Газо- і паротурбінна установка і спосіб для охолодження охолодного засобу газової турбіни такої установки

1 Газо- і паротурбінна установка з підключеним після газової турбіни з боку димового газу котлом-утилізатором, поверхні нагрівання якого включені в пароводяний контур парової турбіни, яка відрізняється тим, що теплообмінник для охолодження охолодного засобу газової турбіни своєю вторинною стороною включений в окремий пароводяний контур, з можливістю перекривання з'єднаний з пароводяним контуром парової турбіни 2 Газо- і паротурбінна установка за п 1, яка відрізняється тим, що теплообмінник виконаний у вигляді випарника для окремого пароводяного контуру 3 Газо- і паротурбінна установка за п 1 або 2, яка відрізняється тим, що в окремий пароводяний контур увімкнутий паровий барабан 4 Газо- і паротурбінна установка за п 3, яка відрізняється тим, що увімкнутий в окремий парово Винахід стосується газо- і паротурбінної установки включеним після газової турбіни з боку димового газу парогенератором на відхідному теплі (котлом-утилізатором), поверхні нагрівання якого включені у пароводяний контур парової турбіни Воно стосується далі також способу для охолодження охолодного засобу газової турбіни подібної газо-1 паротурбінної установки У газо- і паротурбінній установці тепло, яка знаходиться у розширеному робочому засобі (димовому газі) з газової турбіни, використовують для дяний контур паровий барабан містить вмонтований конденсатор 5 Газо- і паротурбінна установка за будь-яким із п п 1-4, яка відрізняється тим, що вироблену в окремому пароводяному контурі пару використовують для живлення через виконаний з можливістю перекривання паропровід у паровий барабан, включений у пароводяний контур парової турбіни 6 Газо- і паротурбінна установка за будь-яким із п п 1-5, яка відрізняється тим, що окремий пароводяний контур експлуатується у режимі природної циркуляції 7 Газо- і паротурбінна установка за будь-яким із п п 3-6, яка відрізняється тим, що включений в окремий пароводяний контур паровий барабан підключений до вторинного контуру охолодження 8 Спосіб для охолодження охолодного засобу газової турбіни (6) газо- і паротурбінної установки, за яким охолодний засіб охолоджують шляхом теплообміну в охолодному контурі, який відрізняється тим, що охолодний засіб охолоджують середовищем, підведеним до незалежного від парової турбіни пароводяного контуру 9 Спосіб за п 8, який відрізняється тим, що середовище, підведене до незалежного пароводяного контуру, щонайменше частково випаровують при теплообміні з охолодним засобом 11 Спосіб за п 8 або 9, який відрізняється тим, що незалежний пароводяний контур експлуатують у режимі природної циркуляції виробництва пари для парової турбіни Теплопередача відбувається в котлі-утилізаторі, підключеному після газової турбіни з боку димового газу, у якому розташовані поверхні нагрівання, у вигляді труб або пучків труб Вони в свою чергу включені в пароводяний контур парової турбіни Пароводяний контур містить звичайно декілька, наприклад, два ступеня тиску, причому кожен ступінь тиску має підігрівальну і випарну поверхні нагрівання У випарному контурі, позначеному як контур природної циркуляції, часткове випаровування о о о> ю 45490 спрямованого робочого середовища відбувається у випарнику, причому циркуляція робочого середовища забезпечена за рахунок різниць тиску, що встановлюються в процесі випаровування, та/або за рахунок геодезичного розташування випарника і парового барабана Альтернативно випарний контур може бути також контуром примусової циркуляції, у якому циркуляція робочого середовища забезпечується циркуляційним насосом, причому робоче середовище також щонайменше частково випаровується у випарнику Як при природній циркуляції, так і при примусовій циркуляції пароводяну суміш із випарника підводять до парового барабана, включеного у випарний контур У паровому барабані пару і воду розділяють, причому воду від парового барабана знову підводять до випарника У випарному контурі, розрахованому як парогенератор з