Газо- і паротурбінна установка і спосіб експлуатації подібної установки

1 Газо- і паротурбінна установка (1, 1і), що містить підключений після газової турбіни (6) на стороні димового газу працюючий на відпрацьованому теплі парогенератор (ЗО), поверхні нагрівання якого включені у пароводяний контур (24) парової турбіни (20), і головний конденсатор (26), яка відрізняється тим, що паралельно під'єднаному до парової турбіни (20) головному конденсатору (26) на стороні вода-пара включений додатковий конденсатор (80) з можливістю охолодження за допомогою всмоктуваного повітря (А), підведеного до газової турбіни (2) 2 Газо- і паротурбінна установка (1, 1') за п 1, яка відрізняється тим, що перед під'єднаним до газової турбіни (2) компресором включений трубопровід всмоктуваного повітря (5), в який безпосередньо включений на стороні охолоджуючого середовища додатковий конденсатор (80) 3 Газо- і паротурбінна установка (1, 1') за п 1, яка відрізняється тим, що додатковий конденсатор Винахід стосується газо- і паротурбінної установки із підключеним після газової турбіни на стороні димового газу парогенератором, котрий працює на відпрацьованому теплі, поверхні нагрівання якого включені в пароводяний контур парової турбіни Він стосується, крім того, способу для експлуатації подібної газо- і паротурбінної установки У випадку газо- і паротурбінної установки (80) на стороні охолоджуючого засобу підключений через проміжний контур охолодження (54) до теплообмінника (90), який на вторинній стороні включений у трубопровід всмоктуваного повітря (5), котрий включений перед під'єднаним до газової турбіни (2) компресором 4 Газо- і паротурбінна установка (1, 1') за одним із пп 1 -3, яка відрізняється тим, що для регулювання співвідношення між потоками пари, підведеними до додаткового конденсатора (80) і до головного конденсатора (26), вона містить вентиль (82) 5 Газо- і паротурбінна установка (1, 1') за одним із пп 1-4, яка відрізняється тим, що після головного конденсатора (26) у напрямку потоку конденсату встановлений підігрівник (76) конденсату, причому вихід додаткового конденсатора (80) під'єднаний до пароводяного контуру (24) парової турбіни (20) після підігрівника (76) конденсату 6 Спосіб експлуатації газо- і паротурбінної установки (1, 1') за одним із пп 1-5, згідно з яким виробляють пару, яку підводять до парової турбіни, де вона розширюється із здійсненням роботи, а потім - до конденсатора і там конденсують, який відрізняється тим, що всмоктуване повітря (А), яке підлягає підведенню до газової турбіни, заздалегідь підігрівають за допомогою тепла, яке відбирають шляхом конденсації витікаючої з парової турбіни (20) пари 7 Спосіб за п 6, який відрізняється тим, що отриманий при конденсації конденсат підмішують до підігрітого конденсату, який вводять у пароводяний контур (24) парової турбіни (20) тепло, яке міститься в розширеному робочому середовищі (димовий газ) із газової турбіни, використовують для виробництва пари для парової турбіни Теплопередача відбувається в підключеному після газової турбіни на стороні димового газу парогенераторі, котрий працює на відпрацьованому теплі, у якому розташовані поверхні нагрівання у формі труб або трубних пучків Вони, у свою чергу, включені в О 00 1 со ю 53748 пароводяний контур парової турбіни Пароводяний контур звичайно містить декілька, наприклад, два ступені тиску, причому кожний ступінь тиску містить підігрівальну і випарну поверхні нагрівання Вироблену у парогенераторі, працюючому на відпрацьованому теплі, пару підводять до парової турбіни, де вона розширюється із здійсненням роботи Парова турбіна при цьому може містити безліч ступенів тиску, які по числу і виконанню узгоджені із виконанням парогенератора, працюючого на теплі, котре відходить Розширену у паровій турбіні пару звичайно підводять до конденсатора і там конденсують Виникаючий при конденсації пари конденсат знову підводять до парогенератора, який працює на відпрацьованому теплі, в якості живильної води так, що виникає замкнутий пароводяний контур У конденсатор подібної газо- і паротурбінної установки звичайно подають за типом теплообмінника охолоджуюче середовище, яке витягає з пари тепло для конденсації У якості охолоджуючого середовища при цьому звичайно передбачена вода, альтернативно конденсатор може бути, однак, виконаний у вигляді повітряного конденсатора, у який в якості охолоджуючого середовища подається повітря З опису до US-PS 4 267 692 А, опубл 19 051981, МПК F01K23/10, відома газо- і паротурбінна установка, яка містить працюючий на відпрацьованому теплі парогенератор, поверхні нагрівання якого включені в пароводяний контур парової турбіни, і головний конденсатор Однак така установка не може забезпечити досягнення високої ефективності при різних режимах роботи внаслідок її невисокого коефіцієнту корисної дії З того ж опису до US-PS 4 267 692 А, опубл 19 051981, МПК F01K23/10, відомий спосіб експлуатації газо- і паротурбінної установки, згідно з яким виробляють пару, яку підводять до парової турбіни, де вона розширюється із здійсненням роботи, а потім - до конденсатора і там конденсують Однак цей спосіб не може забезпечити високий коефіцієнт корисної дії В основі винаходу лежить задача розробки газо- і паротурбінної установки вище названого виду, яка також при різних режимах роботи має особливо високий коефіцієнт корисної дії установки Крім того, повинен бути розроблений спосіб для експлуатації подібної газо- і паротурбінної установки, який забезпечив би особливо високий коефіцієнт корисної дії установки Ця задача для газо- і паротурбінної установки вище названого вигляду вирішується ВІДПОВІДНО ДО винаходу за рахунок того, що до наданого у ВІДПОВІДНІСТЬ паровій турбіні головного конденсатора на стороні води-пари паралельно підключений додатковий конденсатор, який охолоджується всмоктуваним повітрям, яке підводиться до газової турбіни Винахід виходить із міркування, що для особливо високого коефіцієнта корисної дії установки потрібно використовувати в можливо великому об'ємі тепло, яке утворюється в процесі експлуатації установки При цьому також потрібно щонайменше частково повертати в процес експлуатації установки тепло, витягнуте з пари при його конденсації Внаслідок температурного рівня пари при її конденсації порядку 60°С передача витягнутого при цьому тепла у всмоктуване повітря, яке підводиться до газової турбіни, є особливо вигідною За рахунок підігріву всмоктуваного повітря газової турбіни зменшується підлягаючий підведенню до газової турбіни в цілому в одиницю часу загальний масовий потік паливо-повітряної суміші так, що максимально досяжна газовою турбіною віддача потужності є менша, ніж при ВІДМОВІ від підігріву всмоктуваного повітря Як у всякому разі виявилося, при підігріві всмоктуваного повітря за рахунок підведення теплоти конденсації, споживання палива зменшується сильніше, ніж максимально досяжна віддача потужності так, що коефіцієнт корисної дії збільшується Конденсатор при цьому може бути навантажений за типом додаткового конденсатора парою відбору з парової турбіни У подібному пристрої конденсатор особливо вигідним способом використовується для надання в розпорядження швидкого резерву потужності, який, наприклад, може вимагатися також через самий короткий час реакції для підтримки частоти мережі в мережі струму, яка живиться від газо- і паротурбінної установки Для активування резерву потужності при цьому переривають подачу пари до конденсатора так, що весь потік пари направляється через головний конденсатор Тим самим підігрів всмоктуваного повітря для газової турбіни не відбувається, що призводить до швидкого росту максимальної потужності, яка поставляється від газової турбіни Звичайно газовій турбіні наданий у ВІДПОВІДНІСТЬ компресор, до якого підводиться всмоктуване повітря для газової турбіни через трубопровід для всмоктуваного повітря У переважній формі виконання конденсатор на стороні охолоджуючого засобу включений безпосередньо в цей трубопровід всмоктуваного повітря У випадку подібної форми виконання конденсатор доцільно виконаний у вигляді повітряного конденсатора, причому внаслідок одноступінчатої теплопередачі від пари, яка конденсується, на всмоктуване повітря втрати внаслідок процесів перетворення утримуються особливо малими В альтернативній переважній формі подальшого розвитку конденсатор на стороні охолоджуючого засобу підключений через проміжний контур охолодження до теплообмінника, який із своєї сторони включений на вторинній стороні в трубопровід всмоктуваного повітря, підключений перед газовою турбіною У подібному пристрої транспортування тепла, переданого при конденсації на середовище, яке направляється в проміжному контурі охолодження, є можливим порівняно простим способом також на великі відстані Співвідношення КІЛЬКОСТІ пари між потоками пари, які підлягають підведенню до конденсатора і до головного конденсатора, є доцільно 53748 регульованим, переважно, в залежності від стану навантаження газо- і паротурбінної установки Потік пари, який направляється через головний конденсатор, при експлуатації подібної установки звичайним способом конденсують із застосуванням зовнішнього охолоджуючого засобу За рахунок регулювання співвідношення КІЛЬКОСТІ пари між потоками пари робочі параметри потоку пари, який направляється через конденсатор, при цьому можуть підтримуватися приблизно постійними особливо простим способом так, що подібна установка може експлуатуватися особливо надійно Крім того, за рахунок цього також для кожного робочого стану установки всмоктуване повітря підігрівається до максимально досяжної для ВІДПОВІДНОГО робочого стану температури Доцільним способом при цьому після головного конденсатора підключений підігрівник конденсату, причому конденсат, який витікає з конденсатора, живиться від пароводяного контуру парової турбин, при розгляді в напрямку потоку конденсату після підігрівника конденсату Таким чином залишкове тепло, яке залишається в конденсаті після конденсації пари, особливо вигідним способом вводиться у пароводяний контур Щодо способу для експлуатації газо- і паротурбінної установки названа задача вирішується за рахунок того, що всмоктуване повітря, яке підлягає підведенню до газової турбіни, підігрівають через тепло, відібране при конденсації від витікаючої з парової турбіни пари Отриманий при конденсації конденсат при цьому переважним способом домішують до підігрітого конденсату, який направляється у пароводяному контурі парової турбіни Досягнуті за допомогою винаходу переваги полягають, зокрема, у тому, що за рахунок передачі відібраного при конденсації пари тепла на всмоктуване повітря для газової турбіни це тепло роблять корисним для процесу експлуатації установки Подібна газо- і паротурбінна установка таким чином має особливо високий коефіцієнт корисної дії установки Внаслідок порівняно незначно зменшеної максимальної віддачі потужності газової турбіни високий коефіцієнт корисної дії газової і парової турбіни є досяжним при цьому особливо в ДІЛЯНЦІ часткового навантаження газової турбіни Як далі виявилося, подібна газо- і паротурбінна установка має також порівняно низькі викиди шкідливих речовин Поряд з іншими розмірами для викиду шкідливих речовин газо- і паротурбінної установки є суттєвою так називана точка переключення, котра вказує при якій потужності газова турбіна може бути перекладена з дифузійного режиму роботи на режим роботи з попереднім змішуванням Газо- і паротурбінна установка з підігрітим всмоктуваним повітрям для газової турбіни має порівняно низьку крапку переключення так, що вона також при порівняно низьких станах навантаження є експлуатованою в більш вигідному для малих викидів шкідливих речовин режимі роботи з попереднім змішуванням Приклади виконання винаходу пояснюються більш докладно за допомогою креслень При цьому на Фігурах показані Фігура 1 схематично газо- і паротурбінна установка, і Фігура 2 схематично альтернативна форма виконання газо-1 паротурбінної установки Однакові деталі на обох Фігурах мають однакові посилальні позиції Подана схематично на Фігурах 1 і 2 газо- і паротурбінна установка 1 або, ВІДПОВІДНО, 1 І охоплює газотурбінну установку 1а і паротурбінну установку 1Ь Газотурбінна установка 1а охоплює газову турбіну 2 із під'єднаним повітряним компресором 4 Повітряний компресор 4 підключений на стороні входу до трубопроводу всмоктуваного повітря 5 Перед газовою турбіною 2 підключена камера згоряння б, яка підключена до трубопроводу свіжого повітря 8 повітряного компресора 4 У камеру згоряння 6 газової турбіни 2 входить паливопровід 10 Газова турбіна 2 і повітряний компресор 4, а також генератор 12 сидять на загальному валі 14 Паротурбінна установка 1 b містить парову турбіну 20 із під'єднаним генератором 22 і включений у пароводяному контурі 24 після парової турбіни 20 головний конденсатор 26, а також працюючий на теплі, яке відходить, парогенератор ЗО Парова турбіна 20 складається 3 першого ступеня тиску або частини високого тиску 20а і другого ступеня тиску або частини середнього тиску 20Ь, а також третього ступеня тиску або частини низького тиску 20с, які пускають у хід через спільний вал 32 генератор 22 Для підведення розширеного в газовій турбіні 2 робочого середовища AM' або димового газу в працюючий на теплі, яке відходить, парогенератор ЗО трубопровід газу 34, який відходить, підключений до входу 30а парогенератора ЗО, який працює на теплі, котре відходить Розширене робоче середовище AM' із газової турбіни 2 покидає працюючий на теплі, яке відходить, парогенератор ЗО через його вихід ЗОЬ у напрямку не поданої більш докладнодимової труби Працюючий на теплі, яке відходить, парогенератор ЗО містить у першому ступені тиску або ступені високого тиску пароводяного контуру 24 підігрівник високого тиску або економайзер 36, котрий підключений через трубопровід 40, який перекривається вентилем 38, до барабана високого тиску 42 Барабан високого тиску 42 з'єднаний із розташованим у працюючому на теплі, яке відходить, парогенераторі ЗО випарником високого тиску 44 для утворення пароводяного циклу 46 Для відведення свіжої пари F барабан високого тиску 42 підключений до розташованого в працюючому на теплі, яке відходить, парогенераторі ЗО перегрівнику високого тиску 48, котрий на боці виходу з'єднаний із впуском пари 49 частини високого тиску 20а парової турбіни 20 Випуск пари 50 частини високого тиску 20а парової турбіни 20 з'єднаний через паропровід 52 ("холодний ПП") із проміжним перегрівником 54, вихід 56 якого через паропровід 58 підключений до впуску пари 60 частини середнього тиску 20Ь парової турбіни 20 її випуск пари 62 з'єднаний 53748 через перепускний трубопровід 64 із впуском пари 66 частини низького тиску 20с парової турбіни 20 Випуск пари 68 частини низького тиску 20с парової турбіни 20 підключений через паропровід 70 до головного конденсатора 26 Він з'єднаний через трубопровід живильної води 72, у який включений насос живильної води 74 і підігрівник конденсату 76, з економайзером 36 так, що виникає замкнутий пароводяний контур 24 У прикладах виконання ВІДПОВІДНО ДО фігур 1, 2 таким чином детально поданий тільки перший ступінь тиску пароводяного контуру 24 У працюючому на теплі, яке відходить, парогенераторі ЗО, однак, розташовані ще ІНШІ, не подані більш докладно поверхні нагрівання, котрі надані у ВІДПОВІДНІСТЬ ВІДПОВІДНО ступеня середнього або низького тиску пароводяного контуру 24 Ці поверхні нагрівання з'єднані ВІДПОВІДНИМ способом із впуском пари 60 частини середнього тиску 20Ь парової турбіни 20 або з впуском пари 66 частини низького тиску 20с парової турбіни 20 Газоі паротурбінна установка 1, 1' розрахована на досягнення особливо високого коефіцієнта корисної дії Для цього підключений на боці пари після парової турбіни 20 конденсатор 80, виконаний у вигляді додаткового конденсатора, охолоджується через всмоктуване повітря А, яке підлягає підведенню до газотурбінної установки 1а Конденсатор 80 підключений після парової турбіни 20 через трубопровід пари відбору 84, який замикається вентилем 84 На стороні виходу конденсатор 80 підключений через конденсатний трубопровід 86 до трубопроводу живильної води 72 так, що на стороні вода-пара утворюється рівнобіжне включення конденсатора 80 до наданого у ВІДПОВІДНІСТЬ паровій турбіні 20 головного конденсатора 26 Конденсатний трубопровід 86 при цьому в МІСЦІ живлення 88 з'єднаний із трубопроводом живильної води 72 Місце живлення 88 розташоване при розгляді в напрямку потоку витікаючого з головного конденсатора 26 конденсату К після підігрівника конденсату 76 За допомогою вентиля 82 встановлюється співвідношення КІЛЬКОСТІ пари між частковим потоком пари, який направляється до головного конденсатора 26, і частковим потоком пари, який направляється до конденсатора 80 За рахунок зміни цього співвідношення КІЛЬКОСТІ пари для ВІДПОВІДНО актуальної віддачі потужності газоі паротурбінної установки 1, 1' можна підігрівати всмоктуване повітря А до максимально досяжної температури Газо- і паротурбінна установка 1 ВІДПОВІДНО ДО фігури 1 виконана для одноступінчатого теплообміну між частковим потоком пари, який підлягає конденсації в конденсаторі 80, і всмоктуваним повітрям А, котре підлягає підведенню до газотурбінної установки 1а Для цього в якості конденсатора 80 передбачений повітряний конденсатор, до якого подається в якості охолоджуючого середовища охолоджуюче повітря Конденсатор 80 у цьому випадку на стороні охолоджуючого середовища включений безпосередньо в трубопровід всмоктуваного 8 повітря 5 У випадку газо- і паротурбінної установки 1 втрати, котрі виникають при теплопередачі пари, яка конденсується в конденсаторі 80 на всмоктуване повітря А внаслідок процесів перетворення, підтримуються особливо малими На противагу цьому в прикладі виконання ВІДПОВІДНО до фігури 2 передбачена двоступінчаста теплопередача від пари, яка підлягає конденсації в конденсаторі 80, на всмоктуване повітря А Для цього в газо- і паротурбінній установці 1' ВІДПОВІДНО ДО фігури 2 у трубопровід всмоктуваного повітря 5 включений окремий теплообмінник 90 Окремий теплообмінник 90 підключений на первинній стороні до проміжного контуру 92, із яким конденсатор 80 з'єднаний на стороні охолоджуючого засобу Середовище W , яке передає тепло і направляється в проміжному контурі 92, при цьому перекачується за допомогою включеного в проміжний контур 92 циркуляційного насосу 94 При експлуатації газоі паротурбінної установки 1 або газо- і паротурбінної установки 1' відібраний із частини низького тиску 20с парової турбіни 20 частковий потік пари направляють у якості пари відбору через конденсатор 80 Цей частковий потік пари конденсують у конденсаторі 80, причому відібране від пари при його конденсації тепло передається на всмоктуване повітря А для газотурбінної установки 1а Отриманий при конденсації пари в конденсаторі 80 конденсат підмішують до підігрітого конденсату К, який випливає з головного конденсатора 26 За рахунок передачі відібраного від часткового потоку пари при її конденсації в конденсаторі 80 тепла на всмоктуване повітря А для газотурбінної установки 1 а це тепло повертають у процес перетворення енергії газоі паротурбінної установки 1 або, ВІДПОВІДНО, газо- і паротурбінної установки 1' Таким чином газо- і паротурбінна установка 1 , 1 ' має особливо високий коефіцієнт корисної дії установки 3 іншого боку, підігрів всмоктуваного повітря А для газотурбінної установки 1 а зумовлює, однак, також, що загальний масовий потік робочого середовища AM, яка підводиться до газової турбіни 2, є меншим, ніж при ВІДМОВІ від підігріву всмоктуваного повітря А Досяжна при експлуатації газової турбіни 2 максимальна віддача потужності тим самим є порівняно меншою Експлуатація газо- і паротурбінної установки 1, 1' із підігрівом всмоктуваного повітря А за рахунок конденсації пари відбору в конденсаторі 80 є тим самим особливо придатною для ділянки часткового навантаження Крім того, при цьому режимі роботи забезпечений в особливо простій формі швидкий резерв потужності газо-1 паротурбінної установки 1 , 1 ' , так як при швидкому відключенні підігріву всмоктуваного повітря А внаслідок тоді порівняно підвищеного, загального масового потоку робочого середовища AM, який поставляється, для газової турбіни 2 є можливим швидке підвищення віддачі потужності газової турбіни 2 53748 la ФІГ1 TOB Міжнародний науковий комітет вул Артема 77 м Київ 04050 Україна (044)236-47-24 10