Спосіб підвищення температури пари перед турбіною

Спосіб підвищення температури пари перед турбіною, який полягає в тому, що водяна пара в паротурбінній установці піддається первинному перегріву перед турбіною високого тиску і проміжному перегріву перед турбіною середнього тиску, який відрізняється тим, що водяна пара безпосередньо перед турбінами змішується з продуктами згоряння вуглеводневого палива в чистому кисні Винахід відноситься до теплоенергетики і може знайти застосування на теплових електростанціях і на транспортних енергетичних установках Здебільшого винахід призначений для енергоблоків великої потужності, де можливий ПІДВІД природного газу з магістральних трубопроводів і отримання кисню на великих установках для розділення повітря Відомий аналогічний спосіб підігріву робочого тіла в газотурбінних установках шляхом спалювання палива в потоці повітря, що нагнітається до камери згоряння Недоліком газотурбінної установки є те, що робота стиску повітря складає від ЗО до 50% роботи турбіни, в зв'язку з чим корисна робота установки істотно менш теоретичної і ефективний ККД нижче, ніжу ПТУ[1] Прототипом способу, що пропонується, є спосіб перегріву пари в паротурбінній установці К 1200 - 240 (ЛМЗ) перед турбінами високого і середнього тиску, який полягає втому, що водяна пара, отримана в котлі і маюча високий початковий тиск 240бар, перегрівається в первинному пароперегрівачі до температури 540°С , розширюється в турбіні високого тиску від 240бар до Зббар, а після цього перегрівається в проміжному пароперегрівачі при р=36бар до тієї ж температури 540°С Після проміжного перегріву пара розширюється в турбінах середнього і низького тиску від 36 бар до тиску 0,04бар, що підтримується в конденсаторі В установці, що реалізує спосіб - прототип, використовується регенеративний підігрів живильної води парою, що відбирається після часткового розширення в турбінах, при тисках 64, 36, 18,5, 9, 5, 2,6, 1,3, 0,6 і 0,2бар [2], [3] Недоліком цього способу перегріву є те, що температура пари перед турбіною не перевищує 500 - 540°С Означений недолік обумовлений обмеженою жароміцністю і малою коррозійною СТІЙКІСТЮ матеріалів труб котлоагрегату, в той час як лопатки газових турбін витримують температури до 800°С (для неохолоджуємих лопаток) При використанні охолодження лопаток можливо подальше підвищити температуру робочого тіла В основу винаходу поставлена завдання вдосконалення циклу паротурбінної установки, в якому робоче тіло перед турбінами високого і середнього тиску нагрівається до високої температури (наприклад 800°С), завдяки чому забезпечується підвищення середньої температури підводу теплоти до робочого тіла, що О со 1 Ю 57773 веде до зростання термічного ККД циклу на 8,1% (від 53,3 до 57,7%) і ефективного ККД установки на 6,4% (від 47,4 до 50,4%), збільшення ступеня сухості пари в КІНЦІ процесу розширення в турбіні низького тиску, що позитивно впливає на ерозійну СТІЙКІСТЬ лопаток останніх ступенів турбіни низького тиску і внутрішній відносний ККД турбіни зростання термічного ККД циклу на 8,1% (від 53,3 до 57,7%) і ефективного ККД установки на 6,4% (від 47,4 до 50,4%), збільшення ступеня сухості пари в КІНЦІ процесу розширення в турбіні низького тиску, що позитивно впливає на ерозійну СТІЙКІСТЬ лопаток останніх ступенів турбіни низького тиску і внутрішній відносний ККД турбіни низького тиску, підвищення температури пари, що йде на регенеративний підігрів живильної води (на 150 250°С для ВІДПОВІДНИХ відборів), що дозволяє використати високу потенційну енергію цієї пари для підігріву живильної води до більшої температури, ніж це можливо в існуючих паротурбінних установках Вказану обставину можна використати для подальшого