Способ повышения эффективности парогазовой установки с дожиганием и промежуточным воздухоохладителем газотурбинной установки

 

Использование: в энергетике и может быть использовано в выработке электрической энергии на парогазовых установках с дожиганием. Сущность изобретения: повышение эффективности достигается подогревом в экономайзере котла ПГУ питательной воды при степени дожигания выше оптимальной для данных параметров пара в количестве, равном оптимальному ее расходу при оптимальной степени дожигания, подогрев оставшейся части питательной воды осуществляется в воздухоохладителе ГТУ до температуры не ниже температуры кипения, после чего происходит смешение потоков в барабане котла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Заявляемое изобретение относится к энергетике, в частности к выработке электрической энергии на парогазовых установках с дожиганием.

Известны способы выработки электрической энергии в парогазовых установках (ПГУ) утилизационного типа, заключающиеся в использовании теплоты отработанных газов газотурбинной установки (ГТУ) для получения дополнительной электрической энергии в паротурбинной подстройке [1]2 Известен способ повышения мощности паротурбинной подстройки, заключающийся в том, что в отработанных газах ТУ, перед котлом осуществляется дополнительное сжигание топлива [2] Известная ПГУ с дожиганием, выбранная в качестве прототипа, содержит ГТУ, состоящую из компрессоров низкого и высокого давлений с промежуточным воздухоохладителем между ними, камеры сгорания, газовой турбины, котла и паровой турбины [3] недостаток известного способа и установки заключается в том, что дожигание приводит к снижению КПД ПГУ, а при дожигании максимально возможного количества топлива (сбросные ПГУ) КПД ПГК снижается на 8 10% по сравнению с КПД ПГУ утилизационного типа. Такое снижение КПД в ПГУ с дожиганием обусловлено тем, что дожигание приводит к увеличению расхода пара, получаемого в котле, а значит и к увеличению расхода питательной воды через экономайзер, что приводит к увеличению температурного напора на "горячем" конце экономайзера и, как следствие, к снижению эффективности использования теплоты в установке.

Изобретение направлено на повышение эффективности использования теплоты в парогазовых установках, и как следствие, увеличение КПД ПГУ с дожиганием по сравнению с КПД ПГУ утилизационного типа.

Технический результат обеспечивается тем, что в парогазовых установках с дожиганием и промежуточным воздухоохладителем ГТУ при степени дожигания, выраженной в отношении количества теплоты подведенной в камере дожигания котла ГТУ к количеству теплоты подведенному в камере сгорания, выше оптимального значения для параметров пара (давление, температура), с которыми работает паротурбинная установка, в экономайзер газового котла поступает питательная вода в количестве, равном ее расходу при оптимальной степени дожигания. Оставшаяся часть питательной воды направляется в воздухоохладитель ГТУ, в котором осуществляется ее нагрев до температуры кипения. При этом в воздухоохладитель ГТУ необходимо подвести такое количество теплоты, которое позволило выполнить условие неравенства.

где i₀, i_k энтальпия пара в начале и в конце расширения в паровой турбине; i_во энтальпия пароводяной среды за воздухоохладителем ГТУ; η^en_пгу коэффициент полезного действия ПГУ утилизационного типа.

При более низких начальных параметрах пара протурбинной подстройки в воздухоохладителе осуществляется не только подогрев питательной воды до температуры не ниже температуры кипения, но и частичное ее испарение.

Затем в барабане котла происходит смешение потоков питательной воды, далее общий поток проходит испарительные и перегревательные поверхности котла и поступает в паровую турбину.

Выполнение перечисленных условий, являющихся отличительными признаками, а именно: направление в экономайзере котла для данных параметров пара (давления, температуры) при степени дожигания выше оптимальной количества питательной воды равной ее количеству при оптимальной степени дожигания, подогрев оставшейся части питательной воды за воздухоохладителем ГТУ до температуры не ниже температуры кипения при выполнении условий неравенства после чего в барабане котла происходит смешение этих потоков, позволяющее обеспечить КПД ПГУ с дожиганием выше КПД ПГУ утилизационного типа.

На фиг. 1 изображена тепловая схема парогазовой установки с дожиганием и промежуточным воздухоохладителем ГТУ. На фиг. 2 приведены кривые процессов расширения пара в паровой турбине в i-s диаграмме при различных начальных параметрах.

Тепловая схема состоит из ГТУ, в состав которой входят компрессор низкого давления 1, воздухоохладитель 2 с поверхностью нагрева питательной воды 12, компрессор высокого давления 3, камеры сгорания 4, газовой турбины 5, камеры дожигания 6, котла-утилизатора 7 с перегревателем пара 8, испарителем 9, экономайзером 10, и барабаном 11, паровой турбины 13, конденсатора 14, питательного насоса 15 и электро-генераторов 16, дымовой трубы 17, клапана 18.

Установка работает следующим образом. Воздух из атмосферы сжимается в компрессоре низкого давления 1, охлаждается в воздухоохладителе 2, сжимается повторно в компрессоре высокого давления 3 в камере сгорания 4 сжигается топливо, а затем горячие газы расширяются в газовой турбине 5, отработанные газы ГТУ поступают в камеры дожигания 6, в которой происходит дополнительное сжигание топлива. После этого газы поступают в котел-утилизатор 7, где они последовательно проходят перегреватель пара 8, испаритель 9 и экономайзер 10, отдавая свою теплоту и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 17. Пар из котла-утилизатора 7 поступает в паровую турбину 13, конденсируется в конденсаторе 14 и питательным насосом 15 направляется к клапану 18, в котором поток делится на две части, первая часть, равная по своей величине расходу пара в паротурбинной подстройке при оптимальной степени дожигания для данных параметров пара, направляется в экономайзере 10, а другая часть направляется в поверхность нагрева питательной воды 12 воздухоохладителя 2, где нагревается до параметров, позволяющих выполнить условие формулы (1), но не ниже температуры кипения для данного давления фиг. 2 кривая 1, а при необходимости для более низких параметров и ее частичное испарение фиг. 2 кривая 2. Смешение потоков происходит в барабане 11 после чего весь поток проходит испаритель 9 и перегреватель 8 и поступает в паровую турбину 13.

Использование предлагаемого способа выработки электрической энергии в ПГУ с дожиганием позволяет повысить КПД на 2-3% по сравнению с КПД ПГУ утилизационного типа при степени дожигания выше оптимальной.

Формула изобретения

1. Способ повышения эффективности парогазовой установки с дожиганием и промежуточным воздухоохладителем газотурбинной установки, заключающийся в подогреве после паротурбинной установки одной части питательной воды в экономайзере парогазовой установки, другой ее части в воздухоохладителе газотурбинной установки, отличающийся тем, что для данных параметров пара (давления, температуры) в экономайзер котла при степени дожигания выше оптимальной поступает питательная вода в количестве, равном оптимальному ее расходу при оптимальной степени дожигания, подогрев оставшейся части питательной воды осуществляется в воздухоохладителе газотурбинной установки до температуры не ниже температуры кипения при условии выполнения неравенства после чего происходит смешение потоков в барабане котла парогазовой установки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для выполнения условий неравенства

при более низких параметрах пара в воздухоохладителе газотурбинной установки осуществляют не только подогрев питательной воды до температуры кипения, но и частичное ее испарение,
где i₀, i_к энтальпия пара в начале и в конце расширения в паровой турбине;
i_во энтальпия пароводяной среды за воздухоохладителем газотурбинной установки;
η^en_пгу - КПД парогазовой установки утилизационного типа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2