одноразовою примусовою циркуляцією, альтернативно може бути передбачено повне випаровування робочого середовища за один прохід крізь випарник з наступним частковим перегрівом При цьому прохід робочого середовища крізь випарник також забезпечується насосами Незалежно від того, чи знаходить застосування в паротурбінній установці принцип природної, примусової або одноразової примусової циркуляції, для підвищення продуктивності газової турбіни і тим самим для досягнення можливо високого коефіцієнта корисної дії подібної газо- і паротурбінної установки, прагнуть мати особливо високу температуру димового газу на вході газової турбіни, наприклад, від 1000 до 1200°С Така висока температура на вході турбіни пов'язана, звичайно, з проблемою матеріалу, зокрема, щодо жароміцності лопаток турбіни Підвищення температури на вході турбіни може допускатися тоді, коли лопатки турбіни охолоджують настільки, що вони постійно мають температуру, яка знаходиться нижче припустимої температури матеріалу Для цього з європейського патенту ЕР-PS О 379 880 відомо відведення часткового потоку стисненого повітря, що випливає з доданого газовій турбіні компресора і підведення цього часткового потоку до газової турбіни в якості охолодного засобу Повітря, що слугує у якості охолодного засобу, перед входом у газову турбіну охолоджують Відібране від охолодного повітря при охолодженні тепло при цьому використовують у якості тепла випаровування і застосовують для приводу парової турбіни У якості випарної системи при цьому використано розширювальний випарник з циркуляційним насосом і розширювальною посудиною При цьому з парового барабана випарного контуру відбирають воду, яку нагрівають шляхом теплообміну охолодного повітря, що слугує у якості охолодного засобу для газової турбіни, і потім випаровують шляхом розширення в розширювальній посудині Отриману таким чином пару підводять до парової турбіни Подібний пристрій для охолодження охолодного повітря газової турбіни розраховано для зазначеної різниці температур між відібраною з парового барабана водою і охолодним повітрям Для надійного охолодження газової турбіни при цьому необхідна робота усього котла-утилізатора Подібна газо- і паротурбінна установка є таким чином застосованою тільки умовно гнучко З опису до німецького патенту DE 43 33 439 С1 відома газо- і паротурбінна установка, в якій для охолодження охолодного повітря газової турбіни передбачений проміжний контур, який передає спрямоване в охолодному повітрі тепло на доданий паровій турбіні пароводяний контур Цей рівень техніки вважається найближчим до ВІДПОВІДНОГО винаходові пристрою Проте, особливо ефективне охолодження охолодного повітря у цьому пристрої згідно з рівнем техніки залежить від готовності до експлуатації парової турбіни так, що ця установка може застосовуватися тільки умовно гнучко, зокрема лише за спеціальних умов експлуатації У основі винаходу тому лежить завдання використовування газо- і паротурбінної установки вище названого типу, у якої також при різних умовах експлуатації забезпечене надійне охолодження газової турбіни Крім того, повинен бути зазначений особливо придатний для різних умов експлуатації спосіб для охолодження охолодного засобу газової турбіни газо- і паротурбінної установки Це завдання для газо-1 паротурбінної установки вище названого типу, вирішується ВІДПОВІДНО до винаходу за рахунок того, що передбачений для охолодження охолодного засобу газової турбіни теплообмінник включений на вторинному боці в окремий пароводяний контур, з'єднаний з можливістю перекривання з пароводяним контуром парової турбіни Винахід виходить із розуміння, що у випадку особливо гнучко застосованої газо- і паротурбінної установки газова турбіна повинна була б бути експлуатованою незалежно від котла-утилізатора і тим самим також незалежно від парової турбіни Також при одиночній експлуатації газової турбіни повинно було б досягатися надійне охолодження и лопаток турбіни Для цього для охолодження охолодного засобу газової турбіни передбачена система охолодження, незалежна