Парогазовая энергетическая установка

 

Изобретение предназначено для использования на электрических станциях с теплофикационными установками. Схема комбинированной парогазовой установки (ПГУ) может быть также применена при реконструкции устаревших ТЭЦ, а также на вновь строящихся автономных источниках тепло- и электроснабжения. ПГУ состоит из газового контура, который содержит одну или несколько газотурбинных установок (в зависимости от необходимой мощности), причем каждая газотурбинная установка (ГТУ) в своем составе имеет высокотемпературную газовую турбину, которая выполнена с возможностью поочередного охлаждения водой и топливом, а также из парового контура, состоящего из двух паровых турбин: теплофикационной, противодавленческой и пикового парового котла. Установка может работать в трех режимах: в базовом режиме, в режиме снятия пиковых нагрузок и в режиме частичной нагрузки. Изобретение позволяет повысить маневренность, экономичность и надежность в работе. 1 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на электрических станциях с теплофикационными установками.

Известна комбинированная парогазовая установка (ПГУ), разработанная НПО "САТУРН" ("Теплоэнергетика", 1993, N 12, с. 42-48), которая позволяет вырабатывать тепловую и электрическую энергию. При достаточно высокой экономичности предложенная схема имеет невысокую маневренность, так как увеличение электрической мощности возможно за счет энергетического впрыска пара в проточную часть камеры сгорания. Причем пар вместе с выхлопными газами безвозвратно теряется, выходя в атмосферу, что снижает экономичность установки. Гибкое регулирование тепловой мощности в этой установке вообще не предусмотрено.

Известна ПГУ ("Энергомашиностроение", 1978, N 4, с. 5-7) с высокотемпературной газовой турбиной, в которой генерация пара осуществляется как за счет теплоты отходящих газов после турбины, а также за счет подачи топлива в камеру зажигания. Для охлаждения проточной части турбины часть пара отбирается из соответствующей по давлению ступени паровой турбины. Пройдя охлаждающий тракт газовой турбины, пар смешивается с основным потоком пара в камере смешения, установленной между цилиндром высокого давления и цилиндром низкого давления паровой турбины. Указанная схема не позволяет в широком диапазоне регулировать как тепловую, так и электрическую мощность, так как в камеру дожигания вводится лишь небольшая масса топлива.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение маневренности ПГУ как по тепловой, так и по электрической энергии, а также повышение экономичности ПГУ.

Указанная техническая задача достигается тем, что в предлагаемой комбинированной парогазовой установке, содержащей газовый контур, состоящий из одной или нескольких газотурбинных установок, в выхлопных трактах которых установлены последовательно котел-утилизатор и газоводяной подогреватель, вход которого соединен со входом охлаждающего тракта газовой турбины, причем к этому же входу подключен трубопровод подачи топлива, а на выходе из охлаждающего тракта установлена заслонка, которая выполнена с возможностью поочередной подачи охладителя в камеру смешения и в пиковый паровой котел, который установлен в паровом контуре и связан трубопроводом со входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен с коллектором подачи пара к тепловым потребителям и с промежуточной ступенью теплофикационной паровой турбины.

В зависимости от потребной суммарной мощности предлагаемой ПГУ в ее состав могут входить одна или несколько однотипных газотурбинных установок (ГТУ).

На чертеже схематически изображена общая схема заявляемой ПГУ, содержащий газовый контур, состоящий из двух ГТУ, у которых компрессор 1 соединен с камерой сгорания 2, подключенной к высокотемпературной газовой турбине 3, к охлаждающему тракту которой подходят коллекторы подачи топлива 4 и горячей воды 5. Над газовой турбиной 3 установлен коллектор 6 для выхода охладителя из охлаждающего тракта турбины, который соединен с заслонкой 7. После заслонки 7 установлен трубопровод 8 подачи пара в камеру смешения 9, а также трубопровод 10 подачи топлива в пиковый паровой котел 11. В выхлопном тракте 12 каждой ГТУ установлены последовательно теплообменники: котел- утилизатор (КУ) 13 и газоводяной подогреватель (ГВП) 14, которые соединены с трубопроводом 15 подачи воды.

КУ 13 соединен трубопроводом 16 подачи пара в смесительную камеру 9, которая трубопроводом 17 связана с коллектором распределения пара 18, от которого отходят трубопроводы подачи пара к тепловым потребителям (ТП) 19 и 20 подачи пара на вход теплофикационной паровой турбины 21. От промежуточной ступени паровой турбины 21 отходит трубопровод 22 подачи пара к ТП, а выход паровой турбины 21 соединен трубопроводом 23 с конденсатором. После конденсатора установлен деаэратор (Д), к которому также подается добавочная вода (ДВ) из цеха хим-водоочистки (ХВО). К пиковому паровому котлу 11 подходит трубопровод 24 подачи воды, а на выходе из пикового парового котла 11 установлен трубопровод 25 подачи пара на вход в противодавленческую паровую турбину 26, на выходе из которой установлен трубопровод 27 отвода пара к ТП, а также трубопровод 28 подачи пара к промежуточной ступени паровой турбины 18.

При производстве как тепла, так и электроэнергии предлагаемая схема ПГУ может достаточно экономично работать в трех режимах: в базовом, в режиме снятия пиковых нагрузок и в режиме частичной нагрузки. При работе ПГУ в базовом режиме производства тепла и электроэнергии включены две ГТУ, причем в охлаждающие тракты газовых турбин 3 по коллекторам 5 подается горячая вода после ГВП 14. После охлаждения элементов турбин вода преобразуется в пар, который через коллектор 6, заслонку 7 поступает в камеру смешения 8, где смешивается с основным потоком пара, поступающим по трубопроводу 16 из КУ 13. Поток пара по трубопроводу 17 поступает в коллектор 18 распределения пара, от которого по трубопроводу 19 пар может отводиться к ТП и к паровой турбине 21, от промежуточной ступени которой по трубопроводу 22 могут производиться отборы пара к ТП.

В режиме снятия пиковых нагрузок работают также две ГТУ, в охлаждающие тракты газовых турбин которых по коллекторам 4 подается топливо, которое после охлаждения элементов турбин выходит в коллектор 6 и через заслонку 7, трубопровод 10 поступает в пиковый паровой котел 11, в который по трубопроводу 24 подается вода. Образовавшийся в котле 11 перегретый пар по трубопроводу 25 поступает в противодавленческую паровую турбину 26, от которой пар по трубопроводу 27 может отводиться к ТП, а по трубопроводу 28 - к промежуточной ступени паровой турбины 21. Таким образом, для снятия пиковых нагрузок будут работать две ГТУ, пиковый паровой котел и две паровые турбины, В режиме частичных нагрузок работает только одна ГТУ. Охлаждение элементов газовой турбины 3 производится горячей водой после ГВП 14 (точно так же, как на базовом режиме). Пройдя охлаждающий тракт, вода преобразуется в пар, который через коллектор 6, заслонку 7 поступает в камеры смешения 9, где смешивается с основным потоком пара после КУ 13 из коллектора распределения пара 18 по трубопроводу 19 производится отбор пара к ТП, при этом паровая турбина 21 может быть выключена (в зависимости от режима частичной нагрузки). Таким образом, при малых нагрузках за счет работы лишь одной ГТУ обеспечивается высокая экономичность и надежность работы оборудования.

Технические преимущества предлагаемой ПГУ по сравнению с известными заключается в том, что: 1. Установка имеет высокую маневренность при выработке как тепловой, так и электрической энергии, так как способна работать в трех режимах: в базовом, в режиме снятия пиковых нагрузок, в режиме частичной нагрузки, 2. В состав ПГУ входят ГТУ с высокотемпературными газовыми турбинами, которые имеют жидкостное охлаждение (поочередное охлаждение водой и топливом), что позволит значительно поднять температуру газов перед турбиной и повысить в целом экономичность ПГУ.

Формула изобретения

Парогазовая энергетическая установка, содержащая газовый контур, состоящий из одной или нескольких газотурбинных установок, в выхлопных трактах которых установлен котел-утилизатор и паровой контур, включающий паровую турбину и камеру смешения, отличающаяся тем, что в выхлопных трактах газотурбинных установок после котла-утилизатора расположен газоводяной подогреватель, вход которого соединен со входом охлаждающего тракта газовой турбины, причем к этому же входу подключен трубопровод подачи топлива, а на выходе из охлаждающего тракта установлена заслонка, которая выполнена с возможностью поочередной подачи охладителя в камеру смешения и в пиковый паровой котел, который установлен в паровом контуре и связан трубопроводом со входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен с коллектором подачи пара к тепловым потребителям и с промежуточной ступенью теплофикационной паровой турбины.

РИСУНКИ

Рисунок 1