Парогазотурбінна установка для вироблення електроенергії та тепла

9ЄС9Ч932. /V?fJ/C F01K 21/04 ПАРОГ АЗОТУРБІ ННА УСТАНОВКА ДЛЯ ВИРОБЛЕННЯ ЕЛЕК ТРОЕНЕРГІЇ ТА ТЕПЛА Винахід стосується енергетики, зокрема парогазотурбінних установок для вироблення електороенергії та тепла і може бути використаний як в установках з високою одиничною потужністю для теплофікації районів і селищ, так і в установках малої потужності для автономних об'єктів промисловості, буд івництва, геологорозвідки, нафтопереробки та нафтодобування. Відома вибрана за прототип парогазотурбінна установка для вироблення електроенергії та тепла, яка складається з паротурбінного та газотурбінного агрегатів, теплової мережі з підігрівачем води та системи водоживлеїшя з деаератором і п ід ігр івачем води живлення у деаератор і, причому паротурбінний агрегат містить у собі паровий котел з топкою, що обладнана системами подачі води та палива, та димоходом, у якому розміщені парогенератор і е кономайзер, конденсатором, парову т урб ін у з ущіл ьнювачами, електрогенератором і під ігр івачем конденсату, а газотурбінний агрегат містить компресор, камеру згоряння із системою подачі палива, газову турбіну та електрогенератор, причому газова турбіна має газохід відпрацьованих газів і к отел- утилізатор, з'єднаний з підігрівачем води живлення, при цьому підігрівачі води теплової мережі та конденсату з'єднані паропроводами із ступенями парової турбіни ( проспекти фірм: AEG KANIS №А 72.4/21/1296, 1996р., стор.14; GHH BORSIG №GB 898e 05983br 1998р., стор.2). В цій установці тепло відпрацьованих газів використовується лише для підігріву котла-утилізатора газотурбінного агрегату, між тим як період пуску установки надто великий через тривалий час розігріву трубних ґраток парового котла та парової турбіни паротурбінного агрегату. Для уникнення жолоблення корпусу парової турбіни та осьового зсуву її ротора під час пуску період розігріву паровой турбіни триває близько 9 годин і більше ( залежно від потужності турбіни) через низьку температуру пари, яка надходить до ущильнень та корп усу турбіни від парового котла. Для уникнення швидкого нерівномірного охолодження корп усу парової турбіни та її ротора період припинення роботи установки (охолоджування парової турбіни) також тривалий через те, що температура пари, яка надходить від парового котла, падає швидше, ніж охолоджується корпус парової турбіни. Крім того, установ ка прототип потребує використання пускової котельні, яка забезпечує парою допоміжні системи паротурбінного агрегату. Усе це також обумовлює значні витрати палива під час пуску та припинення роботи установ ки. Використання тепла від котля-уіилїзатора лише для підігр іву води живлення та тепла від пари, відібраної під парової турбіни лише для підігріву води теплової мережі та конденсату, обмежує можливість глибокої утилізації тепла відпрацьованих газів газової турбіни та вихідну потужність паротурб інно го агр егат у, що ви ключає мож лив ість п ідт римання оптимальних експлуатаційних та технологічних параметрів установки у режимі навантаження. У зимовий період при максимальному завантаженні по електроенергїї та теплу , так caiv|o як під час пікових навантажень, збільшується відбір пари на підігрівачі води теплової мережі (бойлери), конденсату та воді* живлення, що зменшує вироблення електроенергії у паротурбінному агрегаті. Також неї забезпечується електроенергії можливість у газотурбінному агрегаті максимального вироблення шляхом виключення котла утилізатора з потоку відпрацьованих газів при пікових та напівпікових на в аі і та женил V. В основу винаходу поставлена задача удосконалення парогазотурбінної установки для вироблення електроен ергії та тепла шляхом забезпечення можливості подання у різних режимах роботи установки усього потоку відпрацьованих газів газотурбінного агрегату або різних його частин до димоходу парового котла, або до котла-утилізатора, або до атмосфери, що обумовлює прискорення нагр ів у тр убних ґраток парового котла та знижений витрат палива під час його пуску, підтримання оптимальних експлуатаційних та технологічних параметрів у режимі навантаження та припинення роботи установки, а також при пікових та напівпікових навантаженнях. Поставлена задача вирішується тим, що в паротурбінній установці для вироблення електроенергії та тепла, яка складається з паротурбінного та газотурбінного агрегатів, теплової мережі з підігрівачем води та системи водоживлення з деаератором і підігр івачем води живлення у деаераторі, причому паротурбінний агрегат містить усобі паровий котел з топкою, що обладнана системами подачі води та палива, та димоходом, у якому розміщені парогенератор і економайзер, парову турбіну з ущільнювачами, конденсатором, електрогенератором і п ід ігр івачем конденсату, а газотурбінний агрегат містить компресор, камеру згоряння із системою подачі палива, газову турбіну та електрогенератор, причому газова турбіна має іазохід відпрацьованих газів і котел- утилІзатор, з'єднаний з підігрівачем води живлення, згідно з винаходом, газохід в ідпрацьованих газів газотурбінного агрегату виконаний у вигляді трьох паралельних, обладнаних регулювальними шиберами каналів, один з яких з'єднаний з котломутилватором, другий канал - з атмосферою, а третій - з димоходом парового котла між парогенератором і економайзером паротурбінного агрегату. При цьому котел-утилізатор може б ути з'єднаний обладнаним регулювальною засувкою паропроводом з ущільнювачами парової турбіни. Крім того, котел- утилізатор може бути з'єднаний обладнаними регулювальними засувками паропроводами з підігрівачем води в мережі живлення та підігрівачем конденсату. Вищевказане виконання газоходу відпрацьованих газів газотурбінного агрегату забезпечує можливість при різних режимах роботи установки шляхом закриття чи прикриття того чи іншого шиберу подавати увесь потік відпрацьованих газів газотурбінного агрегату або різні його частини до димоходу паротурбінного агрегату, до котла-утилізатора, або до атмосфери. Подання під час пуску установки однієї частини відпрацьованих газів до каналу з котлом-утилізатором, а другої - до димоходу парового коїла при заслоненому каналі до атмосфери прискорює нагрівання трубних ґраток парового котла, а також обумовлює можливість різного розподілу потоку відпрацьованих газів між котлом-утилЬатором та димоходом парового котла у режимі навантаження, що дозволяє підтримувати оптимальні експлуатаційні та технологічні параметри установки . При пікових та напівпікових електричних навантаженнях можна виключати котелутилізатор з потоку відпрацьованих газів і, як наслідок , забезпечувати максимальне вироблення електроенергії газотурбінним агрегатом. Подача пари з когла-утилізатора до ущільнювачів парової турбіни прискорює ЇЇ розігрів і виключає осьовий зсув ротора та жолоблення корпусу цієї турбіни. Подача частини відпрацьованих газів до димоходу парового котла разом з подачею пари з котла- утилізатора до ущільнювачів парової турбіни забезпечує синхронність розігріву котла та парової турбіни та, як наслідок, прискорений та надійніший пуск установки. Слід зазначити, що розігрів турбіни може бути здійснений від іншого джерела тепла, ніж котелутилізатор, але її розігрів від котла-утилізатора є найбільш ефективним, оскільки обумовлює більш ефективне використання теплової енергії газотурбінного агрегату та, як наслідок, значно менші витрати палива, та виключає необхідність в додаткових джерелах тепложивлення. З'єднання котла-утилізатора з ущільнювачами парової турбіни, а також з під ігр іваче м води у теплов ій мереж і та п ід ігр іваче м конденсату паропроводами із засувками дозволяє подавати пару на різних режимах роботи установки до різних її компонентів : у період пуску установ ки - усю пару від котла-утилізатора до ущільнювачів парової турбіни, що скорочує період її пуску паротурбінного агрегату; у режимі навантаження - усю пару на підігрівники води теплової мережі та конденсату, що зменшує відбір пари від парової турбіни та, як наслідок, збільшує кількість пари на вироблення електроенергії. Це також забезпечує можливість виключання частини навантаження одного чи іншого з обох агрегатів (паро- та газотурбінного) у залежності від експлуатац ійних та технологічних параметрів установки ; у період зупинення установки подання частини пари від котла-утилізатора ло ущільнень парової турбіни, що виключає можливість швидкого охолодження ротора та корпусу парової турбіни та, як наслідок, їх пошкодження. Усе це обумовлює підвищення к.к.д. установки за рахунок б іль ш ефективного використання палива на всіх експлуатаціонних режимах, виключення необхідності в додатковій пусковій котельні, скорочення періодів пуску, виходу на повне навантаження та зупинення установки, зменшення витрат палива, захист парової турбіни від осьового зсуву ротора і жолоблення та розтріскування корпусу, збільшення виходу електричної та теплової енергії на всіх експлуатаційних режимах та забезпечення роботи установ ки у піковому та напівпіковомурежимах. Суть винаходу пояснюється кресленням! де зображено блок-схему парогазотурбінної установки для вироблення електроенергії та тепла. Парогазотурбінна установка для вироблення електроенергії та тепла містить паротурбінний 1 та газотурбінний І агрегати. Паротурбінний агрегат 1 складається з парового котла з топкою 3, дуттьовим вентилятором 4, димососом 5, розташованих усередині котла за потоком димових газів парогенератора 6 та економайзера 7, а також парової турбіни 8, електрогенератора 9, конденсатора 10 з ціркуляц ійним насосом 11, нідігрівачем конденсату 12 та деаератора 13 з живільним насосом 14. Для відпуски тепла споживачу до складу паротурбінного агрегату 1 входить підігрівач 15 води теплової мережі. Газотурбінний агрегат складається з компресора 16, камери згоряння 17, електрогенератора та газової турбіни 18, відпрацьовані гази з якої надходять по газоходу 19 до котла-утилізатора 20, причому газохід 19 в ідпрацьованих газів газотурб інного агрегату 2 виконаний у вигляді трьох паралельних, обладнаних регулювальними шиберами 21, 22, 23,каналів, один з яких з'єднаний з котлолі- утилізатором 20 , другий канал - з атмосферою, а третій - з димоходом парового котла між парогенератором 6 і економайзером 7 паротурбінного агрегату 1. Котелутнлізатор 20 з'єднаний оснащеними регулювальними засувками 24, 25, 26 паропроводами з підігрівачем 15 води у тепловій мережі, під ігрівачем конденсату 12 та з ущильпенням парової турбіни 8. ПарогазотурбІнна установка для вироблення електроенергії та тепла працює таким чином. Під час пуску установки чере$ різну швидкодію обладнання спочатку повне навантаження набирає газотурбінний агрегат 2, в якому стиснуте у компресорі 16 повітря разом з паливом надходить до камери згоряння 17, гази згоряння якої приводять у дію газову турбіну 18 з електрогенератором. Газотурбінний агрегат приймає електри чне навантаження протягом 1 5 - 2 0 хвилин від початку п уску. Відпрацьовані гази по газоходу 19 при зачинених шиберах 22 та 23 по каналу з відкритим шибером 21 надходять до котлаутилізатора 20, який виробляє пару низького тиску через 30-40 хвилин після пуску газотурбінного агрегату 2. Пара від котла-утилізатора 20 надходить по паропроводам з відчиненими регулювальними засувками 25 і 26 до підігрівама конденсату 12 та на ущільнення парової турбіни 8, що скорочує період розігріву парової турбіни 8 та виключає осьовий зсув ротора і жолоблення корп усу турбінн 8. З моменту подачі пари від котла-утилізатора 20 до паротурбінного агрегату 1 частина гарячих відпрацьованих газів газової турбіни 8 по каналу з відчиненим регулювальним шибером 23 надходить до димоходу парового котла між парогенератором 6 та економайзером 7, що прискорює нагрів трубних ґраток парового котла і зменшує витрати палива, що спалюється під час пуску паротурбінного агрегату 1 в топці 3. Під час пуску установки регулювальний шіібер 22 та регулювальна засувка 24 залишаються зачиненими. Оскільки пуск паротурбінного агрегату відбувається на протязі декількох годин, тому вся пара, яку виробляє котел- утплиатор 20, надходить до паротурбінного агрегату 1, що прискорює його пуск. Під час роботи установки у режимі навантаження засувку 26 зачиняють, що припиняє надходження пари від котла-утилізатора до ущільнень парової турбіни 8, при цьому пара від котла-утилізатора по паропроводу через відчинені засувки 24 і 25 надходить до підігрівача води 15 у теплоаїп мережі та до підігр івача конденсату 12, зменшуючи відбір пари від парової турбіни 8 і збільшуючи тим самим кількість пари на вироблення електроенергії. Стан ругулювальних засувок 21 і 23 у каналах газоходу 19 визначають у залежності від потрібних експлуатаційних та технологічних параметрів установки, а шибер 22 залишається зачиненим. У період припинення роботи установки зачиняють регулювальний шибер 23, а шибер 21 повністю відкривають для проходу ус ієї кількості відпрацьованих газів газової турбіни18 до котла- утилЬатора 20. На першій фазі зупинення парової турб іни 8 пара від котла-утилізатора 20 через відчинену засувку 24 надходить до підігрівача води 15 у тепловій мережі, при цьому засувки 25 І 26 зачинені, що забезпечує підтримання теплофікаційного режиму на період охолоджування паротурбінного агрегату 1. Під час спаду температури пари у порожнинах її відбору від парової турб іни 8 регулювальні зас увки 24, 25 і 26 повністю відчиняють, пропускаючи пару від котла-утилізатора 20 до ущільнень парової турбіни 8 і до підігрівачів 15 і 12 води у тепловій мережі та конденсату, що виключає швидке нерівномірне охолодження корпусу та ротора парової турбіни 8 та пов'язані з ним механічні ушкодження. При повній зупинці установки вимикають живильний насос 14, димосос 5 і вентилятор 4, зачиняють регулювальні шибери 21 і 23, відчиняють шибер 22, при цьому регулювальні засувки 24, 25 і 26 відчинені, що прискорює процес зупинення установки та виключає ушкодження її елементів. При пікових І напівпІкових електричних навантаженнях регулювальний шибер 22 повністю відчинений, шибери 21 і 22 зачинені, що забезпечує виключення котла- утилізатора 20 з потоку відпрацьованих газів газової турбіни IS і, як наслідок, максимальне вироблення електричної енергій газотурбінним агрегатом 2. ПАРОГАЗОТиРБИННА УСТАНОВКА ДЛЯ ВИРОБЛЕННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ ТА ТЕППА палибо повітря mennoba мережа Л б тори : Х о р є д В.О. Цаптенко ЮЛ Буцан В I.