Способ работы парогазовой установки

 

Использование теплоэнергетика, парогазовые установки с котлами-утилизаторами Сущность изобретенияна частичных нагрузках, при пониженных наружных температурах, воздух на всасе компрессора 2 газотурбинного агрегата 1 подогревают водой, нагретой в газоводяном подогревателе низкого давления 12 котлз-утилизатора 5 При этом сброс охлажденной в воздухоподогревателе 22 воды производят в зависимости от ее темпера уры. либо нз вход котла-утилизатора, либо в конденсатор 21 паровой турбины 20 1 ил

(Я) 5 Г 01 K 23J100 1, I

ОПИСАНИЕ ИЗОБ1ЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Еомитет Российской Федерации ио иатентам и товарным знакам (21) 4926940/06 (22) 15.04.91 (46) 15.10.93 Бюп. Иа 37-ЗВ (71) Северо-Западное отделение Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института "ВНИПИэнер опром" (72) Комисарчик Т.Н.; Грибов В.Б.; Финкельштейн

Б.И.; Прутковский БН.; Гольдштейн ЛД; 1<расавин

f0.Â. (73) Государственный Северо-Западный научноисследоватепьгкий и проектно-конструкторский институт Севзапвнипиэнергопром" (54) СПОСОБ РАБОТЫ Г!АРОГАЗОВОЙ УСТА<« ) RU (11, 2002290 Cl

НОВКИ (57) Использование теплоэнергетика, парогазовые установки с котлами-утилизаторами Сущность изобретения: на частичных нагрузках, при пониженнь,х наружных температурах, воздух на всасе компрессорз 2 газотурбинного агрегата 1 подогревают водой, нагретой в газоводяном подогревателе низкого давления 12 котла-утилизатора 5 При этом сброс охлажденной в воздухоподогревателе 22 воды производлт в зависимости от ее температуры, либо на вход котла-утилизаторг, либо в конденсатор 21 паровой турбины 20 1 ип

2001290

45

55

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к способам работы парогазовых установок с котлами-утилиэаторами.

Известен способ работы парогазовой установки, включающий выработку мощности в газотурбинном агрегате, утилизацию тепла уходящих газов газотурбинного агрегата в котле-утилизаторе с генерацией пара в поверхностях нагрева котла-утилиэатора, получение мощности от выработанного пара в паровой турбине, конденсацию отработанного пара в конденсаторе (1).

Недостатком данного способа является пониженная экономичность установки при работе в условиях ограничений мощности газотурбинного агрегата, которые приводят к снижению начальной температуры газа перед газовой турбиной.

В качестве таких ограничений могут выступать условия потребления мощности, ограничения по прочности и частоте вращения валов и др. Вынужденное снижение начальной температуры газов перед газовой турбиной приводит к снижению выходной температуры после газотурбинного агрегата. Это приводит к падению экономичности ПГУ. связанному со снижением параметров и паропроизводительности котла-утилизатора.

Известен также способ работы парогазовой установки, предусматривающий выработку мощности в газотурбинном агрегате. утилизацию тепла уходящих газов газотурбинного агрегата в котле-утилиэаторе с генерацией в поверхностях нагрева котла-утилизатора пара, получение мощности от выработанного пара в паровой турбине, конденсацию отработанного пара в конденсаторе и предварительный подогрев циклового воздуха эа счет подвода нагретой воды к установленному на всасе компрессора газотурбинного агрегата воздухоподогревателю. Причем в качестве теплоносителя для подогрева воздуха используется циркуляционная вода, нагреваемая в конденсаторе паровой турбины конденсирующимся паром (2), В данном способе частично преодолеваются недостатки аналога, описанные выше. Однако данный способ имеет пониженную экономичность в указанных выше условиях ограничений по мощности газотурбинного агрегата, особенно при пониженных температурах наружного воздуха. Это связано с пониженным потенциалом циркуляционной воды (30-40 С), который не позволяет при реальных поверхностях нарева воэдухоподогревателя осуществить подогрев воздуха до необходимой температуры на 30-40 С.