від пароводяного контуру парової турбіни Ця охолоджуюча система забезпечує надійне охолодження охолодного засобу за різних умов експлуатації та таким чином долає обмеження, які виникають при використанні пристрою згідно з найближчим рівнем техніки з патенту DE 43 33 439 С1 від 02 02 95, який прийнятий за прототип Переважно теплообмінник виконаний у вигляді випарника для окремого пароводяного контуру У нормальному режимі експлуатації газо- і паротурбінної установки отриману в окремому пароводяному контурі пару доцільно підводити до пароводяного контуру парової турбіни Для відокремлення пари з пароводяної суміші, що випливає з теплообмінника, у окремий пароводяний контур доцільно включено паровий барабан Цей паровий барабан містить вмонтований конденсатор Для особливо вигідного повернення тепла, відібраного від охолодженого охолодного засобу, до включеного в окремий пароводяний контур парового барабана переважно підключений виконаний із можливістю перекривання паропровід, через який отримана в окремому пароводяному контурі 45490 пара вводиться у паровий барабан, включений у пароводяний контур парової турбіни Окремий пароводяний контур для досягнення особливо простої конструкції і особливо малих витрат на монтаж і установку доцільно експлуатувати як контур із природною циркуляцією Для надійного відводу тепла, що відбирається від охолодного повітря при його охолодженні, також при окремій експлуатації газової турбіни включений в окремий пароводяний контур паровий барабан підключений до вторинного контуру охолодження Вторинний контур охолодження при цьому може містити, наприклад, охолоджувальну вежу Крім того необхідно вказати такий спосіб охолодження охолодного засобу газової турбіни газоі паротурбінної установки, який би особливо підходив для різних умов експлуатації З найближчого рівня техніки патенту DE 43 33 439 С1 від 02 02 95, який прийнятий за прототип, відомо, що охолодне повітря охолоджується в проміжному контурі, який передає подане до охолодного повітря тепло на пароводяний контур газової турбіни При цьому охолодне повітря повністю охолоджується лише в тих ситуаціях експлуатації, коли газова турбіна готова до експлуатації Тому в основу винаходу покладена також задача розробки способу охолодження охолодного засобу газової турбіни газо- та паротурбінної установки, який забезпечує надійне охолодження охолодного повітря в різних ситуаціях експлуатації установки та таким чином гарантує особливо гнучке використання газо- та паротурбінної установки та зокрема долає обмеження рівня техніки Щодо способу для охолодження охолодного засобу газової турбіни газо- і паротурбінної установки назване завдання вирішується за рахунок того, що охолодний засіб охолоджують шляхом теплообміну із середовищем, підведеним до незалежного від парової турбіни пароводяного контуру Спосіб згідно з винаходом передбачає охолодження охолодного засобу за допомогою окремого незалежного від газової турбіни середовища Таким чином забезпечується надійне охолодження охолодного засобу в різних ситуаціях експлуатації незалежно від готовності газової турбіни до експлуатації Підведене незалежного пароводяного контуру середовище доцільно випаровувати при теплообміні з охолодним засобом, щонайменше частково Незалежний пароводяний контур переважно експлуатується як контур з природною циркуляцією Переваги, що досягаються винаходом, полягають, зокрема, у тому, що за рахунок охолодження охолодного засобу газової турбіни за рахунок теплообміну із середовищем, що направляється в незалежному від парової турбіни пароводяному контурі забезпечується надійне охолодження газової турбіни незалежно від робочого стана парової турбіни Таким чином газова турбіна надійно експлуатується також при різних робочих станах газоі паротурбінної установки, зокрема, також в окремому режимі роботи За рахунок з'єднання, що перекривається, окремого пароводяного контуру з пароводяним контуром парової турбіни, крім того, при нормальному режимі роботи газо- і паротурбінної установки можливе повернення відібраного тепла від охолодного повітря газової турбіни при його охолодженні, в процес одержання енергії Газо- і паротурбінна установка є таким чином особливо економічно експлуатованою в нормальному режимі роботи Приклад виконання винаходу пояснюється більш докладно за допомогою креслення При цьому фігура схематично показує газо- і паротурбінну установку із системою охолодження для охолодження охолодного засобу для газової турбіни Схематично подана на фігурі газо- і паротурбінна установка 1 містить газотурбінну установку 2 із підключеним з боку димового газу котломутилізатором 4 Газотурбінна установка 2 містить газову турбіну 6 із приєднаним повітряним компресором 8 Перед газовою турбіною 6 увімкнута камера згоряння 10, яка підключена до трубопроводу свіжого повітря 12 повітряного компресора 8 У камеру згоряння 10 газової турбіни 6 входить паливопровід 14 Газова турбіна 6 і повітряний компресор 8, а також генератор 16 насаджені на загальний вал 18 Підключений до газової турбіни 6 газотурбінної установки 2 з боку димового газу котел-утилізатор 4 містить безліч поверхонь нагрівання, які увімкнуті в пароводяний контур 20 парової турбіни 21 Поверхнями нагрівання при цьому є підігрівник конденсату 22, випарник низького тиску 24, перегрівник низького тиску 26, підігрівник високого тиску 28, випарник високого тиску ЗО, а також утворений із двох частин 32, 34 перегрівник високого тиску 36 До парової турбіни 21 з боку пари підключений конденсатор 40, який крізь конденсатний насос 42 і крізь розташований поза котлом-утилізатором 4 підігрівник 44, а також крізь ПІДВІДНИЙ трубопровід конденсату 46 з'єднаний із підігрівником конденсату 22 Останній підключений з боку виходу через ПІДВІДНИЙ трубопровід 50, який перекривається регулюючим клапаном 48, до резервуара для живильної води 52 3 боку виходу до резервуара для живильної води 52 підключений ПІДВІДНИЙ трубопровід 54 для підведення живильної води до парового барабана 56, підключеного до випарника низького тиску 24 Далі резервуар для живильної води 52 з боку виходу через ПІДВІДНИЙ трубопровід 58 з'єднаний із підігрівником високого тиску 28, який, із свого боку, підключений з боку виходу до парового барабана 60, підключеного до випарника високого тиску ЗО ПІДВІДНІ трубопроводи 54, 58 перекриваються регулюючим клапаном 62 або, ВІДПОВІДНО, 64 Парові барабани 56 і 60, підключені через перегрівник низького тиску 26 або, ВІДПОВІДНО, через перегрівник високого тиску 36 до частини низького тиску або, ВІДПОВІДНО, до частини високого тиску парової турбіни 21 так, що утворюється замкнутий пароводяний контур 20 Газотурбінна установка 2 розрахована для досягнення особливо високого коефіцієнта корисної дії Для цього при експлуатації газотурбінної установки 2 передбачене введення димового газу В в 45490 газову турбіну 6 з температурою порядку від 1000 до 1200°С Щоб при цьому надійно уникнути проблем із матеріалом, зокрема, із жаростійкістю турбінних лопаток газової турбіни 6, газотурбінній установці 2 додана у ВІДПОВІДНІСТЬ система охолодження 70 У якості охолодного засобу для газової турбіни 6 при цьому передбачене повітря L, що надходить від повітряного компресора 8, яке безпосередньо підводиться до газової турбіни 6 крізь трубопровід охолодного засобу 72 при обході камери згоряння 10, що розгалужується від трубопроводу свіжого повітря 12 Для охолодження повітря L, передбаченого в якості охолодного засобу, система охолодження 70 містить теплообмінник 74, увімкнутий на первинному боці в трубопровід охолодного засобу 72 Теплообмінник 74 включений на вторинному боці в незалежний від пароводяного контуру 20 парової турбіни 21 окремий пароводяний контур 76 Для цього теплообмінник 74 розрахований як випарник для середовища М, яке циркулює в окремому пароводяному контурі, 76 і підключений з боку виходу через трубопровід пароводяної суміші 78 до парового барабана 80 з вмонтованим конденсатором Паровий барабан 80 через конденсатний трубопровід 82 з'єднаний із теплообмінником 74 Окремий пароводяний контур 76 розрахований при цьому на природну циркуляцію Тільки ДЛЯ фази пуску передбачено включений в обвідну петлю 64 конденсатного трубопроводу 82 циркуляційний насос 86 Окремий пароводяний контур 76 з'єднаний із можливістю перекривання з пароводяним контуром 20 парової турбіни 21 Для цього паровий барабан 80 через паропровід 92, що перекривається клапаном 90, підключений до виконаного у вигляді барабана низького тиску парового барабана 56 З боку води паровий барабан 80 підключений через трубопровід 96, що перекривається регулюючим клапаном 94, 96 до ПІДВІДНОГО трубопроводу 54 У паровому барабані 80 розташований теплообмінник 100, який підключено до вторинного контуру охолодження 102 У вторинний контур охолодження 102 увімкнута охолоджувальна вежа 104 Газо- і паротурбінна установка 1 розрахована таким чином, що забезпечена надійна експлуатація з надійним охолодженням газової турбіни 6 також при різних робочих станах Для цього передбачене у якості охолодного засобу для газової турбіни 6 повітря L охолоджують шляхом теплообміну із середовищем М, що направляється в незалежному від парової турбіни 21 пароводяному контурі 76 Випаруване щонайменше частково при теплообміні з повітрям L у теплообміннику 74 середовище М підводять до парового барабана 80, де вироблений газ відокремлюють від випаруваного середовища М У нормальному режимі експлуата 8 ції газо- і паротурбінної установки 1, тобто при СПІЛЬНІЙ експлуатації газової турбіни 6 і парової турбіни 21, відокремлену у паровому барабані 80 пару D при відкритому клапані 90 крізь паропровід 92 вводять у паровий барабан 56 Відібране від повітря L при його охолодженні в теплообміннику 74 тепло вводять таким способом у пароводяний контур 20 парової турбіни 21 і підводять для виробництва енергії Газо- і паротурбінна установка 1 при цьому працює з особливо високим коефіцієнтом корисної дії Виникаючу в результаті подання живлення у вигляді пари D упароводяний контур 20 парової турбіни 21 втрату середовища М компенсують в окремому пароводяному контурі 76 шляхом подання живлення у вигляді живильної води в паровий барабан 80 крізь трубопровід 96, при необхідності, при відкритому регулюючому клапані 94 Тим самим забезпечується надійна і тривала експлуатація окремого пароводяного контуру 76 Газо- і паротурбінна установка 1, проте, також при окремій експлуатації газотурбінної установки 2, тобто при експлуатації газової турбіни 6 при відключеній паровій турбіні 21, експлуатується з надійним охолодженням газової турбіни 6 Для цього при окремій експлуатації газотурбінної установки 2 клапан 90 і регулюючий клапан 94 закриті так, що окремий пароводяний контур 76 цілком відділений від пароводяного контуру 20 парової турбіни 21 Охолодження газової турбіни 6 забезпечується таким чином також при повній зупинці парової турбіни 21 і доданих у ВІДПОВІДНІСТЬ її пароводяному контуру 20 компонентів У цьому робочому стані відібране від повітря L при його охолодженні тепло через вторинний контур охолодження 102 віддають у навколишнє середовище Вироблену у теплообміннику 74 пару при цьому конденсують у паровому барабані 80 на вмонтованому в ньому конденсаторі Щоб уможливити узгодження температурного рівня циркулюючого в окремому пароводяному контурі 76, середовища М з вимогами, що змінюються, при охолодженні повітря L, передбачено додатковий з'єднувальний трубопровід 106 між пароводяним контуром 20 парової турбіни 21 і окремим пароводяним контуром 76 З'єднувальний трубопровід 106 відгалужується при розгляді в напрямку витікання середовища після конденсатора 40 від пароводяного контуру 20 парової турбіни 21 і входить в увімкнутий у конденсатний трубопровід 82 інжектор 108 Через інжектор 108 холодний конденсат, при необхідності, можна інжектувати в окремий пароводяний контур 76 Шляхом інжекції холодного конденсату при цьому можна варіювати температуру циркулюючого в окремому пароводяному контурі 76, середовища М і пристосовувати до специфічних вимог при теплообміні з повітрям L 45490 10 ФІГ. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71