Способ работы парогазовой установки с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания питательной воды

Авторы патента:

F02C6/00 - Многоагрегатные газотурбинные установки, комбинации газотурбинных установок с другими устройствами (аспекты, в основном касающиеся таких устройств, см. соответствующие классы для этих устройств); приспосабливание турбинных установок для специальных целей

Владельцы патента RU 2674822:

Слесарев Виктор Алексеевич (RU)
Гришин Александр Николаевич (RU)

Изобретение относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению. В способе работы парогазовой установки с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания питательной воды всю питательную воду из экономайзера подают в испаритель мгновенного вскипания высокого давления. Полученный пар перегревают в перегревателе высокого давления, расположенном первым по ходу движения выхлопных газов в котле-утилизаторе. Отработавший пар из ступеней расширения высокого давления паровой турбины вместе с водой из испарителя мгновенного вскипания высокого давления подают в испаритель мгновенного вскипания низкого давления, воду из него перед смешением с конденсатом из конденсатора предварительно охлаждают в теплообменнике, а полученный после смешения конденсат нагревают в газовом подогревателе конденсата. Изобретение позволяет повысить экономичность работы парогазовой установки. 2 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению.

Известен способ [1] (с. 382, рис. 15.13), включающий преобразование тепловой энергии топлива в работу в ступенях расширения газотурбинной установки и паровой турбины, утилизацию теплоты газотурбинной установки в котле-утилизаторе за счет нагрева конденсата и питательной воды в газовом подогревателе конденсата и экономайзере, испарения питательной воды в испарителе и перегрева полученного пара в пароперегревателе.

При реализации способа [1] парогазовая установка (ПГУ) имеет невысокий КПД из-за высокой температуры уходящих газов из котла-утилизатора.

Более близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ работы парогазовой установки с котлом-утилизатором и испарителями [2] (с. 278, рис. 8.8), включающий преобразование тепловой энергии топлива в работу в ступенях расширения газотурбинной установки и паровой турбины, утилизацию теплоты газотурбинной установки в котле-утилизаторе за счет нагрева питательной воды в экономайзере, испарения питательной воды в испарителе высокого давления, перегрева пара высокого давления в перегревателе высокого давления, расположенном первым по ходу движения выхлопных газов в котле-утилизаторе, испарения питательной воды в испарителе низкого давления, перегрева пара низкого давления в перегревателе низкого давления, расширение пара в ступенях высокого давления, расширение пара в ступенях низкого давления.

Прототип имеет более высокий КПД, но из-за наличия испарителей недостаточно высокую надежность работы, сложность эксплуатации, высокую стоимость.

Отмеченные недостатки устранены в предлагаемом способе. В нем в качестве испарителей высокого и низкого давлений используют испарители мгновенного вскипания высокого и низкого давлений, всю питательную воду из экономайзера подают в испаритель мгновенного вскипания высокого давления, отработавший пар из ступеней расширения высокого давления паровой турбины вместе с водой из испарителя мгновенного вскипания высокого давления подают в испаритель мгновенного вскипания низкого давления, воду из него перед смешением с конденсатом из конденсатора предварительно охлаждают в теплообменнике, а полученный после смешения конденсат нагревают в газовом подогревателе конденсата.

При реализации предлагаемого способа парогазовая установка имеет из-за более высокого перегрева пара более высокий КПД, из-за отсутствия испарителей неконтактного типа более высокую надежность работы, меньшую стоимость и более простую конструкцию и эксплуатацию.

В прототипе испарение питательной воды в испарителе неконтактного типа производится за счет пузырькового кипения вблизи обогреваемой поверхности. В предлагаемом способе испарение происходит только в испарителях мгновенного вскипания, то есть при вскипании перегретой воды. Отсутствие испарителя неконтактного типа устраняет проблемы, связанные с тепловой и гидравлической разверкой системы параллельных труб, с образованием накипи на обогреваемых поверхностях, с расположением в пространстве обогреваемых поверхностей (при естественной конвекции). Нагрев конденсата в газовом подогревателе конденсата, питательной воды в экономайзере и перегрев пара в перегревателях осуществляется за счет прямоточной вынужденной конвекции. Это существенно сокращает количество разнообразных теплообменных поверхностей.

Расположение перегревателей высокого и низкого давления в начале котла-утилизатора по ходу движения выхлопных газов позволяет существенно увеличить перегрев пара, снизить его влажность в ступенях расширения паровой турбины и за счет этого повысить экономичность ПГУ.

На фиг. 1 приведена одна из возможных схем ПГУ с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания питательной воды. Предлагаемая ПГУ включает энергетическую газотурбинную установку (ГТУ), основными элементами которой являются компрессор 1, камера сгорания 2, турбина 3. Котел-утилизатор ПГУ включает перегреватель пара высокого давления 4, перегреватель пара низкого давления 5, экономайзер 6 и газовый подогреватель конденсата 7. В состав ПГУ входят испаритель мгновенного вскипания высокого давления 8, испаритель мгновенного вскипания низкого давления 9, ступени расширения высокого давления 10 и низкого давления 11 паровой турбины, деаэратор 12, водоводяной теплообменник 13, конденсатор 16, водоводяной теплообменник очистки 14, блок химводоочистки 15, насос питательной воды 17, конденсатный насос 18, рециркуляционный насос 19, сетевой насос 20, насос циркуляционной воды 21.

ПГУ работает следующим образом. Атмосферный воздух поступает в компрессор 1 энергетической ГТУ. Топливо подается в камеру сгорания 2. ГТУ вырабатывает часть полезной электроэнергии, снимаемой с шин генератора, подключенного к газовой турбине 3. Выхлопные газы ГТУ направляются в котел-утилизатор, где последовательно передают теплоту пару и воде в перегревателях пара высокого 4 и низкого 5 давлений, экономайзере 6, газовом подогревателе конденсата 7. Таким образом, во всех поверхностях нагрева в качестве нагреваемой среды используется однофазная среда (вода или пар), что упрощает конструкцию, повышает надежность, снижает стоимость котла-утилизатора по сравнению с прототипом. Последовательность расположения поверхностей нагрева обеспечивает наиболее эффективное использование тепловой энергии выхлопных газов за счет минимизации температурных напоров на отдельных участках нагрева.

Генерация пара в контуре высокого давления осуществляется в испарителе мгновенного вскипания высокого давления 8, а в контуре низкого давления - в испарителе мгновенного вскипания низкого давления 9. Пар из испарителя мгновенного вскипания высокого давления 8, после перегрева в перегревателе высокого давления 4 направляется в ступени расширения высокого давления 10 паровой турбины. Из них отработавший пар поступает в испаритель мгновенного вскипания низкого давления 9, например, через барботажную тарелку, в который поступает также вода из испарителя мгновенного вскипания высокого давления 8. Пар из испарителя мгновенного вскипания низкого давления 9, после перегрева в перегревателе низкого давления 5 направляется в ступени расширения низкого давления 11 паровой турбины. Паровая турбина, состоящая из ступеней расширения высокого давления 10 и низкого давления 11, вырабатывает оставшуюся часть полезной электроэнергии. Вода из испарителя мгновенного вскипания низкого давления 9 направляется в деаэратор 12 и водоводяной теплообменник 13. Часть воды из испарителя мгновенного вскипания низкого давления 9 направляется в водоводяной теплообменник очистки 14, а затем в блок химводоочистки 15. Вода из блока химводоочистки 15 поступает в деаэратор 12. Отработавший пар из ступеней расширения низкого давления 11 паровой турбины поступает в конденсатор 16. Вода из деаратора 12 и конденсатора 16 откачивается соответственно насосом питательной воды 17 и конденсатным насосом 18. Рециркуляционный насос 19 обеспечивает рециркуляцию воды в контуре газового подогревателя конденсата 7 с целью регулирования температуры конденсата на его входе. Сетевая и циркуляционная вода соответственно через водоводяной теплообменник 13 и конденсатор 16 прокачивается сетевым насосом 20 и насосом циркуляционной воды 21.

На фиг. 1 показана схема ПГУ только с двумя испарителями мгновенного вскипания питательной воды. При увеличении их количества дополнительно появятся также соответствующие перегреватели пара и ступенини расширения пара в паровой турбине.

На фиг. 2 показана t-Q диаграмма теплообмена в котле-утилизаторе ПГУ. На диаграмме представлены результаты расчета теплообмена для одного из режимов работы предлагаемой ПГУ с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания питательной воды.

Ломаная линия 2В-3В-6В-7В-9В''-12В-8В''-10В характеризует нагрев воды и пара в котле утилизаторе на четырех участках: 2В-3В - нагрев конденсата в газовом подогревателе конденсата 7; 6В-7В - нагрев воды в экономайзере 6; 9В''-12В - перегрев пара в перегревателе пара низкого давления 5; 8В''-10В - перегрев пара в перегревателе пара высокого давления 4. При этом точка 7В на диаграмме характеризует состояние перегретой воды на входе в испаритель мгновенного вскипания высокого давления 8; точка 8В'' - состояние насыщения в испарителе мгновенного вскипания высокого давления 8, при котором происходит сепарация пара и воды в испарителе мгновенного вскипания высокого давления; точка 9В'' - состояние насыщения в испарителе мгновенного вскипания низкого давления 9, при котором происходит сепарация пара и воды в испарителе мгновенного вскипания низкого давления. Точка 10В характеризует состояние перегретого пара на входе в ступени расширения высокого давления 10 паровой турбины. Точка 12В характеризует состояние перегретого пара на входе в ступени расширения низкого давления 11 паровой турбины.

Участок 1Г-2Г характеризует охлаждение выхлопных газов ГТУ в перегревателе пара высокого давления 4 с передачей теплоты пару контура высокого давления перед его поступлением в ступени расширения высокого давления 10 паровой турбины. Участок 2Г-3Г характеризует охлаждение выхлопных газов ГТУ в перегревателе пара низкого давления 5 с передачей теплоты пару контура низкого давления перед его поступлением в ступени расширения низкого давления 11 паровой турбины.

Участок 3Г-4Г характеризует охлаждение выхлопных газов ГТУ на участке экономайзера 6. Участок 4Г-5Г характеризует охлаждение выхлопных газов ГТУ в газовом подогревателе конденсата 7.

Источники информации

1. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П. и др. Тепловые электрические станции. - М.: Изд-во МЭИ, 2005. - 454 с.

2. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. - М.: Изд-во МЭИ, 2002. - 584 с.

Способ работы парогазовой установки с котлом-утилизатором и испарителями, включающий преобразование тепловой энергии топлива в работу в ступенях расширения газотурбинной установки и паровой турбины, утилизацию теплоты газотурбинной установки в котле-утилизаторе за счет нагрева питательной воды в экономайзере, испарения питательной воды в испарителе высокого давления, перегрева пара высокого давления в перегревателе высокого давления, расположенном первым по ходу движения выхлопных газов в котле-утилизаторе, испарения питательной воды в испарителе низкого давления, перегрева пара низкого давления в перегревателе низкого давления, расширение пара в ступенях высокого давления, расширение пара в ступенях низкого давления, отличающийся тем, что в качестве испарителей высокого и низкого давлений используют испарители мгновенного вскипания высокого и низкого давлений, всю питательную воду из экономайзера подают в испаритель мгновенного вскипания высокого давления, отработавший пар из ступеней расширения высокого давления паровой турбины вместе с водой из испарителя мгновенного вскипания высокого давления подают в испаритель мгновенного вскипания низкого давления, воду из него перед смешением с конденсатом из конденсатора предварительно охлаждают в теплообменнике, а полученный после смешения конденсат нагревают в газовом подогревателе конденсата.

Похожие патенты:

Парогазогенератор // 2664637

Парогазогенератор // 2664635

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для выработки парогазовых смесей. Парогазогенератор содержит камеру и смесительную головку, включающую в себя блок подачи компонентов топлива и блок подачи балластирующего компонента.

Способ оптимизации удельного расхода топлива двухмоторного вертолета // 2663786

Способ оптимизации удельного расхода топлива вертолета, оборудованного двумя газотурбинными двигателями (1, 2), каждый из которых содержит газогенератор (11, 21), оснащенный камерой (СС) сгорания, при этом каждый из этих газотурбинных двигателей (1, 2) выполнен с возможностью самостоятельно работать в постоянном полетном режиме, а другой газотурбинный двигатель (2, 1) находится при этом в так называемом режиме сверхмалого газа с нулевой мощностью и с включенной камерой (СС) сгорания, причем этот режим сверхмалого газа поддерживают посредством механического приведения во вращение вала (АЕ) газогенератора в этом режиме таким образом, чтобы снизить рабочую температуру и расход топлива этого газогенератора.

Способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции // 2656769

Способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции заключается в том, что атмосферный воздух сжимают в компрессоре, подают в камеру сгорания, сжигают топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии, полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора.

Подводная атомная газоперекачивающая станция // 2654291

Изобретение относится к области подводного обустройства морских нефтегазовых месторождений и предназначено для транспортировки природного газа по подводным трубопроводам.

Двигатель // 2648806

Предложен способ переоборудования турбовентиляторного двигателя, содержащего внутренний контур двигателя, содержащий по меньшей мере один узел каскада высокого давления и камеру сгорания; немодифицированный вентилятор, конфигурированный для создания по меньшей мере потока наружного контура, обходящего внутренний контур двигателя, причем вентилятор механически соединен с турбиной низкого давления, в свою очередь приводимой в действие внутренним контуром двигателя; причем немодифицированный вентилятор конфигурирован для создания потока внутреннего контура через внутренний контур двигателя.

Способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов // 2647742

Способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов, газоперекачивающие агрегаты которой оснащены комбинированным типом привода - электроприводным и газотурбинным, характеризуется тем, что при падении электрической нагрузки общей энергосистемы для газоперекачивающих агрегатов в качестве привода используют обратимый двигатель-генератор, оснащенный преобразователем частоты для работы в режиме двигателя и генератором - для работы в режиме выработки электроэнергии, соединенного с газовым компрессором через автоматическую центробежную расцепную муфту с силовым валом и валом отбора мощности.

Парогазогенератор // 2644668

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для выработки парогазовых смесей. Парогазогенератор содержит охлаждаемую горючим камеру, смесительную головку, включающую в себя корпус, на торцах которого закреплены верхнее и нижнее днище, промежуточное днище, расположенное между корпусом и нижним днищем, коллектор окислителя, установленный на корпусе, и форсунки, равномерно расположенные по окружности и включающие в себя трубчатый корпус, соединяющий полость окислителя с полостью камеры, полый наконечник с винтовыми каналами, установленный внутри трубчатого корпуса, и втулку, установленную с кольцевым зазором на трубчатом корпусе и образующую кольцевой канал для подачи горючего, соединенный с полостью горючего при помощи тангенциальных отверстий, выполненных в стенке втулки, при этом осевой канал наконечника соединяет полость балластирующего компонента с полостью камеры, причем полость тракта охлаждения камеры соединена с полостью горючего смесительной головки.

Солнечная тепловая и гибридная система генерации энергии с газификацией биомассы с комбинированным топливным циклом газ-водяной пар // 2643905

Изобретение относится к энергетике. Комбинированная система генерации энергии с объединенным использованием солнечной энергии и газификации биомассы с комбинированным топливным циклом газ-водяной пар содержит систему концентрирования и сбора солнечной энергии, оборудование для газификации биомассы, газовый электрический генератор, паровую турбину и паровой электрический генератор.

Парогазогенератор // 2635012

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для выработки парогазовых смесей. Парогазогенератор содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру, смесительную головку, включающую в себя блок подачи компонентов топлива, блок подачи балластирующего компонента с огневым днищем, в котором выполнены сквозные каналы, форсунки, установленные по концентрическим окружностям и состоящие из полого наконечника, соединенного с полостью одного из компонентов топлива, форкамеры, охватывающей с кольцевым зазором наконечник, при этом внутренняя полость форкамеры сообщается с одной стороны с полостями компонентов топлива, а с другой с полостью камеры, на наружной поверхности форкамеры выполнены ребра, причем балластирующий компонент поступает в полость камеры по кольцевым каналам, образованным форкамерами и сквозными каналами огневого днища.