгорания для предотвращения большой температурной неоднородности входящего воздуха.

В качестве альтернативы система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, может содержать систему предварительного подогрева воздуха с внешним источником тепла вместо рециркулирующего воздуха от выходного отверстия компрессора к входу компрессора.

В целом, при управлении с замкнутым контуром используется температура выходящих газов в качестве входных данных для системы управления, и она управляет работой газовой турбины с оптимизацией температуры выходящих газов.

Управление осуществляется посредством регулирования, по меньшей мере, одного из следующих параметров:

- положения регулируемых входных направляющих лопаток;

- массового расхода отводимого потока на входе посредством регулирования положения контрольного клапана 24;

- регулирования положения контрольного клапана 29, который регулирует массовый расход воды 28 для охлаждения входа для воздуха;

- регулирования положения контрольного клапана, который регулирует массовый расход топлива, впрыскиваемого в камеру 15, 15' сгорания (не показан на фиг.1-4).

Вместо измерения температуры входящих газов или температуры острого пара непосредственно (датчиком 30 или 38 температуры) входные данные для системы управления также могут быть расчетными данными о температуре выходящих газов, полученными при текущем вычислении теплового баланса.

В качестве альтернативы, если непосредственное измерение температуры выходящих газов недоступно или непригодно, могут использоваться другие опосредованные входные переменные:

- выбросы на выходе газовой турбины (например, окислов азота) или

- температурные измерения в другом месте (входные данные от датчика 31 температуры на фиг.1-4), например, на лопатке последней ступени турбины, которая обычно не охлаждается.

В дополнение к измерению температуры выходящих газов могут быть измерены температуры на входе и выходе компрессора.

Другие представляющие интерес параметры относятся к условиям окружающей среды (температура окружающей среды, давление окружающей среды, влажность окружающей среды).

Другими параметрами являются снижение давления на входе, массовый расход воды, распыленной системами образования тумана или высокого тумана, массовый расход воды, циркулирующей в испарительном охладителе, массовый расход воды/пара, впрыскиваемого в камеру 15, 15' сгорания.

ПРИМЕР

Система рециркуляции воздуха, показанная на фиг.1 (также названная противообледенительной), для работы с низкой нагрузкой была введена в энергетическую установку, содержащую газовые турбины типа GT26. Для достижения температуры выходящих газов турбины достаточно высокой нагрузки для поддержания работы энергетической установки с комбинированным циклом при потребности в низкой нагрузке без проблем (например, сокращения срока службы паровой турбины), включается система противообледенения и работает в системе управлении замкнутого контура.

На фиг.5 показана ожидаемая температура выходящих газов турбины и массовый расход рециркуляции воздуха как функция температуры Tamb окружающей среды при работе с низкой нагрузкой, если система в действии. Когда температура Tamb окружающей среды снижается ниже определенного уровня (например, 22°C), соответствующее уменьшение температуры выходящих газов турбины прекращается благодаря началу рециркуляции и увеличению массового расхода рециркуляции воздуха. Принцип также включает регулирование положения поворотной регулируемой входной направляющей лопатки для оптимизации температуры выходящих газов.

В энергетической установке с комбинированным циклом целью является регулирование температуры Tsteam острого пара. Эта температура может быть измерена непосредственно или может контролироваться с использованием температуры входящих газов.

Целевая температура Tsteam,t задана для нагрузки газовой турбины, и температуру Tsteam пара регулируют посредством поворотных регулируемых входных направляющих лопаток и кондиционирования условий на входе компрессора.

Кондиционирование содержит, по меньшей мере, одно из:

- регулирования температуры на входе;

- подогрева при помощи противообледенительной системы, то есть рециркуляции воздуха от выхода компрессора или отбираемого воздуха (см. EP 2180165);

- подогрева рециркуляцией выходящих газов (см. US 2008/0309087);

- подогрева другим источником тепла, таким как пар из пароводяного цикла, и т.п.;

- охлаждения;

- регулирования состава входящего газа;

- впрыска воды или увлажнения.

При малой частичной нагрузке количество охлаждающего воздуха можно уменьшать, таким образом увеличивая температуру выходящих газов и температуру пара.

Обычно регулирование будет ограничено подогревом для большинства рабочих условий. Охлаждение может быть необходимым, например, при нагрузке холодной установки или в некоторых крайних случаях с очень высокой температурой окружающей среды.

Целевая величина температуры Tsteam,t острого пара может быть определенной функцией нагрузки. Однако температура Tsteam,t может также зависеть от температуры ротора или статора паровой турбины. Когда ротор или статор еще не нагреты полностью, температура Tsteam,t может быть пониженной. При прогревании ротора и статора температура Tsteam,t со временем изменяется.

В варианте осуществления изобретения управление газовой турбиной поддерживает газовую турбину при минимальной нагрузке, когда может поддерживаться только температура Tsteam,t.

Список ссылочных позиций

10a-c - энергетическая установка;

11 - газовая турбина;

12 - воздух;

12a-d - система впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе;

13 - поворотные регулируемые входные направляющие лопатки;

14 - компрессор;

15, 15' - камера сгорания;

16, 16' - турбина;

17 - пароводяной цикл;

18 - парогенератор рекуперации тепла (парогенератор-рекуператор);

19 - паровая турбина;

20 - конденсатор;

21 - насос для подачи воды;

22 - управление;

23 - отсечный клапан;

24 - контрольный клапан;

25 - отверстие;

26 - глушитель звука;

27 - система кондиционирования воздуха;

28 - вода;

29 - контрольный клапан;

30 - датчик температуры;

31 - входные данные от датчика температуры;

32 - вторичный охладитель газообразных продуктов сгорания;

33 - вентилятор;

34 - рециркулирующие газообразные продукты сгорания;

35 - отработанный газ;

36 - разделитель газообразных продуктов сгорания;

37 - клапан регулирования рециркулирующего потока;

38 - датчик температуры пара;

Tsteam - температура острого пара;

Tsteam,t - целевая температура острого пара.

1. Способ работы энергетической установки с комбинированным циклом, содержащей,
газовую турбину (11) с системой (12a-c) впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для регулирования температуры входящего воздуха, компрессор (14), расположенный по ходу потока после системы (12a-c) впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для увеличения давления воздуха и который снабжен поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками (13) для регулирования входного массового потока, по меньшей мере, одну камеру (15, 15') сгорания, расположенную по ходу потока после компрессора, для сгорания топлива со сжатым воздухом от компрессора (14) и, по меньшей мере, одну турбину (16, 16'), расположенную по ходу потока после камеры (15, 15') сгорания, для расширения горячих газообразных продуктов сгорания, таким образом генерируя механическую энергию;
парогенератор-рекуператор (18), расположенный по ходу потока после газовой турбины (11), для генерирования острого пара;
паровую турбину (19) для расширения острого пара, таким образом генерируя механическую энергию;
и систему (22) управления, отличающийся тем, что в схеме управления замкнутого контура генерируется управляющая переменная, показательная для температуры (Tsteam) острого пара, и что система (12a-c) впуска воздуха, воздействующая на температуру на входе, и/или поворотные регулируемые входные направляющие лопатки (13) управляются согласно указанной управляющей переменной таким образом, что температура (Tsteam) острого пара поддерживается на уровне желательной заданной температуры (Tsteam,t) пара или выше нее.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру (Tsteam) острого пара измеряют непосредственно и измеренную температуру используют в качестве управляющей переменной.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура (TAT2) на выходе турбины используется в качестве переменной, показательной для температуры (Tsteam) острого пара, и тем, что температура (TAT2) на выходе турбины используется в качестве управляющей переменной.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что температуру (TAT2) на выходе турбины измеряют непосредственно.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что температуру (TAT2) на выходе турбины вычисляют на основе текущего вычисления теплового баланса.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что выбросы на выходе газовой турбины (11) измеряют и используют в качестве управляющей переменной.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру измеряют в других частях газовой турбины (11), в частности, на лопатках последней ступени турбины (16, 16'), и эту измеренную температуру используют в качестве управляющей переменной.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что входящий воздух нагревают в системе (12a) впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, пока температура (Tsteam) острого пара не достигнет или не превысит заданную температуру (Tsteam,t) пара.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что сжатый воздух от задней ступени компрессора используется для нагревания входящего воздуха в системе (12a) впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что часть газообразных продуктов сгорания рециркулирует и смешивается с входящим воздухом в системе (12d) впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для нагревания входящего воздуха.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что в ходе работы с частичной нагрузкой массовый расход охлаждающего воздуха газовой турбины (11) понижают и/или температуру вторичного охладителя воздуха увеличивают для увеличения температуры (Tsteam) острого пара.

12. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что всасываемый воздух охлаждают в системе (12b) впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для уменьшения температуры (Tsteam) острого пара до целевой температуры (Tsteam,t) пара.

13. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что мощностью на выходе установки управляют посредством регулирования положения регулируемых входных направляющих лопаток (13) и температуры турбины на входе, и тем, что температуру (Tsteam) острого пара регулируют посредством регулирования температуры на входе в системе (12c) впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе.

14. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что температуру (Tsteam) острого пара определяют как функцию температуры ротора паровой турбины и/или части статора паровой турбины.

15. Энергетическая установка с комбинированным циклом, содержащая
газовую турбину (11) с системой (12a-c) впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для регулирования температуры входящего воздуха, компрессор (14), расположенный по ходу потока после системы (12a-c) впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, для увеличения давления воздуха и которая снабжена поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками (13) для регулирования входного массового потока, по меньшей мере, одну камеру (15, 15') сгорания, расположенную по ходу потока после компрессора, для сгорания топлива со сжатым воздухом от компрессора и, по меньшей мере, одну турбину (16, 16'), расположенную по ходу потока после камеры сгорания, для расширения горячих газообразных продуктов сгорания, таким образом генерируя механическую энергию;
парогенератор-рекуператор (18), расположенный по ходу потока после газовой турбины (11), для генерирования острого пара;
паровую турбину (19) для расширения острого пара, таким образом генерируя механическую энергию; и
систему (22) управления, отличающаяся тем, что система (22) управления содержит схему управления замкнутого контура, которая конфигурирована для генерирования управляющей переменной, показательной для температуры (Tsteam) острого пара, и для управления системой (12a-c) впуска воздуха, воздействующей на температуру на входе, и/или поворотными регулируемыми входными направляющими лопатками (13) согласно указанной управляющей переменной таким образом, что температура (Tsteam) острого пара поддерживается на уровне желательной заданной температуры (Tsteam,t) пара или выше нее.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Способ работы электростанции, содержащей газотурбинную установку и систему выработки энергии с помощью водяного пара, которая приводит в действие по меньшей мере один электрический генератор, при этом газотурбинная установка производит отходящие газы, которые направляют в паровой котел системы выработки энергии с помощью водяного пара.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и энергетике. Устройство (1) для получения водорода, установленное в энергоблоке, включает увлажнитель (2), который снабжен технологической средой, содержащей окись углерода, предназначенный для смешивания технологической среды с паром.

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.

Парогазотурбинная установка состоит из входного устройства, компрессора, камеры сгорания, камеры смешения, турбины привода компрессора, выходного устройства, теплообменника-испарителя, теплообменника-нагревателя, расположенного за теплообменником-испарителем, паровой турбины, теплообменника-конденсатора.

Изобретение относится к энергетике. Утилизационный парогенератор с входом для отработавших газов, причем между входом для отработавших газов и первым в направлении течения отработавших газов перегревателем расположена нагревательная поверхность, причем к нагревательной поверхности с вторичной стороны подключен отделитель, а нагревательная поверхность выполнена с возможностью запитки с вторичной стороны водой.

Изобретение относится к энергетике. Способ дооборудования энергоустановки, включающей в себя многокорпусную паровую турбину, работающую на ископаемом топливе, устройство отделения диоксида углерода, при котором поглощающая способность паровой турбины согласуется с технологическим паром, отбираемым для работы устройства отделения диоксида углерода, устройство отделения диоксида углерода посредством трубопровода технологического пара присоединяется к трубопроводу промежуточного перегревателя, и параллельно устройству отделения диоксида углерода включается вспомогательный конденсатор, так, что в нем при отказе или намеренном отключении устройства отделения диоксида углерода конденсируется избыточный технологический пар.

Изобретение относится к энергетике. Парогазовая установка на базе влажно-паровой АЭС содержит паровую турбину с цилиндрами высокого и низкого давления, соединенными между собой паропроводом с включенным в него сепаратором и промежуточным пароперегревателем, имеющим трубопроводы конденсата греющего пара, газовую турбину с камерой сгорания и компрессором, утилизационный парогенератор.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, преимущественно к атомной энергетике, и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электростанций двухконтурного типа с водо-водяными энергетическими реакторами.

Изобретение относится к энергетике. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. .

Изобретение относится к энергетике. Парогазовая установка, содержащая газовую турбину, компрессор, камеру сгорания, паровую турбину, конденсатор, деаэратор, конденсационный и питательный насосы, двухкамерный котел-утилизатор, который содержит основной (первый) контур высокого давления, а также второй контур низкого давления, причём второй контур низкого давления котла-утилизатора служит для двухступенчатого подогрева конденсата и питательной воды. Изобретение позволяет повысить экономичность парогазовой установки. 2 ил.

Изобретение относится к энергетике, в частности к способу смазки расширительной машины, при котором осуществляют подачу от испарителя рабочей среды, которая содержит смазочное средство, а также осуществляют отделение части смазочного средства от рабочей среды, причём подача рабочей среды в расширительную машину осуществляется с содержанием смазочного средства, уменьшенным вследствие отделения по меньшей мере части смазочного средства. Также представлены система смазки, а также паровая электростанция, которая включает в себя систему смазки согласно изобретению. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетике. Паросиловая установка, содержащая паровой котел с рекуперативным воздухоподогревателем, энергетическую паровую турбину с турбогенератором, приводную паровую турбину, сообщенную на входе по пару с выходом парового котла по пару, на выходе по пару - с входом энергетической паровой турбины по пару, воздушный компрессор, сообщенный на входе по воздуху с атмосферой, на выходе по воздуху - с входом рекуперативного воздухоподогревателя по воздуху, выполненный либо одновальным и установленным на одном свободном валу с приводной паровой турбиной в общем герметичном корпусе, либо двухвальным, состоящим из компрессоров низкого давления и высокого давления, при этом компрессор низкого давления установлен на одном валу с энергетической паровой турбиной, а компрессор высокого давления установлен на одном свободном валу с приводной паровой турбиной в общем герметичном корпусе, и воздушную турбину, сообщенную на выходе по воздуху с входом котла по воздуху, на входе по воздуху - с выходом рекуперативного воздухоподогревателя по воздуху и установленную на одном валу с энергетической паровой турбиной. Изобретение позволяет повысить КПД паросиловой установки. 2 ил.

Энергетическая установка с комбинированным циклом содержит компонент (66) с внутренним объемом (68), предназначенный для размещения конденсата пара или отработанного газа газовой турбины. Вокруг внешней поверхности компонента (66) энергетической установки с комбинированным циклом расположен материал (72) с фазовым переходом. Установка также содержит ограничительную конструкцию (70), расположенную вокруг компонента (66) с образованием наружного объема между компонентом (66) и указанной конструкцией (70). Материал (72) с фазовым переходом расположен в указанном наружном объеме и выполнен с возможностью поглощения тепла из внутреннего объема (68) при работе установки с комбинированным циклом и высвобождения тепла с обеспечением возможности поддержания повышенной температуры внутреннего объема (68) после отключения газовой турбины. Достигается снижение подвода тепла, необходимого для повторного запуска установки. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ работы электростанции комбинированного цикла с когенерацией, в котором воздух сжимают и подают в камеру сгорания для сжигания топлива, а полученные выхлопные газы расширяют, в одной турбине, совершая работу, и в котором выхлопные газы, выходящие из турбины, пропускают через рекуперирующий тепло парогенератор для генерации пара, причем часть входящего воздуха для горения пропускают через турбину в рекуперирующий тепло парогенератор без участия в процессе сжигания топлива в газовой турбине и эту часть воздуха для горения используют для работы вспомогательной горелки в рекуперирующем тепло парогенераторе. Также представлена электростанция для осуществления способа. Изобретение позволяет обеспечить высокий выход тепловой энергии и уменьшенное производство электричества без чрезмерного увеличения выбросов опасных веществ в выхлопных газах. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам выработки электроэнергии. Способ выработки электроэнергии путем сжигания углеродосодержащих топлив и захвата CO2, в котором рециркулируемую охлаждающую воду из охладителя прямого контакта в трубе (16) рециркуляции охлаждают в теплообменнике (17), который расположен в трубе (16) рециркуляции. В трубу (16) подают охлаждающую воду и отводят соответственно через трубы (70, 70') рециркуляции воды, соединенные с теплообменником (17). Воду, отводимую из теплообменника (17) через линию (70') рециркуляции, дросселируют через клапан (73) дросселирования и расширительный бак (74). Воду из расширительного бака (74) отводят через линию (78) для рециркуляции воды в качестве промывочной воды в охладитель прямого контакта отгоночной колонны (66). Пар в отгоночном баке вводят в качестве дополнительного отгоночного пара испарения в отгоночную колонну через линию (77) для пара, соединенную с расширительным баком (74). Технический результат заключается в обеспечении максимального вывода тепла. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к энергетике. Циклы преобразования отработанной тепловой энергии, системы и устройства используют несколько теплообменников отработанной энергии, расположенных последовательно в потоке отработанного тепла, и несколько термодинамических циклов, параллельных теплообменникам отработанного тепла, в целях обеспечения максимальной экстракции тепловой энергии из потока отработанного тепла с помощью рабочей текучей среды. Параллельные циклы работают в различных температурных диапазонах с более низким температурным рабочим выходом, использующимся для приведения в действие насоса рабочей текучей среды. Система управления массой рабочей текучей среды интегрирована в циклы или соединена с ними. Изобретение позволяет обеспечить максимальное извлечение тепловой энергии из потока отработанного тепла с помощью рабочей текучей среды. 3 н. и 46 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к энергетике. Теплоутилизационная система содержит клапанную систему, выполненную с возможностью переключения между положением рекуперации сбросного тепла, при котором обеспечивается направление входящего выхлопного газа через внутреннее пространство выхлопной секции двигателя, и байпасным положением, при котором обеспечивается направление указанного входящего газа по перепускному контуру для обхода котла-утилизатора, расположенного в указанном внутреннем пространстве. Кроме того, система содержит устройство продувки инертным газом, выполненное с возможностью введения инертного газа в указанное внутреннее пространство, с обеспечением удаления остаточного выхлопного газа из указанного пространства. Также представлены вариант выполнения теплоутилизационной системы и способ продувки остаточных выхлопных газов из теплоутилизационной системы. Изобретение позволяет повысить эффективность теплоутилизационной системы, а также позволяет гасить и предотвращать воспламенение внутри выхлопного трубопровода. 3 н.и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу управления рециркуляцией отработавших газов газотурбинной электростанции (38) и к газотурбинной электростанции для осуществления способа. Упомянутая газотурбинная электростанция (38) содержит газовую турбину (6), контроллер (39), парогенератор (9) с рекуперацией тепла и делитель (29) отработавших газов, который разделяет отработавшие газы (8, 19) газотурбинной электростанции на первый частичный поток (21) отработавших газов для рециркуляции во всасываемый поток газовой турбины (6) и на второй частичный поток (20, 24) отработавших газов для выброса в окружающую среду, и элемент (11, 29) управления для управления первым потоком (21) отработавших газов и вторичный охладитель (27) отработавших газов. Заданную концентрацию одного компонента (Сс) определяют из заданного значения концентрации одного компонента (Ccl) газа из контура управления для рабочей переменной, относящейся к горению в газовой турбине (6), значения упреждающего управления заданной концентрацией компонента газа (Cmap) и значения коррекции заданной концентрации (Ccor) компонента газа, получаемого с помощью схемы обратной связи. Контроллер (39) упомянутой газотурбинной электростанции (38) содержит три уровня контроллера для определения заданной концентрации (Сс) одного компонента, где первый уровень контроллера содержит замкнутый контур управления для заданной концентрации (Сс) одного компонента, второй уровень контроллера содержит упреждающее управление для заданной концентрации (Сс) одного компонента, и третий уровень контроллера содержит цепь обратной связи, посредством которой заданные значения упреждающего управления корректируются в соответствии фактическим рабочим поведением газотурбинной электростанции. Обеспечивается надежная защита работы упомянутой газотурбинной электростанции за счет управления содержанием по меньшей мере одного компонента рабочей среды. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к энергетике. В энергоустановке комбинированного цикла, газотурбинный двигатель вырабатывает энергию, теплоутилизационный парогенератор (ТУПГ) производит пар с помощью высокоэнергетических текучих сред, получаемых от выработки энергии в газотурбинном двигателе, и паротурбинный двигатель вырабатывает дополнительную энергию от пара, полученного в ТУПГ. Энергоустановка комбинированного цикла дополнительно содержит нагревательный элемент, размещенный между паротурбинным двигателем и ТУПГ с обеспечением проточного сообщения и предназначенный для нагрева текучей среды, выходящей из паротурбинного двигателя и подаваемой в ТУПГ, и систему управления, предназначенную для регулировки степени нагрева нагревательным элементом текучей среды, выходящей из паротурбинного двигателя, на основе разности между температурой в ТУПГ и температурой окружающей среды. Изобретение позволяет повысить эффективность преобразования тепла. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх