Устройство для охлаждения средства охлаждения газовой турбины газо- паротурбинной установки

 

Устройство может быть использовано в установках для получения электрической энергии. Выходящий из газовой турбины трубопровод подсоединен к парогенератору, работающему на отходящем тепле и производящий пар для паровой турбины. Промежуточный контур содержит два теплообменника, один из которых используется для охлаждения средства охлаждения газовой турбины, а другой - включен в пароводяной цикл для передачи полученного от первого теплообменника тепла. Достигается хорошее охлаждение газовой турбины и эффективно используется получаемое при этом тепло, что повышает общий коэффициент полезного действия установки. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройству для охлаждения средства охлаждения охлаждаемой газовой турбины газо- и паротурбинной установки, которая содержит включенный после газовой турбины парогенератор на отходящем тепле, поверхности нагрева которого включены в пароводяной цикл паровой турбины, причем в промежуточном контуре предусмотренный для охлаждения средства охлаждения первый теплообменник связан со вторичной стороной второго теплообменника.

Подобная газо- и паротурбинная установка обычно используется для получения электрической энергии. Для повышения производительности газовой турбины и тем самым для достижения возможно высокого коэффициента полезного действия стремятся иметь особенно высокую температуру рабочей среды на входе турбины от 1200^oC до 1500^oC. Подобная высокая температура на входе турбины влечет за собой, конечно, проблемы материалов, в частности, относительно жаростойкости лопаток турбины.

Повышение температуры на входе турбины может быть допустимым тогда, когда лопатки турбины охлаждают настолько, что они постоянно имеют температуру, лежащую ниже допустимой температуры материала. Для этого из EP-PS 0 379 880 известно, что можно отводить сжатый в приданном газовой турбине компрессоре воздух и охлаждать этот служащий в качестве средства охлаждения воздух перед входом в газовую турбину. Из ЕР 0 519 304 А1 далее известно, что можно использовать для этого воздушно-водяной холодильник, которым полученное при охлаждении средства охлаждения тепло через используемую для этого питательную воду подводят к пароводяному циклу. Недостатком при этом являются, конечно, высокие затраты на измерение и регулирование, в частности, на поддержание давления и установку количества питательной воды, отбираемой из пароводяного цикла для охлаждения средства охлаждения. Далее из GB 2 264 539 А известно, что можно передавать полученное при охлаждении средства охлаждения тепло через промежуточный контур питательной воде пароводяного цикла.

В основе изобретения поэтому лежит задача такого выполнения устройства для охлаждения средства охлаждения, чтобы было обеспечено хорошее охлаждение газовой турбины при избежании ранее названных недостатков, и чтобы за счет особенно эффективного использования полученного при этом тепла достигался высокий общий коэффициент полезного действия газо- и паротурбинной установки. Это должно достигаться с возможно малыми техническими затратами.

Эта задача согласно изобретению решается за счет того, что второй теплообменник на первичной стороне подключен к связанному с поверхностью нагрева испарителя пароводяному разделительному резервуару.

Полученное при охлаждении средства охлаждения и переданное через промежуточный контур, то есть через замкнутый, отдельный цикл охлаждения, газо- и паротурбинному процессу тепло таким образом используется для производства пара. При этом вследствие постоянства количества имеющейся в промежуточном контуре вторичной среды не требуется никакого регулирования количества. Так как пароводяной цикл является гидравлически развязанным от промежуточного контура, мощность насоса для подачи вторичной среды в промежуточном контуре является особенно малой.

Средство охлаждения для охлаждения газовой турбины может быть жидким или газообразным. Предпочтительно в качестве средства охлаждения используют сжатый воздух из приданного газовой турбине воздушного компрессора.

Второй теплообменник может в зависимости от требующегося уровня температуры быть подключен к различным поверхностям нагрева испарителя парогенератора на отходящем тепле. Целесообразно второй, включенный на вторичной стороне в промежуточный контур теплообменник на первичной стороне подключить к связанному с поверхностями нагрева испарителя низкого давления пароводяному разделительному резервуару. Он на стороне воды преимущественно соединен с входом на первичной стороне, а на стороне пара - с выходом на первичной стороне второго теплообменника.

Для подачи текущей в промежуточном контуре и охлаждающей средство охлаждения вторичной среды целесообразно перед первым, включенным на первичной стороне в промежуточный контур теплообменником включить насос. Далее целесообразно перед вторым теплообменником на первичной стороне включить насос, который служит для подачи протекающей через него воды или пароводяной смеси (третичная среда) из пароводяного цикла.

Чтобы можно было дополнительно вводить в замкнутый цикл охлаждения воду, в частности, деионат, в промежуточный контур входит подпитывающий трубопровод.

Для обеспечения достаточного охлаждающего действия также при уменьшенном парообразовании, в частности, при чисто газотурбинном режиме работы (single-cycle-режим), в промежуточный контур можно включать вспомогательный холодильник, который расположен параллельно к первому теплообменнику.

Достигаемые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет применения двух теплообменников в замкнутом промежуточном контуре является возможным особенно подходящий возврат тепла в общий процесс при одновременно простом способе работы и малых затратах на технику измерения и регулирования. Кроме того, не требуется замены среды охлаждения, если только, при применении той же системотехники, не требуется замены вторичной среды промежуточного контура на другую среду.

Пример выполнения изобретения поясняется более подробно с помощью чертежа. При этом фигура показывает схематично газо- и паротурбинную установку с устройством для охлаждения средства охлаждения для газовой турбины.

Схематически представленная на фигуре газо- и паротурбинная установка содержит газовую турбину 2 с включенной перед ней камерой сгорания 4 и включенным после нее на стороне газа парогенератором на отходящем тепле 6, поверхности нагрева которого включены в пароводяной цикл 8 паровой турбины 10. Поверхностями нагрева являются, в частности, подогреватель низкого давления 12, испаритель низкого давления 14 и перегреватель низкого давления 16.

После паровой турбины 10 включен конденсатор 18, который соединен через конденсатный насос 20 с подогревателем низкого давления 12. Последний со стороны выхода и через циркуляционный насос 22 соединен на стороне входа с резервуаром для питательной воды 24. Резервуар для питательной воды 24 на стороне выхода через насос для питательной воды 26 соединен с пароводяным разделительным резервуаром 28. К этому пароводяному разделительному резервуару 28 на стороне воды через насос 30 подключены испаритель низкого давления 14, а также вход на первичной стороне (второго) теплообменника 32. Кроме того, там на стороне пара подключены перегреватель низкого давления 16, а также выход на первичной стороне теплообменника 32. Теплообменник 32 таким образом включен параллельно к испарителю низкого давления 14 через пароводяной разделительный резервуар 28.

(Второй) теплообменник 32 на вторичной стороне включен в промежуточный контур 34, в который включена первичная сторона (первого) теплообменника 36. Он на вторичной стороне включен во входящий в газовую турбину 2 трубопровод охлаждающего воздуха 38.

Трубопровод охлаждающего воздуха 38 соединен с приданным газовой турбине 2 воздушным компрессором 40. Этот воздушный компрессор 40, а также приводимый от газовой турбины 2 электрический генератор 42 расположены на общем валу 44. Ветвь 46 трубопровода охлаждающего воздуха 38 входит в приданную газовой турбине 2 камеру сгорания 4.

В промежуточный контур 34 включены насос 48, а также два моторно устанавливаемых вентиля 50, 52. Через эти вентили 50, 52, а также через также моторно устанавливаемый вентиль 54 в промежуточный контур 34 является включаемым вспомогательный холодильник 56, который через трубопровод 58 соединен с компенсационным резервуаром 60. Последний через трубопровод 61 подключен также непосредственно к промежуточному контуру 34. В промежуточный контур 34 входит, кроме того, снабженный вентилем 62 подпитывающий трубопровод 64 для дополнительной воды D, например, деионата.

При работе газо- и паротурбинной установки к камере сгорания 4 подводят топливо 6. Топливо 6 сжигают для получения рабочей среды для газовой турбины 2 в камере сгорания 4 с подводимым по ветви 46 сжатым воздухом L из воздушного компрессора 40. Возникающая при сжигании горячая и находящаяся при высоком давлении рабочая среда или дымовой газ RG расширяется в газовой турбине 2 и при этом приводит в действие воздушный компрессор 40, а также генератор 42. Выходящий из газовой турбины 2 расширенный дымовой газ RG' через трубопровод дымового газа 66 направляют в парогенератор на отходящем тепле 6 и там используют для производства пара для паровой турбины 10. Для этой цели поток дымового газа и пароводяной цикл 8 связаны друг с другом в противотоке.

Чтобы получить особенно хорошее использование тепла, обычным образом получают пары при различном уровне давления, энтальпию которых используют для производства тока в приводящей генератор 68 паровой турбине 10. В примере выполнения представлена и описана только ступень низкого давления.

Выходящий из паровой турбины 10 расширенный пар попадает в конденсатор 18 и конденсируется там. Конденсат через конденсатный насос 20 и подогреватель низкого давления 12 подают в резервуар для питательной воды 24. Часть питательной воды посредством циркуляционного насоса 22 для дальнейшего подогрева снова транспортируют через подогреватель низкого давления 12 и оттуда обратно в резервуар для питательной воды 24. Подогретую питательную воду из резервуара питательной воды 24 подают посредством насоса для питательной воды 26 в пароводяной разделительный резервуар 28. Оттуда подогретую питательную воду через насос 30 направляют в испаритель низкого давления 14, где она испаряется. Пар отделяют в пароводяном разделительном резервуаре 28 от остающейся воды и направляют в перегреватель низкого давления 16. Оттуда перегретый пар попадает в паровую турбину 10. Перегретый пар расширяется в паровой турбине 10 и при этом приводит в действие ее и тем самым генератор 70.

Частичный поток t₁ подогретой воды из пароводяного разделительного резервуара 28 направляют через теплообменник 32, причем вода по меньшей мере частично испаряется. Необходимое для этого тепло отбирается из протекающей в промежуточном контуре 34 вторичной среды S. Полученный в теплообменнике 32 пар или пароводяную смесь также направляют в пароводяной разделительный резервуар 28.

Охлажденная при передаче тепла в теплообменнике 32 вторичная среда S промежуточного контура 34 служит для охлаждения сжатого воздуха L, который подводят к газовой турбине 2 из воздушного компрессора 40. Передача тепла от сжатого воздуха L к вторичной среде S происходит в теплообменнике 36. Охлажденный в теплообменнике 36 воздух L, обозначаемый в дальнейшем как охлаждающий воздух K, подводят как к рабочим лопаткам газовой турбины 2 через трубопровод 70, так и к направляющим лопаткам газовой турбины 2 через трубопровод 72.

Для случая, когда для газовой турбины 2 необходимо дополнительное охлаждение охлаждающего воздуха K, например, если вследствие отключения паротурбинной установки не гарантировано достаточное обратное охлаждение вторичной среды S только через теплообменник 32, в эксплуатацию вводят вспомогательный холодильник 56. Для этого по меньшей мере частично закрывают вентили 50 и 52, а вентиль 54 открывают. Одновременно к вспомогательному холодильнику 56 подводят охлаждающую среду w, например, воду. Объемные изменения вторичной среды S внутри промежуточного контура 34 компенсируют через компенсирующий резервуар 60. Кроме того, к промежуточному контуру 34 через подпитывающий трубопровод 64 можно подводить деионат D.

Путем применения промежуточного контура 34 с двумя теплообменниками 32 и 36 достигается, с одной стороны, гидравлически развязка и, с другой стороны, термически связь между пароводяным циклом 8 паротурбинной установки и системой охлаждения, представленной в основном трубопроводом охлаждающего воздуха 38 и теплообменником 36. При этом затраты на измерительную и регулировочную технику для системы охлаждения и для промежуточного контура 34, а также требующаяся мощность насосов внутри промежуточного контура 34 являются особенно малыми.

Формула изобретения

1. Устройство для охлаждения средства охлаждения газовой турбины 2 газо- и паротурбинной установки, которая содержит включенный после газовой турбины 2 парогенератор на отходящем тепле 6, поверхности нагрева которого 12, 14, 16 включены в пароводяной цикл 8 паровой турбины 10, причем предусмотренный в промежуточном контуре 34 для охлаждения средства охлаждения L первый теплообменник 36 связан с вторичной стороной второго теплообменника 32, отличающееся тем, что второй теплообменник 32 на первичной стороне подключен к связанному с поверхностью нагрева испарителя 14 пароводяному разделительному резервуару 28.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пароводяной разделительный резервуар 28 на стороне воды соединен с входом на первичной стороне, а на стороне пара - с выходом на первичной стороне второго теплообменника 32.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что перед первым теплообменником 36 включен насос 48 для подачи среды S в промежуточном контуре 34.

4. Устройство по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что перед вторым теплообменником 32 включен насос 30 для подачи служащей в качестве третичной среды воды из пароводяного цикла 8.

5. Устройство по одному из пп.1 - 4, отличающееся тем, что в промежуточный контур 34 входит подпитывающий трубопровод 64 для дополнительной воды D, в частности, для деионата.

6. Устройство по одному из пп.1 - 5, отличающееся тем, что в промежуточный контур 34 включен вспомогательный холодильник 56.

7. Устройство по одному из пп.1 - 6, отличающееся тем, что к промежуточному контуру 34 подключен компенсационный резервуар 60.

РИСУНКИ

Рисунок 1