підвищення ККДПТУ За рахунок всього вищезгаданого в масштабах одного енергоблока потужністю 1200МВт може бути забезпечена економія палива (мазуту) не менш 116 тисяч тон за рік Характерною особливістю запропонованого способу є мала відносна КІЛЬКІСТЬ газу (СОг) в робочому ТІЛІ енергетичної установки завдяки згорянню вуглеводневого палива в чистому кисні Відносна КІЛЬКІСТЬ СОг змінюється від 4% у турбіні високого тиску до 6% у турбінах середнього та низького тиску Це дозволяє розширити робоче тіло (суміш водяної пари та газу) до тиску конденсації (0,04бар) і вилучити з конденсатора газ (СОг) за допомогою компресора Поставлена задача вирішується тим, що в способі підвищення температури пари перед турбіною, який включає процеси перегріву робочого тіла в первинному і проміжному пароперегрівачах, згідно з винаходом вводиться процес змішування перегрітої пари з продуктами згоряння вуглеводневого палива в чистому кисні Спосіб здійснюється слідуючим чином Водяна пара, отримана в котлі, що має наст високий початковий тиск 240бар, перегрівається в первинному пароперегрівачі до температури 540°С Після ЦЬОГО вона надходить по периферії в камеру згоряння №1, забезпечуючи її охолодження В цій камері відбувається процес спалювання природного газу (що складається в основному з метана) в кисні, одержаному з повітря за допомогою установки для розділення повітря Комп'ютерна верстка О В Кураев Для подачі в камери згоряння №1 і №2, що розташовані безпосередньо перед турбінами високого і середнього тиску, кисень і природний газ стискаються турбокомпресорам! до значень тиску 240бар і Зббар Пара змішується з продуктами згоряння природного газу, температура яких на декілька тисяч градусів Цельсия перевищує температуру перегрітої пари, в результаті температура суміші пари і продуктів згоряння досягає 800°С Ця суміш поширюється в турбіні високого тиску від 240бар до Зббар, після цього перегрівається при тиску Зббар в проміжному пароперегрівачі до температури 540°С і надходить по периферії в камеру згоряння №2 Там відбувається її змішування з додатковою порцією продуктів згоряння природного газу, що утворюються в цій камері, в результаті чого температура суміші знову досягає 800°С Після цього суміш розширюється в турбінах середнього і низького тиску від Зббар до тиску 0,04бар, що підтримується в конденсаторі В процесі розширення робочого тіла, як і в установці прототипі, використовується регенеративний підігрів живильної води за допомогою робочого тіла, що відбирається після часткового розширення в турбінах при значеннях тиску 64, 36, 18,5, 9, 5, 2,6, 1,3, 0,6, 0,2бар Двоокис вуглецю, що опинився в складі робочого тіла після змішування водяної пари з продуктами згоряння метана в кисні, виводиться в атмосферу з конденсатора і підігрівачів живильної води, що працюють при значеннях тиску 0,2 і О.ббар, за допомогою компресорів При ЦІНІ мазуту 100$ за 1 тону економія 116 тисяч тон мазуту за рік відповідає економічному ефекту 11,6 МІЛЬЙОНІВ $ в рік Для реалізації способу підвищення температури пари перед турбіною в енергоблоці потужністю 1200МВт необхідна установка для роділення повітря продуктивністю 230 тон кисню в годину При орієнтовній вартості установки для розділення повітря продуктивністю 125 тон кисню в годину 25 МІЛЬЙОНІВ $ термін окупності винаходу складе біля чотирьох років Джерела інформації 1 Кириллин В А , Сычев В В , Шейндлин А Е Техническая термодинамика М Энергоатомиздат, 1983 -416с 2 Гольстрем В А , Кузнецов Ю Л Справочник по экономии топливно-энергетических ресурсов Киев Техніка, 1985 -384с 3 Гольстрем В А, Кузнецов ЮЛ Энергетический справочник инженера - Киев Техника, 1983 -487с Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна