Полупиковая электростанция

 

Изобретение относится к энергетике и позволяет повысить маневренность электростанции. Электростанция содержит установку (У) 1 газификации угля, теплообменную У 2 .неочищенного газа содержащую, тепло-; обменники (то) 18 и 19 с размещенным между ними газо-газовым ТО 20 и охладитель 21. У 3 очистки газа, газотурбинный и паротурбинный блоки 4 и 5. У 6 синтеза метанола, выпол

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

I !

ОПИСЯНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н llATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3737249/24-06 (22) 14.05 ° 84 (31) P 3319732.6 .(32) 31.05.83 (33) DE (46) 15 ° 01.89. Бюл. М 2 (71) Крафтверк Унион АГ (DE) (72) Конрад Гибель, Райнер Мюллер и Ульрих Шифферс (DE) (53) 621,165:662.7(088.8) (56) Заявка ФРГ М 3114984, кл. k О! К 23/06, опублик. 1982.

„80„„34524 О AЗ (51)4 1" 01 К 23/06 (54) ПОЛУПИКОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (57) Изобретение относится к энерге» тике и позволяет повысить маневренность электростанции. Электростанция содержит установку (У) 1 газификации угля, теплообменную У 2 неочищенного газа, содержащую, тепло-: обменники (ТО) 18 и 19 с размещенным между ними газо-газовым ТО 20 и охладитель 21. У 3 очистки газа, газотурбинный и паротурбинный блоки

4 и 5 У 6 синтеза метанола, выпол1452490 ненную в виде параллельно подключенных модулей 39, 40 и 41, центральную распределительную систему 7 очищенного газа с проточной У 8 промежуточного хранения. У 8 содержит ресиверы

34 и 35 низкого и высокого давления, сообщенные через компрессор 36 повышения давления, и включена параллельно трубопроводу (TII)9 очищенного rasa. Модули 39, 40 и 41 содержат реакторы 42 синтеза, отделители 43 метанола, ТП 44 рециркуляции с установленными на них циркуляционными компрессорами 45 и водородообогатительными ступенями 46, а также ТП 47 и

48 отходящих газов синтеза. Модуль

39 TII 47 подключен к ТП 44 модулей

40 и 41. Модуль 39 через смеситель

32 подключен к ТП 9 перед ТО 20 ° У 1 включает газогенератор 1 угла, блок ll разложения воздуха, ресиверы 12 и 13 кислорода и азота, вклю, 1

Изобретение относится к энергетике, в частности к маневренным электростанциям с газификацией угля и производством метанола.

На чертеже представлена схема 5 предлагаемой полупиковой электростанции.

Полупиковая электростанция содержит установку 1 газификации угля, теплообменную установку 2 неочищенного газа, установку 3 очистки газа, газотурбинный блок 4 и паротурбинный блок 5, установку 6 синтеза метанола, центральную распределительную систему 7 очищенного газа с проточной установкой 8 промежуточного хранения очищенного газа, включенной параллельно трубопроводу 9 очищенного газа. Установка 1 газификации угля включает газогенератор 10 угля, блок

11 разложения воздуха, ресивер 12 кислорода и ресивер 13 азота, включенные соответственно в трубопровод

14 отвода кислорода и трубопровод

15 отвода азота, воздушные компрессоры 16, подключенные к блоку 11 разложения воздуха, и газовый компрессор 17, установленный .на трубоченные соответственно в TII 14 и 15 отвода кислорода и азота, причем ресивер 12 подключен перед камерой сгорания. При таком выполнении в период снижения нагрузки блока 4 происходит накопление газа в У 8, а также отключение части модулей У 6 и использование газа из У 8 и включение модулей в период повышения нагрузки. Тепло ТО 18 и 19 используется для производства пара при отключенном

ТО 20. Отходящие газы синтеза метанола подмешиваются к очищенному газу, подаваемому в камеру сгорания в период повышения нагрузки, а также используются в автономных блоках 4 и 5.

Кислород и азот накапливаются в ресиверах 12 и 13 и используются при различных режимах работы оборудования электростанций. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

2 проводе 14 отвода кислорода, подключенном к газогенератору 10 угля.

Теплообменная установка 2 неочищенного газа состоит из, включенных в трубопровод отвода газов из газогенератора 10 угля двух теплообменников 18 и 19, служащих для производства пара, газо-газового теплообменника 20 для подогрева очищенного газа и охладителя 21 регулирования.

Установка 3 очистки газа, включенная в трубопровод отвода газов из газогенератора 10 после установки 2 неочищенного газа, содержит промыватель

22, сероводородную абсорбционную установку 23 и установку 24 получения серы. К трубопроводу 9 очищенного газа после газо-газового теплообиенника 20 подключен газотурбинный блок 4, включающий камеру 25 сгорания

l газовую турбину 26 с генератором и воздушный компрессор 27, подключенный к камере сгорания и блоку 11 разложения воздуха параллельно компрессорам 16. В трубопровод отходящих газов газовой турбины 26 включен котел-утилизатор 28, к паронроводу которого подключена паровая

) 4 >24

55 турбина 29 паротурбинного блока 5 с цилиндрами высокого и низкого дание. ний и с генератором. Паротурбинный блок 5 содержит также конденсатор, конденсатный насос, емкость питательной воды и насосы 30 питательной воды. (ентральная распределительная система 7 содержит трубопровод 9 очищенного газа, параллельно которому lo подключена проточная установка 8 промежуточного хранения очищенного rasa, а также компрессоры 3) подключенные к установке 6 синтеза метанола, смеситель 32 на трубопроводе 9 очищенного газа перед газо-газовым теплообменником 20 для подмешивания отходящих газов синтеза из установки 6 синтеза метанола и смеситель 33 на трубопроводе очищенного газа пе- 2р ред камерой 25 сгорания, подключенный к трубопроводу 15 отвода азота из блока )1 разложения воздуха. Проточная установка 8 промежуточного хранения очищенного газа содержит реси- 25 вер 34 низкого давления, ресивер

35 высокого давления и-включенный между ними компрессор 36 повышения давления, при этом ресиверы 34 и 35 связаны через клапаны 37 и 38 с 30 трубопроводом 9 очищенного газа. Клапаны 37 и 38 управляются датчиком давления (не изображен). Если давление в трубопроводе 9 снижается ниже ранее настроенного значения, открывается клапан 38, а если повышается выше ранее настроенного значения, открывается клапан 37. Установка 6 синтеза метанола состоит из трех параллельно включенных модулей 4О

39, 40 и 41 с реакторами 42 синтеза, отделителями 43 метанола, трубопроводами 44 рециркуляции и установленными на них циркуляционными компрессорами 45 и водородообогатительными 45 ступенями 46, а также с трубопроводами 47 и 48 отходящих газов синте3а, При этом модуль 39 установки синтеза метанола трубопроводом 47 подключен к трубопроводам 44.рециркуляции модулей 40 и 41, Модули 39, 40 и 41 подключены реакторами 42 к трубопроводу 9 очищенного газа через компрессоры 31.

Установка работает следующим образом.

При номинальном режиме блок 11 разложения воздуха снабжается сжатым воздухом от компрессора 27, приводимого в действие газовой турбиной

26 и от по крайней мере одного воз" душного компрессора )6 блока разложения воздуха. Кислород блока ll разложения воздуха через ресивер )2 кислорода и компрессор 17 вдувается в газогенератор !О угля. В последнем с помощью кислорода и вводимого технологического пара уголь газифициру" ется в неочищенный гаэ. Кеочищенный газ, имеющий температуру 800"

1600 С, отдает тепло в теплообменнике

18 теплообменной установки 2 неочищенного газа, в котором производится пар высокого давления для подачи в цилиндр высокого давления паровой турбины 29. В газо-газовом теплообменнике 20 теплом неочищенного газа нагревается очищенный газ, направляемый в камеру 25 сгорания газотурбинно" го блока 4. Далее тепло отбирается от неочищенного газа в теплообменнике 19, в котором производится пар низкого давления. Этот пар при номинальном режиме частично подается в цилиндр низкого давления паровой турбины 29, а частично применяется в качестве технологического пара в газогенераторе )О угля. В охладителе 21 регулирования неочищенный газ охлаждается до заранее заданной температуры.

В установке .3 очистки газа неочищенный газ очищается прежде всего в промывателе 22 от частиц пыли и в последующей сероводородной абсорбционной установке 23 от сероводорода.

Отходящий газ абсорбционной установки 23, содержащий сероводород, преобразуется в серу в установке 24 получения серы. Покидающий установку 3 очистки газа очищенный гаэ подводится по трубопроводу 9 в проточную установку 8 промежуточного хранения очищенного газа и к другим потребителям газа. Компрессорами 31 очищенный газ сжимается до давления синтеза и подается в реакторы 42 синтеза уста". новки Ь синтеза метанола. При номинальном режиме предпочтительным является работа лишь одного модуля 39 установки синтеза метанола, который работает в непрерывном режиме синтеза. Газ синтеза, покидающий реактор синтеза, освобождается от метанола в отделителе 43 метанола. Отходящий газ синтеза из отделителя метанола ,имеет высокую теплоотводную способность, сравниваемую с теплоотводной способностью очищенного газа. Отхо52490 6

-25

5 14 дящий газ синтеза может через амеситель 32 вводиться в трубопровод 9 очищенного газа и сжигаться в камере

25 сгорания газотурбинного блока, замещая тем самым часть очищенного газа.

Оба других модуля 40 и 41, снабженных трубопроводами 44 рециркуляции, включаются в работу тогда, когда имеется в наличии избыток очищенного газа в результате, например, уменьшения мощности газотурбинного блока 4 и снижения расхода очищенного газа в камеру 25 сгорания.

В модулях 40 и 41 отходящий газ синтеза через трубопроводы 44 рециркуляции и водородообогатительные ступени 46 отводится в реактор 42 синтеза. В водородообогатительных ступенях вновь достигается необходимое для синтеза метанола стехиометрическое соотношение Н и СО, равное двум, благодаря добавлению в газ водорода, Водородообогатительные ступе ни могут быть включены в трубопрово;, ды очищенного газа перед реакторами синтеза вместо трубопроводов рециркуляции. Благодаря рециркуляции отходящих газов синтеза окись углерода может почти полностью подвергаться реакции. Для сохранения постоянного количества инертных газов в рециркулируемом газе небольшие количества отходящего газа синтеза отводятся в дополнительно установленный автономный парогенератор (не изображен).

Альтернативно отходящий газ частично может сжигаться в камере сгорания дополнительно установленного газотурбинного блока (не изображен), который может производить электроэнергию дня покрытия собственной потребности полупиковой электростанции.

Газовая турбина 26 газотурбинног0 блока 4 приводит в действие электрогенератор и воздушный компрессор

27, который подает сжатый воздух в камеру 25 сгорания и в блок 11 разложения воздуха, Так как производительность воздушного компрессора 27 соответствует расходу воздуха, необходимому для камеры 25 сгорания при полной нагрузке газотурбинного блока, то для покрытия общей потребности в кислороде установки 1 газификация угля при полной нагрузке газотурбиннсго блока и при работе модуля 39 установки 6 си -..таза метанола в работу должен быть включен по крайней мере, один воздушный компрессор 16.

Воздушные компрессоры 16 подают воздух в блок 11 разложения воздуха также при полном останове газотурбинного блока.

Дпя уменьшения образования групп

МО„ при сжигании очищенного газа к нему подмешивают через смеситель 33 азот иэ блока 11 разложения воздуха.

Благодаря этому температура пламени в камере 25 сгорания уменьшается и снижается образование группы NG

Подмешиваемые количества азота соответствуют приемной способности газовой турбины 26 при данном режиме работы. Излишний, невоспринимаемый газовой турбиной, азот может накапливаться в ресивере 13 азота. Если к газовой турбине при уменьшенной нагрузке подводится меньше очищенного газа, то в определенных границах может быть подмешано больше азота.

Горячие отходящие газы газовой турбины 26 направляются в котел-утилизатор 28, в котором их тепло используется для производства пара. Произведенный в котле-утилиэаторе пар и пар нз теплообменной установки 2 неочищенного газа подводится к паровой турбине 29. После паровой турбины пар конденсируется в конденсаторе и конденсат перекачивается в емкость питательной воды, откуда насосами

30 питательной воды водается в котелутилизатор 28 и теплообменники 18 и 19.

Ири уменьшении мощности газотурбинного блока 4 остающемуся постоянным количеству газа из установки 1 гази . фикации угля противостоит уменьшенный расход газа в камеру 25 сгорания.

Это ведет к повьш ению давления в трубопроводе 9 очищенного газа выше ранее заданного давления и к срабатыванию клапана 37 проточной установки 8 промежуточного хранения очищенного ra. за. Через клапан 37 заполняется прежде всего ресивер 34 низкого давления, а затем через компрессор 36 повышения давления заполняется также ресивер 35 высокого давления. Одновременно повышается производительность работающего модуля 39 установки 6 синтеза метанола, Если этого недостаточно для достижения равновесия между выходом и отбором газа, то вводят в работу модули 40 н 41, Для этого отходящий

7 1

ras синтеза блока 39 через трубопровод 48, водородообогатительную ступень 46 и компрессор 45 подается в реактор 42 синтеза одного из работающих модулей. При этом происходит подогрев реактора синтеза отходящим газом синтеза дополнительно к подогреву через приданные отдельные модулям теплообменники (не изображены).

Благодаря этому дополнительному подогреву модули 40 и 41 могут ускоренно вводиться в работу, при этом вводится в работу столько модулей, сколько необходимо для обеспечения равновесия между производством и отбором газа из установки 10 газификации угля

При полностью отключенном газотурбинном блоке 4 в работу включены все блоки установки 6 синтеза метанола, которые полностью воспринимают очищенный газ, отходящий из установки 1 газификации угля. Это в зависимости от мощности установки 6 синтеза метанола может быть количество rasa, которое отходит от установки 1 газификации угля при нормальной или несколько сниженной нагрузке. При отключенном газотурбинном блоке 4 блок 11 разложения воздуха может снабжаться сжатым воздухом через воэ. душные компрессоры 16. Энергия привода для воздушных компрессоров 16, а также компрессоров 17, 31 и 45 обеспечивается работой паровой,турбины, получающей пар из теплообменников 18 и 19 таплообменной установки

2 неочищенного газа, При полностью отключенном гаэотурбинном блоке 4 весь отходящий газ синтеза модуля

39 установки синтеза метанола подает-. ся в трубопроводы 44 рециркуляции модулей 40 и 41.

Если газотурбинный блок 4 опять вводится в действие, то неизменному выходу очищенного газа противостоит возросшее его потребление. Это ведет к снижению давления в трубопроводе 9 очищенного газа ниже заданного давления. При этом открывается клапан 38 проточной установки 8 промежуточного хранения очищенного газа. Теперь очищенный газ перетекает из ресивера 35 высокого давления в трубопровод 9 до достижения заданного давления, Одновременно равновесие между выходом очищенного газа и потребностью в нем достигается благодаря отключению отдельных модулей 40 и 41

452490 8 установки 6 синтеза метанола, При включении газотурбинного блока 4 в работу опять имеется в распоряжении

5 сжатый воздух из воздушного компрессора 27 газовой турбины 26 ° который, пока газовая турбина не работает с полной нагрузкой, не полностью используется в камере 25 сгорания.

Излишнее количество воздуха может подводиться к блоку 11 разложения воздуха так, что производительность воздушных компрессоров 16 может быть уменьшена. Одновременно благодаря работе газо-газового теплообменника

20 уменьшается выход пара иэ теплообменника, но пар производится в котле-утилизаторе 28. При этом увеличиваются общий выход пара, а также производство электроэнергии паровой турбины. Давление в установке 1 газификации угля соответствует давлению, требуемому для работы камеры 25 сгорания. Это давления значительно мень25 ше давления, необходимого для работы реакторов 42 синтеза метанола, поэтому для подключения к трубопроводу 9 необходимы компрессоры 31. Можно допустить использование компрессоров

30 31 меньшей мощности, однако в этом случае предусматривается установка турбодетандера в трубопроводе 9 очищенного газа перед камерой 25 сгорания. В этом турбодетандере регене35 рируется часть энергии которую потребляют включенные перед газогенератором компрессоры.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить маневренность полупиковой

40 электростанции путем накопления газа в период снижения нагрузки газотурбинного блока в проточной установке промежуточного хранения очищенного газа, а также отключения части моду45 лей установки синтеза метанола и использование газа из установки хранения и включения в работу модулей установки синтеза метанола в период повышения нагрузки газотурбинного блока; использования тепла неочищенного газа в теплообменниках для производства пара при отключенном газогазовом теглообменнике; рециркуляции отходящих газов синтеза метанола через водородообогатительную установку в реактор синтеза; подмешивания отходящих газов синтеза через смеситель к очищенному газу, подаваемому в камеру сгорания газотурбинного блока в

14 период повышения его нагрузки; использования отходящих газов синтеза метанола в дополнительно установленных автономных паротурбинном и гаэотурбинном блоках; использования охла,цителя для регулирования температуры очищенного газа; подачи сжатого воздуха в установку газификации угля как ,компрессором газотурбинного блока, 1 так и компрессорами блока разложе ния воздуха; также путем накопления кислорода и азота иэ блока разложения ,воздуха в ресиверах и использования ! .его при различных режимах работы

;оборудования электростанции., Формула из обр ет ения

1.Полупиковая электростанция, содержащая газотурбинный и паротурбинный блоки, первый иэ которых снабжен камерой сгорания и воздушным компрессором, а второй — парогенератором, подключенным к выходу газовой турби, ны газотурбинного блока, встроенную

:установку газификации угля с газогенератором и блоком разложения воз,духа, снабженным по меньшей мере од,, ним воздушным компрессором и трубо„ проводами отвода кислорода в газогенератор и азота, теплообменную установку неочищенного газа с узлом генерации пара и газо-газовым теплообменником, подключенн» м по очищенному газу к камере сгорания газотурбинного блока, установку очистки газа,,к выходу которой трубопроводами отвода очищенного газа параллельно подключены газо-газовый теплообменник и установка синтеза метанола с реактором синтеза и трубопроводом отходящих газов синтеза, сообщенная выходными трубопроводами с потребителями метанола, отличающая с я тем, что, с целью повышения маневренности, электростанция снабжена .",роточной установкой промежуточного хранения очищенного газа, подключенной параллельно трубопроводу отвода очищенного газа на газо †газов теплообменник, а установка синтеза метанола выполнена в виде параллельно подключенных модулей.

2.Электростанция по п.1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что проточная установка промежуточного хранения очищенного газа содержит ресиверь. низкого и высокого давления, сооб52 4 Ч() !О щенные между собой через компрессор повышения давления.

3."1лектростанция по и.I, о т л и "

5 ч а ю щ а я с я тем, что узлом генерации пара теплообменной установки неочищенного газа имеет два теплообменника, между которыми pasMeщен газо-газовьй теплообменник, 1о 4.Электростанция по п.1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что по меньшей мере один иэ модулей установки синтеза метанола содержит трубопровод ре" циркуляции с размещенными на нем цир" куляционным компрессором и водородообогатительной ступенью„ подключенный к реактору синтеза и трубопроводу отходящих газов синтеза.

5.Электростанция IIQ п.2, о т л и—

2п ч а ю щ а я с я тем, что по меньшей мере один модуль установки синтеза метанола подключен через дополнительно установленный смеситель к трубопроводу очищенного газа перед газо25 газовым теплообменником.

6.Электростанция по п.5, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что трубопровод отходящих газов синтеза по меньшей мере одного модуля установки

30 синтеза метанола подключен к трубопроводу рециркуляции по меньшей мере одного из оставшихся модулей.

7.Электростанция по и.! или 4, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что трубопроводы отходящих газов синтеза модулей установки синтеза метанола подключены к дополнительно установленному автономному парогенератору и/ипи парогенератору дополнительно установhO ленного автономного паротурбинного блока.

Я.Электростанция по п.1 или 4, отличающаяся тем, что трубопроводы отходящих газов синтеза д5- модулей установки синтеза метанола подключены к камере сгорания дополнительно установленного автономного га-. зотурбинного блока.

9.Электростанпия по п.З, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что теплообменная установка неочищенного газа дополнительно содержит газоводяной окладитель, размещенный за последним теплообменником узла генерации пара.

10,Электростанция по п.1,о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что по меньшей мере один воздушный компрессор блока разложения воздуха подключен парал1452490 лельно воздушному компрессору газотурбинного блока.

Составитель С.Кузнецов

Техред Л..Сердюкова Корректор М.демчик

Редактор M.Ïåòðîâà

Тираж 456

Подписное

Заказ 7095/58

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

ll,Ýëåêòðîñòàíöèÿ по п.1 ° о т л и —, ч а ю щ а я с я тем, что она снаб 5 жена ресивером кислорода, установленным на трубопроводе отвода кислорода блока разложения воздуха.

12

12.Электростанция по п. l, о т л ич а ю щ а я с я тем, что она снабже- на ресивером азота, установленным на трубопроводе отвода азота, блока разложения воздуха и подключенным к трубопроводу очищенного газа перед камерой сгорания газотурбинного блока.