Целью изобретения является повышение экономичности установки.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе работы парогазовой установки, включающем выработку мощности в гаэотурбинном агрегате, утилизацию тепла уходящих газов газотурбинного агрегата в котле-утилиэаторе с генерацией пара в пароводяном тракте котла-утилизатора, получение мощности от выработанного пара в паровой турбине, конденсацию отработанного пара в конденсаторе и предварительный подогрев циклового воздуха за счет подвода нагретой воды к установленному на всасе компрессора газотурбинного агрегата воздухоподогревателю, к воздухо-подогревателю подводят воду из паро водя ного тракта котла-утилиэатора, при этом измеряют температуру охлажденной воды после воздухоподогревателя и температуру конденсатора после конденсатора и сравнивают их между собой, если температура воды после воэдухоподогревателя больше, чем температура конденсата после конденсатора, сброс охлажденной воды после воздухоподогревателя производят на вход пароводяного тракта котла-утилизатора, если температура охлажденной воды после воздухоподогревателя меньше, чем температура конденсата после конденсатора, сброс охлажденной воды производят в конденсатор.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что к воздухоподогревателю подводят воду из пароводяного тракта котла-утилизатора, при этом измеряют температуру охлажденной воды после воздухоподогревателя и температуру конденсата после конденсатора и сравнивают их между собой, если температура воды после воздухоподогревателя больше, чем температура конденсата после конденсатора, сброс охлажденной воды после воздухоподогревателя производят на вход пароводяного тракта котла-утилизатора, если температура охлажденной воды после воздухо-подогревателя меньше, чем температура конденсата после конденсатора, сброс охлажденной воды после воздухоподогревателя производят в конденсатор.

Таким образом. заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области не позволило выявить в них признаки, отлича2001290

10

55 ющие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На чертеже изображена принципиальная схема установки, Парогазовая установка включает газотурбинный агрегат 1, состоящий из компрессора 2, камеры сгорания 3 и газовой турбины 4, котел-утилизатор 5, в газовом тракте которого расположены поверхности нагрева, образующие пароводяной тракт котла-утилизатора: пароперегреватель 6, испаритель 7 и экономайэер 8 высокого давления, пароперегреватель 9, испаритель 10 и экономайзер 11 низкого давления, газоводяной подогреватель низкого давления (ГВПНД) 12, Установка содержит барабаны высокого 13 и низкого 14 давления, насосы контуров принудительной циркуляции высокого и низкого давления 15 и 16, деаэратор 17, питательные насосы 18 и 190 паровую турбину 20, конденсатор 21, воздухоподогреватель 22, конденсатный насос 23, насос рециркуляции 24, задвижки 25 и 26, датчики температуры 27, 28, нагреватели природного газа 29 и 30, регулирующий клапан 31, Парогаэовая установка работает следующим образом.

Воздух из атмосферы с температурой

15 С поступает в компрессор 2 газотурбинного агрегата 1, где сжимается до давления 1, 2 МПа (здесь и далее приведены параметры проектируемой ПГУ на базе газотурбинного агрегата ГТН-16М УТМЗ, воздухоподогреватель предполагается с поверхностью 500 м, базовым коэффициентом теплопередачи 60 Вт/м С), После сгорания топлива в камере сгорания 3 образующиеся продукты горения с температурой 920 С поступают в газовую турбину 4, После расширения в газовой турбине 4 уходящие газы с температурой 430 С поступают в котел-утилизатор 5, где в поверхностях нагрева 6-12 генерируется пар двух уровней давления высокого 4 МПА и низкого 0,6 МПа.

Генерирование пара осуществляется следующим образом.

Конденсат из конденсатора 21 паровой турбины 20 конденсатным насосом 23 подается в ГВПНД 12, где нагревается до 124 С, затем нагретая вода поступает в деаэратор

17 с давлением 0,3 МПа, где нагревается до температуры кипения 132 С паром из контура низкого давления. Иэ деазратора 17 питательная вода питательным насосом 19 подается в контур низкого давления, состоящий из экономайзера 11, испарителя 10, барабана 14, насоса принудительной цирку15

40 ляции 16 и пароперегревателя 9 низкого давления.

Из контура низкого давления питательным насосом 18 питательная вода подается вконтур высокого давления,,состоящий иэ экономайэера 8, испарителя 7, барабана 13, насоса принудительной циркуляции 15 и пароперегревателя 6 высокого давления. В контурах высокого и низкого давления вырабатываетсяя пар указанных выше параметров, который направляется на вход паровой турбины 20. Охлажденные дымовые газы из котла-утилизатора 5 с температурой 110 С отводятся в атмосферу.

После расширения в паровой турбине

20 отработанный пар поступает в конденсатор 21, где конденсируется при давлении

0,01 МПа и температуре 45 С. При этом мощность газотурбинного агрегата 1 составляет 16 МВт и используется для привода нагнетателя природного газа 29, а мощность паровой турбины 20 составляет 8

МВт и используется для привода нагнетателя 30 (в качестве нагрузочного устройства может быть электрогенератор). Описанный режим является расчетным и не предусматривает подогрева воздуха перед компрессором 2, так как начальная температура газов перед газовой турбиной 4 является в данном случае номинальной — 920 С.

При снижении температуры наружного воздуха до 0 С включается насос 24 и часть горячей воды из котла-утилиэатора 5 после

ГВПНД 12 подается в воэдухоподогреватель 22. При этом с помощью регулируемого клапана 31 расход греющей воздух воды обеспечивается в размере 10 т/ч, что соответствует температуре подогретого воздуха

15 С. Благодаря этому режим ПГУ по всем параметрам, включая температуру перед газовой турбиной 4 и на входе в котел 5, сохраняется неизменным. При этом температура охлажденной воды составляет

15 С. Температура конденсата после конденсата 21 составляет 45 С. Эти две температуры измеряются датчиками 27 и 28 и сопоставляются системой управления (не показана) либо оператором, В соответствии с предлагаемым способом, поскольку температура охлажденной в воэдухонагревателе 22 воды ниже, чем конденсата на выходе конденсатора 21, задвижка 25 закрывается, а задвижка 26 открывается и греющая вода после воэдухоподогревателя 22 направляется на рециркуляцию через конденсатор 21 паровой турбины 20, в котором этот расход воды догревается до температуры конденсата на выходе эа счет сбросного тепла конденсирующего пара, 200129С

Составитель T,Êîìèñàð÷èê

Техред М.Моргентал Корректор С,Лисина

Редактор Л.Волкова

Заказ 3121

Тираж ° Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

При дальнейшем снижении температуры наружного воздуха до минус 40 С расход греющей воды на воздухоподогреватель 22 увеличивается до оптимального значения, соответствующего максимальному повышению КПД ПГУ. Это значение составляет около 50 т/ч и обеспечивается открытием регулирующего клапана 31, Температура нагретого воздуха при этом составляет минус 10 С, а охлажденный в воздухоподогревателе 22 воды около 60 С. Результаты ее измерения датчиком 27 сравниваются с температурой конденсата на выходе из конденсатора. измеряемой датчиком 28 и, поскольку последняя меньше, для устранения соотьетствующих потерь тепла в конденсаторе 21 задвижка 26 закрывается, а задвижка 25 открывается и поток греющей воды после воздухоподогрсвателя 22 подается непосредственно на вход пароводяного тракта котла-утилизатора 5, а именно на вход ГВПНД 12, В результате применения предлагаемого способа по сравнению с прототипом при указанной поверхности воздухоподогревателя (500 м ) использование в качестве тепг лоносителя для предварительного подогрева циклового воздуха горячей воды

Формула изобретения

СПОСОБ РАБОТЫ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ тем выработки мощности в гаэотурбинном агрегате, утилизации тепла уходящих газов в котле-утилизаторе с генерацией пара в пароводяном тракте котла-утилиэатора, выработки мощности в паровой турбине, конденсации отработанного пара в конденсаторе и предварительного подогрева циклового воздуха за счет подвода нагретой воды к установленному на всасе компрессора газотурбинного агрегата воздухоподогревателю, отличающийся тем, иэ котла-утилизатора позволяет по сравнению с циркуляционной водой повысить температуру нагрева воздуха при наружной температуре минус 40 С с минус 20 до ми5 нус 10 С, что определяет повышение КПД в данном случае с 35,5 до 36,5 .

Следует отметить, что при отсутствии подогрева воздуха, при температуре наружного воздуха 0 С мощность газотурбинного

10 агрегата 1, соответствующая начальной температуре газа персд газовой турбиной 4

920 С составляет 18 МВт, однако потребная мощность для привода нагнетателя сохраняется на уровне 16 МВт, поэтому в режиме

15 беэ подогрева воздуха начальная температура газов перед газовой турбиной падает до 860 С, а температура газов за газовой турбиной снижается до 370 С, соответственно, снижается паропроиэводительность

20 и параметры пара. генерируемого котлам, а

КПД ПГУ уменьшается на 1абс.,(, по сравнению с описанным выше режимом с подогревом воздуха.

25 (56) Заявка Японии N 61-49486, кл, F 01 К

23/10, опублик. 1986.

Заявка ФРГ N. 3435382, кл. F 01 К 23/06, опублик. 19OG, что, с целью повышения экономичности, нагретую воду к воздухоподогревателю подводят из пароводяного тракта котлаутилизатора, измеряют температуру воды после воэдухоподогревателя и температуру конденсата после конденсатора, срав40 нивают их между собой и в зависимости от знака разности температур, сброс воды после воздухоподогревателя производят на вход пароводяного тракта котла-утилизатора или в конденсатор,